JPH06248913A - 内燃機関の動弁装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 動弁装置のカム及びローラの耐疲労剥離性や
耐摩耗性を向上させる。 【構成】 カムシャフト１２にカム１０が固定され、ロ
ーラリフタ１１上のローラ１３がカム１０と接触してそ
の回転運動を伝達する。このローラリフタ１１の運動を
内燃機関の吸気弁５又は排気弁７の開閉として伝達す
る。カム１０のローラ接触面１０ａのあらさが８μＲｚ
以下ではローラ１３のカム接触面１３ａで疲労剥離が殆
ど発生しない。また、ローラ１３のカム接触面１３ａの
あらさが１μＲｚ以下ではカム１０のローラ接触面１３
ａの摩耗は少ない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はカムとローラホロアー
（ローラリフタやローラロッカアーム等）とを利用した
内燃機関の動弁装置において、カムのローラ接触面及び
ローラのカム接触面の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の動弁装置としては、例えば、
実開昭６２−１７３５０９号公報に示す突棒式ＯＨＶや
実開昭６２−１１１９１４号公報に示すスイングアーム
式ＯＨＣ等がある。これらの動弁装置には、低燃費化の
要請から、ローラタイプのもの（前記両公報を参照）が
採用されて来ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、ローラのカ
ム接触面のあらさが粗いと、カムのローラ接触面に摩耗
現象が生じる。また、カムのローラ接触面のあらさが粗
いと、ローラのカム接触面に疲労剥離現象が生じる。そ
して、それらの現象により、両接触面に摩耗や疲労剥離
を互いに誘発してカム形状やローラの真円度を悪化す
る。従って、異音の発生等の種々の問題が生じて耐久性
が低下する。

【０００４】本発明はこのようなカム及びローラを備え
た動弁装置でそれらの間の接触面のあらさの範囲を設定
して摩耗や疲労剥離を抑制し、カム及びローラの耐久性
を向上させることを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明にかかる内燃機関
の動弁装置においては、クランクシャフトと同期して回
転するカムシャフトにカムが固定され、ローラホロアー
がカムと接触してその回転運動を伝達するようになって
いる。このローラホロアーの運動を内燃機関の吸気弁又
は排気弁の開閉として伝達する連動機構については、突
棒式ＯＨＶやスイングアーム式ＯＨＣやロッカアーム式
ＯＨＣ等、従来周知の弁駆動方式に応じて変更してもよ
い。

【０００６】前記カムのローラ接触面には化成処理が施
され、このローラ接触面のあらさは８μＲｚ以下（８
Ｚ）になっている。前記ローラのカム接触面のあらさは
１μＲｚ以下（１Ｚ）になっている。

【０００７】

【作用】カムのローラ接触面のあらさが８μＲｚ以下で
はローラのカム接触面で疲労剥離が殆ど発生しないが、
それが８μＲｚを越えると、その剥離が急増する。

【０００８】また、ローラのカム接触面のあらさが１μ
Ｒｚ以下ではカムのローラ接触面の摩耗は少ないが、そ
れが１μＲｚを越えると、その摩耗が急増する。カムの
ローラ接触面とローラのカム接触面とは疲労剥離や摩耗
を互いに誘発するため、その点も考察すると、カムのロ
ーラ接触面のあらさやローラのカム接触面のあらさを上
記所定値以下にすることが最適である。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の一実施例にかかる内燃機関の
動弁装置を図面を参照して説明する。

【００１０】図２に４サイクル直列４気筒ガソリンエン
ジンの一つの気筒を概略的に示し、１はシリンダ、２は
ピストン、３は燃焼室、４は吸気ポート、５は吸気弁、
６は排気ポート、７は排気弁、８は燃料噴射ノズル、９
は点火プラグである。

【００１１】図１に突棒式ＯＨＶを示し、これに前記吸
気弁５及び排気弁７がそれぞれ連結されている。この突
棒式ＯＨＶは板カム１０と往復動ローラホロアーとして
のローラリフタ１１とを備えている。板カム１０はカム
シャフト１２に対し一体回転可能に固定され、図示しな
いクランクシャフトと同期して回転するようになってい
る。ローラリフタ１１にはローラ１３が回転可能に支持
され、このローラ１３の外周接触面１３ａが板カム１０
の外周接触面１０ａに接して板カム１０の回転運動がロ
ーラリフタ１１の往復運動として伝達されるようになっ
ている。連動機構１４は突棒１５とロッカアーム１６と
リテーナ１７とスプリング１８とを備えている。リテー
ナ１７は吸気弁５や排気弁７のステム１９に取着されて
いる。スプリング１８はこのステム１９を付勢して吸気
弁５や排気弁７を閉じるとともに、ロッカアーム１６及
び突棒１５を介してローラリフタ１１のローラ１３を板
カム１０に押圧するようになっている。そして、ローラ
リフタ１１の往復運動は突棒１５及びロッカアーム１６
を介してリテーナ１７に伝達され、スプリング１８の伸
縮に伴いステム１９が往復運動して吸気弁５や排気弁７
が開閉するようになっている。

【００１２】前記板カム１０とローラ１３との間の運動
伝達において、それらの外周接触面１０ａ，１３ａ間に
は大きな応力（約１００Ｋｇｆ／ｍｍ² ）が作用してい
る。また、板カム１０の角速度が外周接触面１０ａで絶
えず変化する一方、ローラ１３は自身の慣性力の影響に
より等速で回転するため、両接触面１０ａ，１３ａ間に
極僅かな滑りが生じる。そのため、両接触面１０ａ，１
３ａには高い耐疲労剥離性（耐ピッチング性、耐ピーリ
ング性）や耐摩耗性が要求される。

【００１３】そこで、ローラ１３としては焼入れ焼もど
し処理を行った軸受鋼（ＳＵＪ２）やそれに相当する金
属材料が用いられている。そのビッカースかたさＨｖは
６５０〜９５０の間にある。Ｈｖ６５０以下では耐疲労
剥離性が不充分であり、Ｈｖ９５０以上では焼入れによ
る硬度向上が困難で著しい性能向上が認められないた
め、その範囲に設定されている。

【００１４】また、板カム１０についてはコストや量産
性等を考慮して鋳物が主に使われている。その場合、焼
入れ焼もどし処理を行ったチルド鋳鉄や片状黒鉛鋳鉄で
は疲労剥離が発生し易いため、焼入れ焼もどし処理を行
った球状黒鉛鋳鉄（ＦＣＤ７０）が用いられている。そ
のビッカースかたさＨｖは５００〜７００の範囲にあ
る。Ｈｖ５００以下では耐疲労剥離性や耐摩耗性が不充
分であり、Ｈｖ７００以上では焼入れによる硬度向上が
困難で著しい性能向上が認められないため、その範囲に
設定されている。

【００１５】ところが、このような板カム１０とローラ
１３との間には前述したように僅かな滑りが生じるた
め、なじみのついていない新品状態では焼付きに起因し
た摩耗が板カム１０に発生する場合がある。その対策と
しては、リン酸マンガン処理（化成処理の一種）が施さ
れ、初期なじみ性が改善されている。このリン酸マンガ
ン処理を行うと、リン酸マンガン結晶下の母材がエッチ
ングされて母材あらさが粗くなる。そして、板カム１０
上のリン酸マンガン処理結晶はローラ１３との間の摺動
初期において殆ど摩耗し、母材が露出してあらさの粗い
接触面１０ａとなる。

【００１６】板カム１０の外周接触面１０ａのあらさが
粗い場合、その山がローラ１３の外周接触面１３ａに接
触して同接触面１３ａに疲労剥離が生じる。図３（ａ）
に示すように板カム１０の外周接触面１０ａのあらさが
８μＲｚ以下ではローラ１３の外周接触面１３ａで疲労
剥離が殆ど発生しないが、そのあらさが８μＲｚを越え
た場合同接触面１３ａにおける疲労剥離の発生面積率が
急増する。

【００１７】前記あらさは十点平均あらさで表される。
この十点平均あらさは、断面曲線から基準長さだけ抜き
取った部分において、平均線に平行、かつ、断面曲線を
横切らない直線から縦倍率の方向に測定した最高から５
番目までの山頂の標高の平均値と最深から５番目までの
谷底の標高の平均値との差の値をマイクロメートル（μ
ｍ）で表したものをいう。このあらさは場所によっても
異なるため、数箇所で測って各距離の平均により決め
る。なお、前記「８μＲｚ以下」は通常「８Ｚ」で示
す。

【００１８】ローラ１３の外周接触面１３ａのあらさが
粗い場合、同接触面１３ａと板カム１０の外周接触面１
０ａとの間の僅かな滑りにより、カムノーズ部２０で接
触面１０ａが摩耗する場合がある。図３（ｂ）に示すよ
うに、ローラ１３の外周接触面１３ａのあらさが１μＲ
ｚ以下（１Ｚ）ではカムノーズ部２０の摩耗が少なく、
その外周接触面１０ａのあらさが１μＲｚを越えた場合
カムノーズ部２０の摩耗量が急激に増加する。

【００１９】また、ローラ１３の外周接触面１３ａのあ
らさが１μＲｚ以下ではカムノーズ部２０が殆ど摩耗し
ないため、カムノーズ部２０の初期あらさが殆ど変化し
ない。従って、板カム１０の外周接触面１０ａのあらさ
が粗いほどローラ１３の外周接触面１３ａに疲労剥離が
発生し易くなり、その接触面１３ａに疲労剥離が発生す
ると、同接触面１３ａが１μＲｚ以上のあらさとなるた
め、カムノーズ部２０の摩耗量が急増する。

【００２０】ローラ１３の外周接触面１３ａのあらさを
１μＲｚ以上にすれば、板カム１０の外周接触面１０ａ
のあらさが粗くても、同接触面１０ａのあらさは早期に
細かくなる。しかし、ローラ１３の外周接触面１３ａの
あらさが粗いため、板カム１０の外周接触面１０ａの摩
耗量は増加し、板カム１０の外周接触面１０ａのあらさ
を細かくするのみでは問題が残る。

【００２１】以上の考察から板カム１０の外周接触面１
０ａのあらさを８μＲｚ以下とし、ローラ１３の外周接
触面１３ａのあらさを１μＲｚ以下にすることが、問題
解決のために最適である。

【００２２】板カム１０及びローラ１３の外周接触面１
０ａ，１３ａのあらさの下限値は特に限定しない。それ
らのあらさを細かくする場合には機能上の問題が発生し
ないからである。ただし、あらさを細かくする場合には
コストが上昇するため、ローラ１３の外周接触面１３ａ
のあらさは０．１〜１μの範囲で板カム１０の外周接触
面１０ａのあらさは０．８〜８μの範囲にすることが適
当と考えられる。

【００２３】なお、前記リン酸マンガン処理に相当する
他の化成処理を板カム１０に施すようにしても良い。

【００２４】

【発明の効果】本発明にかかる内燃機関の動弁装置によ
れば、カムのローラ接触面とローラのカム接触面との間
の相互関係を考察してそれらの接触面のあらさを所定値
以下にそれぞれ設定したので、それらの接触面における
耐疲労剥離性や耐摩耗性を良くしてカムやローラの耐久
性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例にかかる動弁装置を示す概略部分断面
図である。

【図２】エンジンの一気筒を示す概略正面図である。

【図３】（ａ）はカムのローラ接触面のあらさとローラ
のカム接触面での剥離発生面積率との相互関係を示す線
図であり、（ｂ）はローラのカム接触面のあらさとカム
ノーズ部での摩耗量との相互関係を示す線図である。

【符号の説明】 ５ 吸気弁、７ 排気弁、１０ 板カム、１０ａ 外周
接触面、１１ ローラホロアーとしてのローラリフタ、
１２ カムシャフト、１３ ローラ、１３ａ外周接触
面、１４ 連動機構。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 クランクシャフトと同期して回転するカ
   ムシャフトに固定されたカムと、 このカムと接してその回転運動を伝達するローラホロア
   ーと、 このローラホロアーの運動を内燃機関の吸気弁又は排気
   弁の開閉として伝達する連動機構とを備えた内燃機関の
   動弁装置において、 前記カムのローラ接触面に化成処理を施し、このローラ
   接触面のあらさを８μＲｚ以下（８Ｚ）にするととも
   に、前記ローラのカム接触面のあらさを１μＲｚ以下
   （１Ｚ）としたことを特徴とする内燃機関の動弁装置。