この記事では、エンジンバルブとは何か、エンジンの中でどのように働いているかについて学習することができます。 バルブの仕組みと冷却について
エンジンバルブと種類
バルブとは、通路を閉じたり開いたりするための装置です。 自動車のエンジンでは、1気筒につき吸気弁と排気弁の2つのバルブが使用されている。
吸気バルブ
燃料は吸気バルブによってシリンダーに供給される。 バルブが閉じると、燃焼空間が密閉される。 バルブは通常、耐食性、耐熱性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼で作られている。 インレットバルブは、熱の影響を受けにくいニッケルクロム合金鋼が使われることが多い。
排気弁
燃焼したガスは、排気弁から排出される。 排気バルブは通常、シリコンとクロムの合金で、熱に非常に強いシルクローム鋼で作られる。
自動車のエンジンに使われる弁は、ポペットバルブまたはマッシュルームバルブと呼ばれるものである。 バルブの頭部は、エッジが薄くならないように余裕を持たせて正確に研磨されている。 角面はシリンダーヘッドのバルブシートの角度に合わせて45°または30°になるようにバルブヘッドに研削されている。 バルブステムの先端にはスプリングリテーナロック溝が設けられている。
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エンジンバルブの種類
エンジンバルブには次の3種類があります：
- ポペットバルブ
- スリーブバルブ
- ロータリーバルブ
ポペットバルブ
その形状からキノコバルブとも呼ばれます。 エンジンに流入するガスのタイミングや量を制御するために使用される。 自動車エンジンの中で最も広く使われているバルブである。 ポペットバルブは、上下に弾けるような動きをするため、この名前がついた。
ヘッドとステムから構成されています。 バルブシートとの密閉性を高めるため、通常30°～45°の角度を持つバルブフェイスを完璧に研磨しています。 ステムにはスプリングリテーナのロック溝があり、その先端がカムに接触してバルブの上下運動を行います&。 排気系では、圧力差によってバルブが密閉されます。 吸気バルブでは、圧力差によりバルブを開く働きをする。
スリーブバルブ
スリーブバルブとは、その名の通り、内燃機関のシリンダー内で、ピストンとシリンダー壁の間にはめ込み、回転/摺動する管またはスリーブである。
スリーブの側面にあるポートは、エンジンのサイクルの適切な段階で、シリンダーの吸気ポートと排気ポートに一致するようになる。
スリーブの内面は、ピストンがスライドするシリンダーバレルの内側を形成している。 スリーブは連続した動きで、主シリンダー鋳造を通して形成されたポートとスリーブに切られたポートの周期的な一致のおかげでガスを追い出すことを可能にし、
利点を。 これらのバルブは、構造でシンプルであり、操作で沈黙している。 バルブカム、ロッカーアーム、タペットバルブなどのようなノイズを出す部品がないため、ノイズがあります、スリーブバルブは、デトネーションの少ない傾向があります。 ウォータージャケットに接しているため、冷却効果が高い。 図に示すのはディスクタイプのロータリーバルブである。 これは回転する円板からなり、その円板にはポートがある。 回転しながら、それは吸気と排気マニホールドと交互に通信する
利点。 ロータリーバルブは構造が簡単で、安いコストで製造できる。 高速のエンジンに適している。 これらのバルブは、ストレスや振動が少ない。 ロータリーカーブは、均一でノイズのない滑らかな動作を実行します。
エンジンバルブ機構の種類
バルブは、カムシャフトに取り付けられたカムによって作動します。 カムシャフトはクランクシャフトから運動を得ている。 カムシャフトが回転すると、カムがバルブを作動させる。
バルブの位置によって、バルブ機構は2種類ある。
- エンジンブロック内のバルブを操作するバルブ機構（ストレートポペットバルブ）。
- シリンダーヘッドのバルブを操作するためのバルブ機構（オーバーヘッドポペットバルブ）。
バルブタペットのクリアランス
ストレートポペットバルブの場合はバルブタペットとバルブステムの間に、オーバーヘッドポペットバルブの場合はロッカーアームとバルブステムの間にわずかな隙間を保っている。 これをバルブタペットクリアランスといい、バルブラッシュと呼ばれることもあります。 このクリアランスにより、エンジンが加熱されたときにバルブステムが膨張することを可能にしている。
十分なクリアランスがないと、エンジンが熱を持ったときにバルブがきちんと座らず、パワーロスやバルブの浮き上がりの原因となる。 バルブ機構の音が多少大きくなっても、クリアランスは少なすぎるより、必要以上にあったほうがよいでしょう。
バルプタペットクリアランスは、次のような要因に左右されます。
- バルブステムの長さ
- バルブの材質
- エンジン運転温度
油圧バルブリフター
バルプタペットクリアランスがゼロなので非常に静かに運転することができる。 バルブのタペットクリアランスの違いにより、自動的に長さを調整します。 また、通常の使用では調整する必要がありません。 温度変化や摩耗による変動は油圧で処理します。
本体はシリンダーとオイルリザーバーで構成されています。 本体の開口部には、エンジン潤滑系統からの油圧ラインが接続され、リザーバにオイルを供給する。
（a）のようにバルブを閉じたとき（下側にカム）、リザーバの油はボールチェックバルブを開き、プランジャとシリンダ底面の間を通って上昇させる。
カムが回転し、(b)のようにリフターを持ち上げると（カムが上側）、リフターユニットとプッシュロッド、およびロッカーアームとバルブステムの間のクリアランスがゼロになります。 ボールチェックバルブが閉じてリザーバーへのオイルの戻りを防ぎ、リフターユニット全体がプッシュロッドを持ち上げてバルブを開きます。 このとき、クリアランスがゼロの状態からリフトを開始するため、騒音は最小限に抑えられます。
リフト動作中に（b）に示すように、プランジャーとシリンダーの間に一定量のオイルが漏れ、エンジンバルブが閉じてプランジャーへの圧力がなくなったときに、スプリングによって再び上昇しなかったプランジャーが下がり、クリアランスが発生する。
偏心ロッカーアーム
偏心ロッカーアームは、バルブとタペットのすきまの差を自動的に補正するものです。 従来のロッカーアームを溝とピンで偏心を保持するように改造したものである。
プランジャーとスプリングで偏心のピストンを制御する。 プランジャはスプリングとロッカーアームのオリフィスからの油圧によって作動します。
エンジンバルブが閉じているとき（カムがローサイド）、スプリングとプランジャの作用で偏心が動いて、列車を操作するバルブ内のクリアランスを取ります。 カムが回転してバルブが開くと、プランジャーとスプリングがその衝撃を吸収する。 カムが上側にあるとき、バルブは完全に開いています。
バルブの冷却
排気バルブが吸気バルブより熱くなるのは明らかで、排気バルブが常に熱いガスと接触している一方で吸気バルブは入ってくる新しい燃料でいくらか冷やされるからです。 排気弁は短時間の運転で赤熱することがあります。 バルブフェイスは最も高温で、バルブステムはバルブ内で最も低温の部分です。
バルブステムはバルブガイドに、バルブフェイスはバルブシートに熱を伝え、これによってバルブが冷却されます。 十分な冷却を行うために、シリンダーヘッドは、バルブの重要な部分の周りに良好な水の循環を可能にするように設計されなければなりません。
バルブフェースがバルブシートに適切にフィットし、燃焼室を完全に閉じていれば、圧縮とパワーの損失はありません。 それにもかかわらず、適切なバルブシーティングは、バルブシートと完全に面接触し、より多くの熱伝達を行うことができます。 このため、バルブシートとの接触が不均一になると、バルブが通常より数百度高温になり、バルブの寿命が短くなる
ナトリウム冷却バルブ
多くの大型エンジンでは、ナトリウム冷却バルブが使用されている。 ナトリウム冷却弁はステムが中空で、その中に金属ナトリウムが一部充填されている。 ナトリウムは97’5℃で溶ける。 従って、運転温度ではナトリウムは液体である。 エンジンが作動してバルブが上下すると、ナトリウムはバルブの高温部に上向きに投げ込まれます。
それは熱を吸収し、再びステムの中に落ちると、より冷たいステムにあげられる。 この作用でバルブヘッドを冷やすことができます。 ナトリウム冷却バルブは、同じ動作条件で、同じ設計のソリッドステムバルブより100℃も低く動作します。 つまり、ナトリウム冷却弁は長寿命なのです。 しかし、その使用にはより注意が必要です。
ナトリウム冷却弁の中空ステムに亀裂や破損があると、潜在的に危険である。 ナトリウムは水と接触すると破裂して炎を出します。 ナトリウムがバルブステムの中に安全にある限り、危険はありません。