記事「自動車エンジンのしくみ」を読んだら、空気と燃料の混合物をエンジンに入れ、排気ガスをエンジンから排出するバルブについて知っています。カムシャフトはローブ（カムと呼ばれます）を使用します ）カムシャフトが回転するときにバルブを押してバルブを開きます。バルブのスプリングがバルブを閉じた位置に戻します。これは重要な仕事であり、さまざまな速度でのエンジンのパフォーマンスに大きな影響を与える可能性があります。この記事の次のページでは、パフォーマンスカムシャフトと標準のカムシャフトの違いを実際に示すために作成したアニメーションを見ることができます。
この記事では、カムシャフトがエンジン性能にどのように影響するかを学びます。 シングルオーバーヘッドカムのように、さまざまなエンジンレイアウトを示す優れたアニメーションがいくつかあります。 （SOHC）とダブルオーバーヘッドカム （DOHC）、本当にうまくいきます。次に、さまざまなエンジン速度をより効率的に処理できるように、一部の車がカムシャフトを調整するいくつかの巧妙な方法について説明します。
基本から始めましょう。
カムシャフトの重要な部分はローブです。 。カムシャフトが回転すると、ピストンの動きに合わせてローブが吸気バルブと排気バルブを開閉します。カムローブの形状と、さまざまな速度範囲でのエンジンの動作には直接的な関係があることがわかりました。
これが当てはまる理由を理解するために、エンジンを非常にゆっくりと（毎分10または20回転（RPM）で）実行していると想像してください。そのため、ピストンがサイクルを完了するのに数秒かかります。通常のエンジンをこれほどゆっくりと動かすことは実際には不可能ですが、私たちができると想像してみましょう。この低速では、次のような形状のカムローブが必要になります。
このセットアップは、この非常に遅い速度で実行されている限り、エンジンに対して非常にうまく機能します。しかし、RPMを上げるとどうなりますか？調べてみましょう。
RPMを上げると、カムシャフトの10〜20RPM構成はうまく機能しません。エンジンが4,000RPMで動作している場合、バルブは毎分2,000回、または毎秒33回開閉します。これらの速度では、ピストンが非常に速く動いているため、シリンダーに突入する混合気も非常に速く動いています。
インテークバルブが開き、ピストンがインテークストロークを開始すると、インテークランナー内の混合気がシリンダー内で加速し始めます。ピストンが吸気行程の底に達するまでに、空燃比はかなり高速で移動しています。吸気バルブをバタンと閉めると、その空気/燃料はすべて停止し、シリンダーに入ることができなくなります。吸気バルブを少し長く開いたままにすることで、ピストンが圧縮行程を開始するときに、高速で移動する空燃比の勢いが空燃比をシリンダーに押し込み続けます。したがって、エンジンが速くなるほど、空燃比の動きが速くなり、吸気バルブを開いたままにしておく時間が長くなります。また、バルブをより高速で大きく開く必要があります。このパラメータは、バルブリフトと呼ばれます。 、カムローブプロファイルによって制御されます。
以下のアニメーションは、通常のカムがどのように行われるかを示しています およびパフォーマンスカム バルブタイミングが異なります。エキゾースト（赤い円）とインテーク（青い円）のサイクルは、パフォーマンスカムでさらに重なっていることに注意してください。このため、このタイプのカムを搭載した車は、アイドル状態で非常に大まかに走行する傾向があります。
どのカムシャフトも、1つのエンジン速度でのみ完璧になります。他のすべてのエンジン速度では、エンジンはその潜在能力を最大限に発揮しません。 固定カムシャフト したがって、常に妥協点です。これが、自動車メーカーがエンジン速度の変化に応じてカムプロファイルを変更するスキームを開発した理由です。
エンジンのカムシャフトにはいくつかの異なる配置があります。最も一般的なもののいくつかについて説明します。おそらく用語を聞いたことがあるでしょう：
次のセクションでは、これらの各構成について説明します。
この配置は、ヘッドごとに1つのカムを備えたエンジンを示します。 。したがって、直列4気筒または直列6気筒エンジンの場合、カムは1つになります。 V-6またはV-8の場合、2つのカム（各ヘッドに1つ）があります。
カムは、バルブを押し下げて開くロッカーアームを作動させます。 スプリング バルブを閉位置に戻します。エンジン回転数が高いと、バルブが非常に速く押し下げられ、バルブをロッカーアームに接触させ続けるのはスプリングであるため、これらのスプリングは非常に強力である必要があります。スプリングの強度が十分でない場合、バルブがロッカーアームから外れ、スナップバックする可能性があります。これは、カムとロッカーアームに余分な摩耗をもたらす望ましくない状況です。
シングルおよびダブルオーバーヘッドカムエンジンでは、カムはタイミングベルトと呼ばれるベルトまたはチェーンのいずれかを介してクランクシャフトによって駆動されます。 またはタイミングチェーン 。これらのベルトとチェーンは、定期的に交換または調整する必要があります。タイミングベルトが破損すると、カムの回転が停止し、ピストンが開いているバルブにぶつかる可能性があります。
ダブルオーバーヘッドカムエンジンには、ヘッドごとに2つのカムがあります。 。したがって、直列エンジンには2つのカムがあり、Vエンジンには4つのカムがあります。通常、ダブルオーバーヘッドカムは、シリンダーごとに4つ以上のバルブを備えたエンジンで使用されます。1つのカムシャフトでは、これらすべてのバルブを作動させるのに十分なカムローブを取り付けることができません。
ダブルオーバーヘッドカムを使用する主な理由は、より多くの吸気バルブと排気バルブを可能にすることです。より多くのバルブは、それらが流れるためのより多くの開口部があるので、吸気ガスと排気ガスがより自由に流れることができることを意味します。これにより、エンジンの出力が向上します。
この記事で取り上げる最終的な構成は、プッシュロッドエンジンです。
SOHCやDOHCエンジンと同様に、プッシュロッドエンジンのバルブは、シリンダーの上のヘッドにあります。主な違いは、プッシュロッドエンジンのカムシャフトがエンジンブロックの内側にあることです。 、頭の中ではなく。
カムは、ブロックを通り抜けて頭に入る長いロッドを作動させ、ロッカーを動かします。これらの長いロッドはシステムに質量を追加し、バルブスプリングの負荷を増加させます。これにより、プッシュロッドエンジンの速度が制限される可能性があります。システムからプッシュロッドを排除するオーバーヘッドカムシャフトは、より高いエンジン速度を可能にしたエンジン技術の1つです。
プッシュロッドエンジンのカムシャフトは、多くの場合、ギアまたはショートチェーンによって駆動されます。ギアドライブは一般的に、オーバーヘッドカムエンジンによく見られるベルトドライブよりも破損しにくいです。
カムシャフトシステムを設計する上で重要なことは、各バルブのタイミングを変えることです。次のセクションでバルブタイミングを調べます。
自動車メーカーがバルブタイミングを変えるいくつかの新しい方法があります。一部のホンダエンジンで使用されているシステムの1つは、 VTEC と呼ばれます。 。
VTEC（可変バルブタイミングおよびリフト電子制御）は、エンジンに複数のカムシャフトを持たせることができる、一部のホンダエンジンの電子および機械システムです。 VTECエンジンには、独自のロッカーを備えた追加のインテークカムがあります。 、このカムに続きます。このカムのプロファイルは、他のカムプロファイルよりも長く吸気バルブを開いたままにします。エンジン回転数が低い場合、このロッカーはどのバルブにも接続されていません。エンジン回転数が高い場合、ピストンが追加のロッカーを2つの吸気バルブを制御する2つのロッカーにロックします。
一部の車は、バルブタイミングを進めることができるデバイスを使用しています 。これにより、バルブが長く開いたままになることはありません。代わりに、後で開き、後で閉じます。これは、カムシャフトを数度前方に回転させることによって行われます。吸気バルブが通常上死点（TDC）の前に10度で開き、TDCの後に190度で閉じる場合、合計時間は200度になります。カムが回転するときにカムを少し前方に回転させるメカニズムを使用して、開閉時間をシフトできます。したがって、バルブはTDC後10度で開き、TDC後210度で閉じる可能性があります。 20度後にバルブを閉じるのは良いことですが、吸気バルブが開いている時間を長くできる方がよいでしょう。
フェラーリ これを行うには本当にきちんとした方法があります。一部のフェラーリエンジンのカムシャフトは、 3次元プロファイルでカットされています。 それはカムローブの長さに沿って変化します。カムローブの一方の端は最も攻撃性の低いカムプロファイルであり、もう一方の端は最も攻撃性の高いカムプロファイルです。カムの形状は、これら2つのプロファイルをスムーズにブレンドします。メカニズムは、バルブがカムのさまざまな部分にかみ合うように、カムシャフト全体を横方向にスライドさせることができます。シャフトは通常のカムシャフトと同じように回転しますが、エンジン速度と負荷が増加するにつれてカムシャフトを徐々に横方向にスライドさせることで、バルブタイミングを最適化できます。
いくつかのエンジンメーカーは、バルブタイミングの無限の変動を可能にするシステムを実験しています。たとえば、各バルブにソレノイドがあり、カムシャフトに頼るのではなく、コンピューター制御を使用してバルブを開閉できると想像してください。このタイプのシステムでは、すべてのRPMで最大のエンジンパフォーマンスが得られます。将来的に楽しみにしていること...
カムシャフト、バルブタイミング、および関連トピックの詳細については、以下のリンクを確認してください。
初版：2000年12月13日