【自動車用語辞典:エンジン「動弁機構」】「シングルカム」と「ツインカム」の違いは? バルブの開閉を担う大切な機構

■DOHCは高回転・高出力指向。SOHCは小型軽量で低コスト

●適切なタイミングで吸・排気弁を開閉する機構

空気や混合気をシリンダーの中に吸入するための吸気弁、燃焼ガスをシリンダーの外に排出するための排気弁。それぞれをカムシャフトを使って適切なタイミングで開閉する機構を動弁機構と呼びます。今回は、代表的なシングルカムSOHC(Single Overhead Camshaft)方式とツインカムDOHC(Double Overhead Camshaft)方式を比較しながら、動弁機構の構造と役割について解説していきます。

●カムシャフトの役割

SOHCとDOHCの違いを説明する前に、まずエンジンにおけるカムシャフトの役割についてです。

4ストロークエンジンでは、シリンダーの中をピストンが2往復する間に吸気、圧縮、燃焼、排気行程の4行程を行い、エンジンは2回転します。吸気行程では、吸気弁の開閉によって空気と燃料をシリンダー内に吸入し、排気行程では排気弁の開閉によって燃焼ガスをシリンダー外に排出します。

吸・排気弁を適切なタイミングで開閉する役目を担っているのがカムシャフトです。カムシャフトには、弁の開閉時期やリフトを実現するプロファイルをもつ卵の断面のような形状のカム山が、吸・排気弁の数だけ、配列されています。

このカムシャフトを、クランクが2回転する間に1回転するように、タイミングベルトまたはタイミングチェーンで連動させ、吸・排気弁を開閉します。

●SOHCとDOHCの違い

カムシャフトの配置の違いによって、1つのカムシャフトで吸・排気弁を駆動させるSOHCと、吸・排気弁それぞれを1つのカムシャフトで駆動させるDOHCの2方式があります。また、弁を駆動する方式には、カムシャフトのカム山で直接弁を駆動させる直動式と、ロッカーアームやスイングアーム(小さなロッカーアーム)を使ってテコの原理で駆動させる方式があります。

SOHCは1本のカムシャフトをシリンダヘッドの中央に配置し、ロッカーアームを介して左右に配置された吸・排気弁を駆動させます。一方、DOHCでは吸・排気弁の直上にそれぞれのカムシャフトを配置して直接弁を駆動させるか、スイングアームを介して弁を駆動します。

現在は高出力化が可能な1気筒あたり4弁(吸気弁×2、排気弁×2)エンジンが標準的であり、それに対応しやすいDOHCエンジンが主流となっています。

●SOHCとDOHCの得失

DOHCの最大のメリットは、燃焼室形状や弁挟み角(吸気弁と排気弁の軸がなす角度)などの設計自由度が高いことです。カムシャフトが吸・排気側にそれぞれ配置されるので、点火プラグが燃焼室中央に配置でき燃焼効率の向上に有利です。

また吸・排気弁の挟み角を大きくできるので、燃焼室がペントルーフ(屋根型)形状にできます。これによって、吸・排気弁径が大きくとれて出力向上につながります。

SOHCではシリンダヘッド中央にカムシャフトが配置されるため、点火プラグを燃焼室中央に配置するのは難しくなります。また、弁径を大きくするために吸・排気弁の挟み角を大きくすると、ロッカーアームのアームが長くなり、アームがたわみ弁開閉タイミングの精度が下がってしまいます。

これらの特徴を踏まえ、DOHCエンジンは、高回転・高出力エンジンと呼ばれています。一方SOHCは部品点数が少なく、小型軽量で低コストです。またカムシャフトが少ない分、フリクションが小さく、燃費には有利です。


DOHCエンジンは40年前には高出力エンジンの代名詞として位置づけられていましたが、現在はごく一般的な標準エンジンになっています。SOHCとDOHCのどちらが優れているかという議論でなく、クルマのコンセプトや要求性能などによって、使い分けることが重要です。

(Mr.ソラン)

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