JPS597003B2 - 内燃機関用動弁機構 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関用動弁機構に関するものである。

動弁機構としてはオーバーヘッドバルブ方式（以下ＯＨ
Ｖという）とオーバーヘッド力ムシャフト（以下ＯＨＣ
という）があり、前者はカムシャフトとタベットとが組
合され、後者はカムシャフトとロツカアームとが組合さ
れている。

これら動弁機構に於けるカムとタベット又はロッカーア
ームとの組合にて発生する摩耗態様は、スカツフイング
摩耗とピッチング摩耗の二つに大別され、使用機関に応
じ摩耗対策が、なされている。

カムシャフトはカム先端をチルしたチルカムシャフト、
あるいはカム部を焼入した焼入カムシャフトが用いらバ
、タベット又はロッカーアームもカムとの摺動面をチル
、焼入、クロムメッキ、・自溶性合金等の衣面処理が施
されており、特にロッカーアームに於いてはスチール焼
入タフトライド等の極めて複雑な表面処理を施すもので
ある。

しかしながらこれら動弁機構に於けるカムとタベット又
はロッカーアームとの組合については未だ適市な組合せ
が出現していないのが現状である。

本発明は上記点に鑑み優れた機能を発揮する内燃機関用
動弁機構を提供することである。

本発明はタベット又はロッカーアームとの摺動面がパー
ライト基地で３０〜４５％の炭化物を含む鋳鉄カムある
いは焼戻しマルテンサイト基地で５〜３５％の炭化物を
含む鋳鉄カムと、カムとの摺動面が鉄系で、基地硬度が
ＨＶ２５０〜６５０を有し、硬質相の体積比が５〜３５
％、ＨＶ８８０〜１８００の硬質相が全硬質相の６５係
以上で、５〜１５０μの硬質相が全硬質相の８０％以上
を占め、空孔率が１０％以下で且つ１２５０℃以下の焼
結温度で液相焼結を生ぜしむるＰ，Ｂ等の元素を１種あ
るいは２種以上を０．２〜５％含む焼結合金よりなるタ
ペット又はロッカーアームとを組合せたこと全％徴とす
る内燃機関用動弁機構である。

以下その限定理由を記述する。

タベット又はロッカーと摺動するカム材は鋳鉄カムを用
いるものである。

即ちスチールカムぱ耐摩耗性に劣っており複雑な表面処
理を施す必要がある。

８カムとしてはパーライト基地中に３０〜４５係の炭化
物を含む鋳鉄カムあるいは焼戻しマルテンサイト基地中
に５〜３５％の炭化物を含む鋳鉄カムが最適である。

パーライト基地に於いてｒｒｉ３０％以下の炭化物量で
は耐摩耗性が劣り、４５％以上の炭化物量は量産の製造
条件と冶金的理由により製造が困難である。

従ってパーライト基地に於いては炭化物量は３０〜４
５％となる。

基地がパーライトより高硬度の焼戻しマルテンサイトに
於いては炭化物量が５％まで少なくなっても匝用可能で
あるが、むしろ３５係以上の炭化物量では焼入時に焼割
れ等の問題が発生し、製造が困難になる。

従って焼戻しマルテンサイト基地に於いてｉ炭化物量は
５〜３５％となる。

一方上記鋳鉄カムと摺勤するタベット又はロッカーアー
ムの摺動面は鉄系焼結合金であり、経済的見地から鉄系
焼結合金を用いるものである。

鉄系焼結合金の基地硬度はＨＶ２５０以下では基地とし
て一定の弾性率を保有し月硬質相を保持することが出来
ない。

又少なくとも基地硬度は硬質相より硬度が低くないと硬
度差による微小段差が形成されず、微小段差による耐摩
耗性を発揮することが出来ない。

又ＨＶ６５０以上では硬質相との硬度差か余りなくなっ
てしまい同様に微小段差が形成されず耐摩耗性を付与せ
しめることが出来ない。

このことは第３図に示す試験結果からも確認される。

この試験はＶ型１０気筒ディーゼルエンジンによるモー
タリングテスト結果であり、試験条件は下記の如くであ
る。

カム回転数 ： １０００ｒＰ．ｍ 油 扁 ： １１０℃ 潤 滑 油：劣化油（不溶分Ｂｗｔ係） バルプキャップ：０．６ｍｍ 時 間＝１００時間 なお、以下に示す第４図〜第９図の試験結果の試験条件
もこれと同一である。

硬質相の体積比は５％以下で社耐摩耗性が低く３５％以
上では相手鋳鉄カムの摩耗を増大させるものである。

このことは第４図に示す試験結果からも確認される。

硬質相の硬度は基地硬度より硬度が高くないと硬度差に
よる耐摩耗性が発揮されず、ＨＶ８８０以下では基地硬
度との硬度差が余りなくなってしまい耐摩耗性を維持す
ることが出来ない。

一方ＨＶ１８００以上の高硬度硬質相は相手鋳鉄カムを
摩耗させる傾向となる。

このことは第５図に示す試験結果からも確認される。

又硬質相中に於いてＨＶ８８０〜１８００の硬質相が全
硬質相の６５％以下では耐摩耗性を発揮出来ない。

このことは第６図に示す試験結果からも確認される。

従って耐摩耗性を長期間維持させるためにはＨＶ８８０
〜１８００の硬質相が全硬質相中に於いて６５％以上必
要となる。

硬質相は実質的に鋳鉄カムとの摺動面であり、５μ以下
の微細な硬質相は大きな面圧を極部的に発生しやすくな
り、相手鋳鉄カムに細い条痕摩耗を引起させ、カムの条
痕摩耗を増大させてしまう。

又硬質相は靭性にとぼしく弾性変形能が極端に小さいも
のである。

硬質相が摺動時に高面圧を受けた場合は基地が弾性変形
する。

しかし１５０μ以上の粗大な硬質相の場合は硬質相の一
部が抗折作用を受け持つことになり基地が硬質相の一部
による抗折作用の影響を受けることになる。

従って基地が破壊され、硬質相の脱落を誘起し脱落摩耗
を発生させることになる。

このことは第７図の試験結果からも確認される。

しかも５μ〜１５０μの硬質相が全硬質相の８０％以下
では条痕摩耗、脱落摩耗等の異常摩耗が多く発生し耐摩
耗性を付与せしめることが出来ない。

このことについては第８図の試験結果からも確認される
。

空孔率についてはカムと摺勤するような高面圧を受ける
摺動面は通常空孔を有しているとピッチング摩耗を起し
やすいので空孔はＯであることが望ましい。

しかるに空孔率が液相焼結により１０裂以下であれば空
孔〃・あってもピッチング摩耗が起きず使用可能である
ことが実験により明らかとなった。

このことは第９図に示す試験結果からも確認される。

固相焼結では溶浸処理を行なわない限り１０％以下の空
孔率とすることが難かしぐ、耐ピッチング性を要求され
るカムとの摺動面は液相焼結により空孔を少なくせしめ
且全体をち密にする必要がある。

焼結炉材は炉材の耐火度から常用１２５０℃を越えると
高価となるので、１２５０℃以下嘲結温度で液相焼結を
生じせしむるＰ，Ｂ等の元素を１種あるいは２種以上を
含ませるものである。

０．２％では液相の発生が不充分であり、５ｆ以上では
液相を不必要に発生させるにすぎない。

尚本発明に於ける動弁機構は使用される機関に応じて種
々選択されるが焼結合金に於ける硬質相と基地との硬度
差はＨＶ３００〜９５０の範囲が使用上好ましいもので
ある。

以下本発明の実施例を記述する。

実施例 １ 供試機関 Ｖ型 １０気筒 ＯＨＶ （試験条件） カムシャフト回転数： ５ ０ ０Ｒ．Ｐ．Ｍ潤滑油
：ＳＡＥ３０’ 油 温 ：８５℃ 駆 動 ：モータリング 試験時間 ：ｌ００時間 （試料１） 焼入鋳鉄カム 基地：焼戻しマルテンサイト 炭化物量＝１５チ カム当り面硬度：ＨＲＣ５５ 化学成分（％） Ｃ Ｓｉ Ｍｎ Ｐ Ｓ Ｃｕ３．
３０ ２．０ ０．８ ０．１２ ０．１０
０．２０Ｃｒ Ｍｏ Ｆｅ Ｏ．８ ０．２０残 （試料２） チ〃鋳鉄タベット 基地：パーライト（カム当り面チル） カム当り向硬度： ＨＲＣ ５ ２ 化学成分（％） Ｃ Ｓｉ Ｍｎ Ｐ ＳＣｒ Ｆｅ３
．２ ２．２ ０．８ ０．１１ ０．１０ ０．３残
（試料３） 摺動面焼結合金製タベット（本発明品〕 （チップを鋳鉄母材にロー付） 基地硬度 ：ＨＶ５００ 硬質相体積比＝２１％ ＨＶ８８０〜１８００の硬質相体積比＝９５％５μ〜１
５０μの硬質相体積比 ＝９９％空孔率：１％ 焼結篇度：１１５０℃ 化学成分（％） Ｃ Ｃｒ Ｎｉ Ｍｏ Ｐ Ｆｅ
５．０ ２７．０ １．０ １．０ １．０残（試料４
） 摺動面焼結合金製タベット（本発明品） （チップを鋼材にロー付） 基地硬度 ：ＨＶ３０９ 硬質相体積比＝１９％ Ｈｖ８８０〜１８００の硬質相体積比：９７％５μ〜１
５０μの硬質相体積比 ＝９６％空孔率：１．５％ 焼結篇度：１１８０℃ 化学成分（％） Ｃ’ Ｃｒ Ｎｉ Ｂ Ｆｅ
４．９４ ３５．０ １０．０ １．０残上記試料の摩
耗試験結果を第１表に示す。

実施例 ２ 供試機関 直列４気筒 ＯＨＣ （試験条件） カムシャフト回転数：４５０Ｒ，．Ｐ．Ｍ潤滑油：ＳＡ
Ｅ３０豐劣化油 油 温：７０℃ 駆 動二ファイヤリング（ノーロード） 試験時間＝６０時間 （試料５） チル鋳鉄カム 基地：パーライト 炭化物量：４３係 カム当り而硬度： ＨＲＣ ４ ８ 化学成分（％） Ｃ Ｓｉ Ｍｎ Ｐ Ｓ Ｃｒ
Ｆｅ３．３ ２．０ ０．７ ０．１ ０．０１ ０．
３残（試料６） チル鋳鉄ロッカーアーム 基地：パーライト（スリッパ一面チル） スリツパー面硬度：ＨＲＣ５０ 化学成分（％） Ｃ ＳｉＭｎ Ｐ Ｓ ＣｕＣ Ｆｅ３
．３ ２．０ ０．７ ０．１ ０．０１ ０．３ ０
．３残（試料７） 摺勤面焼結合金製ロッカーアーム（本発明品）基地硬度
：ＨＶ３３０ 硬質相体積比：１４．５％ Ｈｖ８８０〜１８００の硬質相体積比：９８％５μ〜１
５０μの硬質相体積比 ＝９５％空孔率：１．９１係 焼結温度： １１４０℃ 化学成分（％） Ｃ Ｃｒ Ｎｉ Ｍｏ Ｐ Ｆｅ
３．０ １３．０ １．０ １．０ １．０残（試料８
） 摺動面焼結合金製ロッカーアーム（本発明品）基地硬度
：ＨＶ６５０ 硬質相体積比＝１０％ ＨＶ８８０〜１８００の硬質相体積比：９４％５μ〜１
５０μの硬質相体積比 ＝９９％空孔率＝２０％ 焼結幅度： １１８０℃ 化学成分（％） Ｃ Ｃｒ Ｎｉ Ｍｏ Ｐ Ｆｅ
１．５ ８．５ １．０ １．０ １．０残上記試料の
摩耗試験結果を第２表に示す。

比較摩耗試験結果によるとカムとタベットとの組合せに
於ける従来品との組合せＡはカムが異常摩耗し、タペッ
トの摩耗も多くピッチング摩耗が発生していた。

従来品との組合せＡに比し本発明品の組合せＢ，Ｃはカ
ム、タベットとも摩耗量が極めて少く、ピッチング摩耗
等が発生しなかった。

又カムとロッカーアームとの組合せに於いても従来品と
の組合せＤは組合せＡと同様カム、ロッカーアームとも
摩耗が多くスカツフイング摩耗が発生した。

これに対し本発明品の組合せＥ，Ｆに於いてはスカツフ
イング摩耗も発生せず、カム、ロッカーンームとも摩耗
量が極めて少なかった。

本発明品の組合せは第１表及び第２表あるいは第１図及
び第２図から明らかな如く従来品との組合せに比較し約
１／５〜１／６程度の摩耗量であり且つピッチング摩耗
、スカツフイング摩耗等の異常摩耗も発生せず優れた耐
摩耗性を発揮することが試験により確認された。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明実施例の摩耗試験結果を示す図
表である。 第３図〜第９図は試験結果を示すグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ タベット又はロッカーアームとの摺動面がパーライ
   ト基地で３０〜４５％の炭化物を含む鋳鉄カムと、カム
   との摺動面が鉄系で基地硬度がＨＶ２５０〜６５０を有
   し、硬質相の体積比が５〜３５％ＨＶ ８ ８ ０〜１
   ８００の硬質相が全硬質相の６５％以上で、硬質相の大
   きさ５〜１５０μの硬質相が全硬質相の８０係以上を占
   め、空孔率が１０％以下で且つ１２５０℃の焼結温度で
   液相暁結を生ぜせしむるＰ，Ｂ等の元素を１種あるいは
   ２種恕上を０．２〜５重ｔ％を含む焼結合金よりなるタ
   ベット又はロッカーアームとを組合せたことを特徴とす
   る内燃機関用動弁機構。 ２ タベット又はロッカーアームとの摺動面が焼戻しマ
   ルテンサイト基地で５〜３５％の炭化物を含む鋳鉄カム
   と、カムとの摺動面が鉄系で基地硬度がＨＶ２５０〜６
   ５０を有し、硬質相の体積比が５〜３５％、Ｉ｛７８８
   ０〜１８００の硬質相が全硬質相の６５％以上で、硬質
   相の大きさ５〜１５０μの硬質相が全硬質相の８０％以
   上を占め、空孔率が１０係以下で且つ１２５０℃の焼結
   温度で液相焼結を生ぜしむるＰ，Ｂ等の元素を１種ある
   いは２種以上を０．２〜５重量係含む焼結合金よりなる
   タペット又はロッカーアームとを組合せたこと′ｆｆ：
   ％徴とする内燃機関用動弁機構。