JP2005061240A

JP2005061240A - エンジンの動弁装置

Info

Publication number: JP2005061240A
Application number: JP2003207534A
Authority: JP
Inventors: Sadayuki Anpo; 定幸安保; Makoto Kano; 眞加納; Yutaka Mabuchi; 豊馬渕; Takahiro Hamada; 孝浩浜田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-08-14
Filing date: 2003-08-14
Publication date: 2005-03-10

Abstract

【課題】従来のエンジンの動弁装置では、エンジンのさらなる高性能化を実現するために、摺動接触部分におけるフリクションを低減が望まれていた。
【解決手段】回転する低速用カム２によりメインロッカアーム６を介して吸気弁５を開閉動作させるエンジンの動弁装置であって、メインロッカアーム６と低速用カム２との摺動接触部分、メインロッカアーム６とメインロッカシャフト４との摺動接触部分、及びメインロッカアーム６と吸気弁５との摺動接触部分において、少なくとも一つの摺動接触面に硬質炭素被膜を形成し、摺動接触部分の大幅なフリクションの低減を実現した。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車用エンジンに代表される内燃機関において、吸気弁や排気弁を開閉動作させるための動弁装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの動弁装置としては、回転するカムシャフトのカムによりロッカアームを回動させ、このロッカアームにより吸気弁又は排気弁を押動して開閉動作を行うものが周知である。また、この種の動弁装置には、エンジンの低速運転時と高速運転時とで弁リフト特性を切り換えるようにしたものがある（例えば、特許文献１及び２参照）。
【０００３】
上記の動弁装置は、カムに並列に設けた高速用カムと、ロッカアームに回動自在に連結した高速用ロッカアームと、ロッカアームに回動自在に連結されて高速用ロッカアームに係脱可能な作動レバーと、ロッカアームに進退可能に設けて作動レバーを押圧する油圧駆動式のプランジャを備えている。
【０００４】
そして、低速運転時には、作動レバーを高速用ロッカアームから離脱させた状態にして、カムによりロッカアームを回動させることで、吸気弁又は排気弁を開閉動作させ、高速運転時には、プランジャで押圧した作動レバーを高速用ロッカアームに係合させた状態にして、高速用カムで押圧した高速用ロッカアームをロッカアームと一体的に回動させることで、吸気弁又は排気弁を開閉動作させるものとなっている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−１３３０１２号公報
【特許文献２】
特開平１０−８９３５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記したような従来のエンジンの動弁装置にあっては、ロッカアームとカムとが摺動接触し、ロッカアームとロッカシャフトとが摺動接触し、さらに、ロッカアームと吸気弁又は排気弁とが摺動接触することとなるが、エンジンのさらなる高性能化を実現するためには、これらの摺動接触部分におけるフリクションを低減するうえでの改善が望まれていた。
【０００７】
【発明の目的】
本発明は、上記従来の状況に鑑みて成されたもので、エンジンの動弁装置において、とくに、ロッカアームとカムとの摺動接触部分、ロッカアームとロッカシャフトとの摺動接触部分、及びロッカアームと吸気弁又は排気弁との摺動接触部分の少なくとも一つの摺動接触部分において、大幅なフリクションの低減を実現することができるエンジンの動弁装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のエンジンの動弁装置は、回転するカムによりロッカアームを介して吸気弁又は排気弁を開閉動作させるエンジンの動弁装置であって、ロッカアームとカムとの摺動接触部分、ロッカアームとロッカシャフトとの摺動接触部分、及びロッカアームと吸気弁又は排気弁との摺動接触部分において、少なくとも一つの摺動接触面に硬質炭素被膜を形成したことを特徴としており、これによりフリクションの大幅な低減を実現する。
【０００９】
【発明の効果】
本発明に係わるエンジンの動弁装置によれば、ロッカアームとカムとの摺動接触部分、ロッカアームとロッカシャフトとの摺動接触部分、及びロッカアームと吸気弁又は排気弁との摺動接触部分のうちの少なくとも一つの摺動接触部分において、フリクションを大幅に低減することができ、エンジンの高性能化に貢献することができる。また、フリクションの低減により、摺動接触部分の耐スカッフ性、耐摩耗性及び焼き付き性を改善することができ、これにより潤滑油の節減や潤滑油供給用ポンプの小型化なども実現することができ、エンジン周辺構造におけるレイアウトの自由度の拡大や、コストの削減などが可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について、さらに詳細に説明する。なお、本明細書において「％」は、特記しない限り質量百分率を示すものとする。
【００１１】
図１に示すエンジンの動弁装置は、各気筒毎に設けてあって、各気筒に共通するカムシャフト１には、低速用カム２と、低速用カム２に対して弁リフト量及び開弁時間の少なくとも一方を大きくするカムプロフィールを有する高速用カム３が並列に設けてある。そして、カムシャフト１と平行に配置したメインロッカシャフト４に、低速用カム２に押動されて吸気弁５（又は排気弁）を開閉動作させるメインロッカアーム６を備え、このメインロッカアーム６に、サブロッカシャフト７を介して高速用ロッカアーム８が回動自在に連結してある。
【００１２】
メインロッカアーム６の下方側には、ピン９を介して、高速用ロッカアーム８に係脱可能な作動レバー１０が回動自在に連結してあると共に、図示しない油圧機構により進退可能なプランジャ１１を備えている。作動レバー１０は、前進したプランジャ１１により下端部が押圧されて回動し、高速用ロッカアーム８の下部に設けた段部８ａに対して上端部が係脱可能である。
【００１３】
また、高速用ロッカアーム８には、下方に開口した凹部１２が形成してあり、この凹部１２には、高速用ロッカアーム８のロストモーション機構として、スプリング１３と、スプリング１３に付勢されてメインロッカシャフト４に当接するスプリングリテーナ１４が設けてある。なお、図示の動弁装置は、一つの気筒における二つの吸気弁５（又は排気弁）に対応するもので、とくに図１（ａ）に示すように、二つのメインロッカアーム６を備えていると共に、その間に高速用ロッカアームおり、これに対応して、二つの低速用カム２とその間の高速用カム３を備えている。
【００１４】
上記構成を備えたエンジンの動弁装置では、低速運転時には、図１（ｂ）に示すように、作動レバー１０が高速用ロッカアーム８から離脱した状態にあって、低速用カム２によりメインロッカアーム６を回動させ、このメインロッカアーム６で吸気弁５のステム頂部を押圧する。このとき、高速用ロッカアーム８は、高速用カム３に押圧されるが、ロストモーション機構により往復回動を繰り返すのみで、メインロッカアーム６の動作を何ら妨げることはない。
【００１５】
次に、動弁装置は、高速運転時には、図１（ｂ）中に仮想線で示すようにプランジャ１１を前進させ、これにより作動レバー１０を回動させて高速用ロッカアーム８に係合した状態にする。これにより、高速用カム３で押圧した高速用ロッカアーム８とメインロッカアーム６とが一体的に回動し、高速用カム３のカムプロフィールに基づいた吸気弁５の開閉動作が行われることとなる。
【００１６】
ここで、上記の動弁装置では、メインロッカアーム６と低速用カム２との摺動接触部分、高速用ロッカアーム８と高速用カム３との摺動接触部分、メインロッカアーム６とメインロッカシャフト４との摺動接触部分、高速用ロッカアーム８とサブロッカシャフト７との摺動接触部分、及びメインロッカアーム６と吸気弁５との摺動接触部分において、少なくとも一つの摺動接触面に硬質炭素被膜を形成している。
【００１７】
これにより、上記摺動接触部分におけるフリクションを大幅に低減することができ、具体的には、従来の動弁装置に比べて約６０％のフリクション低減を実現し、エンジンの高性能化に貢献することができる。また、フリクションの低減により、摺動接触部分の耐スカッフ性、耐摩耗性及び焼き付き性を改善することができる。
【００１８】
さらに、上記の動弁装置では、メインロッカアーム６とプランジャ１１との摺動接触部分、及びメインロッカアーム６と作動レバー１０との摺動接触部分において、少なくとも一つの摺動接触面に硬質炭素被膜を形成している。このとき、メインロッカアーム６と作動レバー１０との摺動接触部分には、互いの側面同士の摺動接触部分と、メインロッカアーム６に設けたピン９と作動レバー１０との摺動接触部分が含まれる。
【００１９】
これにより、上記摺動接触部分におけるフリクションを大幅に低減することができ、とくに、低速運転時と高速運転時とを切り換える際の応答性を大幅に高めることができ、エンジンの高性能化に貢献することができる。なお、高速用ロッカアーム８と作動レバーの上端部との摺動接触部分や、プランジャ１１と作動レバーの下端部との摺動接触部分おいて、その摺動接触面に硬質炭素被膜を形成することも、性能向上を実現するうえで有効である。
【００２０】
さらに、上記の動弁装置には、例えばカムシャフト１の上側に配置したデリバリパイプ等により潤滑油が供給される。このとき、当該動弁装置では、上述の如く摺動接触部分におけるフリクションが大幅に低減されるので、潤滑油の節減や潤滑油供給用ポンプの小型化、あるいはデリバリパイプの廃止などを実現することができ、エンジン周辺構造におけるレイアウトの自由度の拡大や、コストの削減などが可能となる。また、当該動弁装置では、上記潤滑油の存在下で摺動接触部分を摺動させることにより、フリクション低減の効果をより一層発揮することができる。
【００２１】
ここで、当該動弁装置において、摺動接触面に形成した硬質炭素薄膜は、各種ＰＶＤ法、具体的には、アーク式イオンプレーティング法により形成したＤＬＣ薄膜（ダイヤモンドライクカーボン薄膜）であることが望ましい。このＤＬＣ薄膜は、炭素元素を主として構成された非晶質のものであり、具体的には、炭素元素だけから成るａ−Ｃ（アモルファスカーボン）、水素を含有するａ−Ｃ：Ｈ（水素アモルファスカーボン）、及びチタン（Ｔｉ）やモリブデン（Ｍｏ）等の金属元素を一部に含むＭｅＣ（メタルカーボン又は金属炭化物）が挙げられるが、大幅な摩擦低減効果を発揮させる観点から、水素含有量が少ないものほど好ましく、水素原子の含有量が１０．０原子％以下、より好ましくは水素原子の含有量が１．０原子％以下、さらには水素を含まないａ−Ｃ系（アモルファスカーボン系）材料を好適に用いることができ、さらには、膜厚を０．３〜１．５μｍとするのが好ましい。
【００２２】
ここで、例えば鉄系材料から成る各構成部品の基材の表面粗さ、すなわち、硬質炭素薄膜の被覆前における摺動接触面の表面粗さがＲａで０．０８μｍを超えると、硬質炭素薄膜表面の粗さに起因する突起部が摺動相手との局所的な接触面積を増大させて皮膜の割れを誘発してしまうことから、硬質炭素薄膜の被覆前における摺動接触面の表面粗さをＲａで０．０８μｍ以下とすることが好ましく、より好ましくは硬質炭素薄膜の被覆前における摺動接触面の表面粗さをＲａで０．０３μｍ以下とする。また、硬質炭素薄膜が未成形（未形成）である誘導（摺動の誤記）接触面の表面粗さをＲａで０．０８μｍ以下とすることも、上記した皮膜の割れを防止するうえで有効である。
【００２３】
次に、本発明の動弁装置に用いる潤滑油組成物について詳細に説明する。この潤滑油組成物は、潤滑油基油に、脂肪酸エステル系無灰摩擦調整剤及び／又は脂肪族アミン系無灰摩擦調整剤を含有させて成る。
【００２４】
上記潤滑油基油としては特に限定されるものではなく、鉱油、合成油、油脂及びこれらの混合物など、潤滑油組成物の基油として通常使用されるものであれば、種類を問わず使用することができる。
【００２５】
鉱油として、具体的には、原油を常圧蒸留及び減圧蒸留して得られた潤滑油留分を溶剤脱れき、溶剤抽出、水素化分解、溶剤脱ろう、水素化精製、硫酸洗浄、白土処理等の精製処理等を適宜組み合わせて精製したパラフィン系又はナフテン系等の油やノルマルパラフィン等が使用でき、溶剤精製、水素化精製処理したものが一般的であるが、芳香族分をより低減することが可能な高度水素化分解プロセスやＧＴＬＷａｘ（ガス・トウー・リキッド・ワックス）を異性化した手法で製造したものを用いることがより好ましい。
【００２６】
合成油としては、具体的には、ポリ−α−オレフィン（例えば、１−オクテンオリゴマー、１−デセンオリゴマー、エチレン−プロピレンオリゴマー等）、ポリ−α−オレフィンの水素化物、イソブテンオリゴマー、イソブテンオリゴマーの水素化物、イソパラフィン、アルキルベンゼン、アルキルナフタレン、ジエステル（例えば、ジトリデシルグルタレート、ジオクチルアジペート、ジイソデシルアジペート、ジトリデシルアジペート、ジオクチルセバケート等）、ポリオールエステル（例えば、トリメチロールプロパンカプリレート、トリメチロールプロパンペラルゴネート、トリメチロールプロパンイソステアリネート等のトリメチロールプロパンエステル；ペンタエリスリトール２−エチルヘキサノエート、ペンタエリスリトールペラルゴネート等のペンタエリスリトールエステル）、ポリオキシアルキレングリコール、ジアルキルジフェニルエーテル、ポリフェニルエーテル等が挙げられる。中でも、１−オクテンオリゴマー、１−デセンオリゴマー等のポリ−α−オレフイン又はその水素化物が好ましい例として挙げられる。
【００２７】
本発明の動弁装置に用いる潤滑油組成物の基油は、鉱油系基油又は合成系基油を単独又は混合して用いる以外に、２種類以上の鉱油系基油又は２種類以上の合成系基油の混合物であっても差し支えない。また、上記混合物における２種類以上の基油の混合比も特に限定されず任意に選ぶことができる。
【００２８】
潤滑油基油中の硫黄分について、特に制限はないが、基油全量基準で、０．２％以下であることが好ましく、より好ましくは０．１％以下、さらには０．０５％以下であることが好ましい。特に、水素化精製鉱油や合成系基油の硫黄分は、０．００５％以下、あるいは実質的に硫黄分を含有していない（５ｐｐｍ以下）ことから、これらを基油として用いることが好ましい。
【００２９】
また、潤滑油基油中の芳香含有量についても、特に制限はないが、内燃機関用（動弁装置用）潤滑油組成物として長期間低摩擦特性を維持するためには、全芳香族含有量が１５％以下であることが好ましく、より好ましくは１０％以下、さらには５％以下であることが好ましい。すなわち、潤滑油基油の全芳香族含有量が１５％を超える場合には、酸化安定性が劣るため好ましくない。
【００３０】
なお、ここで言う全芳香族含有量とは、ＡＳＴＭＤ２５４９に規定される方法に準拠して測定される芳香族留分（ａｒｏｍａｔｉｃｓｆｒａｃｔｉｏｎ）含有量を意味している。
【００３１】
潤滑油基油の動粘度にも、特に制限はないが、内燃機関用潤滑油組成物として使用する場合には、１００℃における動粘度が２ｍｍ^２／ｓ以上であることが好ましく、より好ましくは３ｍｍ^２／ｓ以上である。一方、その動粘度は、２０ｍｍ^２／ｓ以下であることが好ましく、１０ｍｍ^２／ｓ以下、特に８ｍｍ^２／ｓ以下であることが好ましい。１００℃における潤滑油基油の動粘度が２ｍｍ^２／ｓ未満である場合には、充分な耐摩耗性が得られないのに加えて、蒸発特性が劣る可能性があるため好ましくない。一方、１００℃における潤滑油基油の動粘度が２０ｍｍ^２／ｓを超える場合には、低摩擦性能を発揮しにくく、低温性能が悪くなる可能性があるため好ましくない。本発明の動弁装置においては、上記基油の中から選ばれる２種以上の基油を任意に混合した混合物等が使用でき、１００℃における動粘度が上記の好ましい範囲内に入る限りにおいては、基油単独の動粘度が上記以外のものであっても使用可能である。
【００３２】
また、潤滑油基油の粘度指数にも、特別な制限はないが、８０以上であることが好ましく、１００以上であることがさらに好ましく、特に内燃機関用潤滑油組成物として使用する場合には、１２０以上であることが好ましい。潤滑油基油の粘度指数を高めることでよりオイル消費が少なく、低温粘度特性等に優れた内燃機関用潤滑油組成物を得ることができる。
【００３３】
上記脂肪酸エステル系無灰摩擦調整剤及び／又は脂肪族アミン系無灰摩擦調整剤としては、炭素数６〜３０、好ましくは炭素数８〜２４、特に好ましくは炭素数１０〜２０の直鎖状又は分枝状炭化水素基を有する脂肪酸エステル、脂肪酸アミン化合物、及びこれらの任意混合物を挙げることができる。炭素数が６〜３０の範囲外のときは、摩擦低減効果が充分に得られない可能性がある。
【００３４】
炭素数６〜３０の直鎖状又は分枝状炭化水素基としては、具体的には、へキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基、イコシル基、ヘンイコシル基、ドコシル基、トリコシル基、テトラコシル基、ペンタコシル基、ヘキサコシル基、ヘプタコシル基、オクタコシル基、ノナコシル基、トリアコンチル基等のアルキル基、ヘキセニル基、ヘプテニル基、オクテニル基、ノネニル基、デセニル基、ウンデセニル基、ドデセニル基、トリデセニル基、テトラデセニル基、ペンタデセニル基、ヘキサデセニル基、ヘプタデセニル基、オクタデセニル基、ノナデセニル基、イコセニル基、ヘンイコセニル基、ドコセニル基、トリコセニル基、テトラコセニル基、ペンタコセニル基、ヘキサコセニル基、ヘプタコセニル基、オクタコセニル基、ノナコセニル基、トリアコンテニル基等のアルケニル基などを挙げることができる。なお、上記アルキル基及びアルケニル基には、考えられる全ての直鎖状構造及び分枝状構造が含まれ、また、アルケニル基における二重結合の位置は任意である。
【００３５】
また、上記脂肪酸エステルとしては、かかる炭素数６〜３０の炭化水素基を有する脂肪酸と脂肪族１価アルコール又は脂肪族多価アルコールとのエステルなどを例示でき、具体的には、グリセリンモノオレート、グリセリンジオレート、ソルビタンモノオレート、ソルビタンジオレートなどを特に好ましい例として挙げることができる。
【００３６】
上記脂肪族アミン化合物としては、脂肪族モノアミン又はそのアルキレンオキシド付加物、脂肪族ポリアミン、イミダゾリン化合物等、及びこれらの誘導体等を例示できる。具体的には、ラウリルアミン、ラウリルジエチルアミン、ラウリルジエタノールアミン、ドデシルジプロパノールアミン、パルミチルアミン、ステアリルアミン、ステアリルテトラエチレンペンタミン、オレイルアミン、オレイルプロピレンジアミン、オレイルジエタノールアミン、Ｎ−ヒドロキシエチルオレイルイミダゾリン等の脂肪族アミン化合物や、これら脂肪族アミン化合物のＮ，Ｎ−ジポリオキシアルキレン−Ｎ−アルキル（又はアルケニル）（炭素数６〜２８）等のアミンアルキレンオキシド付加物、これら脂肪族アミン化合物に炭素数２〜３０のモノカルボン酸（脂肪酸等）や、シュウ酸、フタル酸、トリメリット酸、ピロメリット酸等の炭素数２〜３０のポリカルボン酸を作用させて、残存するアミノ基及び／又はイミノ基の一部又は全部を中和したりアミド化した、いわゆる酸変性化合物等が挙げられる。好適な例としては、Ｎ，Ｎ−ジポリオキシエチレン−Ｎ−オレイルアミン等が挙げられる。
【００３７】
また、本発明の動弁装置に用いる潤滑油組成物に含まれる脂肪酸エステル系無灰摩擦調整剤及び／又は脂肪族アミン系無灰摩擦調整剤の含有量は、潤滑油組成物全量基準で、０．０５〜３．０％であることが好ましく、さらに好ましくは０．１〜２．０％、特に好ましくは０．５〜１．４％であることがよい。上記含有量が０．０５％未満であると摩擦低減効果が小さくなり易く、３．０％を超えると潤滑油への溶解性や貯蔵安定性が著しく悪化し、沈殿物が発生し易いので、好ましくない。
【００３８】
一方、本発明の動弁装置に用いる潤滑油組成物は、ポリブテニルコハク酸イミド及び／又はその誘導体を含有することが好適であり、上記ポリブテニルコハク酸イミドとしては、次の一般式（１）及び（２）で表される化合物が挙げられる。
【００３９】
【化１】

【００４０】
【化２】

【００４１】
これら一般式におけるＰＩＢは、ポリブテニル基を示し、高純度イソブテン又は１−ブテンとイソブテンの混合物をフッ化ホウ素系触媒又は塩化アルミニウム系触媒で重合させて得られる数平均分子量が９００〜３５００、望ましくは１０００〜２０００のポリブテンから得られる。上記数平均分子量が９００未満の場合は清浄性効果が劣り易く、３５００を超える場合は低温流動性に劣り易いため、望ましくない。
【００４２】
また、上記一般式におけるｎは、清浄性に優れる点から１〜５の整数、より望ましくは２〜４の整数であることがよい。さらに、上記ポリブテンは、製造過程の触媒に起因して残留する微量のフッ素分や塩素分を吸着法や充分な水洗等の適切な方法により、５０ｐｐｍ以下、より望ましくは１０ｐｐｍ以下、特に望ましくは１ｐｐｍ以下まで除去してから用いることもよい。
【００４３】
さらに、上記ポリブテニルコハク酸イミドの製造方法としては、特に限定はないが、例えば、上記ポリブテンの塩素化物又は塩素やフッ素が充分除去されたポリブテンと無水マレイン酸とを１００〜２００℃で反応させて得られるポリブテニルコハク酸を、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ペンタエチレンヘキサミン等のポリアミンと反応させることにより得ることができる。
【００４４】
一方、上記ポリブテニルコハク酸イミドの誘導体としては、上記一般式（１）又は（２）で表される化合物に、ホウ素化合物や含酸素有機化合物を作用させて、残存するアミノ基及び／又はイミノ基の一部又は全部を中和したり、アミド化した、いわゆるホウ素変性又は酸変性化合物を例示できる。その中でもホウ素含有ポリブテニルコハク酸イミド、特にホウ素含有ビスポリブテニルコハク酸イミドが最も好ましいものとして挙げられる。
【００４５】
上記ホウ素化合物としては、ホウ酸、ホウ酸塩、ホウ酸エステル等が挙げられる。具体的には、上記ホウ酸として、オルトホウ酸、メタホウ酸及びテトラホウ酸などが挙げられる。また、上記ホウ酸塩としては、アンモニウム塩等、具体的には、例えばメタホウ酸アンモニウム、四ホウ酸アンモニウム、五ホウ酸アンモニウム、八ホウ酸アンモニウム等のホウ酸アンモニウムが好適例として挙げられる。また、ホウ酸エステルとしては、ホウ酸と好ましくは炭素数１〜６のアルキルアルコールとのエステル、より具体的には例えば、ホウ酸モノメチル、ホウ酸ジメチル、ホウ酸トリメチル、ホウ酸モノエチル、ホウ酸ジエチル、ホウ酸トリエチル、ホウ酸モノプロピル、ホウ酸ジプロピル、ホウ酸トリププロピル、ホウ酸モノブチル、ホウ酸ジブチル、ホウ酸トリブチル等が好適例として挙げられる。なお、ホウ素含有ポリブテニルコハク酸イミドにおけるホウ素含有量Ｂと窒素含有量Ｎとの質量比「Ｂ／Ｎ」は、通常０．１〜３であり、好ましくは、０．２〜１である。
【００４６】
また、上記含酸素有機化合物としては、具体的には、例えばぎ酸、酢酸、グリコール酸、プロピオン酸、乳酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、エナント酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、カプリン酸、ウンデシル酸、ラウリン酸、トリデカン酸、ミリスチン酸、ペンタデカン酸、パルミチン酸、マルガリン酸、ステアリン酸、オレイン酸、ノナデカン酸、エイコサン酸等の炭素数１〜３０のモノカルボン酸や、シュウ酸、フタル酸、トリメリット酸、ピロメリット酸等の炭素数２〜３０のポリカルポン酸並びにこれらの無水物、又はエステル化合物、炭素数２〜６のアルキレンオキサイド、ヒドロキシ（ポリ）オキシアルキレンカーボネート等が挙げられる
【００４７】
なお、本発明の動弁装置に用いる潤滑油組成物において、ポリブテニルコハク酸イミド及び／又はその誘導体の含有量は、０．１〜１５％が望ましく、より望ましくは１．０〜１２％であることが好ましい。０．１％未満では清浄性効果に乏しくなることがあり、１５％を超えると含有量に見合う清浄性効果が得られにくく、抗乳化性が悪化し易い。
【００４８】
さらにまた、本発明の動弁装置に用いる潤滑油組成物は、次の一般式（３）で表されるジチオリン酸亜鉛を含有することが好適である。
【００４９】
【化３】

【００５０】
上記式（３）中のＲ^４、Ｒ^５、Ｒ^６及びＲ^７は、それぞれ別個に炭素数１〜２４の炭化水素基を示す。これら炭化水素基としては、炭素数１〜２４の直鎖状又は分枝状のアルキル基、炭素数３〜２４の直鎖状又は分枝状のアルケニル基、炭素数５〜１３のシクロアルキル基又は直鎖状若しくは分枝状のアルキルシクロアルキル基、炭素数６〜１８のアリール基又は直鎖状若しくは分枝状のアルキルアリール基、炭素数７〜１９のアリールアルキル基等のいずれかであることが望ましい。また、アルキル基やアルケニル基は、第１級、第２級及び第３級のいずれであってもよい。
【００５１】
上記Ｒ^４、Ｒ^５、Ｒ^６及びＲ^７としては、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、へキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基、イコシル基、ヘンイコシル基、ドコシル基、トリコシル基、テトラコシル基等のアルキル基、プロペニル基、イソプロペニル基、ブテニル基、ブタジエニル基、ペンテニル基、ヘキセニル基、ヘプテニル基、オクテニル基、ノネニル基、デセニル基、ウンデセニル基、ドデセニル基、トリデセニル基、テトラデセニル基、ペンタデセニル基、ヘキサデセニル基、ヘプタデセニル基、オレイル基等のオクタデセニル基、ノナデセニル基、イコセニル基、ヘンイコセニル基、ドコセニル基、トリコセニル基、テトラコセニル基等のアルケニル基、シクロペンチル基、シクロへキシル基、シクロヘプチル基等のシクロアルキル基、メチルシクロペンチル基、ジメチルシクロペンチル基、エチルシクロペンチル基、プロピルシクロペンチル基、エチルメチルシクロペンチル基、トリメチルシクロペンチル基、ジエチルシクロペンチル基、エチルジメチルシクロペンチル基、プロピルメチルシクロペンチル基、プロピルエチルシクロペンチル基、ジ−プロピルシクロペンチル基、プロピルエチルメチルシクロペンチル基、メチルシクロへキシル基、ジメチルシクロへキシル基、エチルシクロへキシル基、プロピルシクロへキシル基、エチルメチルシクロへキシル基、トリメチルシクロへキシル基、ジエチルシクロヘキシル基、エチルジメチルシクロヘキシル基、プロピルメチルシクロヘキシル基、プロピルエチルシクロヘキシル基、ジ−プロピルシクロへキシル基、プロピルエチルメチルシクロヘキシル基、メチルシクロヘプチル基、ジメチルシクロヘプチル基、エチルシクロヘプチル基、プロピルシクロヘプチル基、エチルメチルシクロヘプチル基、トリメチルシクロヘプチル基、ジエチルシクロヘプチル基、エチルジメチルシクロヘプチル基、プロピルメチルシクロヘプチル基、プロピルエチルシクロヘプチル基、ジ−プロピルシクロヘプチル基、プロピルエチルメチルシクロヘプチル基等のアルキルシクロアルキル基、フェニル基、ナフチル基等のアリール基、トリル基、キシリル基、エチルフェニル基、プロピルフェニル基、エチルメチルフェニル基、トリメチルフェニル基、ブチルフェニル基、プロピルメチルフェニル基、ジエチルフェニル基、エチルジメチルフェニル基、テトラメチルフェニル基、ペンチルフェニル基、ヘキシルフェニル基、ヘプチルフェニル基、オクチルフェニル基、ノニルフェニル基、デシルフェニル基、ウンデシルフェニル基、ドデシルフェニル基等のアルキルアリール基、ベンジル基、メチルベンジル基、ジメチルベンジル基、フェネチル基、メチルフェネチル基、ジメチルフェネチル基等のアリールアルキル基、等が例示できる。
【００５２】
なお、Ｒ^４、Ｒ^５、Ｒ^６及びＲ^７がとり得る上記炭化水素基には、考えられる全ての直鎖状構造及び分枝状構造をが含まれ、また、アルケニル基の二重結合の位置、アルキル基のシクロアルキル基への結合位置、アルキル基のアリール基への結合位置、及びアリール基のアルキル基への結合位置は任意である。また、上記炭化水素基の中でも、その炭化水素基が、直鎖状又は分柱状の炭素数１〜１８のアルキル基である場合若しくは炭素数６〜１８のアリール基、又は直鎖状若しくは分枝状アルキルアリール基である場合が特に好ましい。
【００５３】
上記ジチオリン酸亜鉛の好適な具体例としては、例えば、ジイソプロピルジチオリン酸亜鉛、ジイソブチルジチオリン酸亜鉛、ジ−ｓｅｃ−ブチルジチオリン酸亜鉛、ジ−ｓｅｃ−ペンチルジチオリン酸亜鉛、ジ−ｎ−ヘキシルジチオリン酸亜鉛、ジ−ｓｅｃ−ヘキシルジチオリン酸亜鉛、ジ−オクチルジチオリン酸亜鉛、ジ−２−エチルヘキシルジチオリン酸亜鉛、ジ−ｎ−デシルジチオリン酸亜鉛、ジ−ｎ−ドデシルジチオリン酸亜鉛、ジイソトリデシルジチオリン酸亜鉛、及びこれらの任意の組合せに係る混合物等が挙げられる。
【００５４】
また、上記ジチオリン酸亜鉛の含有量は、より高い摩擦低減効果を発揮させる観点から、潤滑油組成物全量基準且つリン元素換算量で、０．１％以下であることが好ましく、また０．０６％以下であることがより好ましく、さらにはジチオリン酸亜鉛が含有されないことが特に好ましい。ジチオリン酸亜鉛の含有量がリン元素換算量で０．１％を超えると、ＤＬＣ部材と鉄基部材との摺動面における上記脂肪酸エステル系無灰摩擦調整剤や上記脂肪族アミン系無灰摩擦調整剤の優れた摩擦低減効果が阻害されるおそれがある。
【００５５】
上記ジチオリン酸亜鉛の製造方法としては、従来方法を任意に採用することができ、特に制限されないが、具体的には、例えば、上記Ｒ^４、Ｒ^５、Ｒ^６及びＲ^７に対応する炭化水素基を持つアルコール又はフェノールを五二硫化りんと反応させてジチオリン酸とし、これを酸化亜鉛で中和させることにより合成することができる。なお、上記ジチオリン酸亜鉛の構造は、使用する原料アルコールによって異なることは言うまでもない。
【００５６】
本発明においては、上記一般式（３）に包含される２種以上のジチオリン酸亜鉛を任意の割合で混合して使用することもできる。
【００５７】
上述のように、本発明の動弁装置において、潤滑油組成物は、硬質炭素薄膜で被覆した摺動接触面に用いた場合に、極めて優れた低摩擦特性を示すものであるが、特に内燃機関用潤滑油組成物として必要な性能を高める目的で、金属系清浄剤、酸化防止剤、粘度指数向上剤、他の無灰摩擦調整剤、他の無灰分散剤、磨耗防止剤若しくは極圧剤、防錆剤、非イオン系界面活性剤、抗乳化剤、金属不活性化剤、消泡剤等を単独で又は複数種を組合せて配合し、必要な性能を高めることができる。
【００５８】
上記金属系清浄剤としては、潤滑油用の金属系清浄剤として通常用いられる任意の化合物が使用できる。例えば、アルカリ金属又はアルカリ土類金属のスルホネート、フェネート、サリシレートナフテネート等を単独で又は複数種を組合せて使用できる。ここで、上記アルカリ金属としてはナトリウム（Ｎａ）やカリウム（Ｋ）等、上記アルカリ土類金属としてはカルシウム（Ｃａ）やマグネシウム（Ｍｇ）等が例示できる。また、具体的な好適例としては、Ｃａ又はＭｇのスルフォネート、フェネート及びサリシレートが挙げられる。
【００５９】
なお、これら金属系清浄剤の全塩基価及び添加量は、要求される潤滑油の性能に応じて任意に選択できる。通常、全塩基価は、過塩素酸法で０〜５００ｍｇＫＯＨ／ｇ、望ましくは１５０〜４００ｍｇＫＯＨ／ｇであり、その添加量は潤滑油組成物全量基準で、通常０．１〜１０％である。
【００６０】
また、上記酸化防止剤としては、潤滑油用の酸化防止剤として通常用いられる任意の化合物を使用できる。例えば、４，４’−メチレンビス（２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール）、オクタデシル−３−（３，５−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート等のフェノール系酸化防止剤、フェニル−α−ナフチルアミン、アルキルフェニル−α−ナフチルアミン、アルキルジフェニルアミン等のアミン系酸化防止剤、並びにこれらの任意の組合せに係る混合物等が挙げられる。また、かかる酸化防止剤の添加量は、潤滑油組成物全量基準で、通常０．０１〜５％である。
【００６１】
さらに、上記粘度指数向上剤としては、具体的には、各種メタクリル酸エステルから選ばれる１種又は２種以上のモノマーの共重合体やその水添物等のいわゆる非分散型粘度指数向上剤、及びさらに窒素化合物を含む各種メタクリル酸エステルを共重合させたいわゆる分散型粘度指数向上剤等が例示できる。また、他の粘度指数向上剤の具体例としては、非分散型又は分散型エチレン−α−オレフィン共重合体（α−オレフィンとしては、例えばプロピレン、１−ブテン、１−ペンテン等）及びその水素化物、ポリイソブチレン及びその水添物、スチレン−ジエン水素化共重合体、スチレン−無水マレイン酸エステル共重合体、並びにポリアルキルスチレン等も例示できる。
【００６２】
これら粘度指数向上剤の分子量は、せん断安定性を考慮して選定することが必要である。具体的には、粘度指数向上剤の数平均分子量は、例えば分散型及び非分散型ポリメタクリレートでは５０００〜１００００００、好ましくは１０００００〜８０００００がよく、ポリイソブチレン又はその水素化物では８００〜５０００、エチレン−α−オレフィン共重合体又はその水素化物では８００〜３０００００、好ましくは１００００〜２０００００がよい。また、かかる粘度指数向上剤は、単独で又は複数種を任意に組合せて含有させることができるが、通常その含有量は、潤滑油組成物基準で０．１〜４０．０％であることが望ましい。
【００６３】
さらにまた、他の無灰摩擦調整剤としては、ホウ酸エステル、高級アルコール、脂肪族エーテル等の無灰摩擦調整剤、ジチオリン酸モリブデン、ジチオカルバミン酸モリブデン、二硫化モリブデン等の金属系摩擦調整剤等が挙げられ、他の無灰分散剤としては、数平均分子量が９００〜３５００のポリブテニル基を有するポリブテニルベンジルアミン、ポリブテニルアミン、数平均分子量が９００未満のポリブテニル基を有するポリブテニルコハク酸イミド等及びそれらの誘導体等が挙げられる。
【００６４】
さらにまた、上記磨耗防止剤又は極圧剤としては、ジスルフィド、硫化油脂、硫化オレフィン、炭素数２〜２０の炭化水素基を１〜３個含有するリン酸エステル、チオリン酸エステル、亜リン酸エステル、チオ亜リン酸エステル及びこれらのアミン塩等が挙げられる。
【００６５】
さらにまた、上記防錆剤としては、アルキルベンゼンスルフォネート、ジノニルナフタレンスルフォネート、アルケニルコハク酸エステル、多価アルコールエステル等が挙げられ、上記非イオン系界面活性剤及び抗乳化剤としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルナフチルエーテル等のポリアルキレングリコール系非イオン系界面活性剤等が挙げられる。
【００６６】
さらにまた、上記金属不活性化剤としては、イミダゾリン、ピリミジン誘導体、チアジアゾール、ベンゾトリアゾール、チアジアゾール等が挙げられ、上記消泡剤としては、シリコーン、フルオロシリコーン、フルオロアルキルエーテル等が挙げられる。
【００６７】
なお、これら添加剤を本発明の動弁装置に用いる潤滑油組成物に含有させる場合には、その含有量は、潤滑油組成物全量基準で、他の摩擦調整剤、他の無灰分散剤、磨耗防止剤又は極圧剤、防錆剤、及び抗乳化剤については０．０１〜５％、金属不活性剤については０．００５〜１％、消泡剤については０．０００５〜１％の範囲から適宜選択することができる。
【００６８】
【実施例】
以下、本発明を実施例及び比較例により具体的に説明するが、本発明は、これら実施例のみに限定されるものではない。
【００６９】
実施例１〜１０及び比較例１では、後記する表１に示すように、一方の摺動部品に相当するピン状の試料と、その摺動相手部材であるリング状の摺動相手試料を用意した。そして、実施例１及び２については、試料及び摺動相手試料の双方の摺動接触面にＤＬＣ被膜を形成し、実施例３〜１０については、試料の摺動接触面にＤＬＣ被膜を形成し、比較例１については、ＤＬＣ被膜が無いものとし、また、各例において基材の面粗度、ＤＬＣ被膜の膜厚及び水素含有量、並びに潤滑油中の添加剤を異ならせた。
【００７０】
次に、ＪＩＳＤ４４１１に準処して、定速式摩擦試験機において、試料（ピン）と摺動相手試料（リング）を用いたピン−オン−リングによる摩擦試験を行った。この試験は、摺動相手材料に対して試料を一定荷重で押付けるとともにリングを定速度で回転させて摩擦力を測定するものである。そして、測定した摩擦力や試験前後に行った試料の厚さ及び重量の測定結果に基づいて摩擦係数を求めて、比較例１及び２を『１．００』として実施例１〜１０及び実施例１１〜２０の摩擦係数低減比を求めた。その結果を表１及び表２に示す。
【００７１】
【表１】

【００７２】
表１に示すように、実施例１〜１０については、ＤＬＣ被膜の形成により、比較例１対して摩擦係数が明らかに低減されたものとなり、とくに、試料及び相手摺動部材の両方にＤＬＣ被膜を形成した実施例１及び２については、摩擦係数の大幅な低減を確認することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるエンジンの動弁装置の一実施形態を説明するロッカアームの平面図（ａ）及び側部断面図（ｂ）である。
【符号の説明】
２低速用カム
３高速用カム
４メインロッカシャフト
５吸気弁
６メインロッカアーム
７サブロッカシャフト
８高速用ロッカアーム
１０作動レバー
１１プランジャ

Claims

回転するカムによりロッカアームを介して吸気弁又は排気弁を開閉動作させるエンジンの動弁装置であって、ロッカアームとカムとの摺動接触部分、ロッカアームとロッカシャフトとの摺動接触部分、及びロッカアームと吸気弁又は排気弁との摺動接触部分において、少なくとも一つの摺動接触面に硬質炭素被膜を形成したことを特徴とするエンジンの動弁装置。
カムに並列に設けた高速用カムと、ロッカアームに回動自在に連結した高速用ロッカアームと、ロッカアームに回動自在に連結されて高速用ロッカアームに係脱可能な作動レバーと、ロッカアームに進退可能に設けて作動レバーを押圧するプランジャを備え、高速運転時には、プランジャで押圧した作動レバーと高速用ロッカアームを係合状態にすることにより、高速用カムで押圧した高速用ロッカアームをロッカアームと一体的に回動させる動弁装置であって、ロッカアームとプランジャとの摺動接触部分、及びロッカアームと作動レバーとの摺動接触部分において、少なくとも一つの摺動接触面に硬質炭素被膜を形成したことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの動弁装置。
カムにより押動されて吸気弁又は排気弁を開閉動作させるロッカアームと、カムに並列に設けた高速用カムと、ロッカアームに回動自在に連結した高速用ロッカアームと、ロッカアームに回動自在に連結されて高速用ロッカアームに係脱可能な作動レバーと、ロッカアームに進退可能に設けて作動レバーを押圧するプランジャを備え、低速運転時には、作動レバーを高速用ロッカアームから離脱させた状態にして、カムによりロッカアームを回動させ、高速運転時には、プランジャで押圧した作動レバーを高速用ロッカアームに係合させた状態にして、高速用カムで押圧した高速用ロッカアームをロッカアームと一体的に回動させる動弁装置であって、ロッカアームとプランジャとの摺動接触部分、及びロッカアームと作動レバーとの摺動接触部分において、少なくとも一つの摺動接触面に硬質炭素被膜を形成したことを特徴とするエンジンの動弁装置。
硬質炭素薄膜の膜厚が、０．３〜１．５μｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のエンジンの動弁装置。
硬質炭素薄膜に含まれる水素原子の量が１０．０原子％以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のエンジンの動弁装置。
硬質炭素薄膜に含まれる水素原子の量が１．０原子％以下であることを特徴とする請求項５に記載のエンジンの動弁装置。
各摺動接触部分が、脂肪酸エステル系無灰摩擦調整剤及び／又は脂肪族アミン系無灰摩擦調整剤を含有する潤滑油の存在下で摺動接触することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のエンジンの動弁装置。
脂肪酸エステル系無灰摩擦調整剤及び／又は脂肪族アミン系無灰摩擦調整剤が、炭素数６〜３０の炭化水素基を有し、潤滑油中に組成物全量基準で０．０５〜３．０％含有されていることを特徴とする請求項７に記載のエンジンの動弁装置。
潤滑油が、ポリブテニルコハク酸イミド及び／又はその誘導体を含有していることを特徴とする請求項７又は８に記載のエンジンの動弁装置。
潤滑油におけるポリブテニルコハク酸イミド及び／又はその誘導体の含有量が、潤滑油組成物全量基準で０．１〜１５％であることを特徴とする請求項９に記載のエンジンの動弁装置。
潤滑油が、組成物全量基準且つリン元素換算量で、０．１％以下のジチオリン酸亜鉛を含有していることを特徴とする７〜１０のいずれかに記載のエンジンの動弁装置。
硬質炭素薄膜が、ＰＶＤ法により成膜したＤＬＣ薄膜であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載のエンジンの動弁装置。
硬質炭素薄膜の被覆前における摺動接触面の表面粗さが、Ｒａで０．０８μｍ以下であることことを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載のエンジンの動弁装置。
硬質炭素薄膜の被覆前における摺動接触面の表面粗さが、Ｒａで０．０３μｍ以下であることことを特徴とする請求項１３に記載のエンジンの動弁装置。