内燃機関超基礎講座 | ロッカーアームと直打、果たしてどこで何をしているものなのか

カムトレーンの項によく登場する「ロッカーアーム式」「直打式」。方式が別なのはわかるが、ではそれ自体がいったいどんな格好でどこに備わり、どんな仕事をしているのか。

　カムトレーンをおさらいすると、カムシャフトに備わる山が（間になんらかのデバイスを介して）ポペットバルブのステムを押下するのが基本的な仕組み。その（間にある何らかのデバイス）というものに、ロッカーアームや直打式で用いられるタペットなどが含まれる。




　要するにロッカーアームとは、一種の「テコ」である。カム山がバルブを直に押し下げるより、間にロッカーアームを挟むことでカム山の高さが増したのと同じ効果を得られる。どれくらいの増幅効果を得るかはカム接触面と支点、作用点の位置関係で決まる。逆に減少効果を得ることもできる。近年ではカムとの接触部分にローラーを使い、ころがり軸受けとして接触し機械損失を減らす設計が多い。 これがローラーロッカーアームである。




　テコということから、支点／力点／作用点の位置関係からスイングアーム型とシーソー型のふたつに分けられる。前者は「支点／力点／作用点」のレイアウトで、第二種てこに相当する。エンジンに当てはめてみれば、支点にはラッシュアジャスターなどを置き、中間部のローラーでカム山からの入力を受けるのが力点、端部のバルブステムを駆動させるところが作用点という具合で、近年のロッカーアームはこちらが多くを占める。


　シーソー型は「力点／支点／作用点」のレイアウトで、第一種てこに相当。こちらはOHVのロッカーアームが一番想像しやすいだろう。

トライアンフのSlant-Four 16Valve Engineの弁機構のメカニズム。吸気側は直打式（後述）、排気側はシーソー型ロッカーアームを用いる。（FIGURE：Wikipedia）

　上の写真はスバルの水平対向エンジンのカム部分。ローラーロッカーアームを使っていることがわかる。部品点数は増えるが、機械損失低減効果が大きいため完全に標準化された。従来は「高回転には不向き」と言われたが、その欠点もずいぶん改善された。

　対する直打式の例が上の写真で、直動式カムを使うレーシングカーのカムまわり。カムの先にあるバルブ系の質量を減らして回転限界を高めることが優先されるためロッカーアー ムは使われていない。