●DOHCエンジンについてのひとこと

●昔はDOHC4バルブというと高回転出力重視のエンジン向けのメカニズムの代名詞でしたが

最近は普通の乗用車はもちろん、乗用車用ディーゼルエンジンでさえもDOHC4バルブが

当たり前のようになってきています

なぜたいして高回転まで回さないのにメーカーはDOHC4バルブのメカを採用するのかと疑問

に感じる人も多いと思いますので、今回はそのへんを書きたいと思います。

 

●まず、DOHC4バルブの当初の目的はクロスフロー配置の動弁系に於いて、重量軽減に

よる高回転でのバルブ追従性の向上を狙ったものですが、ただ高回転まで回れば良いと

いうのであれば、たとえば昔の日産A型レース用エンジンのようにOHV2バルブでも

10000rpmオーバーまで回すことも可能です。

しかし問題はその「正確性」で、OHVやOHCの場合、介在部品が多い、あるいは重いことに

よってバルブのジャンプやバウンスが高回転で多くなり、本来設計者が設計したカムリフト

カーブから外れることが多いため、回ることは回っても思ったようなパワーが出ないとか、

余裕をみてバルブリセスを大きめに取ったりして設計を詰めることにも限界があります。

要するに、ただ「高回転まで回れば良い」のではなく「高回転まで正確に回ってくれる」

必要があるのです。

そこでDOHCのメリットが生きるわけですが、今回はレーシングエンジンの話ではなく

あくまでも市販車についてですので、やや視点が変わってきます。

上記バルブ周りの話はわりと理解されやすいところですが、市販車の場合、やはり燃焼

効率の向上やエミッション性能の向上などが求められますので、そこでまず求められる

のは効率の良い燃焼室形状ということになります。

燃焼室の形状というのはOHV時代のバスタブ型やウエッジ型から半球型、多球型、そして

現在主流であるペントルーフ型へと進化してますが、この進化の理由は、熱効率向上

およびアンチノッキング性能の向上に他なりません。

熱効率を上げるためには同じ圧縮比であれば表面積を最小限にしたいですし、圧縮行程

で生じるスキッシュの流れをうまく利用することで着火性を増し、また、ノッキングに

対しての性能も上げることができます。 当然、アンチノッキング性能が上がればより

高圧縮比を実現できることにつながり、このことはエンジンの熱効率そのものを上げる

ことができます。

これらの性能をバランスよく実現できるのが、ペントルーフ燃焼室/センタープラグ配置

の可能なDOHC4バルブなのです。

つまり、現在の市販車のDOHC4バルブ化はバルブ機構側からのメリットというよりも

燃焼室側からのメリットを考えた際に、DOHC4バルブがもっとも自然に構成できると

いうのが大きな理由であると言えます。

と、ここで「それならばDOHCにしなくてもSOHCでもセンタープラグ/ペントルーフ

燃焼室を実現してるエンジンもあるじゃないか」という意見が出ると思います。

確かにそういうエンジンもありますが、そういった構造のエンジンの場合は現在の

エンジンに求められる高度な環境性能と動力性能のバランスという点で限界がある

ので、比較的排気量に対して出力が低めのエンジンでしか対応できません。

これは、以下で書くような可変バルブ機構の適用が難しいという根本的問題があります。

 

●現在のエンジンは高度な燃費性能と低回転から高回転までのフラットかつ大きなトルク

特性、そして環境(エミッション)性能が求められます。

自動車用エンジンは回転数と負荷が大きく変動するエンジンですので、これらのどんな

状況に於いても無駄のない、効率の良い運転状況が求められるわけで、それを達成する

のに現在、大きく貢献しているのがカムの制御技術です。

当初はVVTなどただカムとスプロケットの位相をずらしてオーバーラップを変えるだけの

ものから、現在はバルブトロニック、バルブマチック、VVEL等、バルブの開度はもちろん

リフトカーブまで自由にしかもバリアブルにコントロールできるまでに進化したシステム

により、大排気量高出力でありながらも低燃費、高環境性能を実現、また、逆に低排気量

エンジンでも低回転から大きなトルクを出すことができるようになっています。

また、バルブで直接スロットルコントロールの代替もできることからポンピングロスを

減らせたり、負荷の軽い領域ではミラーサイクル運転を可能にするなど、その制御の仕方

によって省燃費(=CO2削減)などのメリットが生まれます。

これらの制御は当然ながら吸気側、排気側双方を独立してコントロールできなければ意味

はないわけで、必然的にDOHCが採用されるわけです。

もちろん、これもSOHCでもできないことはありませんが、このメカニズムと前述した

センタープラグ等の配置を両立しようとするとバルブ周りのメカが複雑化してかえって

ヘッドが大型化してしまうことにつながってしまう可能性もあります。

その意味ではかえって機構学を駆使した複雑な機構よりも、DOHCをベースにしたほうが

シンプルで素直な設計にしやすいという意味もあるわけです。

また、エンジンというのは1つの形式がデビューするとだいたい15年〜20年ほどは進化

させながら使い続けますので、メーカーとしてもはじめから発展性を考えて設計しなけ

ればなりませんので、その意味でもSOHCヘッドよりもDOHCヘッドにしておいたほうが

自由度が高く、後々のマイナーチェンジに対応しやすいという意味もあります。

簡単ではありますが、このような理由が現在のエンジンにDOHC4バルブが多い理由と

言えるでしょう。 今はもう「DOHC=高回転高出力エンジン」という単純で古い考え

は捨てたほうが良いと私は思います。

 

●もちろん、だからといってDOHCが完璧というわけではありません。

その高度なメカニズムの裏返しとしてどうしてもヘッドが複雑で重く大きくなりやすい

傾向があるので、エンジンの寸法が高くなったり、重心位置が高くなったりします。

たとえばアメリカのV8エンジンなどは今でもOHVを採用していますが、OHVのおかげ

でその排気量からすれば驚異的にコンパクトでかつ軽量、低重心なエンジンとなって

いて、その意味では大きなメリットとなっていることは事実です。

もちろん、環境性能という点ではどうしても劣ってしまうことは否めませんが。

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