JPS62609A - 内燃機関用クロスヘツド - Google Patents

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】 発明の分野 本発明は内燃ｅ１閣用の構成部材に係る。

発明の背景 内燃１１１１１１においては、燃料が燃焼り゛る際に熱
エネルギーが放出される。この熱エネルギーが機械的エ
ネルギーに転換される。４行程または４ザイクル機関に
おいては、空気等の燃焼ガスと燃料が別々に、あるいは
予め混合したものが吸気マニホルドから吸気弁を介して
燃焼室に導入される。燃焼ガスはシリンダ内でピストン
とシリンダ頂部の間で圧縮された後点火される。点火は
ディーピルｔａ開の場合は圧縮熱によって行ない、ガソ
リン機閏の場合は電気点火プラグによって行なう。燃料
と空気の混合体の燃焼によってピストンが押し下げられ
る。このピストンが連接棒を介して作用してクランク軸
に回転運動を与える。燃焼を終えた使用済ガスは排気弁
を介してシリンダから除去され、入れ代わりに新しい燃
焼混合体が導入されて次のサイクルを開始できるように
なる。排気工程を行なうために必要なエネルギーはフラ
イホイールによって与えられる。

４サイクル機圏において最初の行程は吸気弁が開く吸気
行程であり、ピストンが降下することによって新しい燃
焼ガスがシリンダ内に吸入される。

第２行程が圧縮工程であり、弁、すなわち吸気弁と排気
弁が閉じて、ピストンの上昇によって燃焼ガス混合体が
圧縮される。圧縮比はガソリンＩＩＩ［ｌ［Ｉの場合で
約５：１から約１０：１、ディーゼル機、ＩＩｌの場合
で約１４：１から約３０：１である。第３行程が出力行
程である。弁を閏じたままで燃焼ガス混合体に点火し、
燃焼するガスの圧力でピストンを下に押し下げる。第４
行程は排気行程であり４、排気弁を開放して、ピストン
の上昇によって使用済のガスをシリンダから排出する。

ディーゼル機関がガソリン機関と異なる点は、空気だけ
が先にシリンダ内に注入されて１４：１から約３０：１
といった非常に＾い比まで圧縮される点である。その結
果得られる圧縮によって空気が約７００℃から約１００
０℃の温度まで熱せられる。圧縮工程の終わりに空気が
高温になった時点で測定量のディーゼル燃料がシリンダ
内に注入される。注入されたディーゼル燃料は自然点火
される。この自然点火はディーゼル燃料の注入後はぼ０
．１〜１ミリセカンドで発生する。これが生じるのは、
ディーゼル燃料滴が燃焼室内の加熱された空気と十分に
混じり合って、その点火温度まで加熱された後である。

ディーゼル機関では高圧力と高温度が同時に発生するた
め、圧縮サイクルと燃焼サイクルにおいては弁を閉じて
おき、吸気ナイクルでは吸気弁のみを排気サイクルでは
排気弁のみを確実に開放しておくために強力なばねが必
要となる。

また、その時の高温によってディーゼル機関の内部部品
の構成材料に高い熱応力がかかる。

弁の開放はカム軸によって制御される。個々のカムがタ
ペットを上揚し、タペットがブツシュロッドを上揚する
。ブツシュロッドが旋回式ロッカーアームを回転し、ロ
ッカーアームがブツシュロッドの動作を１８０度転換す
る。ロッカーアームの動作がクロスヘッドに伝達されて
、クロスヘッドから弁棒へと伝達される。カム軸は不規
則な形状のカムを有しており、これがタペットとブツシ
ュロッドを垂直上向きに押し上げる。これによってロッ
カーアームの一端部が垂直上向きに押され、他端部は弁
のクロスヘッド上に垂直に下降する。

次に弁のクロスヘッドが弁棒を押し下げて、弁のばねの
力に抗して弁を開放させる。

クロスヘッドはロッカーアームの動作を２つの弁に伝え
る構成部材である。ロッカーアームがクロスヘッド片と
接触する接触面は非常に摩耗し易い場所である。クロス
ヘッド片の上でクロスヘッド片とロッカーアームとの間
にセラミック製の摩耗パッドを配置して、これによって
摩耗を吸収させる方法が提案されている。

セラミック製摩耗パッドはクロスヘッド片に接合するこ
とになるのだが、市販のセラミック対金属のろう付は用
合金やはんだを用いてもセラミック製摩耗パッドを金属
製のクロスヘッド片に接合することはできな□い。セラ
ミック製摩耗ヘッドをクロスヘッド片に接合するために
通常必要な温度によってクロスヘッドが劣化するためで
ある。

尺１と」煎 本発明によると、内燃機Ｉｌｌのロッカーアームから弁
棒へと弁開放衝撃を機械的に伝達または転移するように
構成された弁クロスヘッドが提供される。このクロスヘ
ッドは金属製本体部分とセラミック製摩耗バッドを備え
ている。セラミック＠摩耗パッドは少なくともその一面
に遷移金属膜を化学Ｎ摺している。

この遷移金属膜は低温ろう付は用の合金および／または
はんだによってぬらされ得、クロスヘッド片に被着する
。摩耗バッドを弁クロスヘッドの本体部分にはんだ付け
する場合はセラミック製クロスパッドのはんだ付表面で
行なう。このようにして耐用期間を伸ばし、製造を容易
にすることができる。

１ｊ９」１１螢災Ｊ 第１図は内燃ｍ関１とその弁開放ａｍの概略図である。

内燃ｌｌｌ１０１のクランク軸２１と連動するカム軸１
１が回転する。カム軸１１０個々のカム３３がタペット
３５を上方に押す。タペット３５１．を弁リフタ乃至押
し棒３７をロッカーアーム３９に対して押し上げる。ロ
ッカーアーム３９が旋回点４３において旋回する。ロッ
カーアーム３９が弁リフタ３７の上向ぎの運動を１８０
ｉ転換して、弁クロスヘッド４５を１対の弁棒４７，４
９上に押し下げる。ロッカーアームと弁クロスヘッドと
が接触する点に廿ラミック製摩耗バッド１０１がある。

第２図がセラミック製摩耗パッド１０１を示している。

パッドはろう付けまたははんだ付けした接合部１０３に
おいて弁クロスヘッド４５に接合されている。セラミッ
ク製摩耗バッド１０１は弁クロスヘッド部材に対して接
合（）ようとする摩耗パッド面、すなわち接合面１０３
に遷移金属膜１０２を化学蒸着されている。

遷移金属はセラミック製摩耗バッド１０１に付着し、は
んだ付は用またはろう飼は用合金にぬれ得るものであれ
ば何れの１移金属でも良く、化学蒸着法で堆積すること
ができる。化学蒸着することによって膜の摩耗パッド１
０１に対する被着力および膜材料のはんだ付は用または
ろう付は用合金に対するぬれ性が高められる。遷移金属
の例として、コバルト、ニッケル、鉄、クロム、モリブ
デン。

タングステン、マンガンの他それらを組合せたものを挙
げることができる。

化学Ｆ５ｉ＠シた遷移金属膜１０２の厚さは約１ミクロ
ンから約６ミクロン、あるいはそれ以上とする。

化学蒸着ニッケル層１０２を気化ニッケルカルボニルＮ
１（ＧＯ＞４またはコバルトカルボニルニトロシルＣｏ
（ＣＯ）３ＮＯから堆積しても良いし、あるいはまた、
結果的に基板上に化学蒸着される条件下で固体先駆物質
を真空４華することによって、例えばジコバルトオクタ
カルボニルＣＯ□　＜Ｃｏ）８を真空昇華することによ
って、ＣＶＤ堆積ニッケル１！！１０２を堆積しても良
い。

２つの基本的パラメータによって、低圧化学蒸着と常圧
化学蒸着を含む化学蒸着による１（Ｉｆｉｉ速度と膜の
一様性を制御する。このパラメータとは基板、すなわち
セラミック製摩耗バッド１０１に対する反応体ガスの物
質移動速度と、この表面における反応体ガスの表面反応
速度である。ガスの物質移動は基板、すなわちセラミッ
ク製摩耗バッド１０１の表面に隣接してゆっくりと移動
する境界層を横切る拡散を伴なうと考えられる。境界層
が薄ければ薄いほど、拡散速度は速くなり、拡散層を横
切る物質移動が大きくなる。摩耗バッド１０１の表面に
おける表面反応速度は主としてガス流の中の反応体′ａ
度と摩耗パッド１０１の温度によって決まる。カルボニ
ルの低圧化学蒸盾は物質移動を高め、堆積速度を高くす
ると共に摩耗バンド１０１の化学蒸着ろう付ＧＪ層の高
スルーブツトの形成を可能にする。

常圧で化学蒸着を行なう場合、反応体はキトリアガスの
中に含まれる。このキャリアガスは反応条件下で実質的
に反応しないものとする。窒素が好適である。常圧化学
蒸着はフロースルー反応器の中で実施することもできる
。

化学蒸着の１つの方法によると、摩耗パッド１０１を保
持するための構造を有する管状炉の中で遷移金属の化学
蒸着を行なう。化学蒸着装置は例えば真空室等の雰囲気
調整室を含んでいる。

この室の中に個々の摩耗パッド１０１を加熱するための
ヒータがある。ヒータの温度はマルチメータ（Ｍ　ＩＪ
　ｌ　ｔ　ｉｍｅｔｅｒ）等の計器を通って温度制御器
に至り、リアスタラＩ−（ｒｅａｓｔａｔ）を通る熱電
対線で測定される。

真空室の場合は真空ポンプによって真空室を真空状態に
維持する。ニッケルカルボニルやコバルトカルボニルニ
トロシル等のガスをガスシリンダを介してシステム内に
導入する。ガス原石は所望の速度で層の堆積が行なわれ
るように調整すると良い。化学蒸着システムはガス流が
垂直になる垂直システムとしても良いし、あるいはガス
流が水平になる水平システムとしても良い。

本発明によると、セラミックスｆ［ｉ耗パッドに被覆す
る遷移金属を堆積するための温度範囲は下の表１に示す
通りである。このような湿度範囲で特に高い接着度と特
に望ましい特性が得られる。

表　　１ 金　１！　場」哀」【」Ｌユ’（４）−好適な温度　囲
（’（４）Ｃｏ　　　　７０−１４０　　　　　　９Ｏ
−１１ＯＮ　　ｉ　　　　　　１６０−３５０　　　　
　　　　２００−２８０Ｆ　ｅ　　　　　　ｔ６０−３
５０　　　　　　　　２００−２８０ＣＵ　　　　　　
２５０−４００　　　　　　　　２８０−３５０Ｍ　Ｏ
２５０−４００２８０−３ ５０Ｗ　　　　　　　２５０−４００　　　　　　　　
　２８０−３５０Ｍ　ｎ　　　　　　１６０−３３０　
　　　　　　　　２００−２８０真空化学蒸着において
、真空室内の絶対圧力は標準的には約５トル以下に維持
される。こうすることによって特に良い結果が１９にと
ができる。

ここに）ホベた温度と真空度を使用した場合の堆積速度
は毎分的０．１ミクロンから約５ミクロン程度となり、
結果的には約１２秒から約２０分で約１ヘ−６ミクロン
またはそれ以、［の膜が形成される。被覆を施したセラ
ミック製摩耗パッドを化学蒸着システムから取り出した
後、弁のクロスヘッドに対してろう（Ｊけまたははんだ
付けする。

セラミックス￥！Ｊ摩耗パッドの形成には例えば−・股
にディーゼル機関が動作中に遭遇する高温と弁のばねや
カム軸・タペット・弁リフト・ロッカーアームの系から
摩耗パッドに加えられる機械的力との両方に耐え得るセ
ラミック材料を用いる。このような材料には酸化ジルコ
ニウム、酸化アルミニウム、窒化ケイ素の特に５１３Ｎ
４が含まれる。

セラミック製摩耗パッドは一般に所望の程度の機械的耐
久性を提供できるような寸法とする。この寸法は約１７
斗 から約１インチ×約　１インチ×約１７４インチである
。

金属被覆１〕だセラミック製摩耗パッド１０１を金属製
弁クロスヘッド４５にろう付けまたははんだ付けする際
に使用できる代表的なろう付けおよびはんだ（−ｊけ用
合金の中には９５カドミウム・　５銀合金。

亜鉛・アルミニウム合金，亜鉛・アルミニウム・銅合金
．アルミニウム・ケイ素合金が含まれる。

以上、本発明をある好適例と実施例に関連して説明して
来たが、これによって本発明を限定しようとするもので
はな（、本発明の範囲は特許請求の範囲によってのみ限
定されるものとする。

【図面の簡単な説明】

第１図は内燃ｖｓＩＩ１１特にその弁開放機構を示す概
略図で、第２図は弁クロスヘッドとセラミック製摩耗パ
ッドを示す。 １・・・・・・内燃機関、４５・・・・・・弁クロスヘ
ッド、１０１・・・・・・セラミック製摩耗パッド、１
０２・・・・・・遷移金属膜、１０３・・・・・・接合
面。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）ロッカーアームから内燃機関の弁棒へ弁開放衝撃
   を機械的に伝達するように構成されている弁クロスヘッ
   ドであって、金属製本体部分と、セラミック製摩耗パッ
   ドと、はんだ付けおよびろう付け用合金にぬれ得セラミ
   ック製摩耗パッドの表面上でセラミック製摩耗パッドに
   被着されている遷移金属の化学蒸着膜と、該セラミック
   製摩耗パッドの遷移金属表面と弁クロスヘッドの本体部
   分との間の接合部とを含んで成る弁クロスヘッド。
2. （２）前記遷移金属がニッケルと鉄とクロムとコバルト
   とモリブデンとタングステンとマンガンとそれらの組合
   せとから成る群から選択されている特許請求の範囲第１
   項に記載の弁クロスヘッド。
3. （３）前記遷移金属がニッケルである特許請求の範囲第
   ２項に記載の弁クロスヘッド。
4. （４）前記遷移金属膜の厚さが１〜６ミクロンである特
   許請求の範囲第１項に記載の弁クロスヘッド。