4ストロークエンジンの鍵を握るバルブの気密性。シリンダーヘッドOHに付きものの摺り合わせって何?

吸排気バルブは吸気と排気を効率良く流すだけでなく、燃焼室の気密性を保つためにも重要です。そして気密性に注目した時に重視すべきはバルブシートとバルブフェイスの当たり具合。バルブシートが大きく摩耗している時は内燃機加工が必要ですが、表面的なカーボン付着や汚れなら摺り合わせで気密性を回復できます。

バルブシートカットと摺り合わせの内容と目的とは

カワサキゼファーXの排気バルブ。2バルブのゼファーに対してゼファーXは4バルブとなるため、1個あたりのバルブ径は当然小さくなる。これは摺り合わせを行った後で、シリンダーヘッドに圧入されたバルブシートの内側の艶消し部分がバルブフェイスとの当たり面となる。硬いカーボンスラッジが噛み込んで当たり面がえぐれているような場合、バルブが閉じても気密性が保たれないこともある。

エンジンに欠かせない「良い圧縮」にとって、ピストンが圧縮上死点に達した時に、吸排気バルブやピストンリングから混合気が逃げないことがなにより重要です。ハイコンプピストンやハイカムなどのチューニングパーツを使っていても、燃焼室から圧縮が漏れていたら台無しです。吸気バルブが開いてシリンダー内に混合気が流れ込み、バルブが閉じてピストンが上昇する際に圧縮が高まる工程はイメージできますが、高回転で回るエンジンでは吸排気バルブの開閉はほんの一瞬で、なおかつ延々と続きます。そんな動きの中で圧縮上死点が来るたびにバルブが密閉するというのは実は大変なことです。

高速で開閉するバルブから混合気を漏らさないためには、バルブが閉じた際にバルブシートとバルブフェースがしっかり密着することが重要です。両者の接触時間はほんのわずかですが、圧縮された混合気は逃げ道があればほんの少しの隙間からでも抜け出そうとするので、当たり面のコンディションは重要です。

経年変化やカーボンの噛み込みなどでバルブシートの表面が傷んだ場合、そのダメージがより大きい場合は内燃機屋さんにバルブシートカットという加工を依頼します。この加工はシリンダーヘッドに圧入されたバルブシートを専用のカッターで削り、バルブフェースとの気密性をアップします。同時にバルブフェースとの当たり幅、フェース面の当たり位置などの変更や調整も可能です。

これに対してバルブの摺り合わせは、ユーザーがDIYでできる作業です。目的はやはり気密性の向上や回復で、バルブシートカットが必要ではない程度のシリンダーヘッドに有効です。吸排気バルブは高速で開閉するためバルブシートとバルブフェイスの間に何かが挟まることはないように思われがちですが、シリンダーヘッドからバルブを外すとシート面にカーボン汚れが噛み込んでいるのは珍しいことではありません。バルブシートとバルブフェイスの接触面をコンパウンドで磨いて、そうした汚れを取り除いて気密性を回復させるのがバルブ摺り合わせの目的です。

POINT
  • ポイント1・エンジンを好調に保つためには、バルブが閉じた際のバルブシートとバルブフェイスの気密性が重要
  • ポイント2・バルブシートカットは内燃機屋さんに依頼する必要があるが、バルブの摺り合わせはDIYでも挑戦できる

バルブコンパウンドとタコ棒で行う摺り合わせ

バルブコンパウンドとタコ棒はバルブの摺り合わせ作業でしか出番のない専用アイテム。しかし他の道具で置き換えができないので、シリンダーヘッドを分解する際の必需品となる。タコ棒は2本セットで販売されていることが多い。

バルブコンパウンドをバルブフェイスに塗布する。画像では分かりやすいよう盛り気味にしているが、コンパウンドが必要なのはバルブシートとバルブフェイスの当たり面だけなので、過剰にべったり塗らなくても良い。塗りすぎてバルブステムに飛び散ってバルブガイドとの間に入ると、バルブガイドが傷つく原因になるので過少より過剰の方が害になる可能性が高い。

シリンダーヘッドからバルブを取り外す際は、必ず同じ位置に装着できるよう区別しておく。特にタペットシムでバルブクリアランスを調整する機種は、バルブとシムがごちゃごちゃになると復元後のバルブクリアランス調整が面倒になる。この画像の手つきは竹とんぼ式だが、バルブ径が小さい場合は親指と中指でタコ棒を摘まんで回しながら、人差し指でタコ棒を押しつける方法で作業することも多い。

バルブシートとバルブフェイスの接触面の状態を回復するには、両者の接触面にコンパウンドを塗布して接触、バルブを回転させながら汚れを取り除き表面を整えます。そのための研磨剤がバルブコンパウンドであり、バルブをバルブシートに打ち付ける道具はバルブラッパー、いわゆるタコ棒です。

ペースト状のコンパウンドにはサンドペーパーと同じように目の粗さがあり、工具ショップなどで一般的に手に入りやすいのは中目と細目のセット品です。中目から始める細目を用いるかはバルブシートの状態によって判断しますが、塗装面を磨く時に表面が荒れているのに仕上げ用の極超細目コンパウンドを使っても効果が出づらいのと同じで、バルブフェイス面に付着したカーボンが多ければ中目から始めた方が作業効率が高まります。

バルブフェイスの全周にバルブコンパウンドを薄く均等に付着させたら、タコ棒にバルブを吸着させてバルブガイドに挿入し、バルブシートに擦りつけます。タコ棒は竹とんぼを飛ばすように両手を摺り合わせるようにしながらバルブシートに叩きつけたり、親指と中指でタコ棒を回しながら人差し指でバルブシートに叩きつけるなど人それぞれのやり方がありますが、コンパウンドが付着したバルブをバルブシートに当てながら回すのが重要です。当たり面に塗布したバルブコンパウンドは摺り合わせによって当たり面で潰れ、バルブを回すことで当たり面の外側に押し出されるので、コンパウンドがなくなったら追加して摺り合わせます。

ただしバルブコンパウンドバルブステムから伝ってバルブガイドに噛み込むと、ガイド内面に傷がついてカム側からエンジンオイルが流入するオイル下がりの原因になる場合があるので、過剰に塗布してはいけません。

画像のシリンダーヘッドはゼファーX用ですが、φ16mmのタコ棒でもバルブ外径からはみ出しそうで、バルブシートに数回打ち当てるとポロリと外れてしまいます。そんな時はバルブステムの端にチューブを付けて、ドリルでバルブを回しながら摺り合わせを行う方法もあります。長めで柔らかめのホースをつないでバルブが開いた状態で回転させ、燃焼室側からバルブをバルブシートに断続的に押し当てることで、タコ棒を叩きながら回すのと同じ効果を期待できます。

バルブ径が小さくなると、汎用のタコ棒の最小吸盤でも保持できなくなることもある。吸盤の外周を切って小径化して対応することもできるが……

バルブステムの端にゴムチューブを差し込んで指やドリルで回す方法もある。バルブを回転させながらバルブシートに押し当てられるよう、チューブはある程度長く、柔軟性のあるものを使うと良い。

POINT
  • ポイント1・バルブシート表面の荒れはバルブコンパウンドで摺り合わせることで解消できる
  • ポイント2・タコ棒の吸盤が吸着しない小径バルブは、バルブステムをドリルで回しながら摺り合わせることもできる

光明丹で摺り合わせの効果が確認できバルブシートの状態も分かる

ペースト状の光明丹をバルブフェイスに塗布してバルブシートに押し当てることで、摺り合わせ後の当たり面の状態と当たり幅が確認できる。バルブシートに光明丹の朱色の跡が残らない場合、その部分は他より低くバルブが閉じていないことが分かる。

逆にバルブシートに光明丹を塗布することで、バルブフェイスにバルブシートの当たり幅が転写される。当たり幅が標準値より広く、なおかつフェイスの中心寄り(バルブステム寄り)になると、バルブが閉じた際の面圧が低下し、バルブが開いた時の有効径も小さくなってしまう。そのような場合は内燃機屋さんにバルブシートカットを依頼する。

中目のコンパウンドで汚れを落とし、その研磨痕を細目のコンパウンドで潰すことで、バルブシートとバルブフェイスの当たり面が線状に艶消し状態になったら、光明丹を用いて接触状態が均一になっているか否かを確認します。

粉末状の光明丹を適量取り、ペースト状になるようエンジンオイルで溶かしたらバルブフェイスに塗布してバルブシートに押しつけます。するとバルブフェイスの光明丹がバルブシートに転写され、シートの当たり幅と当たり具合が目視できるようになります。

バルブシートの光明丹の筋が一定で全周つながっている場合は問題ありませんが、途切れたり幅が増減している時はカーボンの噛み込みなどでバルブシート面が荒れていたり、バルブステムが僅かに曲がってバルブフェイスが偏当たりしている可能性があるので、内燃機屋さんでさらに詳しくチェックしてもらうことをおすすめします。

またバルブシートの筋が一周きれいにつながっていても、その幅が標準値内に収まっていない場合も内燃機加工が必要です。ゼファーXの場合、吸排気バルブとも当たり幅の標準値は0.8~1.2mmです。バルブが開閉するたびにバルブシートはバルブフェイスで繰り返し叩かれ続けるため、当たり幅は徐々に広がります。標準値以上に広がるといわゆるベタ当たり状態となり、バルブスプリングの張力が同じなら単位面積あたりに加わる圧力=面圧が低下、バルブの気密性が低下する原因になります。バルブシートとバルブフェイスの当たり具合に加えて、当たり幅も同時に確認できるのが光明丹を使うメリットとなります。

一方で、吸排気バルブとスパークプラグを取り付けた燃焼室に灯油を注入して、リアルな気密性を確認する方法もあります。この場合、浸透性の高い灯油はバルブ当たり面に僅かなコンパウンドが残っているだけで漏れてくるので、しっかり除去してから確認することが重要です。

バルブシートの摩耗が一定以上に進行している場合は摺り合わせだけでは足りないこともありますが、摺り合わせは内燃機加工に出すべきか否かを判断する材料にもなります。4ストロークエンジンを分解する機会があるときには、バルブコンパウンドとタコ棒を用意して摺り合わせにチャレンジしてみてはいかがでしょうか。

POINT
  • ポイント1・光明丹を活用すれば摺り合わせ後のバルブシートの状態を確認できる
  • ポイント2・バルブの当たり幅が標準値以上に広がっている場合は内燃機屋さんにバルブシートカットを依頼する
 
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