内燃機関超基礎講座 | カムシャフトを使わないバルブトレーン シェフラーの「ユニエア」とValeoの「e-バルブ」
バルブを開閉させるのはカムシャフトに設けられたカムロブで、バルブをシートに押し付けているのはコイルばね。しかしそれらを使わないユニークなカムトレイン／バルブトレーンが存在する。
TEXT◎牧野茂雄（MAKINO Shigeo）
Schaeffler［UniAir］シェフラーのユニエア
ノーマルオープン型のソレノイドバルブを油圧で作動させ、その力でバルブを押し下げる油圧機構をつかうフィアット・マルチエアは、独・シェフラー・グループが開発した「ユニエア」システムがベースである。もともとユニエアの開発にフィアット中央研究所が協力しており、実用化された最初の顧客がFPT（フィアット・パワートレイン・テクノロジーズ）だったこともうなずける。
上のイラストが初代マルチエアの構成であり、それぞれのデバイスもシェフラー・グループが得意とするものばかりだ。カムシャフトは排気側だけであり、これが回転すると青いカムの部分がポンプユニットを押し、吸気バルブを1回作動させるぶんの油圧を発生させる。この油圧は高圧チャンバーに送られ、その同軸上にあるソレノイドバルブによって吐出され、バルブを押し下げる。使い切らなかった油圧はふたたびソレノイドバルブに戻り、アキュムレーターにリザーブされる。
油圧式のメリットは、バルブタイミングとリフト量の制御が機械機構の制約を受けないことだ。市販版マルチエアが登場する前にシェフラー・グループでユニエアについて取材した際、その可変の自由度が高いことと、将来のシステム発展で想定していることを聞いた。下のイラストに描かれた赤い山は、バルブの開閉タイミングとリフト量をどれだけ変えられるかというFPTのデモンストレーションである、ただし、現時点では「2度開け」制御は行なっていないとFPTは言う。将来的には、2本ある吸気バルブをそれぞれ独立して制御する方式や、吸気側を通常のカムシャフトとしてディーゼルエンジンの圧縮比を下げる方法、吸排気2バルブへの展開など、いろいろとオプションがある。現時点のマルチエアは、4気筒も2気筒もドライバビリティに重点を置いた制御のようで、燃費は「少々目をつむった」と言う。たしかに微小なアクセルコントロールへの追従が良く、なかなか官能的である。
Valeo［e-バルブ］
ヴァレオ社が提案している「e-バルブ」は、カムシャフトによる機械動作を電磁ソレノイドによる動作に置き換えるものだ。完全なカムシャフトレスの動弁系であり、実用化に向けた開発が進められている。イラストでは、四角い箱の中に上下ふたつの四角い電磁石があり、その間に薄い鉄製の板が挿入されているのが分かる。下側の電磁石に電流が流れると、薄板はそちらの方向に移動する。その動きによって薄板に接したバルブが押し下げられ、バルブが作動するという仕組みである。
バルブスプリングが2つあり、それぞれ押し/戻しの動作を補助するが、これは電磁石による駆動力を助けるためだ。バルブの傘部分は燃焼室の一部であり、大きな燃焼エネルギーを受け止めるため、それに打ち勝ってバルブを「閉」状態に保つには相当なエネルギーが要る。完成すれば、バルブタイミング&リフトは完全にソフトウェア制御が可能になる。