科目：
- 一般
- オーバーヘッドカムシャフト
- 基礎となるカムシャフト
- 高速カムシャフト
- バルブオーバーラップ
- 可変バルブタイミングとバルブリフト
- 潤滑
オーバーヘッドカムシャフト:
オーバーヘッドカムシャフトは現在のみ使用されています。 次に、カムシャフトがシリンダーヘッドに配置されます。 オーバーヘッド カムシャフトを備えたエンジンの利点は、基礎となるカムシャフトを備えたエンジンよりも高速に対応できることです。
左の画像では、バルブ スプリングがバルブを押して閉じているため、バルブが閉じており、カムシャフトが時計回りに回転していることがわかります。 右の画像では、カムシャフトがねじれ、カムがバルブを押し下げています。 スプリングが圧縮され、バルブが押し下げられます。 カムシャフトがさらに回転すると、バルブスプリングが再びバルブを押し上げます。 バルブスプリングは約 20kg の反圧を発揮します。
1 ストローク エンジンのバルブは 2 つまたは 1 つのカムシャフトによって開きます。 XNUMX つのカムシャフトを備えたバージョンでは、吸気バルブと排気バルブの両方が動作します。
2 つのカムシャフトを備えたバージョンでは、2 つのカムシャフトが吸気バルブを操作し、もう 1 つのカムシャフトが排気バルブを操作します。 XNUMX本のカムシャフトはXNUMX本のタイミングベルトで順番に駆動できますが、一方のカムシャフトが別のベルトまたはチェーンを使用して他方のカムシャフトを駆動するシステムもあります（下の画像を参照）。
下の画像はタイミングベルトの構造の一例にすぎません。 原理はタイミングチェーンと同じです。
上の左の画像は、単一のカムシャフトを備えたエンジンです。 これにより、吸気バルブと排気バルブの両方が動作します。 これは通常、8 個または 12 個のバルブを備えた 2 気筒エンジン (つまり、シリンダーあたり 3 個または XNUMX 個のバルブ) に適用されます。
中央の画像はダブルカムシャフトを備えたエンジンで、1本のタイミングベルトで駆動されます。 カムシャフト スプロケット (1) は、大型ベルトを使用してクランクシャフトによって直接駆動されます。 ギア 2 のプーリーの後ろには小さなギアがあり、その上をリアベルトが走行します。 この後部 (小) ベルトはカムシャフト スプロケット (16) を駆動します。 小さいベルトには別途テンショナーが必要です。 これは通常、4 個以上のバルブを備えた XNUMX 気筒エンジンに適用されます。 (つまり、シリンダーあたり XNUMX つ以上のバルブ)
右の画像は 1 つのカムシャフトを備えたオートバイのエンジンです。 カムシャフトはベルトとチェーンの両方によって駆動されます。 カムシャフト 2 はクランクシャフトによって駆動されるタイミングベルトによって駆動されます。 カムシャフト 1 はカムシャフト 16 によって駆動されるチェーンによって駆動されます。 このチェーンは、テンショナーまたは調整機構を使用してバルブカバーの下に取り付けられます。 これは通常、XNUMX 個以上のバルブを備えた XNUMX 気筒エンジンなどに適用されます。 (XNUMXシリンダーあたりバルブがXNUMXつ以上)
基礎となるカムシャフト:
以前は、エンジンにはその下にカムシャフトが装備されていました。 現在、乗用車のエンジンにはオーバーヘッドカムシャフトのみが装備されています。 カムシャフトの下にある構造は消えつつあります。 この構造の欠点は、カムシャフトとバルブの間に大きな質量があるため、これらのエンジンが高速に対応できないことです。 高速走行では遊びが大きくなり、バルブが正しいタイミングで開閉できなくなります。
クランクシャフトは次のような方法で駆動されます。小さなタイミング チェーンまたはベルトを下にあるカムシャフトに接続します (下の画像を参照)。カムシャフトがバルブタペットとプッシュロッドを真っ直ぐ上に押し上げます。ロッカーアームの右側が押し上げられます。ロッカーアームがロッカーアーム軸の周りで「回転」し、左側を下に押します。これにより、バルブはバルブスプリングの力に抗して下方に押し下げられます。カムシャフトがさらに回転すると、バルブスプリングがバルブを押して閉じ、ロッカーアームが開始位置に戻ります。
高速カムシャフト:
カムがより楕円形で長くなると、バルブが開いたままになる時間が長くなります。 より多くの空気がシリンダーに流入することができます。 これによりキャピタルゲインが発生します。 この原理は、特にエンジンのチューニングに使用されます。 これは「高速カムシャフト」と呼ばれます。 端が尖っている (より点状である) と、バルブはより早く閉じます。 また、わずかに凸状である必要があります。そうしないと、バルブが高速でシートに叩きつけられ、バルブシートが激しく摩耗してしまいます。 エンジンの設計時には、これも慎重にテストされ、パワー、燃費、排出ガスの値に最適なカムシャフトが取り付けられます。
バルブオーバーラップ:
バルブのオーバーラップ中は、入口バルブと出口バルブが同時に短時間開きます。 排気行程の終わり、ピストンがほぼ上死点に達すると、排気バルブが閉じる前に吸気バルブが開きます。 この状況では、燃焼室から出る排気ガスの速度が非常に速いため、吸気は真空効果によってすでに引き込まれています。 排気バルブが閉じてピストンが ODP に移動した後、吸気バルブが全開します。 したがって、吸入空気が燃焼空間を満たすことになります。
バルブ オーバーラップの利点は、入口バルブが開くときに流入する空気の速度が増加し、充填度が高くなる点です。
図は吸気バルブ（左）と排気バルブ（右）が同時に開いた状態を示しています。
この図は排気バルブと吸気バルブの開閉を示しています。 カムシャフトが回転すると、排気バルブが開いたり閉じたりします（青い線）。 バルブのオーバーラップはグラフの中央で発生します。 これは赤色で示されます。 ここでは、入口バルブ (緑色の線で表示) がすでにわずかに開いています。
バルブオーバーラップはカム形状により実現されます。 下の画像では、上部カムシャフトで最も高いカムが 114 度離れていることがわかります。 図中央では、吸気カムの終端と排気カムの始端がカムシャフトの円形部よりも高いため、バルブオーバーラップが発生しています。 吸気バルブと排気バルブが同時に開く部分です。
ラグが互いに近づくほど、重なり合いが多くなります。 これは上部カムシャフトと下部カムシャフトの違いでわかり、下部カムシャフトのカムは 108 度離れています。
したがって、バルブオーバーラップは常に発生し、カムシャフトのカム形状が固定されているため変更できません。 バルブオーバーラップ量はエンジンメーカーによって決定されます。
可変バルブタイミングとバルブリフト：
エンジンのパワーはカムシャフトに大きく依存します。 長くて楕円形のカムが付いている場合、バルブはより長く開いたままになります。 これは、より多くの空気がエンジンに出入りできるようになり、より多くのパワーが生成されることを意味します。 カムが短く尖っていると、バルブの開閉が少なくなり、より早く閉じるため、空気の出入りが少なくなり、出力も低下します。 利点は、燃料消費量を削減できることです。
エンジン回転数が低く、負荷が低い場合は、以下が必要です。
- 吸気バルブは遅く開き、早く閉じます。
- 排気バルブは遅く開き、早く閉じます。
高負荷でエンジン回転数が高い場合は、次のものが必要です。
- 吸気バルブは早めに開き、遅く閉めます。
- 排気バルブは早めに開き、遅く閉めます。
自動車メーカーは常に中間点を探します。 可変バルブタイミングは、エンジンの回転速度でカムシャフトを必要な位置に調整します。 可変バルブリフトもバルブが開く距離を変えることで様々なメリットを得る技術です。
に 可変バルブタイミング 調整可能なカムシャフト スプロケットに対してカムシャフトを回転させます (画像を参照)。 このシステムでは、バルブを早くまたは遅く開くように調整できますが、バルブをより長く開いたままにするように調整することはできません。 カムシャフトの形状は変わらないため、バルブが早く開くと閉じるのも早くなります。 ページ上で 可変バルブタイミング これについてはさらに詳しく説明します。
潤滑：
カムシャフトは、エンジン内の他のすべての可動部品と同様に潤滑する必要があります。 カムシャフトには穴のあるパイプやノズルを介して適所にオイルが供給されます。 潤滑システム全体の動作については、このページで説明されています。 潤滑システム.
