夢の技術とも思われた5バルブエンジンはなぜ消えたのか?

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燃焼の解析できるようになった結果、効率の悪さが判明した

 現代のエンジンは、ほとんどが1気筒あたり4バルブを採用していますね。吸気バルブが2つ、排気バルブが2つという構成で、これはガソリンエンジンもディーゼルエンジンも同じです。そもそも吸気バルブ1つ、排気バルブ1つだった2バルブの構成から4バルブへと進化したひとつの理由は、より多くの空気を取り込むためです。 エンジンは吸い込んだ空気の量以上の仕事ができません。だから吸気バルブを増やして、バルブ面積を大きくすることで、吸入空気量を増やそうというのが狙いなんです。 そういう意味もあって、5バルブエンジンでは吸気バルブを1つ増やして3本にしたものが一般的です。しかしブガッティEB110のように排気バルブを3本にした5バルブもありました。これはターボエンジンで、ターボチャージャーへと向かう排気ガスの流れをコントロールする目的がありました。 クルマ用としては1989年に三菱が世界で初めて量産化していますが、5バルブエンジンのメーカーとして有名なのはヤマハで、その技術を使ったトヨタの4A-Gが有名な5バルブエンジンです。フェラーリもF355で5バルブを採用し、VW・アウディグループもスポーツエンジンを5バルブとしていました。 しかし現在5バルブエンジンはすっかりと姿を消してしまっています。その理由は燃焼室の形状と、吸気効率の悪さ、そしてバルブ系のフリクションロスの大きさです。燃焼室の形は燃焼効率に直結します。ひとつの理想は半円球のドーム型燃焼室で、表面積が最小となるので熱が逃げません。 2バルブでは問題はありませんが、4バルブではバルブ径が大きくできません。それで、表面積とバルブ径のバランスで三角屋根のようなペントルーフ型燃焼室がほとんどになっています。5バルブでバルブ径を確保しようとすると、ボコボコした多球形の燃焼室になってしまい、燃焼効率が悪化してしまいます。 また吸気バルブを2本から3本にすると、吸気ポートが横に広くなってしまい、吸気抵抗が増えたり、特定の回転域で乱流が発生したりします。その結果、吸入効率が悪くなります。さらに最新のエンジンのバルブ機構では、スイングアームを介して抵抗を低減するのが常識化していますが、5バルブでスイングアームを使おうとすると、スペースの面から難題です。 エンジンというのは燃焼というアナログな反応を利用するので、これまでは職人のカンみたいなもの、優秀なエンジニアの洞察力みたいなものが、意外なほど大きなアドバンテージを生み出しました。しかし、その燃焼がコンピューターで解析できるようになってきた現代では、画面の中で結果が見えるようになりました。あくまで物理の原理原則通りに作り込むことが、重要になっているのです。それが5バルブエンジンが過去のものになってしまった大きな要因だと思います。

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