車の心臓部、バルブリフターを学ぶ

車の心臓部、バルブリフターを学ぶ

調整機構の役割

車は多くの部品が組み合って動いています。その中で、エンジンは車の心臓部と言えるほど大切な役割を担っています。エンジンの中では、ピストンの上下運動をタイヤを回す力に変えるために、空気を取り込み、燃やした後の空気を出す工程を細かく制御する必要があります。この制御を行うのが、開閉する扉のような役割を持つバルブと呼ばれる部品です。このバルブの開閉のタイミングと開く大きさを調整するのが、バルブリフターという部品の大切な役割です。

バルブとバルブリフターの間には、適切な隙間（バルブクリアランス）が必要です。この隙間を調整することで、エンジンの調子を一番良い状態にすることができます。もし隙間が狭すぎると、バルブがしっかりと閉じなくなってしまい、燃焼室の圧力が漏れてしまい、力が弱くなったり、燃料の消費が悪くなったりします。反対に隙間が広すぎると、バルブが開くタイミングが遅れたり、開く大きさが足りなくなったりして、同じようにエンジンの調子に悪い影響を与えてしまいます。

バルブクリアランスの調整は、エンジンの調子を保つ上でとても大切です。この調整は、熱による膨張を考慮して行う必要があります。エンジンが冷えている時と温まっている時では、金属部品の大きさが変わるためです。一般的には、エンジンが冷えている時に調整を行います。調整には、シックネスゲージと呼ばれる厚さを測る道具を使って、バルブとバルブリフターの間の隙間を測り、調整ネジを回して隙間を調整します。適切なバルブクリアランスは、車の種類やエンジンの種類によって異なりますので、整備手帳などで確認することが大切です。 正しい調整を行うことで、エンジンの出力や燃費を向上させ、エンジンの寿命を延ばすことにも繋がります。

外付け円盤方式の特徴

機関の具合を保つためには、吸気と排気の弁の開閉具合を適切に調整することが大切です。この調整は「弁隙間」と呼ばれ、適切な隙間を保つために様々な工夫が凝らされています。その調整方法の一つに、外付け円盤方式と呼ばれるものがあります。これは、弁を持ち上げる部品の上に、円盤型の部品を置いて隙間を調整する方法です。

この円盤は「調整円盤」と呼ばれ、様々な厚みが用意されています。調整円盤を交換することで、弁と弁座の間の隙間を精密に調整することができるのです。例えば、隙間が大きすぎる場合は、より厚い調整円盤と交換します。逆に、隙間が小さすぎる場合は、より薄い調整円盤を選びます。

外付け円盤方式の大きな利点は、調整円盤へのアクセスが容易なことです。機関の上部にある弁蓋を開けるだけで、調整円盤を容易に取り外して交換できます。他の調整方式では、機関の奥まった場所に調整機構がある場合もあり、調整に手間がかかることがあります。しかし、外付け円盤方式では、特別な道具を必要とせずに、比較的簡単に調整作業を行うことができます。

この調整の容易さは、整備にかかる時間と費用を削減するだけでなく、定期的な点検整備を容易にします。適切な弁隙間を維持することで、機関の性能を最大限に引き出し、燃費の向上にも繋がります。また、弁の摩耗を軽減し、機関の寿命を延ばす効果も期待できます。そのため、外付け円盤方式は、整備性と機関の性能維持の両面から見て、優れた調整方式と言えるでしょう。

外付け円盤方式の課題

車の心臓部である原動機には、空気と燃料を混ぜ合わせるための弁を開閉する部品、弁棹挙げ機が備わっています。この弁棹挙げ機には、弁と棹の間の隙間を調整するための薄い金属板、隙間調整板が用いられています。隙間調整板の配置方法には、外付け円盤方式と内付け円盤方式の二種類があります。

外付け円盤方式は、隙間調整板を弁棹挙げ機の外側に取り付ける方式です。この方式は、原動機を分解することなく隙間調整板を交換できるため、整備性に優れています。整備の際に原動機を大きく分解する必要がないため、整備にかかる時間と費用を節約できます。これが外付け円盤方式の大きな利点です。

しかし、外付け円盤方式には欠点もあります。隙間調整板を弁棹挙げ機の外側に配置するため、弁棹挙げ機全体の大きさが必然的に大きくなります。これは、内付け円盤方式と比較した場合の明らかな欠点です。部品が大型化すると、当然ながら重量も増加します。この重量増加は、原動機の回転速度の向上を妨げる要因となります。原動機は、部品の軽量化によって、より速く、より滑らかに回転することができます。しかし、外付け円盤方式では、部品が重くなるため、回転速度の向上、ひいては出力向上を阻害する可能性があります。

特に、高回転を多用する競技用車両などでは、この重量増加は性能に大きな影響を与えます。競技用車両では、最高出力だけでなく、レスポンス、つまりアクセルを踏んでから加速するまでの時間も重要な要素となります。部品の重量増加は、このレスポンスを悪化させ、競技において不利になる可能性があります。そのため、高性能を追求する原動機では、部品を小型軽量化できる内付け円盤方式が採用されることが多いです。内付け円盤方式は整備性は劣りますが、性能向上には大きく貢献します。このように、外付け円盤方式と内付け円盤方式には、それぞれ利点と欠点があるため、車両の用途や目的に合わせて適切な方式を選択することが重要です。

摩擦による影響

車のエンジン内部では、様々な部品が複雑に組み合わさり、動力を生み出しています。その中で、バルブを動かすための重要な部品の一つに、バルブリフターと呼ばれるものがあります。バルブリフターにはいくつかの種類がありますが、アウターシム式と呼ばれる方式では、カムと呼ばれる部品がシムと呼ばれる薄い金属板の上を直接滑る構造になっています。

このカムとシムの接触部分では、摩擦が生じます。摩擦とは、接触している二つの物体が相対的に運動しようとするときに生じる抵抗のことで、エンジンの性能に様々な影響を及ぼします。

まず、摩擦によってカムとシムが摩耗します。これは、長期間の使用により部品の表面が少しずつ削れていく現象です。摩耗が進むと、シムの厚さが薄くなり、バルブクリアランスと呼ばれるバルブとバルブリフターの間の隙間が変わってしまいます。この隙間はエンジンの性能に大きく影響するため、適切な値に保つ必要があります。バルブクリアランスが適正値からずれると、エンジンの出力低下や異音、最悪の場合はエンジンの故障につながることもあります。

また、摩擦は抵抗も生み出します。この抵抗は、エンジンが動力を生み出す際に余計な力が必要となることを意味します。つまり、摩擦が大きいほど、エンジンは効率的に動力を生み出すことができず、燃費の悪化につながる可能性があります。

このような摩擦による悪影響を抑えるためには、潤滑油が重要な役割を果たします。潤滑油は、カムとシムの間に入り込み、摩擦を低減する効果があります。適切な潤滑油を使用し、定期的に交換することで、摩擦による摩耗や抵抗を最小限に抑えることができます。さらに、定期的な点検を行い、摩耗が進んでしまった部品は交換することで、エンジンの性能を維持し、長く快適に車を使用することができます。

技術の進歩と展望

車は常に進化を続けており、その心臓部である機関も例外ではありません。機関の性能を左右する重要な部品の一つに、吸排気弁があります。吸排気弁は、空気と燃料の混合気を取り入れたり、燃焼後の排気ガスを排出したりする役割を担っています。この吸排気弁を適切に動かすためには、弁と駆動部品の間の隙間、つまり「弁隙間」を正確に調整する必要があります。

昔は、この弁隙間を手作業で調整する必要がありました。熟練した整備士が、専用の工具を使って一つ一つ調整していく、大変手間のかかる作業でした。しかし、技術の進歩により、この調整作業を自動で行う機構が開発されました。それが「油圧式弁上げ機」です。油圧式弁上げ機は、機関の油圧を利用して弁隙間を自動的に調整します。これにより、整備の手間を省くだけでなく、常に最適な弁隙間を保つことができるため、機関の性能向上や燃費向上にも繋がります。

また、「可変弁開閉時期機構」も、近年の機関技術における大きな進歩の一つです。この機構は、運転状況に応じて吸排気弁の開閉時期を変化させることで、より効率的な燃焼を実現します。低速域では燃費を向上させ、高速域では力強い加速を可能にします。

これらの技術は、環境性能と運転性能の両立を追求する上で、非常に重要な役割を果たしています。今後も、更なる技術革新により、より高効率で高性能な機関が開発されていくでしょう。その中で、弁上げ機は機関の心臓部として重要な役割を担い続け、自動車の進化を支えていくと考えられます。 電気自動車の普及が進んでいるとはいえ、内燃機関を搭載した自動車は今後も一定の需要が見込まれており、これらの技術は更なる改良と進化を続けるでしょう。

将来の自動車技術において、更なる燃費向上や排出ガス低減を実現するために、様々な革新的な技術が開発されることが期待されます。例えば、熱効率を極限まで高める技術や、全く新しい燃焼方式の開発など、様々な可能性が考えられます。これらの技術革新は、地球環境の保全と持続可能な社会の実現に貢献していくでしょう。

適切な機構の選定

自動車の心臓部である機関の性能を決める上で、吸排気弁を持ち上げる仕組み、つまり弁の持ち上げ機はとても大切です。この持ち上げ機の選定は、機関の設計思想や求められる性能によって大きく変わってきます。高回転を重視した機関、例えば競技用の車では、軽くて素早い動きが可能な内側調整環式が採用されることが多いです。内側調整環式は、部品が小さく軽いため、高速回転時でも正確に弁の動きを制御できます。しかし、調整環の交換には手間がかかるため、整備性は高くありません。

一方、整備性を重視した機関、例えば一般的な乗用車では、外側調整環式が選ばれる傾向にあります。外側調整環式は、調整環が外側に配置されているため、交換作業が容易で、整備にかかる時間と費用を削減できます。ただし、内側調整環式に比べて部品が大きく重いため、高回転時の追従性に劣る面があります。

近年、燃費や環境性能の向上が強く求められる中で、より高度な持ち上げ機が注目を集めています。油圧式は、油圧を利用して弁を持ち上げる方式で、きめ細かな制御によって燃費の向上や排気ガスの浄化に貢献します。さらに、可変弁の開閉時期機構は、運転状況に合わせて弁の開閉時期を最適に制御することで、低回転から高回転まで幅広い回転域で高い性能を発揮します。これらの高度な持ち上げ機は、燃費や環境性能に大きく貢献する一方、構造が複雑でコストも高くなる傾向があります。

このように、各持ち上げ機にはそれぞれ利点と欠点が存在します。自動車を作る会社は、車の用途や価格、求められる性能などを総合的に判断し、最適な持ち上げ機を選定することで、高性能で環境にも優しい機関作りに取り組んでいます。