マルチバルブ

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トヨタ・4A-GE(5バルブ)
三菱・4A30(5バルブ)

マルチバルブ(Multi-valve)とは、4ストロークエンジンの動弁機構において、1気筒あたりに3個以上のポペットバルブを用いるものを指す。近年の自動車用エンジンでは、吸気および排気にバルブを2個ずつ設けた4バルブ形式が主流となっている。

概要[編集]

レシプロエンジンの高出力化には、高回転化、摺動抵抗の低減、吸排気効率の改善などが図られる。体積効率の向上にはポペットバルブの大径化も有益だが、動弁系の慣性質量が増大し高回転化の妨げとなるうえ、密封性などに問題を生じる。そのため1910年代後半以降は、特に大出力が追求される航空機用やレーシングカー用のエンジンにおいて、従来の吸気側および排気側に1個ずつバルブを設ける2バルブ形式に代わって、3個以上のバルブを設けようとする試み(マルチバルブ化)が行なわれてきた。

マルチバルブでは2バルブ形式に比べてバルブの有効開口面積が広がり、バルブリフト量が少なくて済むため、ショートストローク化と併せて高回転化が可能になる。その反面、構造が複雑化して部品点数が増える、適合するボア径や回転域が限られるといったデメリットも挙げられる。

市販車では最多で5バルブ[1]下記参照)のものが市販化されている。しかし、4バルブに比べて燃焼室形状が偏平で表面積の広い多球状にならざるを得ないため、熱損失が増す、火炎伝播が良くないなどの問題点がある。中でもポート形状の不統一から吸気が乱流になり、気筒内にタンブル流(縦の渦流)を作りにくく、燃焼制御の妨げになる事が忌避された。これらの理由により、市販車では製造コスト増に見合う効果が得られにくいと判断された結果、現在では高性能エンジンも含めて4バルブが主流となっている。

4バルブエンジンの吸気側2バルブを大小に分けた物もあり、同じ径のバルブを2本用いるよりもバルブ面積を大きく出来る場合があり、吸気効率が改善される一方、部品点数が増えてコスト増となる。

一方で、最新の設計のエンジンであっても、ホンダのように小排気量エンジンでは4バルブを用いず、より摩擦や熱損失の少ない2バルブ[2]を採用している例もある。

排ガス対策の一環などで燃焼効率を改善させる為、吸気2バルブ、排気1バルブという変則的なバルブレイアウト(3バルブ)のエンジン(トヨタ・2E型/3E型エンジン日産・GA15S型/GA15E型エンジン日産・KA24E型エンジン、ごく一部の日産・RD28型ディーゼルエンジン、ホンダ・ES型エンジン、一部の三菱・4G13型/4G15型エンジン、一部のスバル・EK23型エンジン等)も存在した。

歴史[編集]

1912年プジョーがレーシングカーで、気筒あたり4バルブを用いたのが最初とされる。その後、航空機用エンジンの空冷星型エンジンでは2バルブ、水冷V型エンジンでは4バルブが用いられた。しかしながら自動車用エンジンとしては一部の例外を除いて、レース用であっても2バルブが主流の時期が長く続いた。

1960年代F1に、ロードレース世界選手権での経験を生かしてホンダが4バルブを持ち込んだ。その後、DFVエンジンの成功もあって、レース用高性能エンジンとしてのマルチバルブ(4バルブ)が定着する。1980年代後半からは、トヨタのハイメカツインカムを発端として、市販自動車においてもDOHCと共に4バルブが普及した。

ホンダでは1970年代末より入交昭一郎らのチームが、4バルブ1プラグの2つの気筒を1つに繋いだような、小判型長円状のシリンダーおよびピストンを持つ、1気筒あたり8バルブ・2プラグ・2コンロッドを備える楕円ピストンエンジンの開発に取り組んだ。これを搭載したNRがロードレース世界選手権などに参戦したものの、目立った成績は残せなかった。この楕円ピストンエンジンはホンダが関連特許を固めてしまったため[3]、ライバルメーカーのヤマハは対抗上、通常の円筒シリンダーのままで超多弁化する基礎研究に着手した。1気筒あたり7バルブ・2プラグまで試作した結果[4]、5バルブ・1プラグ前傾直列4気筒の画期的なコンセプトを持つFZ7501985年に市販化した。その改造車が同年の鈴鹿8時間耐久ロードレースで圧倒的な優速を見せた[5]後、その他のレースでも活躍した。また、ヤマハは同機構をF1エンジン、モトクロスマシン、ロードレース世界選手権マシンなどにも採用し、優れた実績を残した。

ヤマハの躍進が契機となって5バルブ形式が一躍脚光を浴び[6]、1980年代後半から1990年代中頃に掛けて一部でブームが起きた。日本国内市場では1989年に、三菱自動車ミニカのスポーツグレード“ダンガン-ZZ”に量産四輪車としては初の5バルブ形式となる3G81型が採用された。その後、1991年以降に登場したトヨタのカローラシリーズをはじめとして、それらのスポーツグレードに搭載された4A-GE型にも採用された。

市販の5バルブエンジン[編集]

自動車[編集]

二輪車[編集]

開発元のヤマハ発動機が積極的に商品展開していた。

脚注[編集]

  1. ^ 例外として、ホンダ・NRの8バルブが存在する。5バルブについては、吸気を3バルブ、排気を2バルブとしたものが主流であるが、少数ながら排気を3バルブとしたものも存在する。
  2. ^ i-DSIを参照。
  3. ^ その後FIAのレギュレーションによって規制され、楕円ピストンは各種競技から事実上締め出されている。
  4. ^ ニューマチック機構を用いずにV型4気筒1,000ccで20,000rpmを達成し、ホンダ・NRに肉迫した。
  5. ^ ケニー・ロバーツ平忠彦コンビは、一度も首位を譲ることなく独走したが、レース終了30分前で故障によりリタイヤした。
  6. ^ マセラティは同時期に吸排気弁共3つの6バルブエンジンを試作している。
  7. ^ レギュレーションによる3Lへの縮小に伴い、適合ボア径を外れるため廃止。