カムレスエンジンはどこにあるのでしょうか?

Jul 27, 2023

最近電気自動車が大流行していますが、古いスタンバイである内燃機関のことを忘れないでください。 現代の内燃エンジンはエンジニアリングの驚異です。 今日のエンジンとその周辺システムは、これまでのものよりも優れた出力、優れた燃費、低排出ガスを備えています。 何世紀にもわたるエンジニアリング時間が、1 つの注目すべき例外を除いて、エンジンのあらゆる側面の改善に費やされました。 ピストン駆動の量産車でエンジンのカムシャフトを排除できた自動車メーカーはありません。 ここで皮肉なことに、カムレス エンジンは比較的簡単に構築できるということです。 平均的なハッカーは、ワークショップで小型の 4 ストローク エンジンをカムレス操作用に改造することができます。 実用的なデバイスではありませんが、実験や学習のための優れたテストベッドとなるでしょう。

多気筒ガソリン エンジンは複雑です。 何百もの部品が同期して動く必要があります。 バルブが開閉し、インジェクターが燃料を噴霧し、点火プラグが点火し、ピストンが上下に動きます。 すべては4ストロークの「吸気、圧縮、燃焼、排気」オットーサイクルに従います。 カムシャフトは、エンジンのバネ仕掛けの吸気バルブと排気バルブを開閉することによって、この大部分を制御します。 シャフト上のローブがタペットを押し、バルブステムとバルブ自体を動かします。 カムシャフト自体は、タイミングギア、チェーン、ベルトを介してクランクシャフトの半分の速度で駆動されます。 オーバーヘッド カム エンジンなど、一部のバルブ トレインは比較的単純です。 カムインブロック設計などの他の設計はより複雑で、カムローブの動きをバルブの動きに変換するためにプッシュロッド、ロッカー、その他の部品が必要です。

バルブが開く正確なタイミングと速度は、カム ローブのプロファイルによって決まります。 自動車レースやパフォーマンス愛好家は、エンジンの要件に応じてカムシャフトを、より積極的なプロファイルと異なるタイミング オフセットを備えたものに変更することがよくあります。 ただし、すべてにコストがかかります。 最大出力を得るために加工されたカムシャフトは一般にアイドリングが悪く、エンジンの始動が困難になります。 ローブのプロファイルが強すぎると、バルブの浮きが発生し、高 RPM でバルブが完全に固定されなくなる可能性があります。

エンジンメーカーはカムシャフトの限界を回避するために何年も費やしてきました。 その結果、無数の独自のソリューションが生まれます。 ホンダにはVTEC（Variable Valve Timing and Lift Electronic Controlの略）が搭載されています。 トヨタにはVVT-iが搭載されています。 BMWにはVANOSがあり、フォードにはVCTがあります。 これらすべてのシステムは、バルブの動作をある程度調整する方法を提供します。 VANOS は、タイミング チェーン上の 1 ～ 2 つの歯を動かすのと同様に、カムシャフトを通常のタイミングに対してわずかに数度回転させることによって機能します。 これらのシステムは機能しますが、機械的に複雑になる傾向があり、修理に費用がかかります。

簡単な解決策はカムレスエンジンを採用することだろう。 これは、カムシャフト、タイミングベルト、および関連ハードウェアのほとんどを排除することを意味します。 ソレノイドまたは油圧アクチュエータは、無限に変化する方法でバルブを開閉します。 バルブを無限に開いたままにすることもでき、最大出力が必要ない場合にはシリンダーを効果的に停止します。

では、なぜ私たちは皆カムレスエンジンを運転しないのでしょうか? 理由はいくつかあります。 カムシャフト エンジンに対するカムレス エンジンの利点は、キャブレターに対する電子燃料噴射 (EFI) の利点に似ています。 核となる燃料インジェクターはソレノイド制御バルブです。 燃料ポンプは一定の圧力を提供します。 エンジン コントロール ユニット (ECU) は、シリンダーに燃料を噴射するのに適切なタイミングでインジェクターを点火します。また、コンピューターは、現在のスロットル位置に適切な量の燃料が噴射されるように、バルブを十分な時間開いたままにします。 電子的には、これはカムレス エンジンに必要なものと非常に似ています。 それで何が与えられるのでしょうか？

30 代以降のハッカーは、1970 年代後半から 1980 年代前半まではキャブレターが王様だったことを覚えているでしょう。 企業は 1950 年代から EFI の実験を行っていました。 このシステムは、70 年代の厳格な公害法が施行されるまで主流になりませんでした。 クリーンで燃料効率の高いキャブレターエンジンを作ることは可能でしたが、非常に多くの機械的および電子的アクチュエーターが必要となるため、EFI の方が優れた代替手段でした。 そのため、70 年代の法律はキャブレターの存在を事実上規制しました。 カムレスエンジンについてもほぼ同じことを検討しています。 欠けているのは、問題を強制するための規制だ。