可変バルブタイミングとは
4ストロークエンジンにおいて効率の良い燃焼をさせようとすると、エンジン回転や空気の流入量により、最適な吸排気バルブの開閉タイミングを設定してやる必要がります。
そのため吸排気バルブの開閉タイミングは、その設定されたタイミングで固定されてしまい、それ以外の状況での燃焼効率をある程度あきらめる必要がありました。
そこで考えだされたのが、エンジン回転や空気の流入量をその都度計算して、最適なバルブタイミングに変更できる機構です。
これを「可変バルブタイミング機構」と呼びます。
4ストロークエンジンの行程
4ストロークエンジンは「吸気」「圧縮」「燃焼」「排気」という行程を繰り返すことでエネルギーを作り出しています。
「吸気」行程では、吸気バルブはピストンが上死点（ピストンがシリンダーの一番上にある地点）にあるとき開き始め、ピストンが下死点（ピストンがシリンダーの一番下にある地点）に到達するとしまります。これによりたくさんの混合気を燃焼室内に取り込みます。
次に「圧縮」行程では、ピストンが下死点から上昇し始め、再び上死点に到達するまで、吸排気バルブは閉じたままです。これにより混合気は圧縮されます。
さらに「燃焼」行程では、点火プラグから火花が放たれ、混合気は激しく燃焼して、ピストンを下死点まで力強く押し下げます。この時も吸排気バルブは閉じたままです。
最後は「排気」行程です。ピストンが下死点から上昇し始めると同時に排気バルブが開き、排気ガスをピストンの上昇する力で排気して行きます。
上死点にピストンが到達すると、排気バルブは閉じて吸気バルブが開き、以降、再びピストンが下降して吸気が始まるという事を繰り返していきます。
吸排気バルブが同時に開いているオーバーラップ
この最後の排気行程の後、排気バルブが閉じて、吸気バルブが開くと説明しましたが、厳密には少々違います。
ピストンが排気の為上昇してきて、上死点に到達する少し前に、先に吸気バルブが開いているのです。
また、上死点からピストンが下降を初めても、ちょっとの間だけ排気バルブも開いたままです。
この吸排気バルブが僅かの間、同時に開いている状態を「オーバーラップ」といいます。
なぜこんな不合理な作動をしているのか、不思議に思われたかもしれません。
実はこの吸排気バルブの「オーバーラップ」があった方が、結果的に吸気効率が高くなるからなんです。
また、このオーバーラップの最適なタイミングや長さは、そのエンジンの回転数により連続的に変化しています。
可変バルブタイミングとは
このようにそのエンジンのキャラクターと、エンジンの回転数や負荷によって、最適なバルブタイミングは違っているため、その都度適切にタイミングを調整できる「可変バルブタイミング機構」が考えだされたのです。
例えば、高回転で作動するエンジンは、バルブのオーバーラップを大きくした方が、効率よくエンジンを燃焼させることができます。
また、低回転でゆっくり回るエンジンでは、バルブのオーバーラップは小さいほうが、燃焼の効率が良い事が分かっています。
そこでこの「可変バルブタイミング機構」を使い、エンジンが高回転の時にはバルブのオーバーラップを長く調整し、低回転時には短くするという調整をして、効率よくエンジンが燃焼できるようになりました。
