バルブオーバーラップとは？ エンジン出力への影響を解説
車を知りたい
先生、バルブオーバーラップってなんですか？吸気と排気のバルブが同時に開くって、何か意味があるんですか？
自動車研究家
良い質問だね！バルブオーバーラップは、エンジンの性能を上げるための重要な仕組みなんだ。簡単に言うと、排気ガスの勢いを利用して、より多くの新鮮な空気をエンジンに送り込む効果があるんだよ。
車を知りたい
排気ガスの勢いですか？
自動車研究家
そう！勢いよく排気ガスが出ていく時に、吸気バルブも少し開くことで、その流れに引っ張られるように新鮮な空気がエンジン内に入ってくるんだ。イメージとしては、掃除機でゴミを吸い込む時に、反対側から少し風を送ると、より多くのゴミを吸い込めるのに似ているかな。
バルブオーバーラップとは。
「バルブオーバーラップ」とは、自動車のエンジンにおいて、吸気バルブと排気バルブが同時に開いている状態、およびその期間を示すクランク角度のことです。吸気バルブはピストンが上死点に達する前に開き始め、下死点を過ぎてから閉じます。一方、排気バルブは下死点に達する前に開き始め、上死点を過ぎてから閉じます。このため、吸気バルブが開き始めてから排気バルブが閉じるまでの間、両方のバルブが同時に開いた状態になります。
このオーバーラップ期間には、燃焼後の排気ガスを新しい空気で押し出す効果があります。しかし、エンジンの回転数が低いアイドリング時などには、排気が吸気側へ逆流してしまう場合があり、エンジンの安定性を損なう要因となります。逆に、高回転時には、より多くの混合気をエンジンに送り込むためにバルブオーバーラップを大きくすることで、出力を向上させる効果が期待できます。
近年採用が進んでいる可変バルブタイミングシステムは、エンジンの回転数や負荷に応じてバルブオーバーラップを最適に制御することで、低回転域での安定性と高回転域での出力向上を両立させています。
バルブオーバーラップの基礎知識
エンジン内部では、ピストン運動と連動して吸気バルブと排気バルブが開閉し、混合気の吸入と排気ガスの排出を行っています。 バルブオーバーラップとは、排気行程から吸気行程に移り変わる際に、吸気バルブと排気バルブが同時に開いている状態のことを指します。
通常、バルブは吸気と排気がそれぞれ独立して行われるように設計されています。しかし、高回転化を目指すエンジンなどでは、あえてバルブオーバーラップの期間を設けることで、 排気ガスの流れを利用してより多くの混合気をシリンダー内に取り込み、出力向上を図るのです。
吸排気バルブの同時開閉とその役割
エンジンの吸気と排気を行う吸排気バルブ。バルブオーバーラップとは、排気行程から吸気行程に移る際、吸気バルブと排気バルブが同時に開いている状態を指します。このわずかな時間の重複が、エンジンの出力特性に大きな影響を与えます。
バルブオーバーラップとエンジン出力の関係
バルブオーバーラップは、吸気バルブと排気バルブが同時に開いている状態を指します。このわずかなオーバーラップ期間が、エンジンの出力特性に大きな影響を与えます。
一般的に、バルブオーバーラップ量が多いエンジンは、高回転域での出力向上に有利とされています。これは、高回転時には、排気ガスの勢いを利用してより多くの混合気を吸入できるためです。しかし、低回転域では、逆に排気効率が低下し、トルクが減少する傾向にあります。
一方、バルブオーバーラップ量が少ないエンジンは、低回転域でのトルクが大きく、扱いやすい特性になります。これは、低回転時でも排気干渉が少なく、安定した燃焼が得られるためです。しかし、高回転域では、吸入できる混合気量が制限され、出力は頭打ちになります。
このように、バルブオーバーラップは、エンジンの出力特性を大きく左右する要素の一つです。最適なバルブオーバーラップ量は、エンジンの用途や求められる性能によって異なり、高出力と低燃費、扱いやすさのバランスを考慮して設計されます。
低回転時におけるデメリットと対策
バルブオーバーラップは、高回転時に効果を発揮する一方で、低回転時にはデメリットも生じます。 吸気行程にある程度排気ガスが混入することで、燃焼が不安定になり、トルクが低下してしまうのです。
このデメリットを解消するために、可変バルブタイミング機構（VVT）が採用されています。 VVTは、エンジン回転数や負荷に応じてバルブオーバーラップ量を最適に制御するシステムです。 低回転時はオーバーラップ量を減らし、安定した燃焼とトルク向上を実現します。
このように、バルブオーバーラップは諸刃の剣といえるでしょう。しかし、VVTなどの技術革新によって、そのデメリットは克服されつつあります。
可変バルブタイミングによる最適化
バルブオーバーラップは、エンジンの出力特性を大きく左右する要素の一つですが、その効果を最大限に発揮するためには、運転状況に応じた最適なバルブタイミング制御が不可欠です。
そこで登場するのが「可変バルブタイミング機構」です。
この機構は、エンジン回転数やアクセル開度に応じて、吸気バルブの開閉タイミングを連続的に変化させることで、低回転域では排気ガスの浄化と燃費向上、高回転域では充填効率向上による出力向上を実現します。
近年では、さらに進化した技術として、吸気側と排気側の両方に可変バルブタイミング機構を備え、バルブオーバーラップ量を自在に制御するシステムも登場しています。
これにより、エンジンの出力、燃費、排ガス性能を、より高次元でバランスさせることが可能となりました。