JPH02241913A

JPH02241913A - バルブリフタ

Info

Publication number: JPH02241913A
Application number: JP1058008A
Authority: JP
Inventors: Ichiro Hosoya; 細谷　伊知郎; Katsumi Kondo; 克己近藤; Shinji Shibata; 柴田　眞志; Yukio Terajima; 由紀夫寺島; Shoji Miyazaki; 昭二宮崎; Hitoshi Ozawa; 仁小沢
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1989-03-13
Filing date: 1989-03-13
Publication date: 1990-09-26

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はバルブリフタに係り、特に直打式動弁系エンジ
ン用の繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）製バルブリフタ
に関する。

〔従来の技術〕

直打式動弁系をもつ内燃機関にはカムシャフトの回転運
動をバルブリフタの垂直運動に変換するためにバルブリ
フタを用いている。このようなバルブリフタ近傍の構造
を第１３図に示す。バルブ。

スプリング２によって上方に付勢された吸、排気バルブ
１の上端は、バルブリフタ３に摺動当接し、バルブリフ
タ３はその上面をシム５を介してカム４によって摺接駆
動される。バルブリフタ３はシリンダへラド６に設けら
れたボア（バルブリフタガイド穴）７の内周面に摺接し
て上下方向に駆動されるとともに、周方向にも回転でき
る。

このようなバルブリフタ３はカム４からの駆動をバルブ
１に伝達するため軽量かつ強度に優れる必要があり、ま
たバルブ１のステム端及びバルブリフタガイド穴と摺動
するため耐摩耗性に優れる必要がある。そこで、従来は
、バルブリフタは浸炭処理を施した鉄鋼が用いられてい
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

近年、フリクションの低減及び高回転化による出力向上
を狙い、エンジン動弁系の慣性重量の低減が重要な課題
となっており、バルブリフタの重量の低減が求められて
いる。そのため、従来の鋼材より比強度の高いＦＲＰの
バルブリフタへの適用が検討されている（特開昭６２−
１２８１０３号公報）。

しかしながら、現状では、ＦＲＰで構成したバルブリフ
タにおいて実用レベルのものは未だ提供されていない。

単にＦＲＰでバルブリフタを構成しただけでは、バルブ
リフタの破壊や、バルブリフタの摩耗によるバルブの損
傷が生じ、バルブの吹き抜は等、エンジン動弁系の機能
が損なわれる場合がある。

そこで、本発明は、ＦＲＰの材料やバルブリフタの構成
を検討し、実用レベルのＦＲＰ製バルブリフタを提供す
ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記目的を達成するために、ＦＲＰ製により
形成されたバルブリフタにおいて、ガラス転移温度が２
００℃以上であり、繊維長がバルブリフタ外径の０．２
〜１．５倍程度である繊維を３０〜７０重量％含有させ
たＦＲＰを用いるように構成する。

〔実施例〕

第１図に本発明によるバルブリフタの模式図を示す。図
中、１１はＦＲＰ製バルブリフタ本体、１２はバルブの
ステム端が当たる部位のインサートであり、ｔＩはイン
サートの肉厚、ｔ２はバルブリフタの頂面の肉厚、ｔ、
はインサート部の張り出しである。本発明において、イ
ンサート設置部のバルブリフタ頂面肉厚に対するインサ
ートの肉厚比とはｔ＋／ｉｔである。また、インサート
部の張出し厚ｔ３は通常０〜ｌ　ｍｍ程度であるが、本
発明では特に限定されない。

本発明で用いるＦＲＰのマ）　＋Ｊフックス脂のガラス
転移温度（熱変形温度）Ｔｇは２００℃以上とする。こ
れは、排気量１５００ｃｃ〜４０００ｃｃの自動車エン
ジン内バルブリフタ部の温度は最高１７０℃程度である
ことから、バルブリフタの強度低下、耐摩耗性の低下を
防ぐためである。具体的にはポリイミド、ビニルエステ
ルなどの樹脂が好適である。

本発明で用いるＦＲＰの繊維はＦＲＰに通常用いられる
繊維であることができ、炭素繊維、ガラス繊維、アラミ
ド繊維などが用いられる。

適当な繊維含有率の範囲は３０〜７０重量％であるが、
これは次のようなエンジン台上試験の結果を考慮し定め
たものである。すなわち、マトリックス樹脂としてガラ
ス転移温度２００℃以上の耐熱性樹脂（ビニルエステル
）にバルブリフタ外径比１．０の炭素繊維をランダム方
向に分散させた、バルブリフタを製作し、ガソリンエン
ジンに損着し、連続高速耐久試験を行なった。そして、
繊維含有率と第２図に示すバルブリフタ側面の摩耗部位
１９の摩耗量との関係を求めた。結果を第３図に示すが
、繊維含有率が３０重量％付近で耐摩耗特性に変曲点が
あることが見られる。この原因は、一般的に強化繊維は
マトリックス樹脂よりも高い耐摩耗性を有するところ、
繊維含有率が減少すると、高耐摩耗性の繊維の減少と低
耐摩耗性の樹脂の増加が相乗的に作用してバルブリフタ
側面の耐摩耗性が急激に低下する点が存在し、これが繊
維含有率３０重量％付近であると考えられる。一方、繊
維含有率が７０重量％を越えると、流動成分である樹脂
が減るので、成形が殆んど不可能になる。

次に、上記と同様の連続高速耐久試験において、繊維含
有率を５０重量％とし、繊維長をいろいろに変えて、繊
維長とバルブリフタ側面の耐摩耗性との関係を調べた。

結果を第４図に示すが、繊維長がバルブリフタの外径の
０．２倍付近に変曲点が存在し、０．２未満では摩耗が
急激に増大するのが見られる。これは、繊維長が短くな
ると、繊維の樹脂との接着面積が減少してバルブリフタ
の摩耗力が繊維と樹脂の接着力を越えるからであると考
えられる。

また、上記と同様のバルブリフタを製造し、第５図に示
す如く、バルブリフタのステム端が当たる部位に荷重を
かけてバルブリフタの頂面の強度を調べた。結果を第６
図に示すが、繊維長がバルブリフタの外径の１．５倍を
越えると、強度は向上せず、逆に低下するのが見られる
。これは、一般的には繊維長が長くなるほど強度が高く
なるが、繊維長が長くなって繊維の分散性が悪くなった
ため、強度の変曲点が存在するものと思われる。

また、ＦＲＰ製バレバルブリフタ、バルブからの摩耗部
位をなくすためにインサートが必要である。インサート
の材質としては、従来よりバルブリフタ用として用いら
れてきた鉄鋼、鉄鋼基合金（クロム鋼、モリブデン鋼な
ど）などが好適である。このインサートは、■バルブと
の摩耗が少ない、■割れ、欠は等が生じない、■抜けな
い、■リフタ本体に強度、剛性の面で悪影響を与えない
、などの特性が要求される。

そこで、いろいろな硬度を持つインサートを施した前記
同様のＦＲＰ製バレバルブリフタニルエステル／炭素繊
維、繊維長−バルブリフタ外径比１．０、繊維含有率５
０重量％）で前記同様の連続高速耐久試験を行なって、
インサート部の摩耗量を調べた（なお、インサートの厚
みはバルブリフタ頂面肉厚の３０％とした）。その結果
、摩耗量はインサートの硬度（ビッカース硬度ＨＶ）５
００付近に変曲点を有し、ビッカース硬度が５００未満
では摩耗量が急激に増加した。従って、インサートの硬
度はＨｖ５００以上であることが必要である。

次に、Ｈｖ６５０〜７５０の鋼製インサートを施して、
インサートの厚みとバルブリフタの強度との関係を調べ
た。結果を、バルブリフタの頂面の肉厚に対するインサ
ートの厚みの比（パーセント）として第７図に示すが、
強度が上記比（パーセント）が５０％付近に変曲点を有
し、５０％を越えると頂面強度が低下するのが見られる
。この変曲点の原因としては、ＦＲＰ製バレバルブリフ
タ面強度評価時の破壊モードが層間せん断破壊から曲げ
破壊へ変わることによると考えられる。

第２図を参照して説明した如く、バルブリフタの側面は
特定の部位１９で摩耗が激しい。これはこの部位でバル
ブリフタがバルブリフタガイド穴と当りが強い（高面圧
）状態で摺動するためである。第１４図に従来より用い
られているバルブリフタガイド穴の形状を示すが、通常
、ガイド穴の面粗度２１は６．３Ｚ程度で、上部大端部
２２にＩＣ程度の面取りが施されている。しかしながら
、このようなバルブリフタガイド穴を用いた場合、ＦＲ
Ｐ製バレバルブリフタバルブリフタ外周部の摩耗が大き
く、耐久性が不足しがちである。そこで、本発明の好ま
しい態様によれば、第８図に示す如く、バルブリフタガ
イド穴の面粗度２４を０．５Ｚ〜１．ＯＺとし、バルブ
リフタガイド穴の上端部２５の形状をＲＯ０５〜Ｒ２，
０の２面取りとし、該Ｒ面取部２５の面粗度を０．５Ｚ
〜１．ＯＺとし、かつ動弁径の構成上バルブリフタがバ
ルブリフタガイド穴下端部より下方に突出する場合には
、その水下端部も上端部と同様の形状及び面粗度の２面
取りとする。

ＦＲＰ製バレバルブリフタ化繊維として炭素繊維（ＣＦ
）、ガラス繊維（ＧＦ）及びケブラー繊維（ＫＦ）を用
いて前記同様のバルブリフタ（ビニルエステル樹脂、繊
維長−外径比１．０、繊維含有率５Ｑｗｔ％、鋼製イン
サートのＨｖ６５０〜７５０、頂面肉厚比３０％）を製
作し、前記同様の連続高速耐久試験を行なった。その結
果を第９〜１２図に示す。第９図及び第１０図はバルブ
リフタガイド穴内面の面粗度とバルブリフタ外周面の摩
耗量との関係（ガイド穴上端部Ｒ０，５）、第１１図及
び第１２図にバルブリフタガイド穴上端部のＲ形状とバ
ルブリフタ外周面の摩耗量との関係（ガイド穴面粗度１
．０２）をそれぞれ示す。

第９図および第１０図からバルブリフタガイド穴内面２
の面粗度が１．０Ｚ以下でＦＲＰバルブリフタの外周部
摩耗量が許容値以下となることがわかる。しかし、第１
０図に示すように０．６Ｚ以下になると摩耗量がやや増
加する傾向がみられるが、これは潤滑油が摺動面に保持
されにくくなるためと考えられる。また、第１１図およ
び第１２図からバルブリフタガイド穴上端部のＲが０．
５以上でＦＲＰバルブリフタの外周摩耗量が許容値以下
となることがわかる。しかし、第１２図に示すように、
ＲＯ０５以上ではＲ増加による摩耗量減少効果が小さく
、Ｒ２，０以上になると摩耗量がわずかに増加する傾向
がみられる。この摩耗量増加は第８図に示すように、Ｒ
が大きくなるとりフタ最上部とＲ端部との距離βが大き
くなり、カムからの力（矢印）によるａ点の面圧が大き
くなるためと考えられる。また、Ｒ面取部の面粗度はガ
イド穴のストレート部とＲ面取部がつながる部分の近傍
がバルブリフタ外周部と接触するので、ストレート部と
同じ０３５Ｚ〜１．ＯＺの面粗度にすべきである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ＦＲＰ製バルブリフタの材質及び構成
が最適化されて実用レベルのＦＲＰ製バルブリフタが提
供される。そのため、バルブリフタの軽量化とともに動
弁系の騒音低減が可能になる。後者は、ＦＲＰが従来の
鋼より振動減衰特性に優れているためである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるバルブリフタの模式断面図、第２
図はバルブリフタの側面摩耗部位を示す図、第３〜４．
６〜７図は実施例のバルブリフタの特性評価グラフ図、
第５図はバルブリフタの強度試験方法を示す図、第８図
は好ましいバルブリフタガイド穴の模式断面図、第９〜
１２図は好ましいバルブリフタガイド穴の特性評価グラ
フ図、第１３図及び第１４図は従来例のバルブ焚フタ及
びバルブリフタガイド穴を示す模式断面図である。１・・・バルブ、　　　　　　２・・・バルブスプリン
グ、３・・・バルブリフタ、　　　４・・・カム、５・
・・シム、　　　　　　　６・・・シリンダヘッド、７
・・・ボア（バルブリフタガイド穴）、１１・・・ＦＲ
Ｐ製バレバルブリフタ本体２・・・インサート、　　　
１９・・・側面摩耗部位、２１・・・ガイド穴の内面、
２２・・・ガイド穴上端部。

Claims

【特許請求の範囲】

１、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）により形成された
バルブリフタにおいて、ガラス転移温度が２００℃以上
であり、繊維長がバルブリフタ外径の０．２〜１．５倍
程度の繊維を３０〜７０重量％含有させた繊維強化プラ
スチックを用いたことを特徴とするバルブリフタ。