バルブタイミング

ピストン エンジンでは、バルブ タイミングはバルブの開閉の正確なタイミングです。内燃機関では通常ポペット バルブが使用され、蒸気エンジンでは通常スライド バルブまたはピストン バルブが使用されます。

4 ストローク サイクルエンジンおよび一部の2 ストローク サイクルエンジンでは、バルブ タイミングはカムシャフトによって制御されます。カムシャフトを変更することでバルブ タイミングを変更したり、可変バルブ タイミングによってエンジンの動作中にバルブ タイミングを変更したりできます。バルブ メカニズムの調整、特にタペット クリアランスの調整によってもバルブ タイミングは影響を受けます。ただし、この変化は通常は望ましくありません。

従来の固定バルブ タイミングの場合、エンジンは排気行程の終わりに、吸気バルブと排気バルブの両方が開いている「バルブ オーバーラップ」期間を持ちます。吸気バルブは排気ガスが完全にシリンダーから出る前に開き、そのかなりの速度が新鮮なチャージを引き込むのに役立ちます。エンジン設計者は、吸気バルブからの新鮮なチャージが排気バルブに到達した時点で排気バルブを閉じるようにして、新鮮なチャージの損失や未掃気の排気ガスを防ぐことを目指します。図では、バルブ オーバーラップ期間は赤と青の弧の重なりで示されています。

鍵：

• TDC = 上死点
• BDC = 下死点
• IO = 入口バルブが開く
• IC = 入口バルブが閉じる
• EO = 排気バルブが開く
• EC = 排気バルブが閉じる

いずれかのバルブは、ピストンヘッドが上死点または下死点に達する前に開きます。上死点または下死点に達する前にバルブが開くクランクシャフト角度の量は、バルブリードと呼ばれます。上死点または下死点に達した後にバルブが閉じるクランクシャフト角度の量は、バルブラグと呼ばれます。バルブオーバーラップは、バルブオーバーラップ中に吸気で排気バルブを冷却する二次的な手段です。一次冷却は、バルブシートに熱を放散することによって行われます。^[1]

レースカーのエンジンなど、常に比較的高速で作動するエンジンは、容積効率を最大化するために、バルブ タイミングにかなりのオーバーラップを持たせます。一方、ロード カーのエンジンは、1000 rpm 未満でアイドリングする必要があるため異なり、過度のバルブ オーバーラップがあると、新鮮なガスと排気ガスが混ざってスムーズなアイドリングができなくなります。可変バルブ タイミングは、カムシャフトの相対角度位置にわずかな変更を加えてバルブ オーバーラップを変化させることで、高回転での最大出力と低回転でのスムーズなアイドリングの両方を実現します。

多くの2 ストローク サイクルエンジンとオールヴァンケル エンジンにはカムシャフトやバルブがないため、ポートのタイミングはポートの機械加工、および/またはピストン スカートの修正 (2 ストローク アプリケーション) によってのみ変更できます。ただし、一部の過給2 ストロークディーゼル エンジン( Wilksch 航空エンジンなど) には、4 ストローク サイクル エンジンと同様にシリンダー ヘッドとポペット バルブが あります。

ディーゼルエンジンのバルブタイミングは、吸気バルブと排気バルブのタペットクリアランスにも依存します。

タペットクリアランスが小さいと、バルブは早く開き、遅く閉じます。^[2]タペットクリアランスが大きいと、バルブは遅く開き、早く閉じます。タペットクリアランスは、フィラーゲージと呼ばれる機器で測定されます。

蒸気エンジンなどの外燃エンジンでは、バルブタイミングの制御はバルブギアによって行われます。一般的なピストンバルブ配置では、各シリンダーの吸気と排気のタイミングは、2 つのポートを開く単一のピストンの動きによって制御されるため、密接に関連しています。ただし、吸気イベントの持続時間は逆転ギアを使用して制御 (「カットオフ」) できるため、巡航状態での蒸気使用量が削減されます。

カプロッティ バルブ ギアは内燃機関のバルブ ギアに近く、ポペット バルブを使用し、吸気と排気のタイミングを独立して制御できるように開発されました。ピストン バルブやそれ以前のスライド バルブほど広く使用されることはありませんでした。

• シリンダーヘッドポート
• バルブギア