エンジン

エンジンのバルブとは?バルブの仕組みとバルブ機構

車のエンジンには吸排気用の先端がじょうご(漏斗:ろうと)の形状となったバルブ。燃料を送り込む際のバルブと燃焼後のガスを排気する異なる2系統のバルブがあります。今回は、エンジンのバルブとは何か、またバルブの仕組みとバルブの機構をご紹介します。

 

 

エンジン バルブの仕組み

 

エンジンバルブの仕組みについて。

エンジンバルブは、燃焼室に設けられた開閉する部品になる。

バルブは、吸気用と排気用の2系統のバルブによって構成されています。

燃料となる混合気が燃焼室に吸引されるにはこのバルブの開閉が必要となります。

また、混合気が燃焼した際に発生する燃焼ガスを排出するためのバルブがありその開閉によって燃焼ガスを排出する扉となります。

 

【バルブ(4バルブ)】

バルブの開閉には、バルブステムに通されたバネの力で閉じた状態を保っています。

また、カムによってバルブステム上部を押すことでバルブが燃焼室側へ押し出され解放されます。

バルブの構造

バルブには2つの系統、燃焼室に混合気を送り込む吸気バルブと燃焼後の燃焼ガスの排出する排気バルブがある。

バルブの形状や数の違いもありそれは、車種や車の用途といった様々な考えがある。

バルブの構造は、燃焼室に設けられています。

例えば「4バルブ」であった場合、吸気バルブが2バルブで排気バルブも2つの合わせて4つのバルブで構成されます。

供給バルブはカムがバルブステムの上部を押すとバルブが開き混合気が流れ込むカムが押す動作をやめるとバネの伸びる力でバルブステムが戻りバルブは閉じる。

排気バルブも同様の動作を行います。吸気と廃棄は一連の動作、4サイクルの中で各々が同期したタイミングで動きをとる。

 

1サイクル目

吸気バルブが開く

ピストン下降開始

混合気が流れ込む

2サイクル目

ピストン上昇開始

混合気圧縮

3サイクル目

プラグ点火

混合気燃焼

ピストン下降

4サイクル目

排気バルブが開く

ピストン上昇

燃焼ガス排出

排気バルブ閉じる

 

バルブは燃焼室の高温などを受ける過酷な環境化にある部品です。各動作による耐衝撃性や耐熱摩耗性、耐熱性が求められるパーツの一つです。

上記以外にも軽量化も必要となります。

まめころくん
まめころくん
バルブヘッドのサイズに影響は?

バルブヘッドの径が変わることでの効果とは。

バルブヘッドの形状は、燃焼室側にあり、じょうご(漏斗:ろうと)に似た形状となっている。

吸排気のバルブヘッドの径は、大きなほうがいい。吸気、排気の効率を高める。

また、吸気バルブヘッドは一般的に大きくなっている。混合気を多く燃焼室に取り込めることができるからです。

しかしその反面、デメリットにもなります。

それは、バルブヘッドが大きくなると燃焼室のサイズも大きくなり放熱量が上がることになる。それによって燃焼温度が上がらずに高出力化が望めなくなる。

 

バルブの取り付け位置

バルブの数が増えることでバルブの吸排気面積(開口部)が大きくなり流入、排気の効率化が望める。

そこで、バルブの数による種類と構造を解説します。

2バルブ

2バルブとは、バルブの数が吸気バルブと排気バルブが各々1つのバルブで構成されている。

もっともシンプルなタイプとなっています。構造が単純かつパフォーマンスに優れ現在も数多く採用されているバルブ方式の一つである。

3バルブ

3バルブとは、吸気バルブ2本と排気バルブ1本のバルブになります。

2バルブと同様コストパフォーマンスに優れ、最近では見直されてきている構造のバルブになります。

4バルブ

4バルブとは、吸気バルブを2本、排気バルブを2本のバルブ構成となる。

理想的なエンジンバルブの径や面積と相まってエンジンの持てるパフォーマンスや燃費性能を追求したもっともすぐれたエンジン構成の一つだ!

 

 

バルブ機構(バルブシステム)

 

バルブ機構(バルブシステムまたはバルブメカニズム動弁機構など)とは、バルブやカムシャフトといった吸排気などの動弁系全体の稼働部品のことを指す。

バルブシステム

エンジン性能は、バルブ、カムシャフトの形状や数、位置などで異なってくる。

バルブの配置や数によってカムシャフトの数も変わります。1本にする「SOHC」や2本となる「DOHC」といった種類があります。

タイプの違うバルブシステムですが「SOHC」「DOHC」のどちらもメリット、デメリットがあります。

またエンジンの動作で高回転になればなるほど高出力になり、その回転に合わせバルブの開閉動作も速くなります。

まめころくん
まめころくん
SOHCとDOHCの違いは?

SOHC

SOHC:シングルオーバーヘッドカムシャフトの略

SOHCは、バルブの開閉を制御する1本のカムシャフトをバルブの上部に設置されている。

カムシャフトは1本で制御されています。

SOHCは。カムシャフトとバルブヘッドの間を介してロッカーアームが必要とされる。

 

メリット

構造がシンプルになりコストも抑えられる。

 

デメリット

ロッカーアームが一つ間に設けられることで高回転には不向き。

バルブの制御にロッカーアームを使うことで部品点数が多くなることで重くなります。

高回転では、ロッカーアームなど各部品による動作タイミングにズレが発生します。

本来のエンジンのパフォーマンスが損なわれることになります。

 

次にご紹介するのが、SOHCでは不向きな高回転のデメリットをなくしてくれるのが「DOHC」となります。

DOHC

DOHC:ダブルオーバーヘッドカムの略

DOHCは、吸気と排気のバルブの動作を2本の独立したカムシャフトを使い制御するタイプになります。

メリット

SOHCと比べロッカーアームを使わないことで高回転、高出力が可能となりエンジンのパフォーマンスを引き出してくれます。

 

デメリット

デメリットは、構造上の複雑さがある。

2本のカムシャフトで吸気、排気のバルブを動かすことでタイミングベルトが複雑になったりまたコスト面でも高くなることもある。

バルブのタイミング

まめころくん
まめころくん
バルブタイミングとは?/chat]

バルブには先ほども解説の通り吸気と排気に設置されたバルブですが、これらバルブの動き、開閉時期のタイミングのことを言います。

吸気と排気のバルブが開閉するタイミングは、各々の行程で同時でない。

バルブが開いたことで燃料が流れ込むといったことはなく、効率的に燃料を燃焼室に送り込むには、ピストンが上死点に到達する前に吸気バルブが開きだす。

吸気バルブが閉じる時は、ピストンが下死点に到達し上昇する(下死点を過ぎた時)時に閉じるようになっています。

燃料を供給する際は、ピストンが上死点に達する前に吸気バルブが開き、閉じる時はピストンが下死点を過ぎた時に閉じるようになっている。燃料を効率よく燃焼室に送り込むための構造になっている。

 

空気は、ピストンが下降する際の負圧によって送り込まれる。

ピストンの下降タイミング、負圧がかかる前にバルブを開けることで効率よく流れ込むといったタイミングになっています!

上記によるピストンと各行程でのバルブ動作のタイミングの違いがありましたが、次に吸排気バルブがどちらも開いている状態があります。

そのバルブの動作をオーバーラップ(バルブオーバーラップ)といいます。

オーバーラップ

まめころくん
まめころくん

オーバーラップとは

エンジン回転数が低回転、中回転域から高速域まで回転させたとき、例えばアクセルを踏んで加速時の高負荷状態では、オーバーラップを小さくする必要があります。

高回転(高速域)の状態では、オーバーラップを大きくする必要があるとされています。

オーバーラップの状態では、吸排気のバルブが開いていることで、排気ガスが排出されていく、そこへ混合気が流れ込むことで燃焼ガスの排出が進み、速く外へ押し出す効果もあるあるます。

燃焼をよくする可変バルブの構造

車の走行に合わせてバルブの開閉を制御する。

バルブの開閉のタイミングを走行状況に応じバルブの動く量を変化させたり、2バルブから4バルブへと可変させる機構によって効率の良い燃焼を促す。

有名なのがホンダさんの可変バルブタイミング機構「VTEC」エンジンが有名。油圧によってピンを動かしバルブを低回転、高回転でバルブの開閉を制御します。

 

 

まとめ

 

今回は、エンジンのバルブとは何?バルブの仕組みとバルブ機構をご紹介しました。

車のエンジンには様々な機能、部品が「ギュー」とつまり最適な動き、タイミングを持ちながらパフォーマンスを作り出しています。

その一つ一つのパーツは、耐久性や耐摩耗性、耐衝撃性にも優れかつ軽量となっています。

バルブシステムの働きによってエンジンの性能も決まります。

とても重要な部品になるといえます。

今回は、ここまでとなります。ご覧になられていかがだったでしょうか。また、別のブログも配信しておりますのでそちらもご覧下さい!

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皆様の愛車がいつまでも綺麗であり続け安全かつ事故の無いことを願っております。

では、また次回お会いしましょう。

 

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田舎のおっちゃん
まめころ
田舎の沿岸沿いにポツリと在住のごく普通な凡人。昔は車の整備士さん。 物に愛が付くのは車だけ!この言葉に感動。車好きに。 将来の夢:車とバイク、工具に囲まれた生活! 休日に出来る車のDIYメンテにチャレンジしてみたい方に、車の修復をご紹介できたらと思いサイトを立ち上げました。 車の何でもを載せて、ご紹介もしていきます! ご視聴よろしくお願いします😄
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