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3,000 rpm では、4 ストローク エンジンは毎分 1 シリンダーあたり 1,500 の燃焼サイクルを完了します。吸気バルブと排気バルブはそれぞれ、正確に定義されたクランク角度で、1 度あたり数千回もドリフトすることなく開閉する必要があります。その規律を担うコンポーネントはカムシャフトです。単にバルブを押し開くだけではありません。いつ開くのか、どのくらい開くのか、どのくらいの時間開いているのかが決まります。これら 3 つの決定によって、エンジンのパワー バンド、燃費、排出ガス、アイドル状態の品質が決まります。この記事では、カムシャフトがエンジンのバルブ タイミングをどのように制御するか、主要なタイミング パラメータが実際に何を意味するか、および製造精度がタイミング精度と切り離せない理由について説明します。
カムシャフトは、自身の回転を正確にスケジュールされたバルブの動きに変換することでバルブ タイミングを制御し、クランクシャフトは 2:1 の固定駆動比を通じてそのスケジュールを確立します。
従来の 4 ストローク エンジンでは、吸気、圧縮、出力、排気という完全なサイクルごとにクランクシャフトが 2 回回転します。カムシャフトは同じ周期で１回転します。タイミング チェーン、ベルト、または歯車列が 2 つのシャフトを固定するため、カムシャフトの位置は常にクランクシャフトの位置の既知の関数となります。比率が変化した場合、またはチェーンの伸びによって関係が変化した場合、バルブは間違ったピストン位置で開閉し、動力の損失や、場合によってはピストンとバルブの接触を引き起こす可能性があります。
各バルブはカムシャフト上の専用のローブによって操作されます。カムシャフトが回転すると、ローブのプロファイル (ベース サークル、開口部フランク、ノーズ、閉口フランク) がリフターまたはタペットを押し、直動バケットまたはロッカー アームを介して動きを伝達します。ローブがバルブを解放すると、バルブ スプリングがバルブをシートに戻します。回転速度ではなく、ローブの形状によってタイミング シグネチャが確立されます。
ローブの 3 つのパラメーターが最も重要です: リフト、持続時間、フェーズです。これらは、アイドル時のスムーズさからピークパワーまで、エンジン動作のあらゆる側面にカスケード的に影響を与えます。
リフトとは、バルブがシートから移動する最大距離であり、ミリメートルまたは 1000 分の 1 インチで測定されます。リフトが大きくなると、より多くの空気がシリンダーに入りますが、バルブトレインの応力も増大し、エンジンの高速回転時のバルブの浮きを防ぐためにより硬いバルブスプリングが必要になります。
持続時間は、バルブがシートから離れた状態を維持するクランクシャフトの度数です。持続時間が長くなると、シリンダーが充填または空になるまでの時間が長くなり、高回転パワーがサポートされますが、一般にパワーバンドが上方にシフトし、低速トルクが弱まります。持続時間が短い純正カムはスムーズにアイドルします。吸気イベントと排気イベントが相互に影響し合うため、持続時間が長いレースカムはおおよそアイドル状態になります。
ローブ分離角 (LSA) は、同じシリンダーの吸気ローブと排気ローブの中心線間の角度です。 LSA を厳しくすると、バルブのオーバーラップ、つまり両方のバルブが部分的に開いている上死点付近の期間が増加します。オーバーラップは、高いエンジン速度での排気掃気を補助しますが、アイドリングの安定性と低 rpm 効率を低下させます。タイミングポイントは通常、指定されたバルブリフト、通常は 0.05 インチ (1.27 mm) で評価されるため、さまざまなサプライヤーのカムを同等の基準で比較できます。
| パラメータ | 定義するもの | 実際の効果 |
|---|---|---|
| リフト | 最大バルブ開度距離 | リフトが高いと空気流量が増加しますが、バルブトレインのストレスも増加します |
| 期間 | バルブが開いたままになるクランク角度 | 持続時間が長くなり、高回転パワーバンドが拡大します。 |
| ローブ分離角度 | 吸気ローブ中心と排気ローブ中心間の角度 | より厳密な LSA により、オーバーラップとトップエンドの応答が向上します |
| オーバーラップ | 両バルブ半開期間 | オーバーラップが増えると清掃が容易になりますが、アイドル状態の品質が低下します。 |
| カムフェージング(VVT) | クランクに対するカムのタイミングのずれ | エンジン速度と負荷に合わせてタイミングを調整します |
吸気バルブは上死点で正確に開きませんし、排気バルブは下死点で正確に閉じません。製品のカムシャフトは、ガス流の慣性を利用するために、ピストンの位置に対して意図的に前進または後退させられます。
吸気バルブは通常、上死点前 10 ～ 30 度で開き、下死点後 40 ～ 70 度で閉じます。遅れて吸気を閉じると、入ってくる空気の勢いを利用して、ピストンが上昇し始めた後もシリンダーを充填し続けます。排気バルブは下死点前 40 ～ 70 度で開き、上死点後 10 ～ 30 度で閉じます。排気を早めに開くと、少しの膨張仕事と引き換えに、次の吸気行程が始まる前に燃焼ガスを排出する時間が長くなります。
その結果、吸気イベントと排気イベントが上死点付近で重なり合います。穏やかな乗用車用エンジンのオーバーラップ角度は 20 ～ 40 度のみですが、広いパワーバンドを備えた高性能エンジンでは 60 度以上のオーバーラップ角度が使用される場合があります。ローブ プロファイルとインストールされた位相によって、これらの数値が設定されます。そのため、シリンダー ヘッドに触れることなく、カムシャフトを交換するか、クランクシャフトに対して VVT カムシャフトを回転させることによってバルブ タイミングを調整できるのです。
バルブタイミングの正確さは、カムシャフトとその位置を決める駆動システムと同程度です。ローブが摩耗すると揚力が減少し、開口部のランプが遅くなり、空気の流れが遮断され、パワーバンドが変化します。タイミングチェーンが伸びると、クランクシャフトに対してカムシャフトが遅れ、バルブイベントが遅れ、サイクルの間違った部分でのオーバーラップが増加します。症状としては、アイドリングの荒れ、低速トルクの弱さ、燃料消費量の増加、そして最悪の場合、タイミングが大きく飛びすぎるとピストンとバルブの接触が発生します。
振れは、あまり明らかではないタイミング エラーの原因です。カムシャフトが曲がったり、ベアリングジャーナルが中心からずれて研磨されたりすると、シャフトが回転するにつれて各ローブの有効タイミングが変化します。通常、製造仕様では、ジャーナル振れは 0.02 mm (0.0008 インチ) 未満に抑えられます。これは、小さな誤差でもバルブの動きが不安定になり、ローブが不均一に摩耗するためです。
オートバイのカムシャフトも、繰り返し率が高くなると同じ問題に直面します。 8,000 ～ 12,000 rpm でのバルブ イベントは、ほとんどの自動車エンジンの約 2 倍の速さで発生するため、小さなローブや振れ誤差が中速域の速度では明らかな失火になります。あ ヤマハバイクカムシャフト 正確なローブ対称性と制御された表面仕上げが提供され、回転範囲全体でこれらのイベントを安定させます。
卸売オートバイカムシャフト-YAMAHA-4GT-E2170-01サプライヤー、メーカー、コンプ 安徽省コルバー機械有限公司中国の卸売ヤマハ-オートバイ カムシャフト-4GT-E2170-01 のサプライヤー、メーカー、会社、私たちは... 製品を見る→ 多くのエンジンは、固定されたカムシャフト位置に依存しなくなりました。可変バルブ タイミング (VVT) システムは、エンジンの作動中に、油圧または電動アクチュエータを使用してカムシャフトをクランクシャフトに対して回転させ、制御された度数 (通常は 20 ～ 60 度の位相調整権限) でカムシャフトをシフトします。エンジン コントロール ユニットは、低速および中速域の速度でインテーク カムシャフトを前進させてトルクを向上させ、次に高速度で遅角させて最高出力を維持します。一部の設計では、排気カムシャフトを位相調整したり、切り替えタペットを使用して 2 つの異なるリフト プロファイルを選択したりすることもできます。
VVT は、ピストンに対してローブ プロファイルが適用される場所で変化します。正確なローブ形状の必要性がなくなるわけではありません。カムシャフトの基本精度によって、エンジンがどれだけクリーンに作動するかが決まります。ローブのプロファイル、ローブ間の間隔、およびジャーナルの振れが許容範囲内に保たれていない場合、カムシャフトを前進および遅らせても、不正確なパターンが移動するだけです。
バンクツーバンク VVT を備えたヨーロッパのエンジンが良い例です。カムシャフトは、エンジン制御モジュールが読み取るトリガー ホイールとセンサーの機能にも一致している必要があります。あ VWカムシャフト これらの詳細が欠けていると、たとえローブ プロファイルが正しくても、障害コードが設定されます。
卸売車のカムシャフト-VW-KB-337 サプライヤー、メーカー、会社 安徽省コルバー機械有限公司中国卸売 VW 車カムシャフト KB-337 のサプライヤー、メーカー、会社です。当社は VW 車カムシャフトを提供しています。 製品を見る→ バルブ タイミングは机上では設計のトピックですが、生産ラインでは製造のトピックになります。エンジニアリング ソフトウェアのローブ プロファイルは、工作機械と熱処理サイクルによって許容範囲内で生成されるまでは、理想的な形状にすぎません。ローブのプロファイル、ローブの間隔、ジャーナルの同心度の小さな変動は、シリンダ間のタイミングの違いに直接影響します。
KORBOR は 25 年以上にわたり、唯一の製品ラインとしてカムシャフトを製造しており、ブランク鋳造から仕上げ研磨部品まで一貫した施設で 800 を超える自動車および 600 を超えるオートバイのカムシャフト モデルをカバーしています。同社は、寸法安定性を失うことなく硬度と耐摩耗性を維持するために、合金の選択と焼き戻し、浸炭、焼入れを組み合わせた、欠陥ゼロの生産哲学を備えた IATF16949:2016 品質システムを運用しています。エンジン製造業者や部品販売業者にとって、これらの詳細は重要です。印刷公差を満たすカムシャフトが、バルブでの設計されたタイミング イベントを保証するものだからです。
A トヨタ車のカムシャフト交換 たとえば、工場出荷時のタイミング チェーンと VVT アクチュエータが意図したクランク角度で動作するように、同じ制限内で元のローブ プロファイルとジャーナル形状を再現する必要があります。同じ原理がすべてのエンジン ファミリに当てはまります。つまり、加工と熱処理の一貫性が高まるほど、エンジンはタイミング仕様に定められたとおりに動作します。
卸売車のカムシャフト-トヨタ-KB-014 サプライヤー、メーカー、会社 安徽省コルバー機械有限公司中国の卸売トヨタ-車のカムシャフト-KB-014 サプライヤー、メーカーおよび会社、私たちはトヨタ-車のカムシャフトを提供しています。 製品を見る→ カムシャフトがバルブ タイミングをどのように制御するかを理解することは、交換用カムシャフトやパフォーマンス カムシャフトを選択する際に適切な質問をするのに役立ちます。購入前に確認すべきこと:
紙の上ではアグレッシブに見えますが、ずさんな開口ランプで研削されているローブ プロファイルでは、バルブで意図したタイミング イベントが実現されません。カムシャフトのみに関する長い経験と文書化された品質システムを持つサプライヤーは、バッチごとにこれらの公差を維持するのに有利な立場にあります。コルボールさん カムシャフトだけを作り続けて25年 そしてその IATF16949認証の品質システム これは、生成されるすべてのローブ プロファイルの背後にある実際的な保証です。カムシャフトがより大きなバルブトレインにどのように適合するかをより広範囲に見たい読者は、このまま続けることができます。 自動車用カムシャフト タイミング システム ガイド .
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