(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉱油及び合成油を基油とし、モリブデンジチオカーバメートをモリブデン量として５０〜１０００ｐｐｍ、ジチオリン酸亜鉛をリン量として０．０１〜０．２ｗｔ％を含むエンジン油が使用されている内燃機関の動弁装置において、
カムシャフトのカムロブ面及びアジャスティングシムの表面粗さが中心線平均粗さＲａで共に０．１μｍ以下で、且つ前記カムシャフトのカムロブ面及びアジャスティングシムの中心線平均粗さＲａを自乗平均粗さＲｑに換算し、次式
Ｒｍｓ＝｛（Ｒｑ ｃａｍ）２＋（Ｒｑ ｓｈｉｍ）２｝１／２
で計算した合成表面粗さが０．２μｍ以下となるように超仕上げ加工を施したことを特徴とする内燃機関の動弁装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定の回転運動を行うカムに追従してバルブを開閉作動する自動車用内燃機関の動弁装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に自動車用内燃機関に使用されている直動式動弁装置を本発明実施の形態の直動式動弁装置の断面図である図１を用いて説明すると、バルブ６はバルブガイド９に挿通され、バルブ６の軸端６ａの上方に、バルブリフター４が設置されている。シリンダヘッド７とバルブリフター４の間にはバルブスプリング５がリテーナ１０とコッタ１１によりバルブ６に固定され、バルブ６を閉じる方向に荷重を負荷している。バルブリフター４の上方には図に示すようにアジャスティングシム３が嵌合され、カム１とのクリアランスが０．３ｍｍ程度になるようにアジャスティングシム３の厚さにより調整されている。カムシャフト軸２は図示されていないクランクシャフトの駆動によりタイミングベルトを介して駆動される。カムシャフト軸２が駆動することによりカム１が回転し、アジャスティングシム３と摺接し、バルブ６を往復運動させる機構となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような直動式の動弁装置における摩擦損失の大部分はカムとアジャスティングシム間の摩擦損失に起因している。この摩擦損失の低減をはかり、効率的な動力伝達により内燃機関の低燃費の達成に寄与できる技術が排出ガス抑制をねらう環境保全対策上からも強く希求されている。従来のカム／アジャスティングシムの表面粗さは各々Ｒａ０．２〜０．５μｍに研削加工され、アジャスティングシムには焼き付き防止のためのリン酸マンガン塩被膜処理が施されている。カム／アジャスティングシム間の油膜厚さは計算によると０．１μｍ程度かそれ以下であり、表面粗さに対して非常に小さく金属どうしの接触がさけられない状況である。これまでカム及びシムの表面粗さを細かくし、カムとシムの表面粗さを油膜厚さに近づけ固体接触の割合を減少させたものがある（特開平４−３２１７０６号公報）。しかしこれ以上に摩擦損失を大幅に低減するために、シム表面を超仕上げ加工し、高硬度で潤滑性にすぐれた被膜をアジャスティングシムにコーティングしたものもあるが、高価であり、シム母材の表面粗さや、表面硬さ、被膜厚さ及び中間層の選定を慎重に実施しないと摺動によって付着力不足で剥離していまい、耐久性が十分確保できないという問題点があった。
本発明はこれらの問題点に着目してなされたものであり、直動式の動弁装置においてカムとアジャスティングシムの表面を平滑にし、従来より摺接部の機械損失を大幅に低減しかつ耐摩耗性にすぐれた内燃機関の動弁装置を提供することを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため鋭意研究した結果、モリブデンジチオカーバメートを含まない従来のエンジン油中で使用される動弁装置においては、カムシャフトのカムロブ面及びシムの表面粗さをＲａ０．１０μｍ以下に仕上げたとしても、摺動によって面が荒れ、表面粗さが大きくなってしまい、結果的には摩擦損失を期待通りに低減できないということが明らかとなり、鉱油及び合成油を基油とし、モリブデンジチオカーバメート及びジチオリン酸亜鉛を含むエンジン油が使用されている内燃機関の動弁装置においては、上記２種のオイル添加剤の潤滑性にすぐれた被膜が生成されることによる摩擦損失低減効果に加えて、超仕上げを施したカムロブ面及びアジャスティングシムの表面粗さが悪化することなく維持され、より一層の摩擦損失低減が実現できることを確認して本発明を完成するに至った。
【０００５】
従って本発明の内燃機関の動弁装置は鉱油及び合成油を基油とし、モリブデンジチオカーバメートをモリブデン量として５０〜１０００ｒｐｍ、ジチオリン酸亜鉛をリン酸量として０．０１〜０．２ｗｔ％を含むエンジン油が使用されている内燃機関において、カムシャフトのカムロブ面及びアジャスティングシムの表面粗さがＲａで共に０．１μｍ以下で、しかもカムシャフトのカムロブ面及びアジャスティングシムの中心線平均粗さＲａを自乗平均粗さＲｑに換算し、次式
Ｒｍｓ＝｛（Ｒｑ ｃａｍ）２＋（Ｒｑ ｓｈｉｍ）２｝１／２
で計算した合成表面粗さが０．２μｍ以下となるように超仕上げ加工を施したことを特徴としている。
【０００６】
【作用】
次に作用について説明する。
図２にカムとアジャスティングシムの初期表面粗さと摩擦損失トルクの関係について示す。横軸はカムとアジャスティングシム両者の表面粗さを合成した粗さを用いている。
中心線平均粗さＲａを自乗平均粗さＲｑに換算し、下式で計算した粗さを合成表面粗さとしている。
Ｒｍｓ＝｛（Ｒｑ  ｃａｍ）２＋（Ｒｑ  ｓｈｉｍ）２｝１／２
従来のモリブデンジチオカーバメートを含まないエンジン油が使用されている動弁装置では、表面粗さを小さくすると摩擦損失トルクは小さくなるが、カムとシムの表面粗さがＲａで共に０．１μｍ以下となるとすなわち合成した表面粗さが０．２０μｍ以下となっても、それ以上摩擦損失トルクは減少しなくなる。この原因は摺動によって面荒れしカム及びシムの表面粗さが大きくなってしまうためである。
【０００７】
一方、モリブデンジチオカーバメート及びジチオリン酸亜鉛を含むエンジン油では摺動により摺動部表面にこれらの油添加剤の被膜が生成され、その潤滑性により摩擦損失トルクが従来のモリブデンジチオカーバメートを含まないエンジン油に比較して減少するが、これに加えてカムとシムの表面粗さがＲａで共に０．１μｍ以下となるとすなわち合成した表面粗さが０．２０μｍ以下となると、さらに摩擦損失トルクが減少し、従来のモリブデンジチオカーバメートを含まないエンジン油が使用され、カム及びシムの表面粗さがＲａ０．２〜０．５μｍのものに比較して、大幅な摩擦損失トルクの低減が実現できる。
【０００８】
従って前記構成の本発明の動弁装置によれば、鉱油及び合成油を基油とし、モリブデンジチオカーバメート及びジチオリン酸亜鉛を含むエンジン油が使用され、カムシャフトのカムロブ面及びアジャスティングシムに超仕上げ加工を施すことを特徴としているため、潤滑性にすぐれた添加剤被膜が生成されることに加え、超仕上げ加工したカム及びシムの表面粗さが増大することなく油膜厚さに対して小さく維持され、金属接触の割合が従来より減少するため摩擦損失を大幅に減少させることが可能となる。
【０００９】
この場合、カムシャフトのカムロブ面及びシムの表面粗さは、中心線平均粗さＲａ０．１０μｍ以下、好ましくは０．０５μｍ以下とすることで従来に比べ大幅な摩擦損失の低減が可能となる。
【００１０】
エンジンオイルに含まれる添加剤、モリブデンジチオカーバメートとジチオリン酸亜鉛の配合量は、モリブデンジチオカーバメートをモリブデン量として５０ｐｐｍ以下ではその効果はほとんどなく、また１０００ｐｐｍを超えると、モリブデンジチオカーバメートが沈殿しその効果の増加がないためモリブデン量として５０〜１０００ｐｐｍとした。またジチオリン酸亜鉛はリン量として０．０１以下であると、モリブデンジチオカーバメートの潤滑性のある被膜が生成されないことと酸化防止作用、耐摩耗性が低下し摩耗増大を引き起こし、リン量として０．２ｗｔ％を超えてもその効果が増大しないことから、リン量として０．０１〜０．２ｗｔ％とした。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下本発明における効果を実施の形態により詳しく説明する。
（実施の形態１）
図１に示すような直動式の動弁系を有する排気量１６００ＣＣの４気筒エンジンのカムシャフトのカムロブ面を超仕上げ加工し、中心線平均粗さＲａで０．０４μｍに仕上げたカムシャフト２と、表面の粗さを中心線平均粗さＲａで０．０３μｍに超仕上げしたアジャスティングシム３を作製した。このカムシャフト２から１つのカムを切り出した試験片とアジャスティングシム３を用いて図３に示すようなカムとカムフォロワを模擬した試験機を製作し摺動試験を行った。この試験機はカムシャフト２より切り出したカム試験片１２ａを回転軸２２に取り付け、ホルダー２３に取り付けられたアジャスティングシム３を矢印Ａ１０方向に回転するカム試験片１２ａにバルブスプリング５の反発力により押しつけ、回転軸２２とモータ２５の間に連結したトルク検出器２６によりカム試験片１２ａとアジャスティングシム３間で発生する摩擦トルクを計測する構成となっている。
【００１２】
エンジン油としてはモリブデンジチオカーバメートをモリブデン量として６００ｐｍ、ジチオリン酸亜鉛をリン量として０．１ｗｔ％を含むエンジン油を用い、カムシャフト回転数３００ｒｐｍ、油温８０℃の試験条件でなじみの終了したと考えられる２０時間後の摩擦トルクを測定した。
【００１３】
（実施の形態２）
カムシャフトに超仕上げ加工をラッピングテープにて施す際、カムシャフト自身をオシレートさせながら加工することで、カムロブ面にクロスハッチ状の加工状痕を残したカムシャフトと実施の形態１と同様に仕上げたアジャスティングシムを用いて同様の試験条件で摩擦トルクを計測した。この時のカム及びアジャスティングシムの表面粗さはそれぞれＲａ０．０５μｍ、Ｒａ０．０３μｍであった。
【００１４】
上記の本発明実施の形態と同様の試験装置を用いて下記比較例の動弁装置の摩擦トルク計測結果と比較した結果を図５に示す。
【００１５】
比較例１は従来の動弁装置で研削加工のカムシャフト研削加工後リン酸マンガン処理したアジャスティングシムを組み合わせ、エンジン油としてモリブデンジチオカーバメートを含まない従来のエンジン油を用いた動弁装置である。比較例２は比較例１に係わるカムシャフト及びアジャスティングシムに超仕上げ加工を施しＲａで０．１０μｍ以下に仕上げたもの、比較例３は比較例２のアジャスティングシムの表面粗さをＲａで０．１６μｍとしたもの、比較例４は比較例１に係わるエンジン油をモリブデンジチオカーバメート及びジチオリン酸亜鉛を含むエンジン油としたもの、比較例５は実施の形態１のアジャスティングシムの表面粗さをＲａで０．２０μｍとしたものである。
【００１６】
また図６には、試験終了後のカムロブ表面及びアジャスティングシムの表面粗さを示す。
図５の結果から分かるようカムシャフト及びアジャスティングシムに超仕上げを施し、モリブデンジチオカーバメート及びジチオリン酸亜鉛を含むエンジン油としたものは、従来の動弁装置の比較例１に比べて大幅に摩擦トルクが減少している。さらにカム表面にクロスハッチ状の加工条痕を残した実施の形態２はさらに摩擦損失トルクが低減している。これに対してモリブデンジチオカーバメートを含まない従来のエンジン油を用いたカム及びシムの表面粗さがＲａ０．１μｍ以下の比較例２の動弁装置においては、図６に示すようにカム及びシムの表面が摺動により面荒れし、試験後の表面粗さが試験前より大きくなり、この結果摩擦トルクが実施の形態ほど小さくなっていない。またモリブデンジチオカーバメート及びジチオリン酸亜鉛を含むエンジン油を用いたカム、シムのうちどちらか一方あるいは両方の表面粗さがＲａ０．１μｍ以上の比較例４，５の動弁装置においては、摩擦トルクは従来例の比較例１に対して減少しているものの、低減の効果はモリブデンジチオカーバメートを含まない従来のエンジン油を用いた同じ粗さの比較例１、３に比較して、従来のエンジン油からモリブデンジチオカーバメート及びジチオリン酸亜鉛を含むエンジン油にすることによって得られる。摩擦損失トルク低減率は図４に示すように、実施の形態１，２に比較して小さい。
【００１７】
ここで比較例４の低減率は同じ粗さの組み合わせの比較例１を、比較例５は同じ粗さの組み合わせの比較例３を、実施の形態１、２は同じ粗さの組み合わせの比較例２をそれぞれ基準に摩擦損失トルク低減率を算出している。
【００１８】
【発明の効果】
本発明では、以上説明したように、鉱油及び合成油を基油とし、モリブデンジチオカーバメートをモリブデン量として５０〜１０００ｐｐｍ、ジチオリン酸亜鉛をリン量として０．０１〜０．２ｗｔ％を含むエンジン油が使用されている内燃機関において、カムシャフトのカムロブ面及びアジャスティングシムの表面粗さがＲａで０．１０μｍ以下で、且つカムシャフトのカムロブ面及びアジャスティングシムの中心線平均粗さＲａを自乗平均粗さＲｑに換算し、所定式を用いて計算した合成表面粗さが０．２μｍ以下となるように超仕上げ加工を施したことを特徴としたため、モリブデンジチオカーバメート及びジチオリン酸亜鉛の油添加剤の被膜が生成され、その潤滑性により摩擦損失トルクが減少するが、これに加えてカムロブ面及びアジャスティングシムの表面粗さが悪化することなく維持され、より一層の摩擦損失低減が実現でき、低摩擦で耐久性にすぐれた動弁装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態の内燃機関の動弁装置の断面説明図である。
【図２】表面粗さと摩擦損失トルクの関係を示した相関図である。
【図３】摩擦損失トルク計測装置概要図である。
【図４】比較例の摩擦損失トルク低減率を示した比較図である。
【図５】本実施の形態、比較例の摩擦損失トルク計測結果を示した図である。
【図６】試験前後の実施の形態、比較例の表面粗さの計測結果を示した図である。
【符号の説明】
１  カム
２  カムシャフト
３  アジャスティングシム
４  バルブリフター
５  バルブスプリング
６  バルブ
７  シリンダヘッド
１０  リテーナ
１２ａ  試験片
２２  回転軸
２３  ホルダー
２６  トルク検出器
【図１】
0003606427.tif 000002
【図２】
0003606427.tif 000003
【図３】
0003606427.tif 000004
【図４】
0003606427.tif 000005
【図５】
0003606427.tif 000006
【図６】
0003606427.tif 000007