昔、車の吸気バルブと排気バルブは、4 ストローク サイクルの特定の時点で、特定の時間、特定の量だけ開きました。 それはとても簡単でした。 しかし、今日では、多くのエンジンは、バルブが開くタイミングだけでなく、どのくらい開くか、どのくらいの時間開くかを変更できます。つまり、新しい車は、バルブのタイミング、バルブ リフト、およびバルブの持続時間を変更できます。 可変バルブタイミング（VVT）の仕組みを見てみましょう。
多くの人にとってこれはレビューですが、新世代の車愛好家に車を気にしてもらいたい場合は、実際にどのように機能するかを説明しても問題ありません.
可変バルブタイミング
一般的なエンジンの吸気バルブと排気バルブは、カムシャフトのローブを介して開かれます。 デュアルオーバーヘッドカムエンジンでは、排気バルブと吸気バルブのカムシャフトが別々になっています。 これらのカムシャフトは硬化した鉄または鋼でできており、タイミング ベルト、チェーン、またはギアを介してクランクシャフトに接続されています。 現代のガソリン エンジンは 4 ストローク サイクルを採用しているため、クランクシャフトが 2 回転するごとにカムシャフトが 1 回転することになります。
この点を補強するために、エンジンの吸気行程を考えてみましょう。 吸気バルブが開いています。つまり、カムシャフト ローブがカム フォロアを押してバルブを開いています。 このカムローブの動きをたどって、クランクシャフトの動きと比較してみましょう。
吸気バルブが開いている間、ピストンは下死点に向かって下降します。 エンジンが下死点に達すると、クランクシャフトは 180 度回転します。 次に、ピストンが上昇して混合気を圧縮します。 ピストンが上死点に達すると、クランクシャフトが 1 回転します。
次に、点火プラグが燃料混合物に点火し、ピストンを下死点に戻します。 この時点で、クランクシャフトは 1.5 回転しています。 排気弁が開き、ピストンが上死点まで戻ります。 クランクシャフトが完全に 2 回転しました。
そのピストンがほぼ上死点にあると、監視しているカムシャフトローブが元に戻り、吸気バルブが開き、ピストンが元に戻ります。 したがって、クランクシャフトが 2 回転すると、カムシャフトは 1 回転します。
異なるエンジンの異なるストローク
1960 年代に、自動車メーカーは、4 ストローク サイクルで吸気バルブと排気バルブを早くまたは遅く開くことができる可変バルブ タイミング システムの開発を開始しました。 その目的は、容積効率を改善し、NOx 排出量を減らし、ポンピング損失を減らすことでした。
今日、可変バルブ タイミングには、カム フェージングとカム チェンジの 2 つの主要なタイプがあります。 カム交換では、エンジン制御ユニット (ECU) がエンジン負荷と速度に基づいて異なるカム プロファイルを選択しますが、カム フェージングでは、アクチュエーターがカムシャフトを回転させ、位相角を変更します。 バルブのタイミング、リフト、持続時間を変えるには何十通りもの方法があるので、ここではトヨタの VVT-i とホンダの VTEC を見ていきます。
VVT-i を見る前に、センサーについて簡単に説明しましょう。 VVT システムはあらゆる種類のセンサーを使用しますが、最も重要なのはカムシャフトとクランクシャフトの位置センサー (多くの場合、ホール効果センサー) です。 ECU はこれらのセンサーを使用して、ピストンの位置とバルブの位置との関係を監視します。 クランクシャフトはロッドとピストンに接続されており、カムシャフトのローブがバルブ リフト イベントをトリガーします。 したがって、クランクシャフトとカムシャフトの位置センサーからの情報を使用して、ECU はエンジンの回転速度と、ピストンと吸気バルブと排気バルブの相対位置を知ることができます。
カム フェージング
カム フェーズは、通常、クランクシャフト角度に対して約 60 度の範囲でカムシャフトを回転させることによって、バルブ リフト イベントを進めたり遅らせたりします。 吸気バルブが通常、上死点の 5 クランクシャフト前に開き、上死点後 185 クランクシャフト (下死点後 5 度) で閉じるとします。 バルブタイミングを10度遅らせるとは、バルブの開閉が10度遅くなる、つまり上死点後5度開いて上死点後195度で閉じることを意味します。 カムシャフトのタイミングを遅らせることにより、エンジンはより良い高回転トルクを達成しますが、吸気カムシャフトのタイミングを進めると、低回転でより良いパワーを生み出します。
バルブタイミングを変更するために使用されるさまざまな方法論が数多くあります。 各メーカーは、独自の VVT システムに独自の名前を付けています。 トヨタは VVT-i® を使用し、ホンダは VTEC® を使用し、三菱は MIVEC® を使用し、リストは続きます。 トヨタのVVT-iシステムがどのように機能するか見てみましょう。
上のビデオに示されている VVT システムは、トヨタの VVT-i のバリエーションですが、ホンダには VTC と呼ばれる同様のシステムがあります。 このシステムでは、ECU はカムシャフト ポジション センサー、クランクシャフト センサー、オイル温度センサー、マス エア フロー センサー (MAF)、およびエンジン クーラント温度センサーから信号を受信し、その情報を使用してオイル コントロール バルブへの出力信号を調整します。 このバルブは油圧アクチュエータとして機能し、タイミングチェーンを介してクランクシャフトに接続されたハウジング内のローター (カムシャフトに接続されている) を回転させます。 ECU がカム位相角を変更すると、ECU は引き続きすべてのセンサーから入力を受信し、ローターへのオイル供給を継続的に調整します。
好き 電子スロットル制御、これは閉ループシステムです。つまり、現在のカムシャフト位相角と最適なカムシャフト角の差が、ECU に送信される「エラー信号」になります。 コンピュータはエラー信号を使用してアクチュエータへの出力を調整し、必要なカムシャフトの位相角を取得します。
カムチェンジ
他の VVT システムは、クランクシャフトに対するカムシャフトの位相角だけでなく、カムシャフト ローブの形状を変更します。 カム プロファイルを変更すると、バルブ リフト (バルブが開く距離) だけでなく、バルブ持続時間 (バルブが開いている時間) にも影響します。 上の画像は、バルブのリフトと持続時間に影響を与えるカムシャフト ローブの特徴を示しています。
より高いエンジン速度では、多くの VVT システムがよりアグレッシブな (つまり、高リフトと高持続時間) カム ローブ プロファイルに変更されます。 一部の可変バルブ リフト システムは、カムシャフトを軸方向に移動させて、より高いプロファイルのローブがカム フォロアにかみ合い、より多くのバルブ リフトを生成します。 ホンダの VTEC (yo) のような他のものは、油圧作動ピンを介して低速ロッカー アームにハイ プロファイル ロッカー アームをロックします。 よりアグレッシブなカム ローブがこのハイ プロファイル ロッカー アームを作動させ、吸気バルブにより多くのリフトを提供し、より多くの空気をシリンダーに送り込みます。
視覚に敏感な読者のために、Engineering Explained は、ホンダの VTEC システムがどのように機能するかを詳しく説明しています。