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。今回の記事では、バルブシステムの紹介と具体例として、SOHC式とDOHC式の2種類について、仕組みと違いをわかりやすく解説します。
バルブシステムの仕組み
バルブシステムとは、吸気弁や排気弁を駆動するカムシャフトを駆動させる方式のことです。バルブシステムという部品は無く、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次の項で紹介します。
SOHCとは
SOHC式はSingle Over Head Camshaftの略で、1本のカムシャフトがシリンダーの上に配置されていて、1本のカムシャフトのみですべての吸気バルブと排気バルブの開閉を駆動する仕組みになっています。
SOHC式の図を上に示します。1本のカムシャフトを使って吸気バルブと排気バルブの両方を動かしていることがわかると思います。吸気バルブと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本配置されています。1本のカムシャフトが吸気バルブを、残りの1本のカムシャフトが排気バルブを開閉するように分けられています。
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1本ずつカムシャフトがあります。その代わりに、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)と組み合わせやすくなり、結果的に燃費が良くなるというメリットもあります。
| SOHC | DOHC | |
|---|---|---|
| カムシャフトの本数 | 1本 | 2本 |
| ロッカーアーム | 有り | なし |
| タイミングベルト | 1本 | 2本 |
| アイドラープーリー | なし | 有り |
| 部品点数 | 少ない | 多い |
| コスト | 安価 | 高価 |
| 重量 | 軽量 | 重い |
| 性能 | やや制限あり | 高回転・高出力で優れる |
| 設計の自由度 | やや制限あり | 高い ⇒VVTと組み合わせて燃費を良くできる |
まとめ
今回はバルブシステムについて、SOHCやDOHCを例に、仕組みや違いを解説しました。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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