20世紀の常識 vs 21世紀の新常識04「バルブタイミングの固定 vs 可変」

　4ストロークの内燃機関は吸入、圧縮、燃焼、排気という4つの行程で一つのサイクルを終える。吸入行程では排気バルブが閉じ、吸入バルブが開いている。燃焼行程では排気バルブも吸気バルブも閉じている。排気行程では吸気バルブが閉じ、排気バルブが開く。しかし、バルブの開閉は単純なものではなく、エンジンの性格、排気量に合わせて、各行程で設定される。たとえばファミリーカーに搭載されるエンジンでは、吸排気バルブが共に開いているバルブオーバーラップを小さめにして、低・中回転域のトルクを高め、高性能エンジンでは、低・中回転域のトルクを犠牲にして、バルブオーバーラップを大きめにし、高回転時の性能を追求する。



　1980年代までは、バルブオーバーラップを司るカムの位置は固定で、エンジンの性格を変えることはできなかった。しかし1983年アルファロメオによって可変バルブタイミングが開発された。初期のものは2段式だったが、実用域と高速域でバルブタイミングを変えることができ、運転全域で平均したトルクを発生できるようになった。



　可変バルブタイミングはその後、連続可変式へと進化し、現在は電動モーターで駆動するものもある。また、吸気側のみでスタートしたこの機構も、排気側にも組み込まれるようになった。



　可変バルブタイミングは燃費の向上にも大きく貢献している。軽自動車ではリッター当たり35kmという驚異的な燃費のクルマがあるが、これも可変バルブタイミングあってのものだ。

バルブタイミングはカムのプロフィールとカムの固定位置によって決定される。1980年代まではバルブタイミングは可変できず、一つのタイミングのみで稼働していた。

固定バルブタイミングのオーバーラップダイヤグラム。各メーカーは車両の特性に合わせてバルブの開閉タイミングとオーバーラップを設定していた。

カムシャフトを回転させることでバルブタイミングを可変できるシステムが1980年代の後半に実用化された。写真は吸気側のみを可変させるもの。

可変バルブタイミングのダイヤグラム。定められた間隔の中で無段階にバルブタイミングが最適にコントロールされる。

吸気側だけでなく排気側にも組み込んだものが多くなっている。可変の動力にはモーターを使う例もあり、より精密な制御が可能になっている。

• 提供元：オートメカニック