JPH09217611A - 内燃機関用弁機構 - Google Patents
内燃機関用弁機構Info
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- JPH09217611A JPH09217611A JP2713896A JP2713896A JPH09217611A JP H09217611 A JPH09217611 A JP H09217611A JP 2713896 A JP2713896 A JP 2713896A JP 2713896 A JP2713896 A JP 2713896A JP H09217611 A JPH09217611 A JP H09217611A
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- cotter
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- combustion engine
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 内燃機関用の吸気弁又は排気弁としてそなえ
られてポペット弁とコッタとを有する内燃機関用弁機構
に関し、バルブ軸部におけるコッタとの接触部分のフレ
ッティング磨耗を抑制し、クラックの発生を防止できる
ようにして、吸気弁や排気弁の疲労強度を向上させるこ
とができるようにする。 【解決手段】 内燃機関における吸気弁又は排気弁とし
てそなえられ、バルブスプリングリテーナ取付用のコッ
タ２６を外嵌されるバルブ軸部１６を有するポペット弁
により構成された内燃機関用弁機構において、ポペット
弁がβ型チタン合金材料により形成されるとともに、コ
ッタ２６がポペット弁の材料のヤング率に近いヤング率
を有する銅・亜鉛系合金材料により形成されるように構
成する。
られてポペット弁とコッタとを有する内燃機関用弁機構
に関し、バルブ軸部におけるコッタとの接触部分のフレ
ッティング磨耗を抑制し、クラックの発生を防止できる
ようにして、吸気弁や排気弁の疲労強度を向上させるこ
とができるようにする。 【解決手段】 内燃機関における吸気弁又は排気弁とし
てそなえられ、バルブスプリングリテーナ取付用のコッ
タ２６を外嵌されるバルブ軸部１６を有するポペット弁
により構成された内燃機関用弁機構において、ポペット
弁がβ型チタン合金材料により形成されるとともに、コ
ッタ２６がポペット弁の材料のヤング率に近いヤング率
を有する銅・亜鉛系合金材料により形成されるように構
成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関用の吸気
弁又は排気弁としてそなえられてポペット弁（きのこ型
弁）とバルブスプリングリテーナ取付用のコッタ（リテ
ーナロック）とを有する内燃機関用弁機構に関し、特
に、弁とこの弁の軸部に外嵌されるコッタとを互いにヤ
ング率の異なる材料で形成されたものに用いて好適の、
内燃機関用弁機構に関する。
弁又は排気弁としてそなえられてポペット弁（きのこ型
弁）とバルブスプリングリテーナ取付用のコッタ（リテ
ーナロック）とを有する内燃機関用弁機構に関し、特
に、弁とこの弁の軸部に外嵌されるコッタとを互いにヤ
ング率の異なる材料で形成されたものに用いて好適の、
内燃機関用弁機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関（以下、エンジンという）の性
能向上のためにエンジンの高速回転化が図られている
が、このようなエンジンの高速回転化に対応するために
は、動弁系の慣性質量の低減が重要である。特に、動弁
系の中でも大きな質量を占める吸気弁や排気弁等の弁本
体の軽量化は、エンジンの高速回転化に極めて効果が大
きい。
能向上のためにエンジンの高速回転化が図られている
が、このようなエンジンの高速回転化に対応するために
は、動弁系の慣性質量の低減が重要である。特に、動弁
系の中でも大きな質量を占める吸気弁や排気弁等の弁本
体の軽量化は、エンジンの高速回転化に極めて効果が大
きい。
【０００３】そこで、例えばβ型チタン合金もしくはγ
型金属間化合物を材料とした吸気弁などの内燃機関用弁
と、炭素鋼等の鉄系金属を材料としたコッタとを有する
内燃機関用弁機構が開発されている。このような内燃機
関の動弁系は、例えば図３（エンジンのシリンダヘッド
部分の横断面図）に示すように構成される。
型金属間化合物を材料とした吸気弁などの内燃機関用弁
と、炭素鋼等の鉄系金属を材料としたコッタとを有する
内燃機関用弁機構が開発されている。このような内燃機
関の動弁系は、例えば図３（エンジンのシリンダヘッド
部分の横断面図）に示すように構成される。
【０００４】図３において、１０はシリンダヘッドであ
り、下部に燃焼室１１の上面部１１Ａが形成され、この
燃焼室上面部１１Ａに通じるように吸気ポート１２及び
排気ポート１３が形成されている。そして、吸気ポート
１２の燃焼室側開口１１Ｂに吸気弁１４が、排気ポート
１３の燃焼室側開口１１Ｃに排気弁１５がそれぞれそな
えられている。
り、下部に燃焼室１１の上面部１１Ａが形成され、この
燃焼室上面部１１Ａに通じるように吸気ポート１２及び
排気ポート１３が形成されている。そして、吸気ポート
１２の燃焼室側開口１１Ｂに吸気弁１４が、排気ポート
１３の燃焼室側開口１１Ｃに排気弁１５がそれぞれそな
えられている。
【０００５】これらの吸気弁１４及び排気弁１５は、バ
ルブ軸部１６の一端（図中、下端）に、開口１１Ｂ，１
１Ｃを開閉する弁体としてのバルブ傘部１７をそなえた
ポペット弁で構成され、シリンダヘッド１０にそなえら
れたバルブガイド１８に摺動自在に嵌挿されている。ま
た、開口１１Ｂ，１１Ｃにはバルブ傘部１７の整合する
バルブシート１９がそなえられる。
ルブ軸部１６の一端（図中、下端）に、開口１１Ｂ，１
１Ｃを開閉する弁体としてのバルブ傘部１７をそなえた
ポペット弁で構成され、シリンダヘッド１０にそなえら
れたバルブガイド１８に摺動自在に嵌挿されている。ま
た、開口１１Ｂ，１１Ｃにはバルブ傘部１７の整合する
バルブシート１９がそなえられる。
【０００６】ここでは、これらの吸気弁１４及び排気弁
１５のうち、よりバルブ傘部の直径が大きく軽量化を要
求される吸気弁１４についてはチタン合金製に、また、
比較的バルブ傘部の直径が小さく軽量化の要求度の低い
排気弁１５については炭素鋼製になっている。このよう
な吸気弁１４及び排気弁１５の動弁系は、図示しないク
ランクシャフトに連動してクランクシャフトの二分の一
の回転速度で回転するカムシャフト２０Ａ，２０Ｂと、
これらのカムシャフト２０Ａ，２０Ｂに設けられたカム
２１Ａ，２１Ｂ及びバルブ軸部１６の他端（図中、上
端）にそれぞれ当接しながらカム２１Ａ，２１Ｂの形状
に応じて揺動するロッカアーム２２Ａ，２２Ｂと、吸気
弁１４，排気弁１５を閉方向（図中、上方）へ付勢する
バルブスプリング２３Ａ，２３Ｂとをそなえている。
１５のうち、よりバルブ傘部の直径が大きく軽量化を要
求される吸気弁１４についてはチタン合金製に、また、
比較的バルブ傘部の直径が小さく軽量化の要求度の低い
排気弁１５については炭素鋼製になっている。このよう
な吸気弁１４及び排気弁１５の動弁系は、図示しないク
ランクシャフトに連動してクランクシャフトの二分の一
の回転速度で回転するカムシャフト２０Ａ，２０Ｂと、
これらのカムシャフト２０Ａ，２０Ｂに設けられたカム
２１Ａ，２１Ｂ及びバルブ軸部１６の他端（図中、上
端）にそれぞれ当接しながらカム２１Ａ，２１Ｂの形状
に応じて揺動するロッカアーム２２Ａ，２２Ｂと、吸気
弁１４，排気弁１５を閉方向（図中、上方）へ付勢する
バルブスプリング２３Ａ，２３Ｂとをそなえている。
【０００７】このうちバルブスプリング２３Ａ，２３Ｂ
は、シリンダヘッド１０側の座面２４Ａ，２４Ｂとバル
ブ軸部１６の上端部との間に圧縮状態で介装されてい
る。特に、バルブスプリング２３Ａ，２３Ｂの上端は、
バルブスプリングリテーナ２５及びコッタ２６を介して
バルブ軸部１６の上端部に係止されている。コッタ２６
は、図４に示すように、その内周面２６Ａに形成された
環状嵌合凸部２６Ｂを、バルブ軸部１６の上端部外周に
おけるコッタ２６との嵌合面１６Ａに形成された環状嵌
合溝部１６Ｂ内に嵌合させることにより、軸方向へ抜け
ることなくバルブ軸部１６の外周に嵌着される。
は、シリンダヘッド１０側の座面２４Ａ，２４Ｂとバル
ブ軸部１６の上端部との間に圧縮状態で介装されてい
る。特に、バルブスプリング２３Ａ，２３Ｂの上端は、
バルブスプリングリテーナ２５及びコッタ２６を介して
バルブ軸部１６の上端部に係止されている。コッタ２６
は、図４に示すように、その内周面２６Ａに形成された
環状嵌合凸部２６Ｂを、バルブ軸部１６の上端部外周に
おけるコッタ２６との嵌合面１６Ａに形成された環状嵌
合溝部１６Ｂ内に嵌合させることにより、軸方向へ抜け
ることなくバルブ軸部１６の外周に嵌着される。
【０００８】このコッタ２６の外周面２６Ｃは、下方の
バルブ傘部１７へ向けて次第に縮径したテーパ面状に形
成され、バルブスプリングリテーナ２５の内周面２５Ａ
は、このコッタ２６の外周面２６Ｃと整合するように下
方のバルブ傘部１７へ向けて次第に縮径したテーパ面状
に形成されている。そして、バルブスプリングリテーナ
２５は、その内周面２５Ａをコッタ２６の外周面２６Ｃ
に当接させるようにして装備され、バルブスプリング２
３Ａ，２３Ｂを圧縮状態に保持している。
バルブ傘部１７へ向けて次第に縮径したテーパ面状に形
成され、バルブスプリングリテーナ２５の内周面２５Ａ
は、このコッタ２６の外周面２６Ｃと整合するように下
方のバルブ傘部１７へ向けて次第に縮径したテーパ面状
に形成されている。そして、バルブスプリングリテーナ
２５は、その内周面２５Ａをコッタ２６の外周面２６Ｃ
に当接させるようにして装備され、バルブスプリング２
３Ａ，２３Ｂを圧縮状態に保持している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の内燃
機関の動弁系では、内燃機関用弁機構を構成する吸気弁
１４はβ型チタン合金で形成されるが、内燃機関用弁機
構を構成するコッタ２６は、それほど軽量化の要求がな
いため安価な炭素鋼で形成される。このような異種材料
間で接触するためか、チタン合金製の吸気弁１４と炭素
鋼製のコッタ２６との接触部には、フレッティングが発
生する。これは、チタン合金と炭素鋼とはヤング率が異
なるため、応力変化や機関温度変化等に伴ってチタン合
金製の吸気弁１４と炭素鋼製のコッタ２６との接触部で
微小な滑りの繰り返しが生じるようになり、フレッティ
ング摩耗と称される表面損傷が発生するものと考えられ
る。
機関の動弁系では、内燃機関用弁機構を構成する吸気弁
１４はβ型チタン合金で形成されるが、内燃機関用弁機
構を構成するコッタ２６は、それほど軽量化の要求がな
いため安価な炭素鋼で形成される。このような異種材料
間で接触するためか、チタン合金製の吸気弁１４と炭素
鋼製のコッタ２６との接触部には、フレッティングが発
生する。これは、チタン合金と炭素鋼とはヤング率が異
なるため、応力変化や機関温度変化等に伴ってチタン合
金製の吸気弁１４と炭素鋼製のコッタ２６との接触部で
微小な滑りの繰り返しが生じるようになり、フレッティ
ング摩耗と称される表面損傷が発生するものと考えられ
る。
【００１０】このフレッティング摩耗は、微小な滑りの
サイクルの繰り返しにより、接合面に酸化金属の粉末を
発生させ、この進行により接合面が損傷し、摩耗状況を
呈するようになるものと推定できる。β型チタン合金製
の吸気弁１４と炭素鋼製のコッタ２６との間におけるフ
レッティング摩耗は、互いの接触部、即ち吸気弁１４の
バルブ軸部１６の外周面（嵌合面）１６Ａと、コッタ２
６の内周面２６Ａとの間の摩擦で発生するが、特に、図
４に示すように、吸気弁１４のバルブ軸部１６の外周面
に発生するフレッティング摩耗によるクラック２７が発
生し、破断や折損に至るなどのおそれもある。なお、疲
労試験，耐久試験等において実際に折損に至っている。
サイクルの繰り返しにより、接合面に酸化金属の粉末を
発生させ、この進行により接合面が損傷し、摩耗状況を
呈するようになるものと推定できる。β型チタン合金製
の吸気弁１４と炭素鋼製のコッタ２６との間におけるフ
レッティング摩耗は、互いの接触部、即ち吸気弁１４の
バルブ軸部１６の外周面（嵌合面）１６Ａと、コッタ２
６の内周面２６Ａとの間の摩擦で発生するが、特に、図
４に示すように、吸気弁１４のバルブ軸部１６の外周面
に発生するフレッティング摩耗によるクラック２７が発
生し、破断や折損に至るなどのおそれもある。なお、疲
労試験，耐久試験等において実際に折損に至っている。
【００１１】図４中に符号２７で示すように、バルブ軸
部１６では、バルブ軸部１６外周のコッタ２６との嵌合
面１６Ａにおけるバルブ傘部側（図４中下方側）端部近
傍にフレッティング摩耗によるクラック２７が生じる。
これは、楔状断面を有するコッタ２６の先端（即ち、図
４中の下端）側により大きな摩擦が生じるためと考えら
れるが、このように、バルブ軸部１６外周の一部に集中
的にフレッティング摩耗によるクラック２７が生じ、折
損に至ることになる。
部１６では、バルブ軸部１６外周のコッタ２６との嵌合
面１６Ａにおけるバルブ傘部側（図４中下方側）端部近
傍にフレッティング摩耗によるクラック２７が生じる。
これは、楔状断面を有するコッタ２６の先端（即ち、図
４中の下端）側により大きな摩擦が生じるためと考えら
れるが、このように、バルブ軸部１６外周の一部に集中
的にフレッティング摩耗によるクラック２７が生じ、折
損に至ることになる。
【００１２】ここで、β型チタン合金製の吸気弁１４と
同じ成分のβ型チタン合金によりコッタ２６を形成する
ことも考えられるが、コストが高くなり、経済的でな
い。本発明は、上述の課題に鑑み創案されたもので、バ
ルブ軸部におけるコッタとの接触部分のフレッティング
摩耗を抑制し、クラックの発生を防止できるようにし
て、一般的な炭素鋼とは異なるチタン合金等の材料で形
成された吸気弁や排気弁の疲労強度を向上させることが
できるようにした、内燃機関用弁機構を提供することを
目的とする。
同じ成分のβ型チタン合金によりコッタ２６を形成する
ことも考えられるが、コストが高くなり、経済的でな
い。本発明は、上述の課題に鑑み創案されたもので、バ
ルブ軸部におけるコッタとの接触部分のフレッティング
摩耗を抑制し、クラックの発生を防止できるようにし
て、一般的な炭素鋼とは異なるチタン合金等の材料で形
成された吸気弁や排気弁の疲労強度を向上させることが
できるようにした、内燃機関用弁機構を提供することを
目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】このため、請求項１記載
の本発明の内燃機関用弁機構は、内燃機関における吸気
弁又は排気弁としてそなえられてバルブ軸部を有するポ
ペット弁と、該ポペット弁の該バルブ軸部に外嵌された
バルブスプリングリテーナ取付用のコッタとを有する内
燃機関用弁機構において、該ポペット弁がβ型チタン合
金材料により形成されるとともに、該コッタが該ポペッ
ト弁の材料のヤング率に近いヤング率を有する銅・亜鉛
系合金材料により形成されていることを特徴としてい
る。
の本発明の内燃機関用弁機構は、内燃機関における吸気
弁又は排気弁としてそなえられてバルブ軸部を有するポ
ペット弁と、該ポペット弁の該バルブ軸部に外嵌された
バルブスプリングリテーナ取付用のコッタとを有する内
燃機関用弁機構において、該ポペット弁がβ型チタン合
金材料により形成されるとともに、該コッタが該ポペッ
ト弁の材料のヤング率に近いヤング率を有する銅・亜鉛
系合金材料により形成されていることを特徴としてい
る。
【００１４】請求項２記載の本発明の内燃機関用弁機構
は、請求項１記載の内燃機関用弁機構において、該銅・
亜鉛系合金材料が、銅を主成分として亜鉛をほぼ３％含
有していることを特徴としている。
は、請求項１記載の内燃機関用弁機構において、該銅・
亜鉛系合金材料が、銅を主成分として亜鉛をほぼ３％含
有していることを特徴としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、図面により、本発明の実施
の形態について説明する。図１，図２は本発明の一実施
形態としての内燃機関用弁機構を説明するためのもので
ある。この実施形態の内燃機関用弁機構は、図３を参照
して従来技術として既に説明したように、内燃機関（エ
ンジン）における吸気弁１４を有する内燃機関用弁機
構，排気弁１５を有する内燃機関用弁機構の両方又は一
方に用いられるものである。このような内燃機関用弁機
構を構成する弁の材料としては、β型チタン合金が用い
られている。
の形態について説明する。図１，図２は本発明の一実施
形態としての内燃機関用弁機構を説明するためのもので
ある。この実施形態の内燃機関用弁機構は、図３を参照
して従来技術として既に説明したように、内燃機関（エ
ンジン）における吸気弁１４を有する内燃機関用弁機
構，排気弁１５を有する内燃機関用弁機構の両方又は一
方に用いられるものである。このような内燃機関用弁機
構を構成する弁の材料としては、β型チタン合金が用い
られている。
【００１６】図３に示すように、吸気弁１４又は排気弁
１５の動弁系は、図示しないクランクシャフトの二分の
一の回転速度で回転するカムシャフト２０Ａ，２０Ｂ
と、これらのカムシャフト２０Ａ，２０Ｂのカム２１
Ａ，２１Ｂ及びバルブ軸部１６の他端（図中、上端）に
それぞれ当接しながらカム２１Ａ，２１Ｂの形状に応じ
て揺動するロッカアーム２２Ａ，２２Ｂと、吸気弁１
４，排気弁１５を閉方向（図中、上方）へ付勢するバル
ブスプリング２３Ａ，２３Ｂとをそなえている。
１５の動弁系は、図示しないクランクシャフトの二分の
一の回転速度で回転するカムシャフト２０Ａ，２０Ｂ
と、これらのカムシャフト２０Ａ，２０Ｂのカム２１
Ａ，２１Ｂ及びバルブ軸部１６の他端（図中、上端）に
それぞれ当接しながらカム２１Ａ，２１Ｂの形状に応じ
て揺動するロッカアーム２２Ａ，２２Ｂと、吸気弁１
４，排気弁１５を閉方向（図中、上方）へ付勢するバル
ブスプリング２３Ａ，２３Ｂとをそなえている。
【００１７】そして、バルブスプリング２３Ａ，２３Ｂ
の上端は、バルブスプリングリテーナ２５及びコッタ
（リテーナロック）２６を介してバルブ軸部１６の上端
部に係止されているが、コッタ２６は、図１に示すよう
に、その内周面２６Ａに形成された環状嵌合凸部２６Ｂ
を、バルブ軸部１６の上端部外周におけるコッタ２６と
の嵌合面１６Ａに形成された環状嵌合溝部１６Ｂ内に嵌
合させることにより、軸方向へ抜けることなくバルブ軸
部１６の外周に嵌着される。
の上端は、バルブスプリングリテーナ２５及びコッタ
（リテーナロック）２６を介してバルブ軸部１６の上端
部に係止されているが、コッタ２６は、図１に示すよう
に、その内周面２６Ａに形成された環状嵌合凸部２６Ｂ
を、バルブ軸部１６の上端部外周におけるコッタ２６と
の嵌合面１６Ａに形成された環状嵌合溝部１６Ｂ内に嵌
合させることにより、軸方向へ抜けることなくバルブ軸
部１６の外周に嵌着される。
【００１８】また、コッタ２６の外周面２６Ｃは、下方
のバルブ傘部１７へ向けて次第に縮径したテーパ面状に
形成され、バルブスプリングリテーナ２５の内周面２５
Ａは、このコッタ２６の外周面２６Ｃと整合するように
下方のバルブ傘部１７へ向けて次第に縮径したテーパ面
状に形成されており、バルブスプリングリテーナ２５
は、その内周面２５Ａをコッタ２６の外周面２６Ｃに当
接させるようにして装備され、バルブスプリング２３
Ａ，２３Ｂを圧縮状態に保持している。
のバルブ傘部１７へ向けて次第に縮径したテーパ面状に
形成され、バルブスプリングリテーナ２５の内周面２５
Ａは、このコッタ２６の外周面２６Ｃと整合するように
下方のバルブ傘部１７へ向けて次第に縮径したテーパ面
状に形成されており、バルブスプリングリテーナ２５
は、その内周面２５Ａをコッタ２６の外周面２６Ｃに当
接させるようにして装備され、バルブスプリング２３
Ａ，２３Ｂを圧縮状態に保持している。
【００１９】さらに、内燃機関用弁機構を構成する吸気
弁１４がβ型チタン合金製であるのに対して、内燃機関
用弁機構を構成するコッタ２６は、銅・亜鉛系合金によ
り形成されている。ところで、本内燃機関用弁機構を構
成する吸気弁１４の材料としてのβ型チタン合金の成分
はＴｉ−１０Ｃｒ−５Ａｌ−３Ｖ−２Ｃと示され、チタ
ン（Ｔｉ）を主成分として、１０％のクロム（Ｃｒ）、
５％のアルミニウム（Ａｌ）、３％のバナジウム（Ｖ）
及び２％の炭素（Ｃ）を含有している。このβ型チタン
合金のヤング率は１１５００ｋｇｆ／ｍｍ2 である。
弁１４がβ型チタン合金製であるのに対して、内燃機関
用弁機構を構成するコッタ２６は、銅・亜鉛系合金によ
り形成されている。ところで、本内燃機関用弁機構を構
成する吸気弁１４の材料としてのβ型チタン合金の成分
はＴｉ−１０Ｃｒ−５Ａｌ−３Ｖ−２Ｃと示され、チタ
ン（Ｔｉ）を主成分として、１０％のクロム（Ｃｒ）、
５％のアルミニウム（Ａｌ）、３％のバナジウム（Ｖ）
及び２％の炭素（Ｃ）を含有している。このβ型チタン
合金のヤング率は１１５００ｋｇｆ／ｍｍ2 である。
【００２０】また、本内燃機関用弁機構を構成するコッ
タ２６の材料としての銅・亜鉛合金の成分はＣｕ−３．
０Ｚｎ−２．７Ａｌと示され、銅（Ｃｕ）を主成分とし
て、３．０％の亜鉛（Ｚｎ）、２．７％のアルミニウム
（Ａｌ）を含有している。この銅・亜鉛合金のヤング率
は１０５００ｋｇｆ／ｍｍ2 である。本発明の一実施形
態としての内燃機関用弁機構は、上述のように構成され
ているので、内燃機関用弁機構を構成する吸気弁１４の
材料であるβ型チタン合金のヤング率に近いヤング率を
有する材料を、内燃機関用弁機構を構成するコッタ２６
の材料として使用し、吸気弁１４とコッタ２６とのなじ
み性を向上させることにより、フレッティング摩耗を抑
制し、クラックの発生を防止することができるようにな
り、チタン合金製の吸気弁１４（内燃機関用弁）の疲労
強度を向上させうる効果がある。具体的には、従来のよ
うにコッタ２６の材料として炭素鋼を使用した場合より
も疲労強度を約１０％向上させることも期待できる。ま
た、コッタ２６の材料として、比較的広く使用されてい
る銅・亜鉛合金（Ｃｕ−３．０Ｚｎ−２．７Ａｌ）を使
用しているため、コストを抑えることができ、経済的で
ある。
タ２６の材料としての銅・亜鉛合金の成分はＣｕ−３．
０Ｚｎ−２．７Ａｌと示され、銅（Ｃｕ）を主成分とし
て、３．０％の亜鉛（Ｚｎ）、２．７％のアルミニウム
（Ａｌ）を含有している。この銅・亜鉛合金のヤング率
は１０５００ｋｇｆ／ｍｍ2 である。本発明の一実施形
態としての内燃機関用弁機構は、上述のように構成され
ているので、内燃機関用弁機構を構成する吸気弁１４の
材料であるβ型チタン合金のヤング率に近いヤング率を
有する材料を、内燃機関用弁機構を構成するコッタ２６
の材料として使用し、吸気弁１４とコッタ２６とのなじ
み性を向上させることにより、フレッティング摩耗を抑
制し、クラックの発生を防止することができるようにな
り、チタン合金製の吸気弁１４（内燃機関用弁）の疲労
強度を向上させうる効果がある。具体的には、従来のよ
うにコッタ２６の材料として炭素鋼を使用した場合より
も疲労強度を約１０％向上させることも期待できる。ま
た、コッタ２６の材料として、比較的広く使用されてい
る銅・亜鉛合金（Ｃｕ−３．０Ｚｎ−２．７Ａｌ）を使
用しているため、コストを抑えることができ、経済的で
ある。
【００２１】例えば、表１は炭素鋼（Ｆｅ−０．４５
Ｃ），銅・亜鉛合金（Ｃｕ−３．０Ｚｎ−２．７Ａ
ｌ），銅・ベリリウム合金（９９．５（Ｃｕ＋Ｂｅ＋Ｎ
ｉ＋Ｃｏ＋Ｆｅ）），チタン合金（Ｔｉ−２２Ｖ−４Ａ
ｌ）の材料特性を示すものである。ここで、炭素鋼はコ
ッタ２６の材料として従来から使用されているものであ
り、銅・亜鉛合金，銅・ベリリウム合金，チタン合金は
比較的広く使用されている一般的なものである。この中
の銅・亜鉛合金を本実施形態におけるコッタ２６の材料
として使用している。
Ｃ），銅・亜鉛合金（Ｃｕ−３．０Ｚｎ−２．７Ａ
ｌ），銅・ベリリウム合金（９９．５（Ｃｕ＋Ｂｅ＋Ｎ
ｉ＋Ｃｏ＋Ｆｅ）），チタン合金（Ｔｉ−２２Ｖ−４Ａ
ｌ）の材料特性を示すものである。ここで、炭素鋼はコ
ッタ２６の材料として従来から使用されているものであ
り、銅・亜鉛合金，銅・ベリリウム合金，チタン合金は
比較的広く使用されている一般的なものである。この中
の銅・亜鉛合金を本実施形態におけるコッタ２６の材料
として使用している。
【００２２】
【表１】
【００２３】この表１によると、引張強さ，伸び，硬さ
については、従来から使用されている炭素鋼（Ｆｅ−
０．４５Ｃ）と比較して、なじみ性に影響を与える程の
大きな差はない。
については、従来から使用されている炭素鋼（Ｆｅ−
０．４５Ｃ）と比較して、なじみ性に影響を与える程の
大きな差はない。
【００２４】次に、ヤング率について見てみると、コッ
タ２６の材料として従来から使用されている炭素鋼（Ｆ
ｅ−０．４５Ｃ）のヤング率は２１０００ｋｇｆ／ｍｍ
2 であり、吸気弁１４の材料として使用されているβ型
チタン合金（Ｔｉ−１０Ｃｒ−５Ａｌ−３Ｖ−２Ｃ）の
ヤング率１１５００ｋｇｆ／ｍｍ2 とは大きな差があ
る。これに対し、本実施形態においてコッタ２６の材料
として使用している銅・亜鉛合金（Ｃｕ−３．０Ｚｎ−
２．７Ａｌ）のヤング率は１０５００ｋｇｆ／ｍｍ2 で
あり、吸気弁１４の材料として使用されているβ型チタ
ン合金（Ｔｉ−１０Ｃｒ−５Ａｌ−３Ｖ−２Ｃ）のヤン
グ率１１５００ｋｇｆ／ｍｍ2 に近いことがわかる。
タ２６の材料として従来から使用されている炭素鋼（Ｆ
ｅ−０．４５Ｃ）のヤング率は２１０００ｋｇｆ／ｍｍ
2 であり、吸気弁１４の材料として使用されているβ型
チタン合金（Ｔｉ−１０Ｃｒ−５Ａｌ−３Ｖ−２Ｃ）の
ヤング率１１５００ｋｇｆ／ｍｍ2 とは大きな差があ
る。これに対し、本実施形態においてコッタ２６の材料
として使用している銅・亜鉛合金（Ｃｕ−３．０Ｚｎ−
２．７Ａｌ）のヤング率は１０５００ｋｇｆ／ｍｍ2 で
あり、吸気弁１４の材料として使用されているβ型チタ
ン合金（Ｔｉ−１０Ｃｒ−５Ａｌ−３Ｖ−２Ｃ）のヤン
グ率１１５００ｋｇｆ／ｍｍ2 に近いことがわかる。
【００２５】また、銅・ベリリウム合金（９９．５（Ｃ
ｕ＋Ｂｅ＋Ｎｉ＋Ｃｏ＋Ｆｅ））のヤング率は１３００
０ｋｇｆ／ｍｍ2 ，チタン合金（Ｔｉ−２２Ｖ−４Ａ
ｌ）のヤング率は８２００ｋｇｆ／ｍｍ2 であり、いず
れの合金のヤング率も銅・亜鉛合金（Ｃｕ−３．０Ｚｎ
−２．７Ａｌ）ほど吸気弁１４の材料として使用されて
いるβ型チタン合金（Ｔｉ−１０Ｃｒ−５Ａｌ−３Ｖ−
２Ｃ）のヤング率１１５００ｋｇｆ／ｍｍ2 に近くない
ことがわかる。
ｕ＋Ｂｅ＋Ｎｉ＋Ｃｏ＋Ｆｅ））のヤング率は１３００
０ｋｇｆ／ｍｍ2 ，チタン合金（Ｔｉ−２２Ｖ−４Ａ
ｌ）のヤング率は８２００ｋｇｆ／ｍｍ2 であり、いず
れの合金のヤング率も銅・亜鉛合金（Ｃｕ−３．０Ｚｎ
−２．７Ａｌ）ほど吸気弁１４の材料として使用されて
いるβ型チタン合金（Ｔｉ−１０Ｃｒ−５Ａｌ−３Ｖ−
２Ｃ）のヤング率１１５００ｋｇｆ／ｍｍ2 に近くない
ことがわかる。
【００２６】ここで、それぞれの材料により形成された
コッタ２６を使用して疲労強度の試験結果を比較する。
図２は疲労試験の試験方法を示す図であり、表２は疲労
試験の試験結果を示すものである。疲労試験の試験方法
は、図２に示すようにコッタ２６とバルブ傘部１７とを
引張点として予め設定された引張荷重を繰り返して与
え、破断が生じるまでの繰り返し数ｎを記録する。
コッタ２６を使用して疲労強度の試験結果を比較する。
図２は疲労試験の試験方法を示す図であり、表２は疲労
試験の試験結果を示すものである。疲労試験の試験方法
は、図２に示すようにコッタ２６とバルブ傘部１７とを
引張点として予め設定された引張荷重を繰り返して与
え、破断が生じるまでの繰り返し数ｎを記録する。
【００２７】
【表２】
【００２８】この表２によると、従来使用している炭素
鋼（Ｆｅ−０．４５Ｃ）製のコッタ２６の場合には、疲
労限荷重が７５０ｋｇｆであるのに対して、本実施形態
において使用している銅・亜鉛合金（Ｃｕ−３．０Ｚｎ
−２．７Ａｌ）製のコッタ２６の場合には、疲労限荷重
が８２０ｋｇｆと向上している。なお、銅・ベリリウム
合金（９９．５（Ｃｕ＋Ｂｅ＋Ｎｉ＋Ｃｏ＋Ｆｅ））製
のコッタ２６の場合及びチタン合金（Ｔｉ−２２Ｖ−４
Ａｌ）製のコッタ２６の場合には、どちらも疲労限荷重
が７００ｋｇｆであり、従来使用している炭素鋼製のコ
ッタ２６の場合と比較して疲労限荷重が向上していな
い。
鋼（Ｆｅ−０．４５Ｃ）製のコッタ２６の場合には、疲
労限荷重が７５０ｋｇｆであるのに対して、本実施形態
において使用している銅・亜鉛合金（Ｃｕ−３．０Ｚｎ
−２．７Ａｌ）製のコッタ２６の場合には、疲労限荷重
が８２０ｋｇｆと向上している。なお、銅・ベリリウム
合金（９９．５（Ｃｕ＋Ｂｅ＋Ｎｉ＋Ｃｏ＋Ｆｅ））製
のコッタ２６の場合及びチタン合金（Ｔｉ−２２Ｖ−４
Ａｌ）製のコッタ２６の場合には、どちらも疲労限荷重
が７００ｋｇｆであり、従来使用している炭素鋼製のコ
ッタ２６の場合と比較して疲労限荷重が向上していな
い。
【００２９】したがって、比較的広く使用されている合
金のうち、特に、銅・亜鉛合金（Ｃｕ−３．０Ｚｎ−
２．７Ａｌ）を使用した場合には、疲労強度が向上する
ことがわかる。なお、本実施形態では、コッタ２６の材
料を銅・亜鉛合金（Ｃｕ−３．０Ｚｎ−２．７Ａｌ）と
しているが、一般に銅・亜鉛合金が吸気弁１４の材料と
して使用されているチタン合金（Ｔｉ−１０Ｃｒ−５Ａ
ｌ−３Ｖ−２Ｃ）となじみ性が良いと考えられる。した
がって、銅・亜鉛合金の成分割合は、本実施形態のもの
に限定されるものではなく、他の成分割合の銅・亜鉛合
金を使用することにより、フレッティング摩耗等の損傷
防止効果を得ることも考えられる。
金のうち、特に、銅・亜鉛合金（Ｃｕ−３．０Ｚｎ−
２．７Ａｌ）を使用した場合には、疲労強度が向上する
ことがわかる。なお、本実施形態では、コッタ２６の材
料を銅・亜鉛合金（Ｃｕ−３．０Ｚｎ−２．７Ａｌ）と
しているが、一般に銅・亜鉛合金が吸気弁１４の材料と
して使用されているチタン合金（Ｔｉ−１０Ｃｒ−５Ａ
ｌ−３Ｖ−２Ｃ）となじみ性が良いと考えられる。した
がって、銅・亜鉛合金の成分割合は、本実施形態のもの
に限定されるものではなく、他の成分割合の銅・亜鉛合
金を使用することにより、フレッティング摩耗等の損傷
防止効果を得ることも考えられる。
【００３０】特に、本実施形態では、コッタ２６の材料
を銅・亜鉛合金（Ｃｕ−３．０Ｚｎ−２．７Ａｌ）とし
ているが、吸気弁１４の材料として使用されているβ型
チタン合金（Ｔｉ−１０Ｃｒ−５Ａｌ−３Ｖ−２Ｃ）の
ヤング率１１５００ｋｇｆ／ｍｍ2 により近いヤング率
の銅・亜鉛合金を開発することも考えられ、この場合
は、なじみ性をより向上させることができ、フレッティ
ング摩耗等の損傷防止効果が大きいと考えられる。
を銅・亜鉛合金（Ｃｕ−３．０Ｚｎ−２．７Ａｌ）とし
ているが、吸気弁１４の材料として使用されているβ型
チタン合金（Ｔｉ−１０Ｃｒ−５Ａｌ−３Ｖ−２Ｃ）の
ヤング率１１５００ｋｇｆ／ｍｍ2 により近いヤング率
の銅・亜鉛合金を開発することも考えられ、この場合
は、なじみ性をより向上させることができ、フレッティ
ング摩耗等の損傷防止効果が大きいと考えられる。
【００３１】
【発明の効果】以上詳述したように、請求項１記載の本
発明の内燃機関用弁機構によれば、内燃機関における吸
気弁又は排気弁としてそなえられてバルブ軸部を有する
ポペット弁と、該ポペット弁の該バルブ軸部に外嵌され
たバルブスプリングリテーナ取付用のコッタとを有する
内燃機関用弁機構において、該ポペット弁がβ型チタン
合金材料により形成されるとともに、該コッタが該ポペ
ット弁の材料のヤング率に近いヤング率を有する銅・亜
鉛系合金材料により形成されるという構成により、バル
ブ軸部とコッタのなじみ性が向上し、バルブ軸部外周に
おけるフレッティング摩耗が抑制されるようになり、一
般的な炭素鋼とは異なるβ型チタン合金等の材料で形成
された吸気弁や排気弁のクラック発生を防止することが
できるようになる。
発明の内燃機関用弁機構によれば、内燃機関における吸
気弁又は排気弁としてそなえられてバルブ軸部を有する
ポペット弁と、該ポペット弁の該バルブ軸部に外嵌され
たバルブスプリングリテーナ取付用のコッタとを有する
内燃機関用弁機構において、該ポペット弁がβ型チタン
合金材料により形成されるとともに、該コッタが該ポペ
ット弁の材料のヤング率に近いヤング率を有する銅・亜
鉛系合金材料により形成されるという構成により、バル
ブ軸部とコッタのなじみ性が向上し、バルブ軸部外周に
おけるフレッティング摩耗が抑制されるようになり、一
般的な炭素鋼とは異なるβ型チタン合金等の材料で形成
された吸気弁や排気弁のクラック発生を防止することが
できるようになる。
【００３２】請求項２記載の本発明の内燃機関用弁機構
によれば、請求項１記載の内燃機関用弁機構において、
該銅・亜鉛系合金材料が、銅を主成分として亜鉛をほぼ
３％含有しているという構成により、バルブ軸部とコッ
タのなじみ性が向上し、バルブ軸部外周におけるフレッ
ティング摩耗が抑制されるようになり、一般的な炭素鋼
とは異なるβ型チタン合金等の材料で形成された吸気弁
や排気弁のクラック発生を防止することができるように
なる。
によれば、請求項１記載の内燃機関用弁機構において、
該銅・亜鉛系合金材料が、銅を主成分として亜鉛をほぼ
３％含有しているという構成により、バルブ軸部とコッ
タのなじみ性が向上し、バルブ軸部外周におけるフレッ
ティング摩耗が抑制されるようになり、一般的な炭素鋼
とは異なるβ型チタン合金等の材料で形成された吸気弁
や排気弁のクラック発生を防止することができるように
なる。
【図１】本発明の一実施形態としての内燃機関用弁機構
の要部を一部破断して示す側面図である。
の要部を一部破断して示す側面図である。
【図２】本発明の効果を説明する図であって、疲労試験
の試験方法を示す図である。
の試験方法を示す図である。
【図３】従来の内燃機関の動弁系を示す断面図である。
【図４】本発明の課題を説明する従来の内燃機関用弁機
構の要部を一部破断して示す側面図である。
構の要部を一部破断して示す側面図である。
１０はシリンダヘッド １１ 燃焼室 １１Ａ 燃焼室１１の上面部 １１Ｂ，１１Ｃ 燃焼室側開口 １２ 吸気ポート １３ 排気ポート １４ 吸気弁 １５ 排気弁 １６ バルブ軸部 １６Ａ バルブ軸部１６の嵌合面 １６Ｂ バルブ軸部１６の環状嵌合溝部 １７ バルブ傘部 １８ バルブガイド １９ バルブシート ２０Ａ，２０Ｂ カムシャフト ２１Ａ，２１Ｂ カム ２２Ａ，２２Ｂ ロッカアーム ２３Ａ，２３Ｂ バルブスプリング ２４Ａ，２４Ｂ シリンダヘッド１０側の座面 ２５ バルブスプリングリテーナ ２５Ａ バルブスプリングリテーナ２５の内周面 ２６ コッタ（リテーナロック） ２６Ａ コッタ２６の内周面 ２６Ｂ コッタ２６の環状嵌合凸部 ２６Ｃ コッタ２６の外周面 ２７ クラック（クラック発生箇所）
Claims (2)
- 【請求項１】 内燃機関における吸気弁又は排気弁とし
てそなえられてバルブ軸部を有するポペット弁と、該ポ
ペット弁の該バルブ軸部に外嵌されたバルブスプリング
リテーナ取付用のコッタとを有する内燃機関用弁機構に
おいて、 該ポペット弁がβ型チタン合金材料により形成されると
ともに、該コッタが該ポペット弁の材料のヤング率に近
いヤング率を有する銅・亜鉛系合金材料により形成され
ていることを特徴とする、内燃機関用弁機構。 - 【請求項２】 該銅・亜鉛系合金材料が、銅を主成分と
して亜鉛をほぼ３％含有していることを特徴とする、請
求項１記載の内燃機関用弁機構。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2713896A JPH09217611A (ja) | 1996-02-14 | 1996-02-14 | 内燃機関用弁機構 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2713896A JPH09217611A (ja) | 1996-02-14 | 1996-02-14 | 内燃機関用弁機構 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09217611A true JPH09217611A (ja) | 1997-08-19 |
Family
ID=12212699
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2713896A Pending JPH09217611A (ja) | 1996-02-14 | 1996-02-14 | 内燃機関用弁機構 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09217611A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2022003351A (ja) * | 2016-02-19 | 2022-01-11 | クレアディティヴ・アーゲー | 時計、計器、機械式ムーブメント、機械式ムーブメントまたは計器用の金属シャフト及びその製造方法 |
-
1996
- 1996-02-14 JP JP2713896A patent/JPH09217611A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2022003351A (ja) * | 2016-02-19 | 2022-01-11 | クレアディティヴ・アーゲー | 時計、計器、機械式ムーブメント、機械式ムーブメントまたは計器用の金属シャフト及びその製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20010605 |