【実は優秀】ハイメカツインカムを解説【エンジンの仕組み】
【書き起こし】【実は優秀】ハイメカツインカムを解説【エンジンの仕組み】
(00:00) みなさんこんにちはメカのロマンを探求 する会 今回のお題はこれ ハイメカツインカム 皆さんは d 要一氏いっていう単語を 聞くとどんなイメージが思い浮かぶ でしょうか s 愛知や ohv と比較すると 高回転まで回ってハイパワーというのが 一般的であろうかと思います そんなレシプロエンジンのリーオーえっ ちいの中でも トヨタが昔世に送り出していたハイメカ ツインカムあ 通常の dohc と自分異なる コンセプト 構造を持っていました よく名前だけの dohc だとかはい カメツインカムなどと揶揄されますがそれ はトヨタのハイメカツインカムという機構 のコンセプトがうまく伝わらなかった結果 なのかなと感じています ということで今回はハイメカツインカムに ついて調べてきましたのでご紹介したいと 思います 普通のリーオー1シートハイメカツイン カムを見比べる
(01:04) 最初に一般的な dohc 6エンジンと ハイメカツインカムを採用したエンジンを に比べてみましょう doh はダブルオーバーヘッド カムシャフトの略称であるので その名の通り燃焼室の上側に日本の カムシャフトが並んでいます 一方のハイメカツインカムはどうなって いるのかというとこちらも doh では あるので カムシャフトが日本見えますよね これらの違いはどこにあるのかというと 普通の doh はカムシャフトを駆動 するためのスプロケットが各シャフトに1 個ついているのに対し ハイメカツインカムは片側にしか取り付け られていません スプロケがないがあのシャフトはどうやっ て回るのかというとスプロケが付いている シャフトとギアでつながっていて回転力を 分けてもらっています このようにハイメカツインカムは特殊な dohc であると言えます ハイメカツインカムは1986年に3 s
(02:09) fe という型式のエンジンに搭載された のが始まりです 実際の開発自体は冠などが積んでいた 1v zfe が先行でスタートを切って いたようです トヨタのエンジンの命名規則では f が 付いたモデルはハイメカツインカムを採用 していました このがー現在では f というのは fuel economy エンジンや高 効率型エンジンを刺し 例えばカローラ mrs にとどまらず ロータスエリーゼなどにも積まれていた 1 gfe は f がつきながらも通常 の doh を採用しています [音楽] ハイメカツインカムがわざわざこのような 構造になっているのには一体どのような 理由があるのでしょうか またなぜ最近は見かけなくなってしまった のでしょうか 園児のカムシャフト配置は難儀する 4ストの respro エンジンの シリンダーは その中で吸気圧縮包丁廃棄を行いますだ からその時その時に応じてガスを吸ったり
(03:16) 吐いたりまたは留めておかなければなり ません それゆえにガスを通したり通せんぼする ようなシステムが必要で一般的な自動車の エンジンにはキノコ型のポペットバルブが 使用されています かつてはスリーブバルブなどいろんな方法 が検討されたようですが 総合的な能力において今のところ単純な ベッドバルブにまする方法は出てきてい ません そしてエンジンのシリンダーには ポペットバルブだけを設置しただけでは 意味がありません このバルブをどうやって動かすかが問題 ですよね 黎明期には吸気バルブについてはピストン が下がった時の負圧で開閉するバルブと することもありましたが今現役で働いて いるホーストのレシプロエンジンのバルブ 開閉には もれなく外部からの動力が使うれています バルブを浮かすのがカムでそのカムが 取り付いているのがカムシャフトという パーツです
(04:19) doh と soh ハイ3かつ印鑑はトップシュナ dohc であると前に言いました ではなぜわざわざこのような構造をとって いるのでしょうか 一般的に doa ちーは後世のだという イメージがあるし だいたい間違ってはいませんがすべての 機能や能力において soh や ohv に優れているというわけではありません ハイメカツインカムは効率面での利用市の メリットを生かしつつ 決定を減らすように考えられたシステム です このコンセプトがうまく伝わらずハイメカ ツインカムが一部の車好きの人たちから けちょんけちょんに言われてしまう原因で 悲しいのですが まずは doh の長所と短所を見ていき ましょう 利用1位は摩擦も関西も小さい 理由地は吸気と排気のそれぞれのバルブに 専用のカムシャフトがあります sohc の場合は吸気と排気で カムシャフトを兼用しているため
(05:24) ロッカー6というパーツを使って1本の カムシャフトから吸気バルブと排気バルブ に駆動力を分配しています このロッカーアーム学区制もので噛むと バルブの間にロッカー6が介入することに よって その分動弁系の合成が落ち また関西も増大するため 高回転化にはフリーになります 関西が増えるということはバルブを閉じる ときの正確性にも影響を与えるため バルブスプリングの反発力をも増やさ なければならないという問題もあります ます高回転化が苦手となります またこれらによって摩擦も増えてしまう ためエンジンの効率にまで悪影響を与え 年季の用自動車を作るにはマイナスに働き ます 一方の dohc は吸気と排気 それぞれ専用のカムシャフトを持ってい ますので カムが直接貼るを駆動することができ 間に余計なパーツが挟まらないため
(06:28) 高回転化や高効率化が得意なエンジンに なります とはいってもロッカーアームにはバルブ リフト量を増やしたり カムシャフトとバルブの配置に子10号 聞かせられるというメリットもあるうえに ローラーを使用して撮影を減らすことが 可能ですし さらには vtec などの切り替え式の 可変バルタイを組み込めるので 実際にはロッカーも採用したり用地も多い んですけどね 木誘致に作用されるロッカー6話 she のロッカーもよりも小さく ロッカーアームの持つ感性や摩擦が大きく なるというデメリットが小さくなってい ます プラグの配置は doc 2部がある sohc は基本的にシリンダーヘッドの 銀座一丁目にカムシャフトが金がしてい ます このシリンダーヘッドの中心部には本来 スパークプラグを配置したいのですがそれ が難しくなってしまいます プラグを斜めに突き刺すこともできますが そうすると今度はポート形状などに悪影響
(07:33) を与えてしまうというデメリットが発生し ます バルブ鋏角は守備範囲が異なる d 8チームエンジンは吸排気バルブに 独立したカムシャフトが与えられている ため バルブの配置に自由が利きます ところが良いことばかりのような dohc ですが実はメリットばかりではありません 利用中のエンジンはバルブ鋏角に自由度が きくというメリットがある代わりに小さい バルが鋏角には対応しづらいという デメリットがあります バルバ鋏角というのは吸排気バルブが なす角をいます この角度がエンジンの性能に大きな影響を 与えるよう書となります バルブハサミ額が大きいと同じシリンダー 型でも大きなバルブを設置することができ ガス交換がスムーズに行え エンジンのピークパワーを引き上げること ができます ところがそれ以外の点についてはバル鋏角 はなるべく小さいほうがメリットは大きく
(08:38) なります 例えばバルブ鋏角を広く取ると燃焼室の表 面積が大きくなってしまい冷却損失が増え ますし 圧縮比も確保しづらくなります 尖らせたねー消失の圧縮比を確保するため にはピストンの頭の部分をとがらせる必要 があり表面積増大に泊者をかけます またバルブ挟め府が小さいほうがより強力 なとて渦を乱せ より良い燃焼に貢献します このようにエンジンの効率を上げるために はなるべく狭いバルブ鋏角が好まれます ここで利用1位をエンジンに採用した場合 どうなるのでしょうか 利用地は吸排気それぞれ専用の カムシャフトを持っていますが通常の doc は各々スプロケットやプーリーが 取り付けられています バルバ鋏角を小さくしようとするとこれら が干渉してしまうため おのずと限界が生まれます 特にタイミングベルトはチェーンに比べて
(09:43) プーリの半径が大きくなってしまうため この影響を強く受けることになってしまい ます だからエンジンの高効率化を求めて貼る鋏 角を小さくしようとしても普通の duo 1位を採用してしまうと実現できなくなり ます 添い乳の場合でもロッカーの兼ね合いが あるみたいですけどね ハイメカツインカム登場 トヨタのハイメカツインカムは d 1位 を採用することによる高効率化とともに エンジン全体の性能を底上げするために 開発された技術ですが 実はいろんな技術や考え方の集大成となっ ています ここではカローラに搭載されていた55 fe というハイメカツインカム第3弾の エンジンがどういう考えで設計されていた のかをお話ししていきます バルブ鋏角を小さくした 利用 hc は高回転高出力のための機構 だと考えられていましたが トヨタのエンジニアたちは利用ちーは光子
(10:48) 力のスポーティ志向なエンジンだけでは なく宇宙低回転域を重視した燃費志向の エンジンにも有効であると考えました sohc と比べると6カームがなく 抹殺完成ともに少ないメリットがあるから ですね とはいうものの普通の bo チーム構造 ではカムシャフトを駆動するプーリーが 邪魔になってパルバ鋏角を小さくすること ができません そこでプーリーは一つだけ設置することに してもう片方のカムシャフトは相方の駆動 力を押す宗家してもらうという構造にし ました これによって doh でありながらも 小さなバルバ房明確のエンジンを作ること に成功します バルブ鋏角が小さくなると燃焼室の表面積 が減少し冷却損失が低減され効率が高まり ます さらにエンジンのよ幅が小さくなり軽量 コンパクトに仕上げることが可能となり ます
(11:50) この調書は直列型のエンジンはもちろんの ことですが特に v 型エンジンで二社を 作ろうとした場合に有効に働く要素となり 冠が v 型6気筒の1v gfe を 搭載できたのも ハイメカツインカムの貢献度が大きいと 言えます ハイメカツインカムはこのプーリーが一つ しかないという点に着目されますが実は カメ要素も盛り込まれています 4バルブか 今時のレシプロエンジンは4バルブが主流 かと思います エンジンにとってバルブのカツはとても 重要でパル部が多いほうが死んだあヘッド の面積を有効活用できるためガスが出入り するポートを広く学校できます 特に高回転時においてガスはれいりし やすい方が充填効率は向上します なお低回転の時はまた話が違ってくるため わざわざバルブを止めたりする機構が採用 されていたりします さらに4バルブかニュルメリットとして
(12:55) 挙げられるのが スパークプラグを燃焼室の真ん中に配置 できるという点があります 2バルブの場合プラグを真ん中に持って 来ようとするとどうしてもバルブと干渉し てしまうため横から斜めに刺すような配置 になります プラグはなるべくならヘッドの真ん中に 設置したほうが高性能を狙います 燃焼がスタートするのはプラグなので 混合気の燃焼を最短時間で完了させるため にはど真ん中に配置する必要があります 利用家で4バルブなら自然にプラグを シリンダーヘッドの中心に配置することが できます これらから4バルブのエンジンは高効率 かつ 全回転域でパワフルなぁ 扱いやすいエンジンとなりますし ハイメカツインカムというコンセプトも この4バルブカー力で考えられています スキッシュエリアの拡大 ガソリンエンジンはガスの流動性が大切 です
(13:58) ガソリンエンジンはスパークプラグで混合 気が燃焼するきっかけを作りますが おとなしくじっとしている混合機よりも 原曲動き回っている混合機の方がしっかり と燃焼するというのは感覚的に分かり やすいと思います このガスの流動性を生み出す方法の一つと して スキッシュを利用するという考えがあり ます 須騎手というのはぐしゃっと潰すという 意味でピストンとシリンダーヘッドで混合 気を挟み込んで潰します 実際には潰されたガスは圧縮されるのでは なく ふいごを使ったかのようにシリンダーの 中心に向かって押し出され強い流れを 生み出します ハイメカツインカムも採用したエンジンは シリンダーヘッドとシリンダーの形状を 工夫することによってこの須騎手をより 強く発生させるようになっています この強い流れによって燃焼が促進されより 良い燃焼が行われるという寸法です ハイメカツインカムの構造
(15:03) ハイメカツインカムのコンセプトは何と なくお分かりいただけたかと思います それではハイメカツインカムはどのような 構造になっているのでしょうか エンジンの効率を向上させるために boa ちいかとバルブ鋏角を小さくするというの を両立したい でも日本のカムシャフトがそれぞれ持って いるプーリーが干渉してある程度以上 カムシャフトを接近させられません かといって摩擦や関西の小さい理由地を あきらめたくもありません そこで考えられたのが scissors ギヤ駆動機構です これは1本のカムシャフトのミニプーリー を配置しベルトで駆動します もう1本についてはベルトで回された カムシャフトとギアで連結して苦労します こうすればプーリーが一つだけなので カムシャフトの間隔を狭くして割る鋏角の 小さく設計することが可能となりますこの シザーズやというものがハイメカツイン カムの肝となる部分ででだからシザーズ
(16:07) 逆胴と呼ばれているわけですが scissors ギアとはいったいどう いうものなのでしょうか いやはきっちりとかみ合わさっているよう に見えても実はかみ合わせ部分にはどうし ても隙間が必要です ここをギチギチに設計してしまうと起亜が 回転する時の逃げがなくなってしまい動け なくなりますそうならないために バックラッシュと呼ばれる隙間が用意され ています でもこのバックラッシュがソーンの原因と なります 隙間があるということはガチャガチャ木谷 が当たってしまうんですね 特に負荷がかかっていなくてギアの歯が 押さえつけられていない場合に顕著に現れ ます そこで編み出されたのが scissors ギアというシステムです ざーずはハサミという意味でこのシザーズ ギアはその名の通りハサミのような3枚の ギアの板で構成されていてその2つのギア で挟み込むように相方のギアと連結されて
(17:11) います さらに2つのギアにはスプリングが仕込ま れていて相方のギアを締め付けます こうすることによって常にバックラッシュ をゼロにしでバックラッシュ音を抑え ながら いやが回転する時の逃げを作ってあげてい ますホンダのカムギアトレーンにも採用さ れている方法ですね こっちはセラしギアと呼んでいますが scissors ギアと同じ構造で バックラッシュ音を減らしています カムギアトレーンのバイクは独特な音を 出しますがあれはバックラッシュしょんで はなくギアが唸る音です スパーギアを採用しているため 吊掛式の6面電車のような音がするという わけです さて世の中に初めて出てきたハイメカ ツインカムは に選手 c で直列4気筒の3 s fe というエンジンでこのエンジンは冠などに 搭載されていてハイメカツインカムの木港 にはシザーズギアが使われています ところが実は3 sf よりも前に同じく
(18:16) に専心しでありながら v 型6人の子 vgf いいというこれまた冠に搭載され ていたエンジンの開発が進められていまし た このエンジンの開発段階では日本の カムシャフトチェーンで連結するやり方も 考えられていたようですが パタバンク3気筒である場合トルク変動が 大きく カムシャフトがスムーズに回転しなかった ようです結局シザーズギアを採用すること によって解決したという経緯をたどってい ます このチェン方法については後の v 型6 気筒である兄 gr などで実現している ので何らかのリーズを使って問題を克服し たようですね jr 兼務エンジンはスプロケットが方 バンクに一つしかなく 相方と連結されているタイプですがハイ メカツインカムが名乗ってはいません 可変バルブタイミング vvti との組み合わせ ハイメカツインカムは実は可変バルブ タイミングと組み合わされることもあり
(19:19) ます ハイメカツインカムはが変バルたいと 組み合わせられないから廃れたと説明さ れることがありますがこれは間違いだと 個人的には思っています one g や 1 j は吸気側に vvti を採用し つつ カムシャフトの貴方はハイメカツインカム となっています まずは軽く vvti がどのようなもの なのか軽くお話ししておきます vvt i にも使われている辨識の可変バルブ タイミング機構の詳細については別の動画 がありますので参考にしていただければと 思います vvt i はバルブの開閉タイミングを ずらすという目的の寄稿です クランクシャフトやピストンと カムシャフトの総体的な角度を調整しその 時その時に応じたバルブの開閉タイミング を選ぶことができます ただしカムの移送をずらすだけなので開き と閉じを個別には入れません トヨタの vvti の基本的な構造は
(20:22) こんな感じになります プリートカムシャフトの総体的な位置角度 油圧や電動機によってずらすんです だから普通の duo 市に採用される vvt i のメカは変化を与えた笑顔の カムシャフトもプーリーに仕込まれてい ます ところがですよねハイメカツインカムの 場合そうはいきません プーリが一つだけしかないので ここに vvti の寄稿を仕込むと プーリが付いている方のカムシャフトの 角度を変化させると ギアでつながっている相方のカムシャフト の角度も同時に変わってしまいます 可変バルタイは吸気側に設置した方が影響 度が大きいため 一昔のエンジンには吸気側のミニ vvti が採用されています [音楽] はい美香のプーリーに可変バルタイ紀行 押し込み 吸気のバルブタイミング最適化によって 排気側のバルブタイミングを犠牲にする ような設定にしても
(21:26) 効果はゼロにはならないはずですが スマートとは言えません そこで一工夫必要です 1 agf se の場合はこのような 気候になっています このエンジンは例に漏れず 吸気側にのみ vvti が採用されてい ます まずプーリーがついているのは廃木川のか のシャフトです ハイメカツインカムでは旧企業にプーリー がついていることが多いですがこれは逆に なっているんですね vvt i の寄稿をプーリーに仕込むと 動かしたくない方の排気側カムシャフトの 移送も変わってしまうので 相方のカムシャフトとつながるギアの文に 会員機構を設置しておきます こうすることによって排気側カムシャフト はプーリーと位相ゼロで開店 吸気側のカムシャフトは排気側から動力を 伝達されるときに移送を変更することが 可能となり 排気のバルブタイミングに影響を与える
(22:30) ことなく吸気側のバルブタイミングだけ 変化させられます なかなか面白いメカですよねそれは なぜハイメカは消えたのか 2000年代後半くらいからハイメカ ツインカムという言葉を聞かなくなって しまいました この理由についてはっきりとした理由は わかりませんが考察してみたいと思います 今の木の自動車のバルブ駆動機構は チェーンがほとんどだと思います チェーンの方がゴムでできたベルトよりも 肌を狭くしても強度が保てルシ耐久性も 高くなります このベルトと金属遅延を比較した場合 強度も他にも金属チェーンの方が柔軟性が あり小さい半径のプーリー スプロケットを使用することが可能になり ます もともとシザーズギアを用いたハイメカ ツイン感が考えられた理由は 吸排気それぞれ中もシャフトのプーリーが 干渉してしまうという問題を解決するため でした
(23:34) したがって金属チェーンの進化によって タイミングチェーンを採用することが できるようになった現代ではプーリーの 半径が小さくなり わざわざシザーズギアを使用する必要が なくなったのでしょう 世の中的にはハイメカツイン官はコスト カットのためと言われることも多いですが 複雑なシザーズギアを採用することによる パーツ点数の増加やギアの加工の工数を 考えるとむしろ普通の doh より高価 な気候であったんではないかなと思います もしハイメカのコストが安いのであればお 金に厳しいと歌が辞めるわけないと思い ます また通常の d オーチーでも1 nz fe は直だ式ではなくローラー付きの フィンガーフォロワーロッカーもう使って いてこれによって貼る鋏角を小さくして いるようです 他に考えられるのは時代の流れ的なものも 大きいかと思います ま時利用地だからこのフルマを買うという 発想はあまりないし
(24:39) she 取り要一氏のイメージの差って昔 ほどないというか気にする人があまりい ません ハイメカツインカムという単語はイメージ 戦略的に付けられた名前のようですが そもそも今ではそういう戦略を採り必要が なくなってしまったというのは大きな理由 なように感じます このような形でハイメカツインカムは遅い らの安物などと言われたい放題なのですが そもそも高回転高出力を目指した利用愛知 ではなくエンジンとして総合的な性能向上 を目指して採用された技術であったという のがポイントだと思います ということでご視聴ありがとうございまし た 今後もこのような動画を投稿していきます のでぜひチャンネル登録をお願いします また動画のネタも募集しています 何かリクエストがあればコメント欄にお 願いします
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