吸排気バルブ機構とは
車やバイクのレシプロエンジンは、大別すると3つのパートに分かれます。
- シリンダーヘッド(動弁系機構)
- シリンダーブロック(ピストン運動)
- クランクケース(ピストンの往復運動をクランクシャフトの回転運動に変換)
このうち、吸排気バルブは①のシリンダーヘッドの動弁系機構を構成する最重要パーツです。
吸排気バルブ機構は吸気と排気の2つの部門に分かれています。吸気バルブは吸気ポートに配置されていて、燃料と空気の混合気がシリンダーに吸入される際に開きます。排気バルブの方は排気ポートに配置されていて、シリンダーで燃焼されたガスが排出される際に開きます。
構造・仕組み・役割
まずエンジンの工程を確認しておきます。
- 吸気：混合気をシリンダーが吸入
- 圧縮：混合気を圧縮
- 燃焼：混合気に点火して爆発燃焼
- 排気：燃焼後に排出
上記4つの工程のあいだにピストンは2回転します。
①ピストンが下降し始めると、吸気バルブが開きます。そしてシリンダー内に混合気が吸い込まれ、ピストンがシリンダーの最下点(下死点)付近までいったところで、②吸気バルブが閉じて混合気を圧縮します。（ここからピストンはまたもう1回転します）③圧縮された混合器が燃焼します。燃焼の際は吸気バルブも排気バルブも完全に閉じています。④すぐに排気工程に入り、排気バルブが開いて燃焼後のガスが排出されますが、このときピストンは上昇の動き(2回転目の上昇)をすでに始めています。ピストンが最上点(上死点)付近に到達した時点で排気バルブは閉じます。
なお、上記4つの工程のあいだには、吸気バルブと排気バルブがオーバーラップしているタイミングがあります。つまり、どちらのバルブも開いているときがあります。つまり、一方が開いているときは必ずもう一方が閉じているとは限らないということです。
いずれにしても、こうした工程を連続的に繰り返すことでエンジンは回り続けることができます。
開閉のタイミングについて
吸排気バルブが開いたり閉じたりできるのは、カムシャフトがあるからです。
カムシャフトというのは、ゆで卵の断面のようなカムをバルブの数だけ串刺しにした一本の棒です。
このカムシャフトはタイミングベルト(タイミングチェーン)の動きに連動していて、クランクシャフトが2回転する度にカムシャフトが1回転する構造になっています。
吸排気バルブはカムに直接的に押されて開閉する方式(直動式)もあれば、ロッカーアームまたはスイングアームで開閉する方式もあります。
SOHC(シングルオーバーヘッドカムシャフト)では、1つのカムシャフトで吸排気バルブを動かします。
DOHC(ダブルオーバーヘッドカムシャフト)では、吸気バルブに1つのカムシャフト、排気バルブに1つのカムシャフト、とそれぞれにカムシャフトがあてがわれていて、バルブを開閉させます。
昔のエンジンの場合、吸排気バルブの開閉時期とバルブのリフト量(開閉の開き具合)は固定されていました。エンジンの燃焼効率を考えると、ピストンの速度に応じてこうした開閉時期やリフト量は変動させるほうがいいことは分かっていたのですが、技術が追い付いていませんでした。
しかし、技術が追い付いてきました。現在では、可変バルブ機構が当たり前になっていて、ピストン速度に応じて最適な燃焼効率が得られるようなバルブの開閉と開閉口の開き具合が実現されています。
下記の記事も参考になさってください。
ご覧いただきありがとうございました。
