バルブタイミングを自動的に進めたり遅らせたりして低速および高速のエンジントルクを増加させるという概念は、新しいものではありません。 1960年代には、より高いエンジン速度でカムシャフトを回転させるために必要な回転トルクの増加に応じてバルブタイミングを遅らせるトーションスプリングデバイスを備えた可変カムシャフトタイミングギアがありました。
理論的には、低速トルクと高速馬力の利点を享受することができます。ただし、回転トルクに依存しているため、実際には機能していないようです。
今日、コンピューター化されたエンジン管理システムにより、ほとんどの車両で可変バルブタイミングが実用化されています。しかし、可変バルブタイミングへのさまざまな工学的アプローチの歴史的な議論は百科事典を埋めることができます。
調整された吸気および排気システムと相まって、可変バルブタイミングは、低速および高速のエンジントルクを劇的に増加させ、燃費を向上させ、排気ガスを削減することができます。
一方、可変バルブタイミングは、エンジンの潤滑と診断に関するいくつかの特定の問題をもたらしました。
用語
私たちの店でよく見かける可変「バルブ」タイミングは、実際には可変「カムシャフト」タイミングであり、シングルオーバーヘッドカムシャフト（SOHC）エンジンアプリケーションでカムシャフトタイミングを進めたり遅らせたりすることで、低速および高速トルクを改善します。
>対照的に、一部のダブルオーバーヘッドカムシャフト（DOHC）アプリケーションは、吸気カムシャフトと排気カムシャフトを別々に前進または遅らせることによって、同じ機能を実行します。
完全に可変のバルブタイミングは、コンピューター操作のソレノイドを使用して、吸気バルブと排気バルブの開閉イベントを正確に制御することによってのみ実現できます。電子制御システムでは、バルブタイミングイベントのさまざまな組み合わせは理論的には無限ですが、コストと、場合によっては信頼性の問題により、その用途は制限されています。
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動作原理
効果的なバルブタイミングは、エンジンの吸気ポートを流れる吸気の速度と、エンジンの排気ポートから流出する排気ガスの速度に大きく依存します。ほとんどの自然吸気エンジンでは、ピストンが圧縮行程で上向きに動き始めるまで、吸気バルブは閉じません。低いエンジン回転数で吸気がゆっくりと移動しているときは、ピストンが吸気を吸気ポートとマニホールドに押し戻すのを防ぐために、吸気バルブを早く閉じる必要があります。
吸気速度はエンジン速度とともに増加するため、シリンダーにさらに多くの空気を詰め込むために、吸気バルブは後で閉じる必要があります。理論的には、ほとんどのVVT設計は、吸気速度が2,500〜3,500 rpmで劇的に増加し始めると、吸気バルブタイミングを変更し始めます。もちろん、PCMの実際の動作戦略は、エンジンの設計とエンジンの速度制限に大きく依存します。
排気バルブタイミングは、吸気バルブタイミングほどエンジン性能にとって重要ではありませんが、理論的には、DOHCアプリケーションで進めて、高いエンジン速度でバルブタイミングのオーバーラップを増やし、遅いエンジン速度でバルブオーバーラップを減らすことができます。
エンジン回転数が高い場合は、バルブタイミングのオーバーラップが望ましいです。エンジンが排気から吸気ストロークに移行するときに、吸気バルブと排気バルブを同時に開いたままにすると、エンジンは、排気ポートから出る排気ガスによって生成されるわずかな負圧を利用して、吸気チャージをシリンダーに引き込むのに役立ちます。
しかし、エンジン速度とガス速度が低い場合、バルブのオーバーラップが大きいと、排気ガスがインテークマニホールドに押し戻されるため、ローピングアイドルが発生し、さらにエンジンの運転時の圧縮が低下します。また、排気バルブタイミングを変更すると、一部のアプリケーションで窒素酸化物（NO）排出量を削減するのに役立つ「EGR」効果が生じる可能性があることにも注意してください。
カムローブのデザイン
ちなみに、カムシャフトローブの設計の基本を理解することは役に立ちます。バルブトレインへの過度のストレスを防ぐために、カムローブは、ロッカーアーム、バルブ、リフター、およびプッシュロッドの質量を徐々に加速するように設計する必要があります。オーバーヘッドカムシャフトの設計は、これらのコンポーネントを単純なカムフォロアに置き換えることで、バルブトレインのストレスを軽減します。
残念ながら、機械式カムシャフトの場合、バルブラッシュの変動によりバルブタイミングがわずかに変化します。油圧調整されたカムシャフトはラッシュクリアランスを必要としないため、バルブタイミングは非常に一貫しています。
いずれの場合も、カムローブは、バルブトレインが徐々に減速して、ピークエンジン速度でバルブがバルブシートから跳ね返るのを防ぐように設計する必要があります。カムシャフトローブは、バルブリフトを増やすことで空気の流れを増やすために研磨できますが、バルブリフトを増やすと、バルブトレインへのストレスが増加し、ピストンとバルブの干渉の可能性が高まります。
VVTハードウェア
初期のシングルオーバーヘッドカムシャフト（SOHC）エンジンの可変カムシャフトタイミングは、カムシャフトに取り付けられた同様のベベルドライブギアに対してベベルドライブギアを強制するバネ仕掛けの油圧ピストンで構成されるカムシャフト「フェイザー」を使用することによって達成されました。
パワートレイン制御モジュール（PCM）を使用して、オイルコントロールバルブをパルスすることによりピストンに油圧を加えることにより、正確なカムシャフトタイミングを実現できます。ピストンには油圧を抜くためのオリフィスが組み込まれているため、オイルコントロールバルブにかかるパルス幅を大きくすることでカムタイミングを変えることができます。
電子機器が故障した場合、フェイザーリターンスプリングがピストンをデフォルトのタイミング位置に押し込みます。
PCMは、カムシャフト位置センサー（CMP）とクランクシャフト位置センサー（CKP）の相対位置を比較することにより、カムシャフト位置も監視します。これらの位置がプログラムされたデータと一致しない場合、PCMはP0010シリーズまたはP0340シリーズのトラブルコードを設定する必要があります。
一部のVVT設計には、PCMにさらに正確なバルブタイミングフィードバックを提供するために、別個のバルブタイミングセンサー（VTS）も組み込まれています。最新のVVT設計のほとんどは、バルブタイミングを調整するために、よりコンパクトなベーンタイプのフェーザーを使用していますが、コンピューター制御を可能にするために、センサーと油圧制御メカニズムの同じ基本配置を引き続き使用しています。
診断のヒント
すでにお察しのとおり、VVT診断は、エンジンがVタイプのブロックかインラインか、DOHCまたはSOHC構成かだけでなく、フェイザーとシステムエレクトロニクス。さらに、バルブタイミングの問題のために保存できるメーカー固有のP1000シリーズコードは言うまでもなく、文字通り数十の「グローバル」P0010およびP0340シリーズトラブルコードがあります。ただし、基本的な動作原理を適用することで、構成に関係なく、ほとんどのVVT障害を診断できます。
ほとんどのVVTの故障は、インテークマニホールドの負圧に影響を及ぼし、低速または高速のエンジントルクが失われることは明らかです。カムシャフトがPCMによって命令された位置に応答しない場合、PCMはカムシャフト関連のタイミングP0340シリーズエラーコードを保存する必要があります。 Vブロックエンジンでは、1つのバンクでカムシャフトのタイミングエラーが発生すると、そのバンクのすべてのシリンダーでP0300シリーズの失火コードが発生する可能性があります。
さらに、バルブタイミングとバルブオーバーラップがシリンダーの圧縮に影響を与えることを忘れないでください。 Vブロックエンジンでシングルバンクに障害が発生した場合、バンク間のクランキング圧縮は、バンク間の燃料トリム数と同様に異なるはずです。また、スチール製タイミングチェーンの再導入により、1つのバンクの単一の緩いチェーンまたは摩耗したテンショナーまたはチェーンガイドがカムタイミングを遅らせ、コールドスタートと運転性のパフォーマンスに影響を与える可能性があることに注意してください。
エンジンオイルの粘度とオイルフィルターの流量は、オイルの耐用年数と同様に、カムフェーザーがバルブタイミングを制御する能力に確実に影響を与える可能性があります。 OEが承認していないオイルと、低容量のオイルフィルターを組み合わせると、スラッジやワニスが発生し、カムフェーザーが前進位置または遅延位置に固定される可能性があります。また、シリンダーヘッド、オイルコントロールバルブ、フェイザーのオイル通路がスラッジで詰まったり、金属片で汚染されたりする可能性があります。 OEまたはOE承認のオイルを使用する場合でも、エンジンオイルは推奨される間隔で交換する必要があることに注意してください。
大事なことを言い忘れましたが、多くの高度な診断技術者は、バルブタイミングの問題が疑われる同様のモデルによって生成されたものと将来比較するために、既知の良好なCMPおよびCKPセンサー波形のラボスコープサンプルを定期的に収集します。