バルブ

科目：

一般
素材
ナトリウム充填バルブ
バルブガイド
さまざまな種類のバルブ制御
間接バルブ制御によるバルブ機構
ダイレクトバルブ制御によるバルブ機構
バルブクリアランスの調整
マルチバルブ技術
可変バルブタイミングとバルブリフト

一般：
すべての内燃機関にはバルブがあります。常に少なくとも XNUMX つの入口バルブと XNUMX つの出口バルブがあります。これらのバルブは、分配器を介して XNUMX つまたは複数のカムシャフトによって駆動され、新鮮な空気が燃焼空間に流入できるようにし、空気は圧縮中に閉じ込められ、燃焼空間から排出されます。吸気ガスと排気ガスの流れは、できる限り少ない抵抗で発生する必要があります。
材料はこの目的のために可能な限り適切に成形されています。
バルブはシリンダーヘッドに取り付けられています。できるだけ多くの混合気がシリンダーに入る必要があるため、吸気バルブは排気バルブよりも大きいことがよくあります。燃焼した排気ガスは、排気行程後にピストンがガスをシリンダーから押し出すときにシリンダーから出てしまうため、排気バルブは小さくする必要があります。

例として、ガソリンエンジンの XNUMX ストロークプロセスを取り上げます。エンジンの吸気行程では、吸気バルブが開き、間接噴射ガソリンエンジンの場合は混合気が吸入され、直噴ガソリンエンジンの場合は新気のみが吸入されます。。ピストンが下降することで空気が吸い込まれます。流入する空気は、利用可能なスペースを占有します。ピストンが再び上昇すると、入口バルブが閉じます。燃料と空気の混合物は行き場を失い、圧縮されます。これを圧縮行程といいます。そのため、バルブが適切に閉じることが重要です。スパークプラグが火花を発生させると、混合気が点火します。そのため、ピストンはかなりの力で押し下げられます。これをパワーストロークといいます。
排気行程では、排気バルブが開き、ピストンが上昇します。燃焼したガスはシリンダーから出て排気管に送られます。ピストンが最上部にあるとき、排気バルブは閉じ、吸気バルブは開きます。ピストンが再び下降し、吸気行程が続きます。実際には、入口バルブが少し早く開き、入口バルブと出口バルブが短時間同時に開きます。これを「バルブオーバーラップ」といいます。排気バルブを通ってシリンダーから排出される燃焼ガスの速度により負圧が発生し、吸入空気が余分に引き付けられます。これにより、吸気バルブが開いてピストンが下方に移動した場合よりも、より多くの空気がシリンダーに流入することができます。したがって、充填レベルが改善される。

XNUMXストロークプロセスの詳細な説明については、「」のページを参照してください。ガソリンエンジンの作動"

素材：
バルブに大きな負荷がかかります。特に排気バルブは非常に高温になり、あまり冷却することができません。吸気バルブは、シリンダーに流入する冷気によって部分的に冷却されます。燃焼した排気ガスは、最高 900 度の温度で排気バルブを通過します。そのため、排気バルブも吸気バルブとは異なる材料で作られています。インレットバルブは多くの場合クロモニッケル鋼で作られています。排気バルブは多くの場合、クロムシリコン鋼で作られています。高温条件による摩耗を制限するために、バルブディスクの外縁 (シール面) とバルブステムは超硬合金 (ステライト) の層で保護されています。バルブは熱の大部分をバルブディスクとバルブステムを通じて放散します。ナトリウム充填バルブはさらに優れた放熱性を備えています。

ナトリウム充填バルブ:
排気バルブは中が空洞になっています。中空空間には約60%のナトリウムが充填されています。ナトリウムは高温（摂氏約100度以上）で液体になる金属です。エンジンを始動するとバルブが頻繁に上下します。バルブ内のナトリウムは常に前後に投げられ、熱を運びます。ナトリウムはバルブディスクから熱を吸収し、バルブステムに放出します。ナトリウム充填バルブを使用すると、ナトリウム非充填バルブと比較して 80 ～ 100 度の温度低下を実現できます。
吸気バルブは流入空気によってすでに冷却されているため、これは必要ありません。

図では、灰色の表面は材料を表し、赤い部分はナトリウムが充填された空洞を表します。

バルブガイド:
バルブはシリンダーヘッド内で上下に動きます。オイルがシリンダーヘッドからバルブステムに沿って吸気通路または排気通路に流れないよう、バルブとシリンダーヘッドの間に良好なシールがなければなりません。バルブとバルブガイドの間には潤滑のため常に小さな油膜が存在します。図ではオレンジ色で示したのがバルブガイドです。

排気管から青い煙が出る場合は、バルブガイドの欠陥が原因である可能性があります。バルブガイドの幅が広くなり（下の画像を参照）、シリンダーヘッド内でバルブに遊びができている可能性があります。この状況では、オイルがバルブを通って吸気通路または排気通路に漏れる可能性があります。バルブガイドの上部には外気圧がかかり、場合によってはクランクケース圧力の上昇による過圧が発生することもあります。バルブガイドの底部で、ガスが排気マニホールドに流れ、真空効果が得られます。いわば、オイルがバルブステムに沿って吸い込まれるため、漏れが増加します。オイルがエキゾーストマニホールドに入っても燃焼しません。油は加熱され、部分的に蒸発します。排気口から青煙が出る場合があります。

多くの場合、バルブガイドは個別に交換できます。これを行うには、シリンダーヘッドを分解し、シリンダーヘッドからバルブを取り外す必要があります。その後、バルブガイドを交換できます。バルブガイドは、すべてのシリンダーヘッドで個別に交換することはできません。多くの場合、再製造会社はこれに対する解決策を持っています。バルブガイドの交換オプションについては、評判の高いオーバーホール会社に問い合わせてください。

さまざまなタイプのバルブ制御:
バルブはさまざまな方法で操作できます。下の画像は XNUMX つの異なるバージョンを示しています。これらのさまざまなバージョンと調整方法については、このページで詳しく説明します。

A: ロッカーアームによる間接バルブ制御です。
B: ローラードラッグロッカーによるダイレクトバルブコントロール。
C: 油圧バルブアジャスターによる直接バルブ制御。
D: ロッカーアームとシリンダーごとに複数のバルブを備えた直接バルブ制御。
E: 油圧バルブリフターとシリンダーごとに複数のバルブを備えた直接バルブ制御。

油圧バルブタペットのないエンジン（A、B、D）の場合は、定期的にバルブクリアランスを確認する必要があります。詳細については、このページの「バルブクリアランスの調整」の章を参照してください。油圧バルブリフターを備えたエンジンでは、バルブクリアランスの調整は必要も不可能もありません。油圧ラムにはオイルが充填されており、余分な遊びを取り除きます。

間接バルブ制御によるバルブ機構:
以前は、エンジンには基礎となる機能が装備されていました。カムシャフト。現在、乗用車のエンジンにはオーバーヘッドカムシャフトのみが装備されています。カムシャフトの下にある構造は消えつつあります。この構造の欠点は、カムシャフトとバルブの間に大きな質量があるため、これらのエンジンが高速に対応できないことです。高速走行では遊びが大きくなり、バルブが正しいタイミングで開閉できなくなります。
クランクシャフトは次のような方法で駆動されます。小さなタイミングチェーンまたはベルトを下にあるカムシャフトに接続します (下の画像を参照)。カムシャフトがバルブタペットとプッシュロッドを真っ直ぐ上に押し上げます。ロッカーアームの右側が押し上げられます。ロッカーアームがロッカーアーム軸の周りで「回転」し、左側を下に押します。これにより、バルブはバルブスプリングの力に抗して下方に押し下げられます。カムシャフトがさらに回転すると、バルブスプリングがバルブを押して閉じ、ロッカーアームが開始位置に戻ります。

ダイレクトバルブ制御によるバルブ機構:
オーバーヘッドカムシャフトは現在では乗用車にのみ使用されています。次に、カムシャフトがシリンダーヘッドに配置されます。オーバーヘッドカムシャフトを備えたエンジンの利点は、基礎となるカムシャフトを備えたエンジンよりも高速に対応できることです。

上の左の画像では、バルブスプリングがバルブを押して閉じており、カムシャフトが時計回りに回転しているため、バルブが閉じていることがわかります。右の画像では、カムシャフトがねじれ、カムがバルブを押し下げています。スプリングが圧縮され、バルブが押し下げられます。カムシャフトがさらに回転すると、バルブスプリングが再びバルブを押し上げます。バルブスプリングは約 20kg の反圧を発揮します。

この画像は、バルブスプリングを備えたバルブの概略図を示しています。ここで、バルブがバルブシートのバルブ閉面のどの部分に乗っているかがはっきりとわかります。上部にはスプリングシート（カムシャフトのカムがバルブを押し下げる部分）があり、その下にバルブキーとバルブスプリングがあります。バルブキーはバルブの取り付けとして機能します。シリンダーヘッドからバルブを取り外すには、バルブキーを取り外す必要があります。分解する際は、バルブスプリングの力に抗してスプリングシートを押し下げる必要があります（専用工具が必要です）。これでバルブは自由に動くようになります。スプリングシートとバルブステムの間にあるマグネット付きのXNUMX本のバルブキーを外すことで、バルブをシリンダーヘッドから下方から取り外すことができます。
設置中は、正しいバルブが正しい位置に再び取り付けられるように注意する必要があります。これらは交換できない場合があります。新しいバルブを取り付ける場合は、特別なサンディングペーストを使用してサンディングする必要があります。サンディング後、バルブはしっかりと密閉されます。新しいバルブをバルブステムガイドに通してスライドさせ、バルブキーを所定の位置に戻します。その後、バルブスプリングを再び緩めることができます。

バルブクリアランスを調整します。
カムシャフトとロッカーアームまたはバルブの上部の間には、常に一定量の遊びが必要です。このクリアランスにより、材料が膨張する機会が与えられます。劇は素晴らしすぎてはいけません。そうすると、バルブが開く距離が短くなり、開く時間が短くなります。クリアランスが大きすぎると、カムシャフトがバルブを押し開くのに時間がかかり、バルブが早く閉じることになります。遊びが小さすぎてもいけません。バルブは先に開き、後で閉じます。その場合、毎回バルブが開いている時間が長すぎます。したがって、バルブが閉じている時間が短くなります。バルブがシリンダーヘッドのバルブシートに熱を放散できず、オーバーヒートする可能性があります。そうするとバルブが燃える可能性があります。

現在、ほぼすべての乗用車に油圧バルブリフターが装備されています。しかし、バルブクリアランスの調整が必要なエンジンを開発しているメーカーは今でも存在します。 90 年代の自動車では、油圧バルブタペットの使用はまったく自明ではありませんでした。そのため、バルブクリアランスを定期的にチェックし、必要に応じて調整する必要がある場所を走行している車両がまだたくさんあります。多くの場合、工場データには、これを実行する必要がある走行距離がリストされています (多くの場合、主要なメンテナンスサービスごとに)。バルブクリアランスを調整するには XNUMX つの異なる構造があります。シムと偏心ボルトの調整によって。これらについては、以下で説明します。
バルブを調整するときは、いつでも始めてはいけません。バルブを「タンブル」に設定するときは、細心の注意を払う必要があります。タンブリングとは、カムシャフトが排気バルブを閉じたばかりで、吸気バルブを開こうとしている状態を意味します。シリンダー 1 がタンブルしているときは、吸気行程の開始時であることを意味します。このとき、シリンダー 1 のピストンは上部にあります。シリンダー 1 と 4 は、高さの点で常に同じ高さにあります (シリンダー 2 と 3 が同じ高さにあるのと同様、下の図を参照)。点火順序は 1-3-4-2 であるため (動作図を思い出してください)、これはシリンダー 4 がパワーストロークの開始点にあることを意味します。 4番シリンダーの次は2番シリンダー、そして3番シリンダーの順番です。

下の画像は、BPD のシリンダー 1 のピストンを示しています。ラグは下を向いています。吸気バルブが閉じたばかりで、排気バルブが開こうとしています。この時点で、シリンダー 4 のバルブを調整できます。そこのカムは上を向いています。

バルブクリアランスはいわゆる「」で測定されます。隙間ゲージ”。隙間ゲージにはさまざまなサイズの金属ストリップが含まれており、それぞれの金属ストリップの厚さが他の金属ストリップよりも 0,05 mm 厚くなっています。カムシャフトとバルブの間の多数のストリップをスライドさせることで、どの程度の遊びがあるかを確認できます。問題のストリップを簡単に押し通してはなりません。その場合、バルブクリアランスはストリップの値よりも大きくなります。ストリップが合わなかったり、非常に重くて引っかかる場合は、ストリップが厚すぎます。ストリップがそれらの間で移動するときに抵抗を感じる場合があります。

シムを使用したバルブクリアランスの調整：
この場合、「シム」とも呼ばれるシムの厚さがバルブクリアランスを決定します。下の画像では、シムは赤色で示されています。厚いシムに交換するとバルブクリアランスが減少します。カムシャフトとシムの間のスペースが少なくなります。以下の画像ではバルブクリアランスの調整方法を説明しています。バルブを調整するには、以下の図に示すように、該当するバルブのカムが上を向いている必要があります。カムがねじれていると、誤った測定値が取得されます。 XNUMX 気筒エンジンのバルブを調整するときは、次の措置を講じる必要があります。

シリンダー 1 を切り替え = シリンダー 4 のバルブを調整します。
シリンダー 2 を切り替え = シリンダー 3 のバルブを調整します。
シリンダー 3 を切り替え = シリンダー 2 のバルブを調整します。
シリンダー 4 を切り替え = シリンダー 1 のバルブを調整します。

例えば、上記バルブクリアランスの工場出荷値は0,35mmである場合があります。したがって、カムが上を向いている場合、シムとカムシャフトの間には 0,35 mm のスペースが必要です。 0,35 つの部品間の間隔は隙間ゲージで測定できます。 0,35mm のストリップが抵抗を感じずに非常に簡単に通過する場合、これはバルブとカムシャフトの間の距離が 0,45mm よりも大きいことを意味します。この場合、バルブクリアランスが大きくなりすぎます。 0,35 mm 隙間ゲージストリップを押し込むのに大きな力を加える必要があるため、隙間ゲージストリップが間にほとんど収まらない場合、このストリップは厚すぎます。実際の遊びは 0,45 ～ 0,40 mm になります。念のため、0,40 mm のストリップを間にスライドさせることができます。始まっても前後に動かすことができる (抵抗を感じる場合があります) 場合は、間違いありません。バルブクリアランスは規定の0,35mmではなくXNUMXmmとなっております。

バルブクリアランスが大きすぎるため、厚めのシムを装着する必要があります。サイズはシムに記載されていることが多いです。その場合は、薄すぎるシムの値を読み取ってください。つまり、例えば２．７５ｍｍである。
バルブクリアランスが大きすぎます。シムの厚さは、取り付けられているシムより 0,05 mm、つまり 2,75 mm である必要があります。 (2,75+0,05)=2,80mmのシムを装着するとバルブクリアランスは適正となります。その場合は、2,80mmのシムを取り付け、クランクシャフトをXNUMX回転させて正しいバルブが再び動くようにし、再度バルブクリアランスを確認してください。

多くの場合、シムを簡単に交換するための特別な分解ツールが用意されています。この例を画像で見ることができます。

調整可能な偏心器を使用したバルブクリアランスの調整:
頻繁に使用されるシステムは調整可能な偏心装置です。調整ネジは、ロックナットを XNUMX 分の XNUMX 回転緩めると回せなくなります。次に調整ネジを回すと、バルブステムとロッカーアームの間のスペースが即座に増減します。その後、ロックナットを締めることで、調整ネジは再度ロックされます。

ここでも、もちろん、最初に正しいシリンダーのバルブをトグルするように設定する必要があります。正しい厚さ（工場出荷時の値と同じ値）の隙間ゲージでバルブステムとロッカーアームの間を触ることにより、バルブクリアランスが大きすぎるか、小さすぎるか、または適正であるかを判断できます。調整ネジを回し、その間の隙間ゲージを常に移動させることで、バルブクリアランスが適正な調整ネジの位置が分かります。次にロックナットを締めて、クリアランスが同じであることを確認します。メーカー指定の専用工具を使用しないと、ロックナットを締める際に調整ネジが若干回ってしまう可能性が高くなります。

マルチバルブ技術:
すべての 1 ストロークエンジンには、少なくとも 1 つの吸気バルブと 2 つの排気バルブがあります。より強力で経済的なエンジンには、2 つの吸気バルブと 2 つの排気バルブが搭載されていることがよくあります。吸気バルブ1個、排気バルブ3個、または吸気バルブ1個、排気バルブXNUMX個のタイプもあります。
複数のバルブを使用することには、主に次の XNUMX つの利点があります。

バルブの直径は若干小さくなり、バルブあたりの質量が小さくなります (重量が減ります)。この最大の利点は、エンジン回転数が高くてもバルブが浮かないことです。フローティングバルブとは、エンジンが高速 (例: 5000 rpm) で動作すると、バルブの開閉が非常に速くなり、バルブスプリングがバルブを押して閉じる時間がなくなることを意味します。したがって、バルブはバルブシート上で完全には閉じません。これにより、ピストンがバルブに衝突したり、熱をバルブシートに伝達できなくなるためバルブが過熱したりする可能性があります。複数のバルブによりバルブが軽量になり、バルブスプリングにバルブを閉じるのに十分な時間が与えられます。
バルブあたりの質量が小さいため、バルブをより早く閉じることができます。これにより、一定のエンジン回転数や負荷に応じてカムシャフトの位置を変化させる可変バルブタイミングを適用することが可能となる。

可変バルブタイミングとバルブリフト：
最近のエンジンは可変バルブタイミングを使用することがよくあります。一部のエンジンメーカーでは、可変バルブリフトを使用しています (BMW を含む)。これらの章は、次のページで個別に説明されています。