JP5164695B2

JP5164695B2 - 内燃機関及びその動弁機構

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Publication number: JP5164695B2
Application number: JP2008171972A
Authority: JP
Inventors: 博治所; 勝奥山; 謙間瀬; 英一日岡
Original assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2008-07-01
Filing date: 2008-07-01
Publication date: 2013-03-21
Anticipated expiration: 2028-07-01
Also published as: JP2010013941A

Description

本発明は、内燃機関及びその動弁機構に関し、特に、一端部がピボット部で揺動自在に支持され、他端部がバルブの軸先端部に係合するロッカアームを備え、カムの回転運動に伴ってロッカアームが揺動してバルブをその軸線方向に駆動する内燃機関及びその動弁機構に関する。

ロッカアーム式動弁機構においては、ロッカアームの一端部がピボット部で揺動自在に支持され、ロッカアームの他端部がバルブの軸先端部に係合し、ロッカアームの中間部にはローラが回転自在に支持され、カムの外周面がローラの外周面に当接している。カムの回転運動に伴って、ローラが回転しながら略上下方向に移動し、ロッカアームがピボット部を支点として揺動することで、バルブがその軸線方向に駆動されて開閉する。ピボット部においては、ロッカアームの揺動運動の際に、ロッカアームの一端部に設けられた揺動部材の接触面がロッカアームの一端部を支持する受け部材の接触面に対して摺動し、揺動部材の接触面と受け部材の接触面との間には潤滑油が供給される。揺動部材の接触面と受け部材の接触面との接触は、面圧が高く摺動速度が遅いため、これらの接触面間に形成される油膜の厚さはきわめて薄くなる。

特開２００４−１８３５８９号公報特開２００４−３５７３７号公報特開２００７−１６９６４０号公報特開昭６１−３８２５７号公報山本英継他、「ディーゼルエンジンオイル中のすすの硬さに関する研究」、日本機械学会年次大会講演論文集、２００３年８月５日、Vol.2003,No.3

内燃機関においては、潤滑油に異物が混入することがある。例えば圧縮自着火式内燃機関（ディーゼルエンジン）においては、燃焼に伴って発生するカーボンスーツが潤滑油に混入する。カーボンスーツは一次粒子径が数十ｎｍ程度（例えば特許文献２，３参照）であり、これらが凝集して油中に存在する。エンジンの運転時間が増えるにつれて潤滑油に混入するカーボンスーツの割合が増加し、混入割合が増加するとともに凝集体が摩耗に対して有害なサイズに成長する。このカーボンスーツは非常に硬くて研削性があるため、上記のロッカアーム式動弁機構において、接触面圧の高い滑り運動をする揺動部材の接触面と受け部材の接触面との間に有害なサイズのカーボンスーツの凝集体が介在すると、定常摩耗に比べて摩耗速度の速い異常摩耗が発生し、耐久性が損なわれる場合がある。

特許文献１には、この異常摩耗を回避するために、摺動面の表面硬さを材質と熱処理で向上させることで、耐摩耗性と耐久性の確保を図る技術が提案されている。しかし、カーボンスーツの硬さはビッカース硬度でＨｖ１５００以上（例えば非特許文献１参照）と報告されており、材質や熱処理等で摺動面の表面を硬くする方法は、摩耗速度の低減には効果があるものの、異常摩耗の防止に対しては充分な効果が得られない。

本発明は、ロッカアームの一端部を揺動自在に支持するピボット部の摺動面に異常摩耗が発生するのを防止することができる内燃機関及びその動弁機構を提供することを目的とする。

本発明に係る内燃機関及びその動弁機構は、上述した目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明に係る内燃機関の動弁機構は、一端部がピボット部で揺動自在に支持され、他端部がバルブの軸先端部に係合するロッカアームを有し、カムの回転運動に伴ってロッカアームが揺動してバルブをその軸線方向に駆動する内燃機関の動弁機構であって、ピボット部においては、ロッカアームの一端部に設けられた揺動部材の接触面がロッカアームの一端部を支持する受け部材の接触面に対して摺動し、揺動部材の接触面上及び受け部材の接触面上の少なくとも一方に、これらの接触面よりも低い硬さのなじみ促進層が設けられており、なじみ促進層の硬さがビッカース硬度でＨｖ３００以上であることを要旨とする。

本発明の一態様では、なじみ促進層の硬さがビッカース硬度でＨｖ３００以上且つＨｖ５００以下であることが好適である。本発明の一態様では、前記内燃機関が圧縮自着火式内燃機関であることが好適である。

また、本発明の参考例に係る圧縮自着火式内燃機関の動弁機構は、一端部がピボット部で揺動自在に支持され、他端部がバルブの軸先端部に係合するロッカアームを有し、カムの回転運動に伴ってロッカアームが揺動してバルブをその軸線方向に駆動する圧縮自着火式内燃機関の動弁機構であって、ピボット部においては、ロッカアームの一端部に設けられた揺動部材の接触面がロッカアームの一端部を支持する受け部材の接触面に対して摺動し、揺動部材の接触面及び受け部材の接触面の少なくとも一方の表面粗さがＲｚ０．４μｍ以下であることを要旨とする。

また、本発明に係る内燃機関は、本発明に係る動弁機構を備えることを要旨とする。

本発明によれば、揺動部材の接触面と受け部材の接触面との間の隙間を狭くすることができ、潤滑油に混入する異物がこの隙間に侵入するのを防止することができる。その結果、揺動部材の接触面及び受け部材の接触面に異常摩耗が発生するのを防止することができる。

以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。

「実施形態１」
図１，２は、本発明の実施形態１に係る内燃機関の動弁機構の概略構成を示す図であり、ロッカアーム式動弁機構を示す。図１では、動弁機構を備える内燃機関の具体的構成の図示を省略しているが、例えば圧縮自着火式内燃機関（ディーゼルエンジン）等、公知の構成で実現可能である。ロッカアーム３の一端部はピボット部５で揺動自在に支持されており、ロッカアーム３の他端部８はバルブ９の軸先端部に冠着されたキャップ１１に係合している。ロッカアーム３の中央部にはローラ４が回転自在に支持されており、カム２の外周面（カム面）がローラ４の外周面に当接している。ここでのバルブ９及びカム２は、それぞれ吸気弁及び吸気カムであってもよいし、排気弁及び排気カムであってもよい。

ピボット部５においては、ロッカアーム３の一端部に揺動部材１０が設けられており、ロッカアーム３の一端部（揺動部材１０）を支持し且つカム２とローラ４間の隙間を調整する受け部材として油圧式アジャスタ部材１４がその下部をシリンダヘッド１に挿入して固定されている。図２では、ロッカアーム３と油圧式アジャスタ部材１４とを分けて図示している。揺動部材１０には、油圧式アジャスタ部材１４と接触する接触面として球状凹曲面１０ｃが油圧式アジャスタ部材１４側へ向けて形成されている。油圧式アジャスタ部材１４の先端部には、揺動部材１０の球状凹曲面１０ｃと接触する接触面として球状凸曲面１４ｃが球状凹曲面１０ｃと対向して形成されている。揺動部材１０（球状凹曲面１０ｃ）及び油圧式アジャスタ部材１４（球状凸曲面１４ｃ）の材質としては、例えば炭素鋼または合金鋼を用いることができ、焼き入れ焼き戻し等の熱処理により、球状凹曲面１０ｃ及び球状凸曲面１４ｃの表面硬さを例えばビッカース硬度でＨｖ６５０以上にすることができる。揺動部材１０の球状凹曲面１０ｃ及び油圧式アジャスタ部材１４の球状凸曲面１４ｃは、エンジン運転前の初期状態（摩耗前の状態）では所定の表面粗さに加工されている。例えば、球状凹曲面１０ｃ及び球状凸曲面１４ｃの表面粗さを、十点平均粗さでＲｚ３μｍ程度に設計することができる。揺動部材１０の球状凹曲面１０ｃと油圧式アジャスタ部材１４の球状凸曲面１４ｃとの間には潤滑油が供給される。

動弁機構を備える内燃機関の運転時には、カム２の回転運動に伴って、ローラ４が回転しながら図１の略上下方向に移動し、ロッカアーム３がピボット部５を支点として揺動する。このロッカアーム３の揺動運動により、バルブ９がその軸線方向に駆動されて開閉する。ロッカアーム３の揺動運動の際には、揺動部材１０の球状凹曲面１０ｃが油圧式アジャスタ部材１４の球状凸曲面１４ｃに対し摺動する。

本実施形態では、図２に示すように、揺動部材１０の球状凹曲面１０ｃ上には、なじみ促進表面層１３が形成されており、ロッカアーム３の揺動運動の際には、なじみ促進表面層１３が油圧式アジャスタ部材１４の球状凸曲面１４ｃに対し摺動する。ここでのなじみ促進表面層１３の表面硬さは、揺動部材１０の球状凹曲面１０ｃの表面硬さ及び油圧式アジャスタ部材１４の球状凸曲面１４ｃの表面硬さよりも低い。そのため、ロッカアーム３の揺動運動の際に球状凸曲面１４ｃに対するなじみ促進表面層１３の摺動が繰り返されると、図３に示すように、主になじみ促進表面層１３が摩耗（初期摩耗）し、初期摩耗後（なじみ後）においては、なじみ促進表面層１３の摩耗量が球状凸曲面１４ｃの摩耗量よりも大きくなる。ここで、図３は、なじみ促進表面層１３及び球状凸曲面１４ｃの表面粗さを考慮した拡大図を示し、図３（Ａ）はなじみ前の状態を示し、図３（Ｂ）はなじみ後の状態を示す。その結果、初期摩耗後（なじみ後）においては、主になじみ促進表面層１３の表面粗さが初期状態と比べて小さくなることで、なじみ促進表面層１３（球状凹曲面１０ｃ）と球状凸曲面１４ｃとの接触面積が初期状態と比べて増大し、なじみ促進表面層１３と球状凸曲面１４ｃとの間の隙間が初期状態と比べて小さくなる。なお、なじみ促進表面層１３は、例えば厚さ約２０μｍ程度の薄膜により形成することができ、初期状態でのなじみ促進表面層１３の表面粗さは、初期状態での球状凹曲面１０ｃの表面粗さとほぼ同等である。また、なじみ促進表面層１３については、例えば、ニッケルめっきにより形成することもできるし、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）分散ニッケルめっきや鉄めっきにより形成することもできるし、あるいは、それ以外の材料を用いて形成することもできる。

例えば圧縮自着火式内燃機関（ディーゼルエンジン）においては、燃焼に伴って発生するカーボンスーツ（異物）が潤滑油に混入する。潤滑油に混入するカーボンスーツの割合はエンジンの運転時間が増えるにつれて増加し、混入割合が増加するとともにカーボンスーツの凝集体が成長する。なじみ促進表面層１３が設けられていない場合は、球状凹曲面１０ｃと球状凸曲面１４ｃが高い接触面圧で滑り運動するために、一般的に表面硬さを高くして耐摩耗性を確保するので、球状凹曲面１０ｃと球状凸曲面１４ｃがなじむ（初期摩耗する）までに長い時間が必要になる。そして、高い接触面圧で滑り運動する球状凹曲面１０ｃと球状凸曲面１４ｃとの間には、表面粗さ、形状公差、油膜で僅かな隙間が存在しており、隙間が広いほど大きなカーボンスーツの凝集体が入り込む可能性が高くなる。図４の表面粗さを考慮した球状凹曲面１０ｃ及び球状凸曲面１４ｃの拡大図に示すように、大きなカーボンスーツの凝集体１５が球状凹曲面１０ｃと球状凸曲面１４ｃとの間に入り込むと、滑り運動の際の隙間変化によりカーボンスーツの凝集体１５を噛み込み、面圧が高いため噛み込みが深くなる。カーボンスーツは非常に硬くて研削性があるため、カーボンスーツの凝集体１５が深く噛み込むと、定常摩耗に比べて摩耗速度の速い異常摩耗が球状凹曲面１０ｃ及び球状凸曲面１４ｃに発生する場合がある。

これに対して本実施形態では、カーボンスーツの凝集体１５（潤滑油に混入する異物）が有害なサイズに成長する前に、なじみ促進表面層１３のなじみ（初期摩耗）が促進されてその表面粗さが小さくなり、摺動するなじみ促進表面層１３（球状凹曲面１０ｃ）と球状凸曲面１４ｃとの間の隙間を狭くすることができる。そのため、有害なサイズのカーボンスーツの凝集体１５が生成されても、なじみ促進表面層１３と球状凸曲面１４ｃとの間の隙間に侵入するのを防ぐことができる。さらに、仮に有害なサイズのカーボンスーツの凝集体１５がなじみ促進表面層１３（球状凹曲面１０ｃ）と球状凸曲面１４ｃとの間の隙間に入り込んだ場合でも、図５の表面粗さを考慮したなじみ促進表面層１３及び球状凸曲面１４ｃの拡大図に示すように、表面粗さの大きい球状凸曲面１４ｃ側の窪み部にカーボンスーツの凝集体１５が収納されるので、表面粗さの小さいなじみ促進表面層１３（球状凹曲面１０ｃ）との間で噛み込む可能性が極めて低い。したがって、本実施形態によれば、球状凹曲面１０ｃ及び球状凸曲面１４ｃに異常摩耗が発生するのを防止することができ、球状凹曲面１０ｃ及び球状凸曲面１４ｃの耐久性を向上させることができる。なお、なじみ促進表面層１３は下地の部材（揺動部材１０）に比べて硬さが低いため摩耗速度が比較的速いが、球状凸曲面１４ｃとの摺動面がなじみ促進表面層１３から下地の揺動部材１０へなじみ状態を維持したまま移行することにより、耐異常摩耗を継続することができ、下地の硬さの硬い揺動部材１０が摺動面になれば、定常摩耗に対しても摩耗速度を遅くすることができる。また、なじみ促進表面層１３の厚さについては、上記の約２０μｍに限るものではなく、摺動面が下地の部材に移行するのに必要な厚さであればよい。

本実施形態では、図６に示すように、油圧式アジャスタ部材１４の球状凸曲面１４ｃ上になじみ促進表面層１３を形成することもできる。図６でも、ロッカアーム３と油圧式アジャスタ部材１４とを分けて図示している。図６に示す構成例においても、カーボンスーツの凝集体１５が有害なサイズに成長する前に、なじみ促進表面層１３のなじみ（初期摩耗）が促進され、なじみ促進表面層１３（球状凸曲面１４ｃ）と球状凹曲面１０ｃとの間の隙間を狭くすることができる。そのため、有害なサイズのカーボンスーツの凝集体１５が生成されても、なじみ促進表面層１３と球状凹曲面１０ｃとの間の隙間に侵入するのを防ぎ、球状凹曲面１０ｃ及び球状凸曲面１４ｃに異常摩耗が発生するのを防止することができる。

また、本実施形態では、揺動部材１０の球状凹曲面１０ｃ上及び油圧式アジャスタ部材１４の球状凸曲面１４ｃ上の両方になじみ促進表面層１３を形成することもできる。この構成例においても、カーボンスーツの凝集体１５が有害なサイズに成長する前に、なじみ促進表面層１３のなじみ（初期摩耗）が促進され、球状凹曲面１０ｃと球状凸曲面１４ｃとの間の隙間を狭くすることができるので、この隙間にカーボンスーツの凝集体１５が侵入するのを防ぐことができる。なお、球状凹曲面１０ｃ上及び球状凸曲面１４ｃ上の両方になじみ促進表面層１３を形成する場合は、いずれか一方のなじみ促進表面層１３のなじみをより促進させて表面粗さを小さくするために、球状凹曲面１０ｃ上のなじみ促進表面層１３と球状凸曲面１４ｃ上のなじみ促進表面層１３とで、表面硬さを異ならせることが好ましい。

次に、本願発明者が行った実験結果について説明する。揺動部材１０の球状凹曲面１０ｃ上または油圧式アジャスタ部材（ＨＬＡ）１４の球状凸曲面１４ｃ上になじみ促進表面層１３が形成された動弁機構を備える内燃機関（ディーゼルエンジン）を連続運転し、その後、球状凹曲面１０ｃ及び球状凸曲面１４ｃに異常摩耗が発生したか否かを調べる耐久試験を行った。その実験結果を下表に示す。実験の際には、揺動部材１０（球状凹曲面１０ｃ）及び油圧式アジャスタ部材１４（球状凸曲面１４ｃ）の材質を合金鋼とし、その表面硬さをビッカース硬度でＨｖ６５０とし、エンジン運転前における球状凹曲面１０ｃ及び球状凸曲面１４ｃの表面粗さを十点平均粗さでＲｚ３μｍとした。そして、なじみ促進表面層１３については、１）クロメートめっきにより形成し、その表面硬さがビッカース硬度でＨｖ１００の場合、２）ニッケルめっきにより形成し、その表面硬さがビッカース硬度でＨｖ３００の場合、３）ニッケルめっきにより形成し、その表面硬さがビッカース硬度でＨｖ５００の場合、４）ＰＴＦＥ分散ニッケルめっきにより形成し、その表面硬さがビッカース硬度でＨｖ３００の場合、５）ＰＴＦＥ分散ニッケルめっきにより形成し、その表面硬さがビッカース硬度でＨｖ５００の場合、の５通りの仕様に対して実験を行った。また、内燃機関の運転条件については、エンジン回転数を３６００ｒｐｍ、エンジン運転時間を１００時間とし、潤滑油中のカーボンスーツ割合が増加する特別な燃料噴射条件で実施した。

２）なじみ促進表面層１３がニッケルめっきで表面硬さがＨｖ３００の場合、３）なじみ促進表面層１３がニッケルめっきで表面硬さがＨｖ５００の場合、４）なじみ促進表面層１３がＰＴＦＥ分散ニッケルめっきで表面硬さがＨｖ３００の場合、５）なじみ促進表面層１３がＰＴＦＥ分散ニッケルめっきで表面硬さがＨｖ５００の場合は、エンジン運転後（耐久試験後）において、なじみ促進表面層１３が形成された面の表面粗さは、十点平均粗さでＲｚ０．２〜０．４μｍ程度まで減少し、なじみ促進表面層１３が形成されていない面の表面粗さは、十点平均粗さでＲｚ３μｍ（エンジン運転前の初期状態）からＲｚ０．４μｍ以下に減少した。つまり、上表に示すように、２）〜５）の場合は、エンジン運転後において、球状凹曲面１０ｃ及び球状凸曲面１４ｃに異常摩耗は発生しなかった。ただし、１）なじみ促進表面層１３がクロメートめっきで表面硬さがＨｖ１００の場合は、エンジン運転後において、なじみ促進表面層１３が形成された面及びなじみ促進表面層１３が形成されていない面の表面粗さは、十点平均粗さでＲｚ１０μｍ程度まで増大した。この実験結果を考慮すると、なじみ促進表面層１３の表面硬さが低すぎると、異常摩耗の防止効果が減少すると考えられる。そのため、本実施形態において、異常摩耗の防止効果を向上させるためには、上記の実験結果から、なじみ促進表面層１３の表面硬さがビッカース硬度でＨｖ３００以上であることが好ましい。さらに、なじみ促進表面層１３の表面硬さがビッカース硬度でＨｖ３００以上且つＨｖ５００以下であることが好ましい。

「実施形態２」
図７は、本発明の実施形態２に係る内燃機関の動弁機構の概略構成を示す図であり、ロッカアーム式動弁機構を示す。図７でも、ロッカアーム３と油圧式アジャスタ部材１４とを分けて図示している。以下の実施形態２の説明では、実施形態１と同様の構成または対応する構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

本実施形態では、揺動部材１０の球状凹曲面１０ｃの表面粗さをエンジン運転前の初期状態から小さくすることで、揺動部材１０の球状凹曲面１０ｃと油圧式アジャスタ部材１４の球状凸曲面１４ｃとの間の隙間を初期状態から狭くして、この隙間に有害なサイズのカーボンスーツの凝集体１５が侵入するのを防止する。そのために、エンジン運転前の初期状態において、揺動部材１０の球状凹曲面１０ｃの表面粗さが十点平均粗さでＲｚ０．４以下に設計されている。例えばラッピング加工により、球状凹曲面１０ｃの加工を行うことができる。一方、油圧式アジャスタ部材１４の球状凸曲面１４ｃの表面粗さは、初期状態において、球状凹曲面１０ｃの表面粗さよりも大きく設計されており、例えば十点平均粗さでＲｚ３μｍ程度に設計されている。

ここで、本願発明者が行った実験結果について説明する。揺動部材１０の球状凹曲面１０ｃの表面粗さをそれぞれ異ならせた複数通りの動弁機構を対象として、内燃機関（ディーゼルエンジン）の連続運転後に揺動部材１０の球状凹曲面１０ｃ及び油圧式アジャスタ部材（ＨＬＡ）１４の球状凸曲面１４ｃに異常摩耗が発生したか否かを調べる耐久試験を行った。その実験結果を下表に示す。実験の際には、揺動部材１０（球状凹曲面１０ｃ）及び油圧式アジャスタ部材１４（球状凸曲面１４ｃ）の材質を合金鋼とし、その表面硬さをビッカース硬度でＨｖ６５０とし、エンジン運転前における球状凸曲面１４ｃの表面粗さを十点平均粗さでＲｚ３μｍとした。そして、エンジン運転前における球状凹曲面１０ｃの表面粗さ（十点平均粗さ）については、１）Ｒｚ０．２μｍの場合、２）Ｒｚ０．４μｍの場合、３）Ｒｚ０．８μｍの場合、４）Ｒｚ３μｍの場合、５）Ｒｚ６μｍの場合、の５通りの仕様に対して実験を行った。また、内燃機関の運転条件については、エンジン回転数を３６００ｒｐｍ、エンジン運転時間を１００時間とし、潤滑油中のカーボンスーツ割合が増加する特別な燃料噴射条件で実施した。

１）Ｒｚ０．２μｍの場合は、エンジン運転後（耐久試験後）において、球状凹曲面１０ｃの表面粗さはＲｚ０．２μｍ（エンジン運転前の初期状態）がほぼ維持され、球状凸曲面１４ｃの表面粗さはＲｚ３μｍ（エンジン運転前の初期状態）からＲｚ０．４μｍ以下に減少した。そして、２）Ｒｚ０．４μｍの場合は、エンジン運転後において、球状凹曲面１０ｃの表面粗さはＲｚ０．２〜０．４μｍ程度であり、球状凸曲面１４ｃの表面粗さはＲｚ３μｍからＲｚ０．４μｍ以下に減少した。つまり、上表に示すように、１）、２）の場合は、エンジン運転後において、球状凹曲面１０ｃ及び球状凸曲面１４ｃに異常摩耗は発生しなかった。ただし、３）Ｒｚ０．８μｍの場合、４）Ｒｚ３μｍの場合、５）Ｒｚ６μｍの場合は、エンジン運転後において、球状凹曲面１０ｃ及び球状凸曲面１４ｃの表面粗さはＲｚ１０μｍ程度まで増大し、異常摩耗が発生した。この実験結果から、本実施形態では、初期状態における球状凹曲面１０ｃの表面粗さを十点平均粗さでＲｚ０．４以下にして、カーボンスーツの凝集体１５が有害なサイズに成長する前に、球状凹曲面１０ｃと球状凸曲面１４ｃとの間の隙間を狭くすることで、この隙間にカーボンスーツの凝集体１５が侵入するのを防止することができる。さらに、仮に有害なサイズのカーボンスーツの凝集体１５が球状凹曲面１０ｃと球状凸曲面１４ｃとの間の隙間に入り込んだ場合でも、表面粗さの大きい球状凸曲面１４ｃ側の窪み部にカーボンスーツの凝集体１５が収納されるので、表面粗さの小さい球状凹曲面１０ｃとの間で噛み込む可能性が極めて低い。したがって、本実施形態においても、球状凹曲面１０ｃ及び球状凸曲面１４ｃに異常摩耗が発生するのを防止することができ、球状凹曲面１０ｃ及び球状凸曲面１４ｃの耐久性を向上させることができる。

本実施形態では、エンジン運転前の初期状態において、油圧式アジャスタ部材１４の球状凸曲面１４ｃの表面粗さを十点平均粗さでＲｚ０．４μｍ以下に設計するとともに、揺動部材１０の球状凹曲面１０ｃの表面粗さを球状凸曲面１４ｃより大きくする（例えば十点平均粗さでＲｚ３μｍ程度に設計する）こともできる。この構成例においても、カーボンスーツの凝集体１５が有害なサイズに成長する前に、球状凹曲面１０ｃと球状凸曲面１４ｃとの間の隙間を狭くすることができ、この隙間にカーボンスーツの凝集体１５が侵入するのを防ぎ、球状凹曲面１０ｃ及び球状凸曲面１４ｃに異常摩耗が発生するのを防止することができる。なお、油圧式アジャスタ部材１４の球状凸曲面１４ｃの表面粗さを異ならせた場合でも、揺動部材１０の球状凹曲面１０ｃの表面粗さを異ならせた場合と同様の実験結果が得られた。すなわち、上表に示すように、球状凸曲面１４ｃの表面粗さがＲｚ０．２μｍ及びＲｚ０．４μｍの場合は異常摩耗が発生しなかったのに対して、球状凸曲面１４ｃの表面粗さがＲｚ０．８μｍ、Ｒｚ３μｍ、及びＲｚ６μｍの場合は異常摩耗が発生した。

また、本実施形態では、エンジン運転前の初期状態において、揺動部材１０の球状凹曲面１０ｃの表面粗さ、及び油圧式アジャスタ部材１４の球状凸曲面１４ｃの表面粗さの両方を十点平均粗さでＲｚ０．４μｍ以下に設計することもできる。この構成例においても、カーボンスーツの凝集体１５が有害なサイズに成長する前に、球状凹曲面１０ｃと球状凸曲面１４ｃとの間の隙間を狭くすることができ、この隙間にカーボンスーツの凝集体１５が侵入するのを防ぎ、球状凹曲面１０ｃ及び球状凸曲面１４ｃに異常摩耗が発生するのを防止することができる。

「実施形態３」
図８，９は、本発明の実施形態３に係る内燃機関の動弁機構の概略構成を示す図であり、ロッカアーム式動弁機構を示す。図８でも、動弁機構を備える内燃機関の具体的構成の図示を省略しているが、例えば圧縮自着火式内燃機関（ディーゼルエンジン）等、公知の構成で実現可能である。以下の実施形態３の説明では、実施形態１，２と同様の構成または対応する構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図８，９に示す構成のピボット部５においては、ロッカアーム３の一端部に機械式アジャスタ部材６が設けられており、ロッカアーム３の一端部（機械式アジャスタ部材６）を支持する受け部材７がシリンダヘッド１にねじで固定されている。図９では、ロッカアーム３と受け部材７とを分けて図示している。機械式アジャスタ部材６は、カム２とローラ４間の隙間調整及びロッカアーム３への固定を兼ねたねじ部６ａと、受け部材７と接触する接触面として球状凸曲面６ｃが受け部材７側へ向けて形成された半球形状の揺動部材６ｂと、を含む。受け部材７には、機械式アジャスタ部材６の球状凸曲面６ｃと接触する接触面として球状凹曲面７ｃが球状凸曲面６ｃと対向して形成されている。機械式アジャスタ部材６（球状凸曲面６ｃ）及び受け部材７（球状凹曲面７ｃ）の材質としては、例えば炭素鋼または合金鋼を用いることができ、焼き入れ焼き戻し等の熱処理により、球状凸曲面６ｃ及び球状凹曲面７ｃの表面硬さを例えばビッカース硬度でＨｖ６５０以上にすることができる。機械式アジャスタ部材６の球状凸曲面６ｃ及び受け部材７の球状凹曲面７ｃは、エンジン運転前の初期状態（摩耗前の状態）では所定の表面粗さに加工されている。例えば、球状凸曲面６ｃ及び球状凹曲面７ｃの表面粗さを、十点平均粗さでＲｚ３μｍ程度に設計することができる。機械式アジャスタ部材６の球状凸曲面６ｃと受け部材７の球状凹曲面７ｃとの間には潤滑油が供給される。

図８，９に示す構成でも、カム２の回転運動に伴って、ローラ４が回転しながら図の略上下方向に移動し、ロッカアーム３がピボット部５を支点として揺動する。このロッカアーム３の揺動運動により、バルブ９がその軸線方向に駆動されて開閉する。ロッカアーム３の揺動運動の際には、機械式アジャスタ部材６の球状凸曲面６ｃが受け部材７の球状凹曲面７ｃに対し摺動する。

本実施形態では、図９に示すように、機械式アジャスタ部材６の球状凸曲面６ｃ上には、なじみ促進表面層１３が形成されており、ロッカアーム３の揺動運動の際には、なじみ促進表面層１３が受け部材７の球状凹曲面７ｃに対し摺動する。ここでのなじみ促進表面層１３の表面硬さは、機械式アジャスタ部材６の球状凸曲面６ｃの表面硬さ及び受け部材７の球状凹曲面７ｃの表面硬さよりも低い。そのため、ロッカアーム３の揺動運動の際に球状凹曲面７ｃに対するなじみ促進表面層１３の摺動が繰り返されると、主になじみ促進表面層１３が摩耗（初期摩耗）し、初期摩耗後（なじみ後）においては、なじみ促進表面層１３の摩耗量が球状凹曲面７ｃの摩耗量よりも大きくなる。その結果、初期摩耗後（なじみ後）においては、主になじみ促進表面層１３の表面粗さが初期状態と比べて小さくなることで、なじみ促進表面層１３と球状凹曲面７ｃとの間の隙間が初期状態と比べて小さくなる。

以上説明した本実施形態でも実施形態１と同様に、カーボンスーツの凝集体１５が有害なサイズに成長する前に、なじみ促進表面層１３のなじみ（初期摩耗）が促進されてその表面粗さが小さくなり、摺動するなじみ促進表面層１３（球状凸曲面６ｃ）と球状凹曲面７ｃとの間の隙間を狭くすることができる。したがって、有害なサイズのカーボンスーツの凝集体１５が生成されても、なじみ促進表面層１３と球状凹曲面７ｃとの間の隙間に侵入するのを防ぎ、球状凹曲面７ｃ及び球状凸曲面６ｃに異常摩耗が発生するのを防止することができる。

本実施形態では、図１０に示すように、受け部材７の球状凹曲面７ｃ上になじみ促進表面層１３を形成することもできる。図１０でも、ロッカアーム３と受け部材７とを分けて図示している。図１０に示す構成例においても、カーボンスーツの凝集体１５が有害なサイズに成長する前に、なじみ促進表面層１３のなじみ（初期摩耗）が促進され、なじみ促進表面層１３（球状凹曲面７ｃ）と球状凸曲面６ｃとの間の隙間を狭くすることができ、この隙間にカーボンスーツの凝集体１５が侵入するのを防ぐことができる。

また、本実施形態では、機械式アジャスタ部材６の球状凸曲面６ｃ上及び受け部材７の球状凹曲面７ｃ上の両方になじみ促進表面層１３を形成することもできる。この構成例においても、カーボンスーツの凝集体１５が有害なサイズに成長する前に、なじみ促進表面層１３のなじみ（初期摩耗）が促進され、球状凸曲面６ｃと球状凹曲面７ｃとの間の隙間を狭くすることができ、この隙間にカーボンスーツの凝集体１５が侵入するのを防ぐことができる。なお、球状凸曲面６ｃ上及び球状凹曲面７ｃ上の両方になじみ促進表面層１３を形成する場合は、いずれか一方のなじみ促進表面層１３のなじみをより促進させて表面粗さを小さくするために、球状凸曲面６ｃ上のなじみ促進表面層１３と球状凹曲面７ｃ上のなじみ促進表面層１３とで、表面硬さを異ならせることが好ましい。

「実施形態４」
図１１は、本発明の実施形態４に係る内燃機関の動弁機構の概略構成を示す図であり、ロッカアーム式動弁機構を示す。図１１でも、ロッカアーム３と受け部材７とを分けて図示している。以下の実施形態４の説明では、実施形態１〜３と同様の構成または対応する構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

本実施形態では、エンジン運転前の初期状態において、機械式アジャスタ部材６の球状凸曲面６ｃの表面粗さが十点平均粗さでＲｚ０．４以下に設計されている。一方、受け部材７の球状凹曲面７ｃの表面粗さは、初期状態において、球状凸曲面６ｃの表面粗さよりも大きく設計されており、例えば十点平均粗さでＲｚ３μｍ程度に設計されている。

本実施形態でも実施形態２と同様に、カーボンスーツの凝集体１５が有害なサイズに成長する前に、球状凸曲面６ｃと球状凹曲面７ｃとの間の隙間を狭くすることができ、この隙間にカーボンスーツの凝集体１５が侵入するのを防止することができる。その結果、球状凸曲面６ｃ及び球状凹曲面７ｃに異常摩耗が発生するのを防止することができる。

本実施形態では、エンジン運転前の初期状態において、受け部材７の球状凹曲面７ｃの表面粗さを十点平均粗さでＲｚ０．４μｍ以下に設計するとともに、機械式アジャスタ部材６の球状凸曲面６ｃの表面粗さを球状凹曲面７ｃより大きくする（例えば十点平均粗さでＲｚ３μｍ程度に設計する）こともできる。この構成例においても、カーボンスーツの凝集体１５が有害なサイズに成長する前に、球状凸曲面６ｃと球状凹曲面７ｃとの間の隙間を狭くすることができ、この隙間にカーボンスーツの凝集体１５が侵入するのを防止することができる。

また、本実施形態では、エンジン運転前の初期状態において、機械式アジャスタ部材６の球状凸曲面６ｃの表面粗さ、及び受け部材７の球状凹曲面７ｃの表面粗さの両方を十点平均粗さでＲｚ０．４μｍ以下に設計することもできる。この構成例においても、カーボンスーツの凝集体１５が有害なサイズに成長する前に、球状凸曲面６ｃと球状凹曲面７ｃとの間の隙間を狭くすることができ、この隙間にカーボンスーツの凝集体１５が侵入するのを防止することができる。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明の実施形態１に係る内燃機関にて用いられる動弁機構の概略構成を示す図である。本発明の実施形態１に係る動弁機構の概略構成を示す図である。本発明の実施形態１に係る動弁機構の動作を説明する図である。異常摩耗が発生する要因を説明する図である。本発明の実施形態１に係る動弁機構の動作を説明する図である。本発明の実施形態１に係る動弁機構の他の概略構成を示す図である。本発明の実施形態２に係る動弁機構の概略構成を示す図である。本発明の実施形態３に係る内燃機関にて用いられる動弁機構の概略構成を示す図である。本発明の実施形態３に係る動弁機構の概略構成を示す図である。本発明の実施形態３に係る動弁機構の他の概略構成を示す図である。本発明の実施形態４に係る動弁機構の概略構成を示す図である。

符号の説明

１シリンダヘッド、２カム、３ロッカアーム、４ローラ、５ピボット部、６機械式アジャスタ部材、６ｃ，１４ｃ球状凸曲面、７受け部材、７ｃ，１０ｃ球状凹曲面、９バルブ、１０揺動部材、１３なじみ促進表面層、１４油圧式アジャスタ部材、１５カーボンスーツの凝集体。

Claims

一端部がピボット部で揺動自在に支持され、他端部がバルブの軸先端部に係合するロッカアームを有し、カムの回転運動に伴ってロッカアームが揺動してバルブをその軸線方向に駆動する内燃機関の動弁機構であって、
ピボット部においては、ロッカアームの一端部に設けられた揺動部材の接触面がロッカアームの一端部を支持する受け部材の接触面に対して摺動し、
揺動部材の接触面上及び受け部材の接触面上の少なくとも一方に、これらの接触面よりも低い硬さのなじみ促進層が設けられており、
なじみ促進層の硬さがビッカース硬度でＨｖ３００以上である、内燃機関の動弁機構。
請求項１に記載の内燃機関の動弁機構であって、
なじみ促進層の硬さがビッカース硬度でＨｖ３００以上且つＨｖ５００以下である、内燃機関の動弁機構。
前記内燃機関が圧縮自着火式内燃機関である請求項１または２に記載の内燃機関の動弁機構。
請求項１〜３のいずれか１に記載の動弁機構を備える、内燃機関。