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内燃機関超基礎講座 | バルブ駆動のメカニズム:直動とロッカーアーム駆動

  • 2021/05/11
  • Motor Fan illustrated編集部
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カムシャフトの回転運動をバルブの直線運動に変える。その仕組みの代表は「直動」と「ロッカーアーム駆動」である。それぞれの基本構造ならびに採用の目的についてまとめた。
TEXT:松田勇治(MATSUDA Yuji)

カムシャフトの回転運動をバルブに伝える仕組みとして最もシンプルなのは「直動(直打)式」だ。バルブ側が備えるリフター(バケットタペット)をカム山が直接押し込むことで、バルブを開いた状態にする。カムとバルブの間に介在する要素がないので、バルブはカムプロファイル通りにリニアに上下動し、高回転域での追従性に優れるとされることから、高回転高出力型エンジンでの採用例が多い。バルブクリアランスは、タペット部に備わるラッシュアジャスターで自動的に調整することが一般的である。

これに対して、カム山がアームを介してバルブを駆動する構造を、広く「ロッカーアーム駆動式」と呼んでいる。バルブ駆動用のアームは支点、力点、作用点を持っており、カム山が力点を押すと作用点がバルブを押し込むように動く。アームのレバー比によってリフト量を調整しやすいなどの利点を持つ。正確には、支点が端部にあって反対側の端部が作用点となるものを「スイングアーム」、支点が中間部にあるものを「ロッカーアーム」と呼ぶ。

最近の主流は、力点にニードルベアリング内蔵のローラーを備えた「ローラーロッカーアーム」によるものだ。ローラーはカムフォロワーとして機能し、カム山に押されながら回転することで接触面の抵抗を軽減するため、摩擦損失低減に寄与する。ローラーロッカーアームのうち、長さがごく短く、レバー比よりもローラーの効果を最優先したような構造のものを「ローラーフィンガーフォロワー」と呼ぶこともある。

SOHC+ロッカーアーム駆動の例。1本のカムシャフトで吸気側/排気側それぞれ1本のバルブを駆動するため、カムシャフトには両側に対応したカムロブを備えている。直動化も不可能ではないが、カムリフトが大きくなりすぎるなどの問題から現実的ではない。そこでロッカーアームを介しての駆動となる。イラストはメルセデス・ベンツAクラス用エンジンのバルブトレーン周り。
DOHC+直動の例。DOHCヘッドの場合、カムシャフトをバルブのすぐ近くに置くことができるので、わざわざロッカーアームを介さずともカム山で直接バルブを押し下げる直動式が採用しやすい。特にバルブ挟角の大きいエンジンでは、直動式とすることでヘッド周りの寸法のコンパクト化に寄与する面もある。
DOHC+ロッカーアーム駆動の例。現状の主流となっているのがこのタイプ。バルブ挟角の狭角化を実現するため、ごく短いローラーロッカーアームを介してバルブを駆動、ローラーの回転による抵抗低減効果を利用し、摩擦による機械損失を低減して効率を高める。イラストはバルブトロニックを採用するBMWのN52型直列6気筒エンジン。

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