Estructura de contacto de la leva del mecanismo de funcionamiento de la válvula
Descripción general
 La presente invención se refiere a una porción de estructura de contacto de leva de un mecanismo de válvula para un motor de combustión interna que constituye la parte de contacto de leva de un miembro de desgaste, reducir la pérdida por fricción mediante la mejora de la rugosidad superficial de la leva durante el deslizamiento por la acción abrasiva de la parte de contacto de leva Dirigido a. ] De las válvulas de admisión y de escape 3 y 5, proporcionando el elevador de válvula 10, 11 en el extremo opuesto al elemento de válvula para abrir y cerrar los puertos de admisión y escape 2 y 4. Las pestañas 12, 13 están provistas en las superficies de los elevadores de válvula 10, 11 que miran hacia las levas 14, 15. Las cuñas 12 y 13, la densidad se compone de 3,0 g / cm @ 3 o más Si3 N4, a la rugosidad de la superficie de la 0.2μRz 0.7μRz.
Campo técnico
La presente invención se refiere a una porción de estructura de contacto de leva del mecanismo de válvula, en particular a una porción de estructura de contacto de leva del mecanismo de accionamiento de válvula que constituye una parte de contacto de leva que material resistente a la leva y desgaste por deslizamiento.
Antecedentes de la técnica
Dado que la porción de contacto de leva del mecanismo de funcionamiento de válvula del motor de combustión interna se usa en condiciones extremadamente severas en las que se combinan deslizamiento e impacto, se requiere una alta durabilidad para la parte de contacto de leva del mecanismo de funcionamiento de válvula. Como una estructura de parte de contacto de leva satisfacer tales requisitos, convencionalmente, se ha propuesto un uso de un material resistente al desgaste hecha de un material de cerámica sobre la superficie de deslizamiento, tal como un material cerámico, por ejemplo nitruro de silicio (Si3 N4) que el uso de Se conoce (solicitud de modelo de utilidad japonés abierta al público n. ° Sho 59-007005).
De acuerdo con la parte de estructura de contacto de leva del mecanismo de accionamiento de válvula utilizando la parte de contacto de la leva, la parte de contacto de leva tiene una alta resistencia al calor y resistencia a la abrasión, se puede mejorar significativamente la durabilidad de la parte de contacto de la leva con respecto a los problemas tales como el desgaste y embargo .
Tarea de solución
Sin embargo, en el tren de válvulas para un motor de combustión interna, la leva y la parte de contacto de leva está en contacto con una alta presión de superficie, casi no tiene una presión de superficie de contacto elevada, lubricante se forma la película de aceite cuando el particular, alrededor de la nariz de leva entra en contacto con la parte de contacto de leva , El espesor es teóricamente de aproximadamente 0.1 μm.
Por otro lado, dado que las superficies de la leva y la parte de contacto de leva se procesan convencionalmente a aproximadamente 1,6 z o 3,2 z, se evita el contacto sólido de la leva y la porción de contacto de leva en el caso anterior No hubo. Por esta razón, en el mecanismo de tren de válvulas convencional, se produce una gran pérdida de fricción cuando la leva y la parte de contacto de leva se deslizan.
Además, la mayor parte de la pérdida de fricción en el mecanismo del tren de válvulas es causada por esta fricción deslizante. Por lo tanto, el tratamiento de superficie de la superficie de deslizamiento de la leva y la parte de contacto de la leva con alta precisión, si la ausencia de contacto sólido, la pérdida por fricción en el mecanismo de funcionamiento de la válvula se reduce, mejorando de este modo la economía de combustible de un motor de combustión interna .
Sin embargo, la rugosidad de material compuesto acabado de la leva y la parte de contacto de leva sobre el espesor de la película de aceite de 0.1μm requiere un equipo caro y largo tiempo de procesamiento, lo que provoca un aumento de costos significativa del mecanismo de accionamiento de la válvula.
La presente invención se ha realizado en vista de lo anterior, para optimizar la rugosidad superficial de la superficie de deslizamiento de la parte de contacto de la leva, la pérdida por fricción mediante la mejora de la rugosidad superficial de la leva durante el deslizamiento por su acción abrasiva Y para proporcionar una estructura de porción de contacto de leva de un mecanismo de tren de válvulas que reduce la carga.
Solución
El problema anterior es, la superficie de deslizamiento de la parte de contacto de leva que se desliza con la leva, la estructura de parte de contacto de leva de un mecanismo de funcionamiento de válvula que comprende constituido por nitruro de silicio, 0.2MyuRz a la rugosidad superficial de la superficie de deslizamiento 0 .7 .mu.Rz.
De acuerdo con la estructura anterior, el nitruro de silicio que constituye la superficie de deslizamiento de la parte de contacto de la leva, lo que mejora la resistencia al desgaste de la parte de contacto de la leva, la superficie de deslizamiento del lado de leva cuando la leva y correderas Actúa para pulir. Por lo tanto, se mejora la rugosidad superficial de la superficie deslizante en el lado de la leva, y se reduce la pérdida de fricción en la leva y la parte de contacto de leva sin aplicar de antemano tratamiento de superficie de alta precisión.
Por otra parte, el caso en que la rugosidad superficial de las capas de ropa es mayor que 0.7MyuRz (superficie es rugosa), la superficie de leva de la misma debido a la abrasión es más áspero con fatiga superficial por deslizamiento, la rugosidad superficial de las capas de ropa Cuando es más pequeño que 0.2 μRz (la superficie es lisa), no se reconoce el efecto de mejorar la rugosidad de la superficie de deslizamiento en el lado de la leva.
La figura 1 muestra una vista en sección de una configuración de una realización de una estructura de porción de contacto de leva de un mecanismo de funcionamiento de válvula según la presente invención. Número de referencia 1 en la figura, un cuerpo de motor de combustión interna que tiene un mecanismo de válvula Shikido directo incluye una válvula de admisión 3 en el orificio de admisión 2, la válvula de lumbrera de escape 4 y de escape 5, respectivamente.
La periferia exterior de las válvulas de admisión y de escape 3 y 5 están dispuestos resorte de la válvula 6 y 7, que además, el extremo opuesto al elemento de válvula para abrir y cerrar los puertos de suministro y de escape 2 y 4, mantener estas resorte de la válvula 6 Los retenedores 8 y 9 están montados. Por lo tanto, las válvulas de suministro y de escape 3 y 5 están constantemente cargadas hacia arriba por los resortes de válvula 6 y 7, y cuando no hay arrastre contra esto, el puerto de suministro / escape está en un estado cerrado.
El extremo que tiene un retenedor de válvulas de admisión y de escape 3 y 5, elevador de la válvula 10, 11 para transmitir la fuerza a las válvulas de suministro y de escape 3 y 5 están dispuestos. Los elevadores de válvula 10, 11 están ensamblados en posiciones predeterminadas del cuerpo principal 1 del motor de combustión interna y están en contacto con las levas 14, 15 a través de los calces 12, 13.
Por lo tanto, cuando la leva 15 gira mientras se desliza sobre la cuña 12 y 13 se presionan elevador de la válvula hacia abajo por la acción de la leva 14, 15, de admisión y válvula de escape Ko' la fuerza de empuje del muelle de válvula 6 3 y 5 están abiertos.
La cuña 12, 13 en el mecanismo de funcionamiento de la válvula en la parte principal de esta realización que constituye la parte de contacto de leva de acuerdo con la presente invención, está constituido por una densidad de 3,00 g / cm @ más nitruro de 3 o silicio, de deslizamiento entre la leva 14 y 15 La rugosidad superficial de la superficie móvil se establece en 0.2 o más y 0.7 μRz o menos.
Las cuñas 12 y 13, otros actos montado en el elevador de válvulas 10, 11 como una parte de contacto de la leva, es también un miembro de ajuste de la relación de posición en la dirección de la altura de la leva 15 y las válvulas de admisión y escape 3 y 5. En otras palabras, ajustando el espesor de la cuña 12, 13 se pueden cancelar los errores debido a la precisión de procesamiento y similares de la leva 14, 15 y empujadores de válvula 10, 11, la válvula de precisión-off operado por este suministro y de escape válvulas 3 y 5 Puede hacerlo bien.
En esta realización, se utiliza una aleación de hierro fundido sometida a un tratamiento de enfriamiento por fusión con un gas inerte de tungsteno (TIG) como material de leva. Aleación de hierro fundido que constituye la leva 14 y 15, aunque su dureza es demasiado bajo mejorar más rápido rugosidad de la superficie de la leva, cantidad de desgaste demasiado, y cuando la dureza es demasiado alta la mejora superficie del producto de rugosidad Se vuelve difícil.
Por esta razón, la dureza del hierro fundido de aleación que constituye la leva es adecuada para Hv 450 700 más o menos, y particularmente alrededor de Hv 500 650 es excelente tanto en resistencia a la abrasión como a abrasión. En esta realización, la constituyen una leva 14, 15 de una aleación de hierro fundido de la dureza, el procesamiento de la rugosidad de la superficie inicial de la superficie de deslizamiento de modo que el 1,0 1.4μRz.
La leva 14 para accionar la válvula de admisión 3 está fijada al árbol de levas 16 y gira junto con el árbol de levas 16. La rotación del cigüeñal (no mostrada) se transmite al árbol de levas 16 a través de la correa de distribución.
Además, un engranaje 18, 19, respectivamente, se fija al árbol de levas 16, 17, el árbol de levas 17 para el accionamiento de la válvula de escape 5 se hace girar junto con el árbol de levas 16 a través de los engranajes 18 y 19.
La figura 2 muestra un resultado de simulación sobre el espesor de la película de aceite del aceite lubricante formado entre la leva y la cuña utilizada en esta realización.
Esta cifra es un valor calculado en base a la ecuación de Dowson Higginson que se muestra en la siguiente ecuación y muestra la relación entre el ángulo de la leva y el espesor de la película de aceite con respecto a la velocidad del motor.
Hmin / r = 2,65 ((αE) 0,54 (η 0 V / (E r)) 0,7
/ ((Pn / b) / (E r)) 0.13
El significado de cada álgebra en la fórmula es como se muestra a continuación.
Hmin: espesor mínimo de la película de aceite
r: Radio de curvatura equivalente (1 / r = 1 / r 1 + 1 / r 2)
r 1: curvatura de la leva, r 2: curvatura de la cuña
α: coeficiente de presión del aceite lubricante
E: módulo elástico equivalente de leva y cuña
η 0: viscosidad del aceite lubricante
V, velocidad promedio ((V 1 + V 2) / 2)
V1: velocidad de movimiento de contacto de la leva, V2: velocidad de movimiento de contacto de la cuña
Pn: carga de contacto
b; ancho de la leva
3 (A) y 3 (B)) de las levas 14, 15 y las calzas 12, 13 de la presente realización y la velocidad de rodadura efectiva (Fig. La relación del ángulo de la cámara se muestra. Como se muestra en la figura, la leva y la cuña de esta realización tienen la característica de que la velocidad de laminación efectiva llega a 0 mm / grado en la proximidad del ángulo de leva ± 40 °.
ángulo Cam 0 ° como se muestra en la Fig. 2 el espesor de la película de aceite en el (ángulo de la nariz de leva leva en contacto con la cuña) es, por ejemplo, la velocidad del motor (Ne) = 1500 rpm en 0,08 m, en Ne = 3000 rpm a 0.14μm Ahí Como se describió anteriormente, el espesor de esta película de aceite es de aproximadamente 0.1 μm en el rango de velocidad normal del motor de combustión interna del automóvil, y se vuelve más grueso a medida que Ne es más alto.
Por lo tanto, el ángulo de la leva 0 ° donde se maximiza la fuerza de presión y la cuña 12, 13 y la leva 14, 15, que son con el fin de evitar el contacto sólido, es necesario a la rugosidad superficial síntesis de tanto por debajo 0.1μRz . Sin embargo, para satisfacer esta condición, las cuñas 12, 13 y las levas 14, 15 deben pulirse con alta precisión, causando un aumento significativo de los costes.
Por lo tanto, en esta realización por la rugosidad superficial de la superficie de deslizamiento de la cuña 12, 13 a una rugosidad predeterminada de la superficie de deslizamiento 15 de lado de excéntrica, configurado para calzar 12 se pule durante el deslizamiento . Por lo tanto, no es necesario pulir las levas 14, 15 con alta precisión en la etapa de procesamiento, y es posible suprimir un aumento en el costo.
4 y 5 son diagramas para explicar un rango apropiado de la rugosidad superficial de la cuña excelente en la acción de pulido de la leva. En lo sucesivo, se describirá un rango apropiado de la rugosidad superficial de la cuña con referencia a los dibujos.
La figura 4 muestra la relación entre la cantidad de desgaste del morro de leva y la rugosidad superficial inicial de la cuña cuando la leva y la cuña se deslizan en condiciones predeterminadas. En la figura, el punto trazada con ◯ se obtiene experimentalmente deslizando la leva y la cuña en condiciones de deslizamiento predeterminadas. Las condiciones de deslizamiento de la leva y la cuña son las siguientes.
Tipo de motor de combustión interna: 4 cilindros en línea, 1600 cc, eje de leva doble (DOHC)
Velocidad del motor: 1000 rpm
Aceite lubricante usado; 5W 30
Temperatura del aceite: 80 ℃
Tiempo de deslizamiento: 200 h
Como se muestra en la figura, cuanto más gruesa es la rugosidad superficial inicial de la cuña, aumenta la cantidad desgastada de la mordaza de leva. Además, la nariz de leva con el fin de abrir y cerrar las válvulas de admisión y de escape, en un sitio que requiere cierta altura, la cantidad de desgaste por deslizamiento de la nariz ha sido necesario convencionalmente para estar en 50 micras o menos. Por lo tanto, a partir de la figura, cuando se obtiene el rango apropiado de rugosidad superficial inicial de la cuña, se convierte en 0,9 μRz o menos.
La figura 5 muestra la relación entre la rugosidad superficial de la mordaza de leva y la rugosidad superficial inicial de la cuña cuando se desliza bajo las condiciones anteriores. Como se muestra en la figura, la rugosidad de la superficie de la leva no se mejora por el deslizamiento rugosidad inicial de la superficie de la cuña en la región de menos de 0.2MyuRz. Por el contrario, en la región que excede 0,7 μRz, la superficie de la leva se vuelve más áspera debido a una gran cantidad de abrasión acompañada de fatiga superficial.
Estos resultados son de alcance correcto de la rugosidad de la superficie cuando que constituye la superficie de deslizamiento de la cuña con Si3 N4 0,2 0.7μRz siguiente, en el caso de este rango, la nariz de leva es sin desgaste excesivo, la Y pulido para que la rugosidad de la superficie sea de aproximadamente 0.4 μRz o menos.
A continuación, se describirá la densidad de Si3N4 que constituye las calzas 12 y 13 de esta realización. La Figura 6 es una velocidad del motor gráfico que representa que la cuña se rompe mediante la rotación del árbol de levas (en la figura ● punto) representa la relación entre la densidad y cuñas durabilidad Si3 N4 que constituye la cuña. Los puntos trazados con ◯ en la figura indican los puntos que no se rompieron a 7000 rpm.
Esta prueba de fractura rotacional se lleva a cabo haciendo girar el cigüeñal del motor de combustión interna utilizado para la prueba de desgaste mostrada en la figura 4 con un dispositivo de motor. dispositivo Motoring después de la operación 5 horas a 6000 rpm, que es la velocidad de salida más alta del motor de combustión interna, mediante el aumento de la velocidad de giro durante 2 minutos a 200 rpm split, o shim se destruye, la velocidad se hace funcionar para llegar a 7000 rpm.
A partir de los resultados que se muestran en la figura, se puede ver que a medida que aumenta la densidad de Si 3 N 4, la velocidad del motor a la cual se rompe la cuña aumenta. Es decir, si la densidad de la Si3 N4 es 3,0 g / cm @ 3 o más, nunca se shim se rompe en una velocidad de motor baja de corte de combustible velocidad de rotación (6600rpm) del motor de combustión interna. Por lo tanto, como se describió anteriormente, las calzas 12 y 13 están hechas de nitruro de silicio que tiene una densidad de 3.00 g / cm 3 o más.
7 y 8 en el caso de deslizamiento de la leva en las mismas condiciones que el ensayo de desgaste de la cuña y la figura 4 tiene una porción de estructura de contacto de leva de esta realización, una rugosidad de la superficie de la nariz de leva y la rugosidad superficial shim, estos Como se muestra en la FIG.
En los dibujos ○ muestra el caso de la utilización de una cuña que tiene una estructura de acuerdo con la presente realización, ● indica el caso de utilizar una cuña convencional usando carburado aleación de material de hierro fundido. Incidentalmente, la rugosidad superficial y la densidad de la cuña que tiene la estructura de este ejemplo son 0,4 μRz y 3,2 g / cm3, respectivamente. La rugosidad superficial inicial de la leva utilizada en esta prueba fue de 1.25 μRz, y la rugosidad superficial inicial de la cuña convencional fue de 1.6 μRz.
Para Si 3 N 4 y aleación de hierro fundido, dado que Si 3 N 4 es superior en resistencia a la abrasión, también tiene un gran efecto de pulido de la cámara. Además, la rugosidad superficial de la cuña de la presente estructura de realización se establece para pulir la leva de manera eficiente.
Por lo tanto, como se muestra en la Fig. 7, aunque hacia la rugosidad de la superficie de la aleación convencional de hierro fundido shim es áspera, mejora de la rugosidad de la superficie de la nariz de leva es mejor utilizar una cuña de esta estructura de realización Vaya más rápido que usando cuñas tradicionales.
Además, como se muestra en la Fig. 8, la dirección de cuña convencional se mejora más rápida es la rugosidad de la superficie de la cuña en comparación con calce la presente realización. Sin embargo, la rugosidad superficial de la cuña convencional no se mejora para que sea más suave que la rugosidad superficial de la cuña de la presente realización. Como se describió anteriormente, cuando se usa la cuña de la presente estructura de realización, la rugosidad superficial sintética de la cuña y la leva se vuelve más pequeña que la cuña convencional. Por lo tanto, se reduce el contacto sólido cuando se deslizan y se reduce la pérdida de fricción del tren de válvulas.
9, respectivamente, utilizando la cuña y aleaciones convencionales fundido cuñas de hierro de esta estructura de forma de realización, que muestra los resultados de medir la relación entre las pérdidas por fricción en la velocidad del motor y el sistema de válvula. En la figura, la línea discontinua muestra el caso de usar la cuña de este ejemplo, y la línea continua muestra el caso de usar la cuña convencional. En esta prueba, el par detectado por el par de torsión cuando el árbol de levas es girado por el motor a través del par de torsión se toma como la pérdida de fricción del sistema de la válvula.
Como se muestra en el dibujo, la pérdida por fricción del sistema de accionamiento de válvula se reduce a medida que aumenta la velocidad del motor, en el caso de utilizar una cuña de esta estructura de forma de realización, en comparación con el caso de utilizar una cuña convencional en su totalidad 20 30% de pérdida de fricción se reduce.
Por lo tanto, de acuerdo con la configuración de la presente realización, es posible mejorar el consumo de combustible del motor de combustión interna. Además, es posible simultáneamente la generación de calor por fricción y desgaste en la superficie de deslizamiento de la leva y la cuña se suprime, el logro de mantenimiento y mejora de la durabilidad del mecanismo de accionamiento de la válvula de precisión.
Efecto de la invención
Como se ha descrito anteriormente, de acuerdo con la presente invención, la superficie de deslizamiento de la parte de contacto de la leva, ya que la rugosidad de la superficie de Si3 N4 de 0,2 0.7MyuRz, la rugosidad de la superficie de la leva se mejora por el deslizamiento. Por lo tanto, la pérdida de fricción en el mecanismo del tren de válvulas se reduce en gran medida, y se mejora el consumo de combustible del motor de combustión interna. En el deslizamiento de la parte de contacto de leva de la estructura y una leva de acuerdo con la presente invención, dado que el desgaste y el calor de fricción se suprime, y la mejora de la durabilidad de la parte de contacto de la leva, el mantenimiento a largo plazo de la precisión de temporización de válvula on-off Puede ser mostrado.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es una vista en sección de una configuración de una realización de una estructura de porción de contacto de leva de un mecanismo de engranaje de válvula según la presente invención.
La figura 2 es un diagrama que muestra un resultado de simulación del espesor de una película de aceite formada entre una cuña y una leva utilizada en esta realización.
La figura 3 es un diagrama que muestra la relación entre la velocidad de movimiento de contacto de la cuña y la leva utilizada en esta realización y el ángulo de leva.
La figura 4 es un diagrama que muestra la relación entre la rugosidad superficial inicial y la cantidad de desgaste del morro de leva de la cuña de la estructura de la presente realización.
La figura 5 es un diagrama que muestra la relación entre la rugosidad superficial inicial de la cuña de la estructura de este ejemplo y la rugosidad superficial de la mordaza de leva.
La figura 6 es un diagrama que muestra la relación entre la densidad y la durabilidad de Si3N4 que constituye la cuña de la estructura de este ejemplo.
La figura 7 es un diagrama que muestra la relación entre el tiempo de deslizamiento de la cuña y la leva y la rugosidad superficial de la mordaza de leva de la estructura de esta realización.
La figura 8 es una vista que muestra la relación entre el tiempo de deslizamiento de la cuña y la leva y la rugosidad superficial de la porción de contacto de leva de la estructura de esta realización.
La figura 9 es un diagrama que muestra la relación entre la pérdida de fricción del tren de válvulas entre la cuña y la leva de la estructura de esta realización y la velocidad del motor.
3 Válvula de admisión
5 Válvula de escape
10, 11 Levantador de válvula
12, 13 calce
14, 15 cámara
16, 17 árbol de levas
Reclamo
La superficie de deslizamiento de la parte de contacto de leva de la reivindicación 1 de la leva y de deslizamiento en la porción de estructura de contacto de leva de un mecanismo de funcionamiento de válvula que comprende constituido por nitruro de silicio, 0.2MyuRz a 0.7μRz la rugosidad superficial de la superficie de deslizamiento Y la estructura de la porción de contacto de la leva del mecanismo de funcionamiento de la válvula.
Dibujo :
Application number :1994-002511
Inventors :トヨタ自動車株式会社
Original Assignee :中小原武、不破良雄