自動車バルブトレイン（弁機構）の機能・構造・部品を徹底解説

バルブトレイン（弁機構）は、内燃機関において吸気弁と排気弁の開閉を制御する機構です。吸気弁は空気燃料混合気を燃焼室へ導入し、排気弁は燃焼完了後の排ガスを燃焼室から排出します。

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今回は、内燃機関におけるバルブトレインの定義、レイアウト、機能、作動原理、構成部品について解説します。

バルブトレインの定義

バルブトレインは、吸気弁と排気弁を開閉し、空気/燃料混合気を燃焼室へ導入し、排ガスとして排出させるための機構です。

現代のエンジンはオーバーヘッドカムシャフト（OHC）構成を採用することが多く、カムシャフトがエンジン上部（シリンダーヘッド付近）に配置されます。

一方、カムシャフトをエンジン下部（シリンダーブロック内）に配置し、プッシュロッドでバルブ機構を駆動するレイアウトは「カムインブロック（OHV：オーバーヘッドバルブ）」と呼ばれます。

カムシャフトを持たず、ソレノイド等で各バルブを個別に制御するレイアウトは「カムレス」と呼ばれます。

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バルブトレインの機能と作動原理

バルブトレインの主機能は、バルブの開閉タイミングを制御し、燃焼室への空気・燃料流入と排ガス排出を制御することです。

バルブトレインの作動においてカムシャフトは極めて重要な役割を果たし、その回転運動をカムローブ（カム山）を介してバルブの開閉に変換します。この他にも多くの部品がバルブトレインの作動を助けます。

大型ディーゼルエンジンでは一般に1気筒あたり4バルブ（吸気2、排気2）を採用。吸気弁の方が径が大きく、より多くの空気をシリンダーへ導入できます。排気弁は高温排ガスに耐える設計で、吸気弁はフレッシュエアの流れで冷却されるため温度は低めです。

バルブが焼き付かないよう、吸排気弁ともに熱をシリンダーヘッドへ逃がす構造になっています。

バルブ中央部にはインジェクターがあり、押し下げられて燃料をシリンダー内へ噴射します。バルブ開閉タイミングは極めて精密に制御され、効率的な作動を実現しています。

最新エンジンでは機械式バルブトレインの代わりに電気信号でインジェクターを制御し、さらに高精度化しています。

バルブトレインの作動を解説した動画：

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バルブトレインの構成部品

バルブトレインの作動を支える主な部品は以下の通りです。

カムシャフト

カムローブ（カム山）を持つ回転軸で、バルブ開閉のタイミングとリフト量（開度）を制御します。四サイクルエンジンではクランクシャフトの半分の速度で回転し、クランクシャフトからタイミングチェーン/ベルト、またはギア列で駆動されます。

プッシュロッド

OHV（オーバーヘッドバルブ）エンジンで使用される細長い金属棒。エンジンブロック内のカムシャフトからシリンダーヘッドのバルブへ運動を伝達します。下端にリフター（タペット）を持ち、カムローブで上下動し、上端でロッカーアームを押してバルブを開きます。

ロッカーアーム/バケットタペット

エンジン設計により、バルブ駆動方式はロッカーアーム、フィンガーフォロワー、バケットタペットのいずれかになります。OHCエンジンではバケットタペットやフィンガーがカムローブと直接接触。OHVエンジンではプッシュロッドで駆動されるロッカーアームがシャフト上で揺動、または個別のボールスタッドで支点を持ちバルブを駆動します。

バルブ

現代エンジンの多くはポペットバルブ（きのこ型バルブ）を採用。スリーブバルブ、スライドバルブ、ロータリーバルブ等も過去に採用例があります。一般にポペットバルブはカムローブまたはロッカーアームで開き、コイルスプリング（バルブスプリング）で閉じます。

バルブトレインの構造図：

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以上、「自動車バルブトレイン」の解説でした。知識が深まれば幸いです。コメント、シェア、他の技術系学生への推薦をお願いいたします。ありがとうございました！