CN106605043B - 滚子式摇臂 - Google Patents

Abstract

提供滚子式摇臂，在四冲程内燃机的摇臂式气门传动机构中，所述滚子式摇臂减少摩擦。在四冲程内燃机的摇臂式气门传动机构中，作为构成的部件之一的摇臂由主体(110)、滚子轴(120)以及被滚子轴(120)支承的内圈滚子(130)和外圈滚子(140)这两个滚子合计四个部件构成，在滑移的同时进行滑动的方式的摇臂中，内圈滚子由树脂材料构成，减少滑动的摩擦。并且，与内圈滚子的滑动方向平行地配置强化纤维，使得摩擦进一步减少。

Description

滚子式摇臂

技术领域

本发明涉及内燃机的摇臂式气门传动机构，特别是涉及可提高摩擦性能的滑动式滚子摇臂的结构。

背景技术

在四冲程内燃机的气门传动机构中，将用于使吸排气门打开/关闭的凸轮轴的提升动作分类成：将使用挺杆(tappet)来传递的方式称为直击式，将使用摇臂来传递的方式称为摇臂式。挺杆与摇臂两者被设置在凸轮轴与吸排气门之间，在气门打开时，一边克服气门弹簧反作用力一边进行提升，在气门关闭时，一边被气门弹簧压回一边进行运动，始终产生将其与气门传动系统的惯性力合成后的负载。

近年来，以提高燃料效率为目的而多采用在摇臂上设置有滚子的结构。该滚子式摇臂由被称为主干的主体、与凸轮轴滑动的外圈滚子、支承外圈滚子的轴、在轴与外圈滚子之间称为滚动件(コロ)的小径实心轴或称为内圈的中空滚子共计四个部件构成。将使用了前者的滚动件的方式归为滚动式，将采用了后者的内圈滚子的方式归为滑动式。

图1(A)中示出了滑动式的摇臂的概略立体图，图1(B)中示出了滚动式的摇臂的概略立体图。但是，这里省略了摇臂的主体。滑动式的摇臂10具有滚子轴12、可旋转地被安装于滚子轴12的内圈滚子14和可旋转地被安装在内圈滚子14的外周面上的外圈滚子16。滚动式的摇臂20具有滚子轴22、可旋转地被安装于滚子轴22的外周的多个滚针24和可旋转地被安装在滚针24的外周上的滚子26。

图2是示出被设置在凸轮轴的凸轮与吸排气门的阀杆之间的滚动式摇臂的一个示例的图。摇臂包括将图1(B)所示的滚子26保持成可旋转的主体30，主体30的一个端部32被枢轴部34支承，另一端部36与吸排气门的阀杆37的帽38抵接，在帽38的下方安装有对摇臂的端部36施力的气门弹簧39。这样，滚子26与凸轮40抵接，凸轮40的旋转运动被传递到主体30，另一端部36随着凸轮40的旋转而使吸排气门上下移动。滑动式摇臂也与之同样地被使用。图2A示出了摇臂被液压式间隙调节器支承的其它示例。如该图所示，摇臂的一端部32与顶部为半球状的柱塞52抵接，柱塞52被间隙调节器50支承。间隙调节器50将柱塞52支承成可沿轴向滑动。专利文献1、2中公开了这样的间隙调节器式摇臂，可借助间隙调节器将润滑油容易地供给到滚子轴的润滑油孔中。

滚动式在发动机运转时滚动件滚动的状态下被使用，因此，与滑动式相比，摩擦性能良好。但是，滚动件与轴或外圈成为接近线接触的滑动状态。特别是，由于滚动件的外径小、与轴成为凸圆弧彼此的接触，因此，根据赫兹接触理论，滚子与轴的面压变高。

另一方面，在滑动式中，利用外圈滚子的内周的面与内圈滚子的外周的面、内圈滚子的内周的面与滚子轴的外周的面支承凸轮轴的提升负载。面压最高的内圈滚子和滚子轴构成为，与滚动件相比，内圈滚子的内径大，与滚子轴成为凹圆弧与凸圆弧的接触，因此，与滚动式相比，在面压低的状态下被使用。在各滑动面存在间隙，由于滑动的同时进行相对运动，因此，特别是在低旋转区域中成为边界润滑状态，摩擦性能变差。

为了提高燃料效率，需要减少这些滑动部的摩擦。此外，为了确保长期地顺畅地传递提升动作的功能，需要这些滑动部不磨损及不烧结。在这样的以往的摇臂中公开了抑制磨损(专利文献3)或高效率地供给润滑油(专利文献4、5)的技术。此外，公开了通过在内圈滚子的周面上加工润滑性覆膜来防止损伤及烧结的技术(专利文献6)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-1906号公报

专利文献2：日本特开2012-154226号公报

专利文献3：日本特开2008-255883号公报

专利文献4：日本特开2007-23817号公报

专利文献5：日本特开2007-263023号公报

专利文献6：日本特开2000-34907号公报

发明内容

发明要解决的课题

在滑动式摇臂中，外圈滚子的内周与内圈滚子的外周、内圈滚子的内周与滚子轴的外周分别作为滑动面而发挥作用，在这些部分设置有间隙。以往，在该滑动面的制作中，在通过研磨制成形状后，完成利用圆筒调整表面粗糙度的精加工。

在运动时，对该滑动面的润滑是进行飞沫供油，该飞沫供油是利用了存在于气缸盖内部的空气中的飞沫状态的润滑油，因此，原本润滑油的供给量少。因而，担心滑动面的摩擦。特别是，以往的滑动式摇臂存在这样的课题：在低旋转区域(主要是空转时等的1000rpm以下的低旋转)中，成为边界润滑状态，与该滚动式摇臂相比，摩擦大。

本发明的目的在于，为了解决上述课题，提供从发动机的低旋转区域到高旋转区域可减少摩擦的滚子式摇臂。

用于解决课题的手段

本发明的滚子式摇臂具备将凸轮的旋转动作传递至吸排气门的功能，所述滚子式摇臂具有：滚子轴；内圈滚子，其以能够滑动的方式被安装在所述滚子轴的外周面上；和外圈滚子，其以能够滑动的方式被安装在所述内圈滚子的外周面上，所述内圈滚子由树脂材料构成。

优选的是，所述树脂材料是聚醚醚酮(PEEK)树脂、聚苯硫醚(PPS)树脂、聚四氟乙烯(PTFE)树脂、聚醚砜(PES)树脂、聚苯并咪唑(PBI)树脂、聚酰亚胺(PI)树脂或聚酰胺(PAI)树脂。优选的是，所述树脂材料含有利用碳纤维、CNT(碳纳米管)、CNC(碳纳米线圈)或利用玻璃纤维进行强化后的强化纤维。优选的是，所述强化纤维与所述内圈滚子的滑动方向大致平行地配置。优选的是，在与所述内圈滚子的外周面和内周面滑动的对方侧部件中的至少一方上形成有非晶硬碳覆膜。

发明效果

根据本发明，由于由树脂材料构成内圈滚子，因此，与以往的滚动式滚子摇臂相比，能够从发动机的低旋转区域到高旋转区域减少滑动引起的摩擦。

附图说明

图1(A)是示出以往的滚子式摇臂(滑动式)的概要立体图，图1(B)是示出以往的滚子式摇臂(滚动式)的概略立体图。

图2是示出摇臂借助于凸轮而动作的一个示例的示意图。

图2A是示出摇臂被应用于内燃机的其它示例的示意图。

图3是本发明的实施例的滚子式摇臂的示意性外观立体图。

图4是图3所示的摇臂的将主体的一部分除去时的示意图。

图5是示出本发明的实施例的摇臂的各部分构成部件的图，图5(A)是滚子轴的立体图，图5(B)是内圈滚子的立体图，图5(C)是外圈滚子的立体图。

图6是本发明的实施例的滚子式摇臂的剖视图。

具体实施方式

下面，对用于实施本发明的方式详细地进行说明。另外，应注意的是，为了易于理解，附图强调地示出了各部分，与实际的比例不同。

图3是示出本发明的实施例的摇臂的整体的立体图，图4是图3所示的摇臂的将主体的一部分除去后的图，图5是各部件的立体图，图6是摇臂的概略剖视图。本发明的实施例的摇臂是构成四冲程内燃机的摇臂式气门传动机构的部件之一，其涉及总地滑移的同时进行滑动的摇臂。

如图3和图4所示，本实施例的摇臂100包括：主体110；滚子轴120，其被固定在主体110内；内圈滚子130，其可旋转地被安装在滚子轴120的外周上；和外圈滚子140，其可旋转地被安装在内圈滚子130的外周上。

主体110是对滚子轴120、内圈滚子130和外圈滚子140进行支承的金属部件，在一个端部112上形成有用于对枢轴部34(参照图2)进行支承的开口112A，另一端部114与吸排气门的阀杆的帽38抵接。在主体110的一端部112与另一端部114之间形成有分离的一对侧壁116A、116B，在一对侧壁116A、116B上分别形成有圆形的贯通孔118。在一对侧壁116A、116B的贯通孔118内安装有滚子轴120。

如图5(A)所示，滚子轴120是具有一样的直径D1的圆筒状的金属部件，其如上所述地被插入到一对侧壁116A、116B各自的贯通孔118内。优选的是，滚子轴120的直径D1形成为与贯通孔118的直径大致相等、或比其大一些，滚子轴120通过凿紧等被紧固在贯通孔118内。

内圈滚子130是以覆盖滚子轴120的外周的方式被安装在一对侧壁116A、116B之间的环状的部件，由树脂材料构成。如图5(B)所示，内圈滚子130具有内径D2的内周面132和外径D3的外周面134。内径D2比滚子轴120的直径D1大一些，即，形成为具有固定的间隙，使得D2>D1。其结果是，内圈滚子130的内周面132可在滚子轴120的外周面122上滑动。

外圈滚子140是以覆盖内圈滚子130的外周的方式被安装在一对侧壁116A、116B之间的环状的金属部件。如图5(C)所示，外圈滚子140具有外周面144和内径D4的内周面142。外圈滚子140的内径D4比内圈滚子130的外径D3大一些，即，形成为具有固定的间隙，使得D4>D3。其结果是，外圈滚子140的内周面142可在内圈滚子130的外周面134上滑动。

本实施例的摇臂的特征在于，如上所述地内圈滚子130由树脂材料构成。优选的是，树脂材料的与金属材料的滑动特性优异并具有耐磨损性，并且与润滑油具有亲和性，例如是PEEK(聚醚醚酮)、PPS(聚苯硫醚)、PTFE(聚四氟乙烯)、PES(聚醚砜)、PBI(聚苯并咪唑)、PI(聚酰亚胺)、PAI(聚酰胺)等。通过将这样的树脂材料成型，从而可形成内圈滚子130。

进一步优选的是，为了强化树脂材料的机械强度及耐磨损性等，将强化部件混在树脂材料中。强化部件是例如碳纤维、CNT(碳纳米管)、CNC(碳纳米线圈)、玻璃纤维等强化纤维。另外，也可以将石墨、二硫化钼等润滑性材料、金属、陶瓷等耐磨损微粒与所述强化纤维混合在一起。并且，在使树脂材料中含有这样的强化纤维的情况下，强化纤维被配置成与内圈滚子130的滑动方向(圆周方向)大致平行，由此可进一步减少摩擦。

表1对进行本实施例的摇臂与其它结构的摇臂的评价实验时的摩擦扭矩进行了对比。比较例1是滚动式滚子摇臂(参照图1(B))，比较例2是以往的由金属材料构成的滑动式滚子摇臂(参照图1(A))。数值是以比较例1的各凸轮旋转的摩擦扭矩为1时的对比数据。

根据评价实验，以往的滑动式摇臂(比较例2)的摩擦扭矩在高旋转区域中低于滚动式摇臂，但在低旋转区域中高于滚动式摇臂(比较例1)。相对于此，在本实施例的摇臂中，可知在低旋转区域中摩擦也低于滚动式摇臂(比较例1)，在高旋转区域中也低于以往的滑动式摇臂(比较例2)。这样，根据本实施例，通过利用树脂材料构成内圈滚子130，从而能够从发动机的低旋转区域到高旋转区域都比以往的滑动式摇臂减少摩擦。

表1

/凸轮旋转(rpm)	500	1000	2000	3000
					实施例	0.75	0.71	0.71	0.77
比较例1	1	1	1	1
					比较例2	1.6	1.07	0.80	0.84

下面，对本发明的第二实施例进行说明。在第二实施例中，在与树脂制的内圈滚子130滑动的对方侧的部件的滑动面、即外圈滚子140的内周面和滚子轴120的外周面中的至少一方形成有非晶硬碳覆膜(下面，称为DLC(Diamond like carbon：类金刚石)覆膜)。可通过PVD(物理气相沉积)法、CVD(化学蒸汽沉积)法、PACVD(等离子体辅助化学蒸汽沉积)法等形成这样的DLC覆膜。例如，从硬度和耐磨损性的角度而言，优选的是，通过例如PVD法、特别是通过电弧离子镀法形成的氢含量在0.5原子％以下。若是例如PVD法，则DLC覆膜的膜厚是0.3μm～1.5μm，优选的是1.0μm以下。若是CVD法，则可具有20μm左右的膜厚。

通过在与树脂制的内圈滚子130滑动的滚子轴120的滑动面和外圈滚子140的滑动面上形成DLC覆膜。从而能够减少内圈滚子130与滚子轴120和/或外圈滚子140之间的摩擦。

另外，在上述实施例中，示出了在与内圈滚子130滑动的对方侧部件的滑动面上形成DLC覆膜的示例，不过，除了上述结构以外，只要可得到减少摩擦的效果，也可以在内圈滚子130的外周面或内周面形成DLC覆膜，也可以在外圈滚子140的内周面和内圈滚子130的外周面、滚子轴120的外周面和内圈滚子130的内周面分别形成DLC覆膜。

以上对本发明的优选的实施方式进行了说明，但本发明不限于特定的实施方式，在根据权利要求书不脱离本发明主旨的范围内本发明可进行变形、变更。

标号说明

100：摇臂

110：主体

120：滚子轴

122：外周面

130：内圈滚子

132：内周面

134：外周面

140：外圈滚子

142：内周面

144：外周面

Claims (4)

1.一种滚子式摇臂，其具备将凸轮的旋转动作传递至吸排气门的功能，

所述滚子式摇臂具有：直径D1的金属制的滚子轴；内圈滚子，其以能够滑动的方式被安装在所述滚子轴的外周面上，并且具有比直径D1大的内径D2和外径D3；和外圈滚子，其以能够滑动的方式被安装在所述内圈滚子的外周面上，具有比外径D3大的内径D4和外径D5，并且为金属制，

在所述内圈滚子的内周面与所述滚子轴的外周面之间、以及所述内圈滚子的外周面与所述外圈滚子的内周面之间，形成有用于使所述滚子式摇臂周围的空气中存在的润滑油进入的间隙，

所述内圈滚子由树脂材料成型，所述树脂材料是聚醚醚酮树脂、聚苯硫醚树脂、聚四氟乙烯树脂、聚醚砜树脂、聚苯并咪唑树脂、聚酰亚胺树脂或聚酰胺树脂。

2.根据权利要求1所述的滚子式摇臂，其中，

所述树脂材料含有利用碳纤维、CNT(碳纳米管)、CNC(碳纳米线圈)或玻璃纤维进行强化后的强化纤维。

3.根据权利要求2所述的滚子式摇臂，其中，

所述强化纤维与所述内圈滚子的滑动方向大致平行地配置。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的滚子式摇臂，其中，

在与所述内圈滚子的外周面和内周面滑动的对方侧部件中的至少一方上形成有非晶硬碳覆膜。