エンジンの基本的な仕組みを理解するために、「バルブシステム」の役割を知ることが重要です。また、エンジン設計者としては、バルブやカムシャフトをエンジンのどこに、いくつ配置するかということはエンジンの性能にかかわる重要な問題です。こうした動弁系全体の稼働方式のことを、「バルブシステム」や「バルブメカニズム」と呼びます。バルブシステムにはさまざまな種類がありますが、現在の自動車で主に使われているのは「SOHC式」と「DOHC式」の2種類です。それぞれの仕組みと違いを簡単に解説します。
SOHCとは
SOHC式はSingle Over Head Camshaftの略で、1個のカムシャフトがシリンダーの上に配置されて、すべてのバルブの開閉を行います。
SOHC式の図を上に示します。1つのカムシャフトが吸排気バルブの両方を動かしています。吸排気バルブに角度をつけるために、ロッカーアームが使われているのが特徴的です。
クランク軸の回転をカムシャフトプーリーに伝える「タイミングベルト」という部品も1本付いています。カムシャフトプーリーはカムシャフトと連動する滑車で、クランク軸⇒タイミングベルト⇒カムシャフトプーリー⇒カムシャフト⇒ロッカーアームへと駆動力が伝わっています。
DOHCとは
DOHC式はDouble Over Head Camshaftの略で、「ダブル」の名の通り、カムシャフトが2つ配置されており、それぞれ吸気バルブと排気バルブの開閉を担当します。
DOHC式の図を上に示します。吸気バルブと排気バルブにそれぞれカムシャフトがあり、ロッカーアームが無く、カムで直接バルブを動作させています。
「タイミングベルト」は、DOHC式では2本使われます。そして、タイミングベルトを中継する滑車であるアイドラープーリーも1個付いています。クランク軸⇒タイミングベルト⇒アイドラープーリー⇒タイミングベルト⇒カムシャフトプーリー⇒カムシャフト⇒ロッカーアームへと駆動力が伝わっています。
SOHCとDOHCの違い
DOHC式は、SOHC式よりも部品の点数が多くなり高価になる、重くなるというデメリットはありますが、その代わりにバルブの角度や位置をより自由に設計できるようになります。また、エンジンが動いている時にカムシャフトとバルブの動作のタイムラグを少なくすることができます。そのため、高回転・高出力の性能を出しやすくなるというメリットがあります。その他にも、今後紹介するVVT(可変バルブタイミング)と組み合わせが可能となり、結果的に燃費が良くなるというメリットもあります。
DOHCのメリット
- 高回転・高出力化できる
- 設計の自由度が上がる→結果的に燃費の向上につながりやすい
DOHCのデメリット
- 部品点数が多くなる(構造が複雑になる)
- 高価になる
- 重くなる
まとめ
今回はバルブシステムの仕組みとして、SOHCやDOHCを例に、仕組みや違い、メリット、デメリットを解説しました。カムシャフトの数やタイミングベルトの配置が特に違いますね。次回は、性能にとって非常に大事なバルブタイミングについて、紹介します。
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