可変バルブタイミングシステムは、エンジン部品でどのように機能しますか？
内燃エンジンは現代のエンジニアリングの驚異であり、その最も洗練されたコンポーネントの1つは可変バルブタイミング（VVT）システムです。確立されたエンジン部品サプライヤーとして、エンジンのパフォーマンス、効率、および排出量制御の強化におけるVVTシステムの進化と重要性を直接目撃しました。このブログ投稿では、可変バルブタイミングシステムの内部仕組みを掘り下げ、そのメカニズム、利点、今日のエンジンで果たす役割を調査します。
エンジンバルブの基本を理解する
可変バルブタイミングシステムに飛び込む前に、まずエンジンバルブの役割を理解しましょう。典型的な4つのストロークエンジンには、摂取量と排気バルブがあります。吸気ストローク中、吸気バルブが開き、空気と燃料の混合物が燃焼室に入ることができます。排気ストロークでは、排気バルブが開き、燃焼したガスがチャンバーを出るようにします。これらのバルブの開口部と閉鎖のタイミングは、エンジンの動作に不可欠です。
従来のエンジンにはバルブのタイミングが固定されています。つまり、バルブの開閉時間はエンジンの設計に基づいて設定されており、動作中は変化しません。この固定タイミングは妥協点であり、特定のエンジン速度と荷重条件に合わせて最適化されています。ただし、エンジンはアイドルから高速加速まで、広範囲の条件下で動作し、固定バルブタイミングは動作範囲全体で最適なパフォーマンスを提供することはできません。
可変バルブのタイミングの仕組み
可変バルブタイミングシステムは、エンジンの動作条件に応じてエンジンがバルブの開口部と閉鎖のタイミングを調整できるようにすることにより、この制限に対処します。 VVTシステムにはいくつかの異なるタイプがありますが、通常、Cam -PhasingとCam -Switchingの2つの主要なカテゴリに分類されます。
CAM-フェージングシステム
CAM -Phasing Systemsは、クランクシャフトに対してカムシャフトの角度を調整することにより機能します。カムシャフトはバルブを開閉する責任があり、その位置を変更することにより、バルブイベントのタイミングを変更できます。 CAM -Phasing Systemsの一般的なコンポーネントは、Camshaft Phaserです。
カムシャフトフェイザーは通常、カムシャフトの端にあり、エンジンコントロールユニット（ECU）によって制御されます。 ECUは、スロットル位置センサー、エンジン速度センサー、空気吸気温度センサーなど、さまざまなセンサーから入力を受け取ります。これらの入力に基づいて、ECUは現在の動作条件の最適なバルブタイミングを決定し、カムシャフトフェイザーに信号を送信します。
カムシャフトフェイザーは、油圧または電気アクチュエーターを使用して、カムシャフトの位置を変更します。油圧カムシャフトフェイザーでは、エンジンオイルを使用して、フェイザー内のピストンまたはベーンを移動します。 ECUが信号を送信すると、オイルはカムシャフトを前進または遅らせるように指示されます。カムシャフトを進めるということは、バルブを早期に開くことを意味し、それが低いエンドトルクを改善することができます。カムシャフトを遅らせると、バルブの開口部が遅れ、高エンドの電力を高めることができます。
CAM-スイッチングシステム
一方、CAM-スイッチングシステムは、同じカムシャフトで複数のCAMプロファイルを使用します。各カムプロファイルには異なる形状があり、バルブリフトと持続時間の特性が異なります。エンジンの速度が低い場合、より短いリフトと持続時間を備えたCAMプロファイルを使用して、低エンドトルクと燃料効率を提供します。エンジンの速度が上がると、システムはより長いリフトと持続時間でカムプロファイルに切り替えて、より多くの出力を生成します。
CAM-スイッチングシステムのスイッチングメカニズムは、機械的または油圧です。機械システムでは、ピンまたはスライダーを使用して、さまざまなCAMプロファイルを実施します。油圧システムでは、油圧を使用して、スリーブまたはロッカーアームを動かしてCAMプロファイルを切り替えます。
可変バルブタイミングの利点
可変バルブタイミングシステムは、エンジンにいくつかの重要な利点を提供します。
パフォーマンスの向上
エンジンの速度と負荷に応じてバルブのタイミングを調整することにより、VVTシステムはエンジンの出力を最適化できます。低速では、システムは吸気バルブの開口部を進めて空気の量を増やすことができます - 燃料混合物は燃焼室に入り、より良いエンドトルクをもたらします。高速では、吸気バルブの閉鎖を遅らせると、空気の逆流 - 燃料混合物を防ぎ、エンジンがより自由に呼吸し、より多くのパワーを生成できるようにします。
燃料効率の向上
VVTシステムは、燃料効率を向上させることもできます。バルブのタイミングを調整することにより、エンジンはさまざまな条件下でより効率的に動作することができます。たとえば、パート - スロットル条件では、システムは空気の量を減らすことができます - 燃料混合物は燃焼室に入り、燃料消費量を減らします。さらに、燃焼プロセスを最適化することにより、VVTシステムはエンジンの熱効率を向上させることができます。
排出量の削減
可変バルブタイミングは、排出量を削減する上で重要な役割を果たします。バルブのタイミングを調整することにより、エンジンはより完全な燃焼を実現することができ、排気ガス中の未燃水炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物の量を減らすことができます。一部のVVTシステムは、内部排気ガスの再循環（EGR）を制御するためにも使用できます。これにより、窒素酸化物の排出量がさらに削減されます。
エンジン部品とVVTシステム
エンジン部品サプライヤーとして、可変バルブタイミングシステムに関連する幅広いコンポーネントを提供しています。たとえば、私たちオリジナルのピストンリングセットVVT装備エンジンと調和して動作するように設計されています。これらのピストンリングは、燃焼室での適切なシーリングを保証します。これは、エンジンの効率的な動作とVVTシステムの有効性に不可欠です。
私たちのコネクティングロッドベアリングシェル別の重要なコンポーネントです。エンジンの往復運動の一部であるコネクティングロッドの滑らかで信頼できる動作を提供します。特にVVTシステムがパフォーマンスを最適化するための調整を行っている場合、エンジンがスムーズに動作するためには、機能するコネクティングロッドベアリングシェルが必要です。
さらに、ヤマハエンジンの場合は、ヤマハのギアベアリング。このギアベアリングは、可変バルブタイミングシステムを含むヤマハエンジンの高いパフォーマンス要件を満たすように特別に設計されています。これにより、エンジンのギアが適切に機能することが保証されます。エンジンは、VVTシステムの動作にしばしば関与しています。
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参照
- Heywood、JB（1988）。内燃焼エンジンの基礎。マクグロー - ヒル。
- Stone、R。（1999）。内燃焼エンジンの紹介。 Society of Automotive Engineers。
- テイラー、cf（1985）。理論と実践における内部燃焼エンジン。 MITプレス。