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[[Image:poppetvalve.jpg|right|thumb|175px|ポペットバルブとその周辺部品。上からコッター、リテーナー、バルブステムオイルシール、バルブスプリング、ポペットバルブである。]]
'''ポペットバルブ''' (Poppet Valve) は、主に[[内燃機関]]の吸気、掃気、排気を制御する為に用いられる[[弁]]機構であり、単に[[バルブ]]と呼ばれる事もある。[[日本工業規格|JIS]]においては「弁体が弁座シート面から直角方向に移動する形式のバルブ」と定義されている<ref>(JIS B 0142)油圧及び空気圧用語による。</ref>。
==語源==
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==作動原理==
ポペットバルブは
内燃機関以外にも、圧力差のみを利用してポペットバルブの開閉を制御している機器は多い。その一例が[[タイヤ]]のエアバルブとして用いられる[[:en:Presta valve|仏式バルブ]]や[[:en:Schrader valve|米式バルブ]]である。米式バルブは閉じ側制御用のスプリングが備えられているが、仏式バルブはこうしたスプリングを一切持たず、純粋にタイヤの内部空気圧のみでポペットバルブを閉じている。
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[[Image:Four stroke engine diagram.jpg|154px|thumb|right|典型的な[[4ストローク]][[DOHC]]ピストンエンジンの概念図。<br/>(E) 排気[[カムシャフト]]<br/>(I) 吸気カムシャフト<br/>(S) [[点火プラグ]]<br/>'''(V) ポペットバルブ'''<br/>(P) [[ピストン]]<br/>(R) [[コネクティングロッド]]<br/>(C) [[クランクシャフト]]<br/>(W) 冷却水が通るウォータージャケット]]
[[画像:4-Stroke-Engine.gif|thumb|4ストロークDOHCピストンエンジンの動作概略図。<br/> (1) 吸入<br/> (2) 圧縮<br/> (3) 燃焼・膨張<br/> (4) 排気]]
ポペットバルブは[[シリンダーヘッド]]の吸気ポートと排気ポートに配置され、[[2ストローク機関]]を除く殆どのピストンエンジンで使用される。ポペットバルブはバルブリフターを介し[[カムシャフト]]に
[[イタリア]]の[[オートバイ]]メーカー、[[ドゥカティ]]のエンジンではバルブスプリングを持たず、カムシャフトが機械的にポペットバルブを閉鎖する[[デスモドロミック]]を採用している。これは超高回転域に置けるバルブスプリングの追従性悪化によるバルブ[[サージング]]を防止する為の機構であり、通常のエンジンではサージング防止の為に巻数を変化させた可変レートスプリングやレートの堅いバルブスプリングを用いるが、堅いバルブスプリングはバルブトレーンのフリクションを増大させてしまう為、最高回転数が1万8000回転である[[フォーミュラ1|F1]]エンジンなどでは圧搾空気を用いてバルブを閉じる[[ニューマチックバルブ]]を用いている。
ポペットバルブは[[鋼鉄]]などの頑丈な金属を用いて製造されるが、一部の高出力エンジンではバルブの材料に[[チタン]]を用い
ポペットバルブは通常のエンジンでは吸気と排気に1本ずつ用いられる。[[OHV]]や[[SOHC]]の時代にはポペットバルブの外径を大きくするビッグバルブが用いられたが、バルブの慣性重量が増えて高回転での追従性が悪化する傾向が出て来た事から、後に吸排気共に複数のバルブを配置する[[マルチバルブ]]構成を採る物が登場した。マルチバルブは初めは吸気2・排気1の3バルブ構成が登場。後に[[DOHC]]が一般化すると吸気2・排気2の4バルブ構成が一般化。一部の
また、吸気バルブの開閉タイミングを回転数に応じて可変させる事で燃焼室への混合気流入速度を変化させ、高回転域での出力と低回転域での実用トルクの両立を実現した[[可変バルブ機構]]も登場。現在ではファミリーカーなどでも[[排ガス規制]]などへの対応や[[燃費]]向上の為にごく一般的に使用されるようになった。
かつてシリンダーヘッドが[[鋳鉄]]製であった頃は、ポペットバルブはシリンダーヘッドに穿たれたバルブ穴に直接差し込まれていたが、後に放熱対策や軽量化の為に[[アルミ合金]]製のシリンダーヘッドが登場すると、ヘッドの摩耗を抑える為に[[鋼鉄]]や[[リン青銅]]等で製作された
ポペットバルブの
バルブガイド、バルブシート、バルブステムシールともに今日では消耗部品の一つであり、これらが摩耗・劣化する事でオイル下がりが
===バルブ配置===
[[第二次世界大戦]]前後までの黎明期のエンジンは、ポペットバルブは
その為、戦前頃からサイドバルブをベースに[[プッシュロッド]]と[[ロッカーアーム]]を用いてシリンダーヘッ
ド側にポペットバルブを配置する[[OHV]]形式(頭上弁形式)が登場した。OHV形式は当初はターンフロー、楔形燃焼室などのサイドバルブ時代の影響が強いデザインが多かったが、後に[[クライスラー・ヘミエンジン]]などがポペットバルブを交差して配置し、吸気と排気がヘッドに平行に流れていくクロスフロー構造を実現、燃焼室も楔形から半球型に変更されて燃焼効率と最高回転数は大幅に向上した。
OHV形式は吸気と排気のカムを1本のカムシャフトで賄える事から、[[V型エンジン]]においては長い期間主流であったが、その後プッシュロッドの慣性重量が大きいOHVよりさらに高回転高性能を目指す為に'''[[OHC]]形式(頭上カム形式)'''が登場、現在では多くのエンジンが[[SOHC]]や[[DOHC]]レイアウトを採用して現在に至っている。▼
▲OHV形式は吸気と排気のカムを1本のカムシャフトで賄える事から、[[V型エンジン]]においては長い期間主流であったが、その後プッシュロッドの慣性重量が大きいOHVよりさらに高回転高性能を目指す為に
===バルブ保護の為の有鉛ガソリン===
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ガソリン無鉛化の過渡期には、それまでの有鉛ガソリン仕様のエンジンについてはバルブシートやバルブガイドを対策部品に交換したり、新車でも走行状況に応じて'''高速有鉛'''などの表記が行われた車両が存在するなどしていた。現在でもまだ無鉛化対策を行っていない車両の為に、[[ガソリンスタンド]]には有鉛ガソリン車向けの燃料添加剤が販売されている事もある。
===ポペットバルブのメンテナンス===▼
==蒸気機関での利用==▼
耐摩耗性が非常に高いバルブガイドやバルブシートが一般化し
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▲==ポペットバルブのメンテナンス==
▲耐摩耗性が非常に高いバルブガイドやバルブシートが一般化し、油圧式の[[ラッシュアジャスター]]によりタペット隙間が自動的に調整されるようになった現在のエンジンでは、ポペットバルブは10万キロ以上メンテナンスが不要な事も珍しくはなくなった。
しかし、経年使用に応じて各部の摩耗は確実に進んでいく為、下記のメンテナンスは必要に応じて実施する事でエンジンの初期性能を適性に保つ事が可能となる。
{{節stub}}
===
常にバルブクリアランスをゼロに保つラッシュアジャスターが無い場合、バルブクリアランスを調整する必要がある。
ポペットバルブとカムシャフト、或いはロッカーアームの間にはバルブリフター、またはタペットと呼ばれる部品が存在し、バルブクリアランスと呼ぶ隙間を確保している。冷間時にバルブクリアランスを確保しておかないと、温感時には[[熱膨張]]によって主にバルブステムが伸び、バルブが開きっぱなしになってしまうし、バルブクリアランスを大きくしすぎると、温感時でも隙間が空いてしまい打音が大きくなってしまう。したがって、バルブクリアランスは適正に調整しなければならない。
バルブクリアランスはそのエンジンの素材の熱膨張率を考慮して決定されている為、隙間の許容範囲はメーカーによりまちまちである。バルブクリアランスが狭くなる程、カムシャフトに押されるバルブリフト量が増える事になるし、各シリンダー間のタペット隙間は完全に一致している事が望ましい。エンジンのメンテナンスとして、バルブクリアランス調整は欠かせない作業であった。
タペット調整は[[DOHC]]に多い'''直打式'''の場合には、カムシャフトとポペットバルブの間に'''バルブリフター'''と呼ばれる部品が取り付けられている為、カムシャフトを取り外してバルブリフターの外側か内側に挟まれている'''タペットシム'''を交換して隙間の調整を行う。タペットシムはメーカーにより複数の厚さの物が純正部品として用意されている為、測定を行いながら部品を取り寄せて組み付けを行う。▼
▲
[[SOHC]]や[[OHV]]に多い[[ロッカーアーム]]式の場合は、ロッカーアームのバルブ側アームにネジ式の'''タペットボルト'''が挿入されている為、このボルトを開閉する事で隙間調整を行う。▼
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一部の[[OHV]]や[[サイドバルブ]]の場合は、エンジン側面のプッシュロッド(サイドバルブの場合はバルブそのもの)に調整ネジが設けられている為、このネジを開閉する事でカムシャフトとロッドの隙間を調整する事になる。
なお、近
====バルブステムシール====
バルブステムシールは長年の使用で膨潤劣化していき、次第に密閉性を失ってくる。こうなるとエンジンの燃焼室内
====バルブガイド====
バルブガイドも経年使用により摩耗して、バルブステムとの間にガタが発生する場合がある。そのまま放置すればバルブが横方向に暴れてエンジンの圧縮漏れが発生したり、最悪の場合バルブガイド
バルブガイドとバルブステムの間の隙間は非常に狭い為、オイルのない状態でガタがあっても、オイルをステムに塗布するとガタが消える場合もある。しかし、エンジンが動いている最中にはオイルは非常に高温になり、バルブステムとバルブガイド間の隙間はオイルがない状態に近くなる為、このような状態の場合には近い将来の交換が必要になる事を自覚しておくべきである。
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なお、有鉛ガソリン時代の古いエンジンなどで、無鉛対策部品のバルブガイドなどがメーカー製造廃止により入手出来ないような場合には、[[旋盤]]加工業者にリン青銅などからバルブガイドを削りだして貰って打ち替える事で、無鉛対応と摩耗対策が両立出来る。
====バルブシートとバルブの摺り合わせ====
バルブシートと
# まず、シリンダーヘッドをエンジンから降ろし、カムシャフトやロッカーアームなどを全て取り外す。
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# 全バルブの摺り合わせが一段落したら、一度バルブとバルブスプリング類を全てシリンダーヘッドに組み付ける。そしてシリンダーヘッドを裏返して燃焼室側に灯油を満たす。バルブ当たりが問題なければこの状態で灯油がポートに漏れ出さないが、仮に漏れ出す燃焼室があった場合にはその箇所を再び摺り合わせ、漏れがない状態まで作業を繰り返す。
これを全バルブで行い、均等な当たり面が確保出来たら元通りに組み直して作業は完了する。なお、バルブ摺り合わせによりバルブステムのカムシャフト側への突き出し量が若干増加する為、摺り合わせ作業後には必ず
====カムチェーン・タイミングベルトの調整====
[[カムチェーン]]や[[タイミングベルト]]は
この為、整備解説書の点検周期で定期的に張り調整を行い、タイミングベルトの場合には定期交換なども行う事が望ましい。
近年ではオートテンショナーで自動調整が行われるエンジンも多いが、オートテンショナー自体が経年使用でガタが出ている場合もあるので、不具合があるようであれば新品に交換しておく事が望ましい。
▲==蒸気機関での利用==
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==関連項目==
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