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デスモドロミックバルブは、往復動エンジンのポペットバルブの一種で、従来型のスプリングではなく、カムとレバー機構によって確実に閉じられるようになっている。
一般的な4ストロークエンジンでは、バルブはサイクル開始時に空気と燃料の混合気をシリンダー内に送り込み、サイクル終了時に排気ガスを排出する役割を担っています。従来の4ストロークエンジンでは、バルブはカムによって開き、戻りばねによって閉じられます。デスモドロミックバルブは、カムとアクチュエータが2つずつ備わっており、戻りばねなしで確実に開閉できます。
この言葉は、ギリシャ語のdesmos（δεσμός、「結び目」または「結合」と訳される）とdromos（δρόμος、「軌道」または「道」）に由来する。これは、バルブがカムシャフトに常に「結合」されているという主要な特徴を示している。
一般的なバルブスプリングシステムは、高回転せず、メンテナンスの手間が少ない設計の従来型の量産エンジンには十分です。[ 1 ]デスモドロミックの初期開発段階では、バルブスプリングは金属疲労で破損するため、エンジンの性能を大きく制限していました。1950年代には、新しい真空溶解プロセスにより、バルブスプリングの金属から不純物が除去され、寿命と効率が大幅に向上しました。しかし、多くのスプリングは、8000 RPMを超える持続運転で依然として破損していました。[ 2 ]デスモドロミックシステムは、スプリングの必要性を完全に排除することでこの問題を解決するために考案されました。さらに、最大回転数が増加すると、バルブフロートを防ぐためにより大きなスプリング力が必要になり、より大きなスプリング（スプリング質量が増加し、慣性が大きくなる）、カムドラッグ（バルブスプリングが圧縮するためにエネルギーが必要となり、エンジンのパワーを奪う）、およびすべての速度での部品の摩耗の増加につながりますが、デスモドロミック機構はこれらの問題を解決します。
バルブの動きを完全に制御するというアイデアはエンジン開発の初期の頃に考案されましたが、信頼性が高く、かつ過度に複雑でないシステムを考案するには長い時間がかかりました。デスモドロミックバルブシステムは、1896年にグスタフ・メースによって特許で初めて言及されました。1910年のオースティンの船舶用エンジンは300馬力を発生し、「アイリーンI」と呼ばれるスピードボートに搭載されました。そのオールアルミニウム製のツインオーバーヘッドバルブエンジンには、ツインマグネトー、ツインキャブレター、デスモドロミックバルブが装備されていました。[ 3 ] 1914年のグランプリ・デラージュとナガン（ポメロイ「グランプリカー」を参照）は、デスモドロミックバルブシステムを採用していました（現在のドゥカティのシステムとは全く異なります）。[ 4 ]
1925年、スペインのエンジニア、ウィフレド・リカートは、同様のバルブ駆動機構に関する特許FR590149を取得した。[ 5 ]
1933年から1934年にかけて短期間存在したイタリアのメーカー、アザリティは、173cc と 348ccの2気筒エンジンを製造し、その一部は、バルブが独立したカムシャフトによって閉じられるデスモドロミックバルブ機構を備えていた。[ 6 ]
ダイムラー・ベンツの倒立V12エンジンの後期型、例えばメッサーシュミットBf109（1930年代）で使用された601型や603X型などは、デスモドロミックバルブを備えていた。[ 7 ]
1954年から1955年にかけてのメルセデス・ベンツW196フォーミュラ1レーシングカーと、 1955年のメルセデス・ベンツ300SLRスポーツレーシングカーは、いずれもデスモドロミックバルブ駆動方式を採用していた。
1956年、ドゥカティのエンジニアであるファビオ・タグリオーニは、ドゥカティ125グランプリ用にデスモドロミックバルブシステムを開発し、ドゥカティ125デスモを生み出した。
彼は次のように語ったと伝えられている。
デスモドロミックシステムの具体的な目的は、バルブがタイミング図にできる限り一貫して従うようにすることです。これにより、エネルギー損失はごくわずかになり、性能曲線はより均一になり、信頼性が向上します。
彼に続くエンジニアたちはその開発を継続し、ドゥカティはデスモドロミック機構に関する数多くの特許を保有していた。デスモドロミックバルブ駆動方式は、1968年に「ワイドケース」マーク3単気筒エンジンが導入されて以来、ドゥカティの最高級量産型オートバイに採用されている。
1959年、マセラティ兄弟は最後の設計の一つとして、最後のOSCAバルケッタに搭載されたデスモドロミック4気筒2000ccエンジンを発表した。
現代のエンジンでは、高回転域でのバルブスプリングの破損はほぼ解消されている。デスモドロミックシステムの主な利点は、高回転域でのバルブフローティングを防ぐことである。
従来のバネ式バルブ作動では、エンジン回転数が上昇するにつれて、ピストンが上死点（TDC）に達する前にバルブの慣性がバネの力に打ち勝ち、バルブを完全に閉じることができなくなります。これにより、いくつかの問題が発生する可能性があります。まず、燃焼が始まる前にバルブがバルブシートに完全に戻りません。これにより、燃焼ガスが早期に漏れ出し、シリンダー圧力が低下し、エンジン性能が大幅に低下します。また、バルブが過熱して歪み、致命的な故障につながる可能性もあります。次に、最も深刻な問題は、ピストンがバルブに衝突し、両方が破損することです。バネ式バルブエンジンでは、バルブフローティングの従来の対策は、バネを硬くすることです。これにより、バルブのシート圧力（バルブを閉じた状態に保つ静圧）が上昇します。これは、前述のバルブフローティングが減少するため、エンジン回転数が高い場合に有利です。欠点は、バルブトレインのすべての部品にかかる力が増加し、摩擦とそれに伴う温度上昇および摩耗が増加することです。バネを圧縮するために投入された仕事のほぼすべてが、バネが伸びるときに解放されるため、出力は低下しません。
デスモドロミックシステムは、硬いスプリングを圧縮する際に伴う高負荷を受けないため、スプリング式バルブの欠点のいくつかを回避できます。しかし、バルブ自体の慣性を克服する必要があり、これは可動部品の質量分布に依存します。スプリング付き従来型バルブの実効質量には、対称スプリングの場合はバルブスプリング質量の半分と、バルブスプリングリテーナ質量のすべてが含まれます。しかし、デスモドロミックシステムでは、バルブごとに2つのロッカーアームの慣性に対処する必要があるため、この利点は設計者のスキルに大きく依存します。もう1つの欠点は、カムとロッカーアームの接触点です。従来のバルブトレインではローラータペットの使用は比較的容易ですが、可動質量がかなり増加します。デスモドロミックシステムでは、ローラーはロッカーアームの一端に必要となり、慣性モーメントが大幅に増加し、「実効質量」の利点が打ち消されます。そのため、デスモシステムは一般的にカムとロッカーアーム間の滑り摩擦に対処する必要があり、摩耗が大きくなる可能性があります。ほとんどのドゥカティのロッカーアームの接触点は、この摩耗を軽減するために硬質クロムメッキされています。もう1つの欠点は、油圧バルブラッシュアジャスターをデスモドロミックシステムに組み込むのが難しいことです。そのため、バルブクリアランス（ラッシュ）の調整を頻繁に行う必要があります。さらに、各バルブには、開弁ロッカーと閉弁ロッカーの2つのラッシュ調整が必要です。ただし、従来のバネ式バルブトレインを備えたほとんどの高回転エンジンでは、油圧ラッシュアジャスターを組み込むことはまれであるため、バルブラッシュの定期的な点検と調整も必要になります。
2000年代以前は、マルチボディダイナミクスソフトウェアを使用してバルブトレインのフロートを解析することができなかったため、デスモドロミックドライブはエンジン回転数の増加に伴って悪化する問題に対する解決策を提供するように思われた。それ以降、カムのリフト、速度、加速度、ジャーク曲線がコンピュータによってモデル化され[ 8 ]、カムのダイナミクスは見た目とは異なることが明らかになった。適切な解析により、バルブ調整、油圧タペット、プッシュロッド、ロッカーアーム、そして何よりもバルブフロートに関する問題は、デスモドロミックドライブなしでは過去のものとなった。
現代の自動車エンジンのほとんどは、オーバーヘッドカムを使用し、フラットタペットを駆動することで、カムからバルブまでの経路を最短かつ最軽量で、かつ最も弾性の低いものにしています。これにより、プッシュロッドやロッカーアームといった弾性要素が不要になります。コンピュータの進歩により、バルブトレインシステムの加速度をかなり正確にモデル化することが可能になりました。
数値計算手法が普及する以前は、加速度を求めるにはカムリフトプロファイルを速度と加速度の2段階で微分するしか方法がありませんでした。しかし、この方法ではノイズが大量に発生するため、2階微分（加速度）は実用上不正確でした。コンピュータの登場により、リフトの3階微分であるジャーク曲線からの積分が可能になりました。ジャーク曲線は、任意のリフトプロファイルが得られるように頂点を調整できる、連続した直線の集合として表すことができます。
ジャーク曲線の積分によって滑らかな加速曲線が得られ、3番目の積分によってほぼ理想的なリフト曲線（カムプロファイル）が得られます。このようなカムは、かつて「芸術家」たちが設計したものとはほとんど似ていませんが、バルブノイズ（リフトオフ）がなくなり、バルブトレインの弾性が注目されるようになりました。
現代のカムのほとんどは、バルブの開閉時に正負の加速度が同じであるミラーイメージ（対称）プロファイルを持っています。しかし、現在では、一部の高速（エンジン回転数に関して）モーターは、バルブを素早く開き、摩耗を減らすためにバルブをより穏やかにシートに戻すために、非対称カムプロファイルを採用しています。また、1948 年型フォード V8 に見られるように、1940 年代後半から市販車に非対称カムローブプロファイルが採用されています。[ 9 ]このモーターでは、吸気プロファイルと排気プロファイルの両方が非対称設計でした。非対称カムシャフトのより現代的な用途には、280 ブレーキ馬力を超える出力を達成するためにアグレッシブなプロファイルを使用するコスワースの 2.3 リットル クレートモーターが含まれます。[ 10 ]非対称カムは、湾曲したカムと平らなタペット間のヘルツ接触応力によって速度が制限されるため、バルブを通常よりもゆっくりと開閉し、往復運動する部品（具体的にはバルブ、タペット、スプリング）の合質量の加速をより制御します。
対照的に、デスモドロミック駆動では、バルブごとに 2 つのカムを使用し、それぞれに独立したロッカー アーム (レバー タペット) があります。バルブの最大加速度はカムとタペットのかじり応力によって制限されるため、可動質量とカム接触面積の両方によって決まります。最大剛性と最小接触応力は、従来の平らなタペットと、スプリング力の影響を受けないリフトおよび閉鎖応力を持つスプリングで最適に達成されます。これらは、スプリング荷重が最小で接触半径が最大となるベース サークル[ 11 ]で発生します。デスモドロミック カムの湾曲 (レバー) タペット[ 12 ]は、同じリフト プロファイルに対して平らなタペットよりも高い接触応力を発生させるため、リフトおよび閉鎖速度が制限されます。
従来のカムでは、応力は最大リフト時、つまり回転速度がゼロのとき（エンジン始動時）に最大となり、バルブの慣性力がスプリングの圧力に対抗するため、速度が増加するにつれて減少します。一方、デスモドロミックカムは、ゼロ速度では実質的に負荷がなく（スプリングがない場合）、負荷は完全に慣性力であるため、速度とともに増加します。最大の慣性応力は、最小半径にかかります。どちらの方法でも、加速力は運動エネルギーから生じる速度の二乗に比例して増加します。[ 13 ]
バルブフロートは解析の結果、スリンキーのようにコイル間で振動圧縮波を発生させるバルブスプリングの共振が主な原因であることが判明した。高速撮影により、特定の共振速度ではバルブスプリングが片側または両端で接触しなくなり、バルブが閉じる際にカムに衝突する前にフロート状態になることが示された[ 14 ]。
このため、最大3つの同心円状のバルブスプリングが互いに入れ子状になっている場合がある。これは、より大きな力を得るためではなく（内側のスプリングはばね定数がそれほど大きくないため）、外側のスプリングの振動を低減するためのスナッバーとして機能するためである。
振動するバネ質量に対する解決策として、ノートン・マンクス[ 16 ]エンジンで使用されたネズミ捕りバネまたはヘアピンバネ[ 15 ]がありました。これらは共振を回避しましたが、シリンダーヘッド内に配置するのは不格好でした。
蜂の巣ばねは、その形状が蜂の巣ばねに似ていることからそう呼ばれ、ピッチや直径が変化するにつれて徐々に巻かれていくため共振しません。[ 17 ] ネズミ捕りばねやヘアピンばねでは、ストローク中に有効なコイルの数が変化し、より密に巻かれたコイルは静止端にあり、ばねが圧縮されるにつれて不活性になります。蜂の巣ばねでは、上部の直径の小さいコイルの方が硬くなります。どちらのタイプも、ばねの力と可動質量がストロークによって変化するため共振が低減されます。このばね設計の進歩によりバルブフロートが解消され、デスモドロミックバルブ駆動の推進力が生まれました。
有名な例としては、成功を収めたメルセデス・ベンツW196やメルセデス・ベンツ300SLRといったレーシングカー、そして現代のドゥカティ製オートバイなどが挙げられる。
デスモドロミックバルブを搭載したドゥカティのモーターサイクルは、 1990年から1992年、1994年から1996年、1998年から1999年、2001年、2003年から2004年、2006年、2008年、2011年のスーパーバイク世界選手権を含む、数多くのレースと選手権で優勝しています。ドゥカティのグランプリモーターサイクルレースへの復帰は、 GP3（デスモセディチ）バイクに搭載されたデスモドロミックV4 990ccエンジンによって実現され、2006年にスペインのバレンシアで開催された最後の990cc MotoGPレースでのワンツーフィニッシュを含む、数々の勝利を収めました。2007年に800cc時代が到来した後も、一般的には依然としてこのスポーツで最もパワフルなエンジンと考えられており、ケーシー・ストーナーを2007年のMotoGP選手権に、ドゥカティをコンストラクターズ選手権に導きました。 GP7（デスモセディチ）バイク。
したがって、他のすべての要因を無視すれば、エンジンを速く回転させれば回転させるほど、より多くの出力を生成できます。残念ながら、少なくとも 1950 年代までは、エンジンを 8000 rpm をはるかに超える長時間運転すると、バルブ スプリングが疲労して破損することがよくありました。
。1910年、ハーバート・オースティンは当時としては非常に先進的な船舶用エンジンを製造することを決意した。それは300馬力を発生し、ウェイト大佐と結婚した長女にちなんで名付けられた「アイリーンI」という名のスピードボートに搭載された。オールアルミニウム製のツインOHVエンジンは、ツインマグネトー、ツインキャブレター、デスモドロニックバルブを備えていた。
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