補機シリンダーヘッドに同心スプリングを採用するメリット
なぜ補機シリンダーヘッドに同心スプリングが採用されるのか?
補機のシリンダーヘッドには同心スプリングが取り付けられ、排気弁と吸気弁の開閉を助けます。
排気弁と吸気弁に同心スプリングを採用する理由は以下の通りです:
- 一方のスプリングが破損しても、もう一方が弁を保持します。
- 吸気弁と排気弁のスプリング線径を薄くできます。
- 1本の大型スプリングに必要なスペースを削減できます。
- スプリングの固有振動数がカムシャフト回転数の調和数と一致すると、スプリングが軸方向に振動しサージが発生します。異なるサイズのスプリングを内外に組み合わせることでこれを防止できます。
- スプリングにかかる側面推力を打ち消します。一方を左巻き、他方を右巻きにすることで、合成推力をゼロにします。
同心スプリングの応用
- 2本のスプリングにより荷重容量が増し、制限されたスペースで重荷重を伝達可能。
- 片方のスプリングが破損しても機構の動作が継続し、「フェイルセーフ」システムとなる。
- 同心スプリングでは、スプリング振動による「サージ」が抑制される。

なぜ排気弁に2本のスプリングか
排気弁スプリングの固有振動数がカムシャフト回転数の調和数であると、スプリングが軸方向に振動しサージが発生します。スプリングをペアにし、異なるサイズを内外に組み合わせることでサージを防止できます。
片方のスプリングが破損しても弁は保持され、ピストンとの衝突による損傷を防ぎます。個々のスプリング線径を元の太さより薄くできます。
通常、異なる振動特性を持つ2本のスプリングを選定します。
また、剛性要件と設置スペースの制約から同心スプリング配置が適しており、合成剛性は個々の剛性の和となります。
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