JPH0988523A - 内燃エンジンの動弁装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 各摺動部の耐摩耗性を高めるとともに、摩擦
係数を小さく抑えて摩擦損失と騒音を低減することがで
きる内燃エンジンの動弁装置を提供すること。 【構成】 内燃エンジンの動弁装置において、バルブリ
フター８の外表面の仕上げ粗さＲａ＝０．０５以下とし
て該外表面にＰＶＤによってＴｉＮ又はＣｒＮの被膜を
形成し、カムシャフト１１のカムノーズ部１２ａを先端
幅広形状とするとともに、リフターガイド１０を燒結合
金で構成してその摺動面の仕上げ粗さＲａ＝０．８以下
とする。本発明によれば、バルブリフター８の外表面に
ＴｉＮ又はＣｒＮの被膜を形成することによって、該バ
ルブリフター８の表面硬度を高めてその摩擦係数を小さ
く抑えることができ、更に、カムノーズ部１２ａを先端
幅広形状とすることによって該カムノーズ部１２ａのヘ
ルツ応力を下げることができ、これらによって前記目的
を達成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃エンジンの動
弁装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に４サイクル内燃エンジンにおいて
は、動弁装置によって吸・排気バルブが適当なタイミン
グで開閉されてシリンダ内のガス交換がなされるが、特
にＯＨＣ（オーバーヘッド・カムシャフト）式の動弁装
置は、バルブスプリングによって閉じ側に付勢された吸
・排気バルブと、該吸・排気バルブの各ステム部頂部に
保持されたバルブリフターと、該バルブリフターを摺動
自在に嵌合保持するリフターガイドと、同バルブリフタ
ー又はこれの頂部に保持されたアウターパッドに摺接す
るカムを一体に形成して成るカムシャフトを含んで構成
され、エンジン動力の一部で前記カムシャフトを回転駆
動することによって前記吸・排気バルブを適当なタイミ
ングで開閉する。

【０００３】ところで、動弁装置を構成するバルブリフ
ター又はこれの頂部に保持されるアウターパッドはＳＣ
Ｍ材又はＳＫＤ材で構成され、その耐摩耗性を高めるた
めにＳＣＭ材に対して浸炭処理を施し、ＳＫＤ材に対し
てはガス軟窒化を施して表面硬度がＨｖ（ビッカース硬
さ）＝８００程度に設定されている。

【０００４】又、カムシャフトのカムノーズ部幅はカム
最大アーム長さとバルブリフター径によって制約を受け
るため、一定幅に抑えられている。

【０００５】更に、リフターガイドはシリンダヘッドと
一体に形成されていたため、該リフターガイドはシリン
ダヘッドと同材質のアルミニウム合金鋳物で構成されて
いた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】而して、エンジンのア
イドリングを含む低回転・低負荷の運転領域では、全摩
擦損失中に占める動弁装置の摩擦損失の割合が大きく、
この割合を小さく抑えて燃費の改善を図ることが望まれ
る。

【０００７】又、従来の動弁装置におけるカムとバルブ
リフター又はアウターパッドとの接触部の潤滑状態にお
いては、膜厚比が１以下となる境界潤滑領域の割合が大
きく、特に低回転領域ではカムとバルブリフター又はア
ウターパッド間での滑り速度が小さいために油膜厚さが
薄くなり、金属接触を起こす割合が高くなって摩擦損失
が大きくなる。

【０００８】更に、カムのバルブリフター又はアウター
パッドに対する接触位置が移動することによってバルブ
リフターはリフターガイドとの間のクリアランス分だけ
傾くために横方向の荷重（側圧）を受けながら摺動し、
このために側圧が大きい部分ではバルブリフターとリフ
ターガイドとの摺動部の潤滑状態は境界潤滑となり、こ
れによっても摩擦損失が大きくなる。

【０００９】本発明は上記問題に鑑みてなされたもの
で、その目的とする処は、各摺動部の耐摩耗性を高める
とともに、摩擦係数を小さく抑えて摩擦損失及び騒音を
低減することができる内燃エンジンの動弁装置を提供す
ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、バルブスプリングによって
閉じ側に付勢されたバルブと、該バルブのステム部頂部
に保持されたバルブリフターと、該バルブリフターを摺
動自在に嵌合保持するリフターガイドと、同バルブリフ
ター又はこれの頂部に保持されたアウターパッドに摺接
するカムを一体に形成して成るカムシャフトを含んで構
成され、エンジン動力の一部で前記カムシャフトを回転
駆動することによって前記バルブを適当なタイミングで
開閉する内燃エンジンの動弁装置において、前記バルブ
リフター又はアウターパッドの外表面の仕上げ粗さＲａ
＝０．０５以下として該外表面にＰＶＤによってＴｉＮ
又はＣｒＮの被膜を形成し、前記カムシャフトのカムノ
ーズ部を先端幅広形状とするとともに、前記リフターガ
イドを燒結合金で構成してその摺動面の仕上げ粗さＲａ
＝０．８以下としたことを特徴とする。

【００１１】又、請求項２記載の発明は、請求項１記載
の発明において、前記ＴｉＮの被膜厚さを１．５〜３．
０μｍ、前記ＣｒＮの被膜厚さを１０〜２０μｍとした
ことを特徴とする。

【００１２】従って、本発明によれば、バルブリフター
又はアウターパッドの外表面の仕上げ粗さＲａ＝０．０
５以下として該外表面にＰＶＤ（物理蒸着処理）により
ＴｉＮ又はＣｒＮの被膜を形成することによって、該バ
ルブリフター又はアウターパッドの表面硬度Ｈｖを１８
００〜２４００（ＴｉＮ被膜の場合）又は１６００〜２
２００（ＣｒＮ被膜の場合）に高めることができ、バル
ブリフター又はアウターパッドのカムとの接触面の摩擦
係数を小さく抑えてカムとバルブリフター又はアウター
パッドの接触部における摩擦損失を低減することができ
る。

【００１３】又、本発明によれば、カムシャフトのカム
ノーズ部を先端幅広形状とすることによって該カムノー
ズ部のヘルツ応力を下げることができ、表面硬度の高い
バルブリフターとの組合せにおいてもカム及びバルブリ
フターに高い耐摩耗性を確保することができる。そし
て、カムノーズ部のヘルツ応力が下がることによってカ
ムとバルブリフター又はアウターパッドとの接触部に形
成される油膜の厚さが厚くなり、金属接触の発生が防が
れてカムとバルブリフター又はアウターパッドとの接触
部における摩擦損失が小さく抑えられる。

【００１４】更に、本発明によれば、リフターガイドを
燒結合金で構成してその摺動面の仕上げ粗さＲａ＝０．
８以下とすることによって、表面硬化処理を受けたバル
ブリフターに対する該リフターガイドの耐摩耗性を高め
ることができる。又、燒結合金製のリフターガイドは従
来のアルミニウム合金鋳物製のものに比して熱膨張係数
が小さいため、温度上昇に伴うバルブリフターの熱膨張
を吸収するためのリフターガイドとのクリアランスを小
さく設定することができ、バルブリフターの傾きが最小
限に抑えられて該バルブリフターとリフターガイドとの
摺動部における摩擦損失と騒音が小さく抑えられる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。

【００１６】図１は本発明に係る動弁装置の縦断面図、
図２はカムシャフトの部分側面図、図３は同カムシャフ
トの部分平面図、図４は図２のＡ−Ａ線断面図、図５は
カムの平面図である。

【００１７】図１に示すＯＨＣ式の動弁装置は４サイク
ル内燃エンジンに設けられる装置であって、これはバル
ブ（吸気バルブ又は排気バルブ）１を適当なタイミング
で開閉して不図示のシリンダ内で所要のガス交換を行わ
しめるものである。

【００１８】上記バルブ１は傘部１ａとステム部１ｂと
で構成されており、アルミニウム合金鋳物製のシリンダ
ヘッド２に保持された筒状のバルブガイド３にステム部
１ｂが挿通保持されることによって、該バルブ１は上下
摺動自在に保持されている。そして、このバルブ１はバ
ルブスプリング４によって常時閉じ側（図１の上方）に
付勢されており、その傘部１ａは、シリンダヘッド２に
形成された不図示のポート（吸気ポート又は排気ポー
ト）部周縁に嵌着されたリング状のバルブシート５に選
択的に着座してポートを適当なタイミングで開閉する。
尚、上記バルブスプリング４は、バルブ１のステム部１
ｂの頂部にコッター６を介して支持されたリテーナ７と
シリンダヘッド２との間に縮装されている。

【００１９】又、上記バルブ１のステム部１ｂの頂部に
は、下方が開口するキャップ状のバルブリフター８が調
整用のインナーパッド（シム）９を介して保持されてお
り、該バルブリフター８はシリンダヘッド２に結着され
た円筒状のリフターガイド１０に上下摺動自在に嵌合保
持されている。

【００２０】一方、シリンダヘッド２の上部にはカムシ
ャフト１１が図１の紙面垂直方向に長く、且つ、回転自
在に配されており、該カムシャフト１１には所定の形状
のカム１２が一体に形成されている。そして、このカム
１２に前記バルブリフター８の冠面（上面）８ａが前記
バルブスプリング４の付勢力によって当接されている。

【００２１】又、図２に示すように、上記カムシャフト
１１の軸中心部には油孔１３が軸方向に形成されてお
り、該油孔１３からは複数の小径の油孔１４が放射状に
形成されている。そして、各油孔１４はカムシャフト１
１のジャーナル部１１ａ表面に開口している。

【００２２】而して、本実施の形態においては、前記バ
ルブリフター８は従来と同様にＳＣＭ（クロムモリブデ
ン鋼）材又はＳＫＤ（熱間加工用合金工具鋼）材で構成
されているが、その外表面（即ち、冠面８ａと外周面８
ｂ）は仕上げ粗さＲａが０．０５以下に設定されてい
る。尚、バルブリフター８はその冠面８ａの少なくとも
カム１２との接触部が仕上げ粗さＲａ＝０．０５以下に
処理されていれば十分である。

【００２３】そして、バルブリフター８の外表面にはＰ
ＶＤ（物理蒸着処理）によってＴｉＮ又はＣｒＮの被膜
が形成されている。尚、ＴｉＮの被膜厚さは１．５〜
３．０μｍとされ、ＣｒＮの被膜厚さは１０〜２０μｍ
とされる。

【００２４】又、前記リフターガイド１０は燒結合金で
構成され、その内周面（バルブリフター８との摺動面）
の仕上げ粗さＲａは０．８以下に設定されている。

【００２５】更に、本実施の形態においては、図３乃至
図５に示すように、前記カム１２のノーズ部１２ａは先
端幅広形状とされ、図５に示すように、カム１２の幅
は、開き側では最大アーム長さとなる接触位置Ｐ₁ を通
過した後はｂから徐々に増大してＢまで広がり、所定長
さＬの範囲では広い幅Ｂに保たれた後、閉じ側に向かっ
て最大アーム長さとなる接触位置Ｐ₂ まで徐々に減少し
て狭い幅ｂに戻る。

【００２６】以上において、エンジンが作動して不図示
のクランク軸の回転がチェーン伝動機構等の不図示の動
力伝達系を経てカムシャフト１１に伝達されると、該カ
ムシャフト１１はクランク軸の１／２の速度で回転駆動
され、これに一体に形成されたカム１２のノーズ部１２
ａがバルブリフター８に当接してこれを押し下げること
によって、図１に示すように閉じ状態にあるバルブ１が
開かれる。そして、カム１２のノーズ部１２ａがバルブ
リフター８との当接を解除されると、バルブ１はバルブ
スプリング４の付勢力によって図１に示すように再び閉
じられ、このようにしてバルブ１は適当なタイミングで
開閉される。尚、このとき、潤滑用のオイルはカムシャ
フト１１に形成された油孔１３，１４を通ってカムシャ
フト１１のジャーナル部１１ａに供給されてその部分を
潤滑した後、カム１２とバルブリフター８との摺動部、
バルブリフター８とリフターガイド１０との摺動部等に
供給されて各摺動部の潤滑に供される。

【００２７】而して、本実施の形態においては、バルブ
リフター８の外表面の仕上げ粗さＲａ＝０．０５以下と
して該外表面にＰＶＤ（物理蒸着処理）によってＴｉＮ
又はＣｒＮの被膜を形成したため、該バルブリフター８
の表面硬度Ｈｖを１８００〜２４００（ＴｉＮ被膜の場
合）又は１６００〜２２００（ＣｒＮ被膜の場合）に高
めることができ、バルブリフター８の冠面（カム１２と
の接触面）８ａの摩擦係数を小さく抑えてカム１２とバ
ルブリフター８の接触部における摩擦損失を低減するこ
とができる。この結果、エンジンのアイドリングを含む
低回転・低負荷の運転領域においても全摩擦損失中に占
める動弁装置の摩擦損失の割合を小さく抑えることがで
き、エンジンの燃費の改善を図ることができる。

【００２８】又、本実施の形態によれば、カムシャフト
１１に形成されたカム１２のノーズ部１２ａを先端幅広
形状とすることによって該ノーズ部１２ａのヘルツ応力
を下げることができ、表面硬度の高いバルブリフター８
との組合せにおいてもカム１２及びバルブリフター８に
高い耐摩耗性を確保することができる。ここで、カム角
度に対するカムノーズ部のヘルツ応力の変化を従来のそ
れとの比較において図６に示すが、同図に示すように、
本発明によればノーズ部１２ａのヘルツ応力を従来より
も下げることができる。

【００２９】そして、上述のようにカムノーズ部１２ａ
のヘルツ応力が下がることによってカム１２とバルブリ
フター８との接触部に形成される油膜の厚さが厚くな
る。ここで、カム角度に対する油膜厚さの変化を従来の
それとの比較において図７に示すが、同図に示すよう
に、本発明によればカム１２とバルブリフター８との接
触部に形成される油膜の厚さが従来のそれよりも厚くな
る。このように、カム１２とバルブリフター８との接触
部に形成される油膜の厚さが厚くなると、金属接触の発
生が防がれてカム１２とバルブリフター８との接触部に
おける摩擦損失が小さく抑えられる。

【００３０】更に、本実施の形態によれば、リフターガ
イド１０を燒結合金で構成してその摺動面の仕上げ粗さ
Ｒａ＝０．８以下とすることによって、表面硬化処理を
受けたバルブリフター８に対する該リフターガイド１０
の耐摩耗性を高めることができる。又、燒結合金製のリ
フターガイド１０は従来のアルミニウム合金鋳物製のも
のに比して熱膨張係数が小さいため、温度上昇に伴うバ
ルブリフター８の熱膨張を吸収するためのリフターガイ
ド１０とのクリアランスを小さく設定することができ、
バルブリフター８の傾きが最小限に抑えられ、該バルブ
リフター８とリフターガイド１０との摺動部における摩
擦損失と騒音が小さく抑えられる。

【００３１】ここで、図８（ａ）に従来の動弁装置にお
けるカムシャフトのトルク変動を示し、同図（ｂ）に本
発明に係る動弁装置のカムシャフトのトルク変動を示す
が、本発明においては前述のように動弁装置の摩擦損失
を低減することができる結果、カムシャフトの回転を円
滑にしてそのトルク変動を従来のそれに比して緩和する
ことができる。

【００３２】尚、以上はバルブリフターに直接カムが接
触する形態について述べたが、アルミニウム合金製のバ
ルブリフターの頂部に保持されたＳＣＭ材製等のアウタ
ーパッドにカムが接触する形式の動弁装置においては、
アウターパッドの外表面が仕上げ粗さＲａ＝０．０５以
下に処理されるとともに、該表面にＰＶＤによってＴｉ
Ｎ又はＣｒＮの被膜が形成される。

【００３３】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、バルブスプリングによって閉じ側に付勢された
バルブと、該バルブのステム部頂部に保持されたバルブ
リフターと、該バルブリフターを摺動自在に嵌合保持す
るリフターガイドと、同バルブリフター又はこれの頂部
に保持されたアウターパッドに摺接するカムを一体に形
成して成るカムシャフトを含んで構成され、エンジン動
力の一部で前記カムシャフトを回転駆動することによっ
て前記バルブを適当なタイミングで開閉する内燃エンジ
ンの動弁装置において、前記バルブリフター又はアウタ
ーパッドの外表面の仕上げ粗さＲａ＝０．０５以下とし
て該外表面にＰＶＤによってＴｉＮ又はＣｒＮの被膜を
形成し、前記カムシャフトのカムノーズ部を先端幅広形
状とするとともに、前記リフターガイドを燒結合金で構
成してその摺動面の仕上げ粗さＲａ＝０．８以下とした
ため、該動弁装置の各摺動部の耐摩耗性を高めるととも
に、摩擦係数を小さく抑えて摩擦損失及び騒音を低減す
ることができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る動弁装置の縦断面図である。

【図２】本発明に係る動弁装置のカムシャフトの部分側
面図である。

【図３】本発明に係る動弁装置のカムシャフトの部分平
面図である。

【図４】図２のＡ−Ａ線断面図である。

【図５】本発明に係る動弁装置のカムの平面図である。

【図６】カム角度に対するカムノーズ部のヘルツ応力の
変化を示す図である。

【図７】カム角度に対する油膜厚さの変化を示す図であ
る。

【図８】カム角度に対するカムシャフトのトルク変動を
示す図である。

【符号の説明】

１ バルブ １ａ 傘部 １ｂ ステム部 ４ バルブスプリング ８ バルブリフター １０ リフターガイド １１ カムシャフト １２ カム １２ａ カムノーズ部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バルブスプリングによって閉じ側に付勢
   されたバルブと、該バルブのステム部頂部に保持された
   バルブリフターと、該バルブリフターを摺動自在に嵌合
   保持するリフターガイドと、同バルブリフター又はこれ
   の頂部に保持されたアウターパッドに摺接するカムを一
   体に形成して成るカムシャフトを含んで構成され、エン
   ジン動力の一部で前記カムシャフトを回転駆動すること
   によって前記バルブを適当なタイミングで開閉する内燃
   エンジンの動弁装置において、前記バルブリフター又は
   アウターパッドの外表面の仕上げ粗さＲａ＝０．０５以
   下として該外表面にＰＶＤによってＴｉＮ又はＣｒＮの
   被膜を形成し、前記カムシャフトのカムノーズ部を先端
   幅広形状とするとともに、前記リフターガイドを燒結合
   金で構成してその摺動面の仕上げ粗さＲａ＝０．８以下
   としたことを特徴とする内燃エンジンの動弁装置。
2. 【請求項２】 前記ＴｉＮの被膜厚さを１．５〜３．０
   μｍ、前記ＣｒＮの被膜厚さを１０〜２０μｍとしたこ
   とを特徴とする請求項１記載の内燃エンジンの動弁装
   置。