日本企業では一番乗りのスロットレスのオットー(ミラー)エンジンです。
世界的にはBMWの次ですが、Mシリーズなどには投入されておらず、高回転時まだまだ対応できない様子。まーこの部分には関しては、トヨタ、BMW共に共通の課題かと思います。
トヨタのバルブマチックのシステムに関してはバルブトロニックと同じ。カムとバルブの間にリンクを設けて、バルブの変化量を調節しています。
仕組みは
BMWはインターミディエットアームは軸などで固定されておらずにスプリングで二つのカムに押さえつけて固定されています。1つのカムはタイミング用の今までと同様のもの。もうひとつはリフト量を調節するためのカム。つまり、タイミングカムとリフトカムを別けています。
このときのタイミング調節の仕組みは、このインターミディエットの回転中心が固定されており(スプリングとリフトカムなどにより)、これを横からタイミングカムがアームを押します。
押されたアームはロッカーアームを押し下げ、バルブを上下します。
リフト調節の仕組みは、このインターミディエットの回転中心をリフトカムで調節することでリフト量を調節します。
トヨタのバルブマチックも基本システムは同じ。しかし、インターミデエットアームにあたる部分がロッカーシャフトにより固定されています。このインターミデエットにあたる部分は揺動アームといい、ロッカーローラーと揺動カムで構成されています。さらに、この中にはヘリカルギア、ロッカーシャフト内にあるコントロールシャフトにもヘリカルギア(スライダー)があり、コントロールシャフトを軸方向に前後することで、コントロールシャフトを中心に揺動アームが回転します。
コントロールアームを前後させるモーター部にはトヨタお得意のプラネタリーギア機構が採用せられいます。サンギア部分はコントロールシャフト、リングギアはモーター、プラネタリーギアにはネジを切った軸があります。さらにサンギアにもネジが切られています。コントロールシャフトを前後させるときにはリングギア→プラネタリーギア→ネジ部(プラネタリーギア)→ネジ部(サンギア部)に伝わり、前後します。
ここまでは雑誌やネットで集めた情報なのですが、ここでひとつ疑問
ヘリカルで繋がれた揺動アームとコントロールシャフト
揺動アームも周方向に回らなくてはなりません(タイミングカムにより)。
しかし、ヘリカルで固定されているということは・・・コントロールシャフト自体が回転することになります。
しかし、コントロールシャフトはサンギアに直結されており、回転は出来ないはず・・・
でーここからは私の推測
恐らくコントロールシャフトはいくつかの部品からなっており、ヘリカルギアがある部分とそのほかの部分に分割でき、かつ、周方向に回転できるベアリングを内蔵している、ないしはそれに順ずる機構を搭載していると推察されます。
つまり、ロッカーローラーはカムと直接接しているために、ここの位置関係は変わらないが、ロッカーローラと揺動カムの位置関係がヘリカルギアにより変化する。さらにコントロールシャフトに設けられたヘリカルギアはベアリング等により回転をするために、ロッカーローラーとカムの位置関係が変わらない。と推察されます。これによりバルブのリフト量が調節されます。
これはあくまで私の推測などで知っている方がいれば教えてください。
次に、タイミング関係ですが、カムがロッカーローラーを摺動して揺動カムに伝わりバルブを上下します。つまり、タイミングはカムプロフィールが支配的です。
だから、VVT-iと同時制御をしています。
ただし、作用角は揺動カムの独特の形状により可変されます。リフトが少ないときは作用角を小さく、多いときは大きくって感じです。ただ、作用角はリフトに従属しているので、リフトを決定してしまえば作用角も決まります。
トヨタはリフトを小さくすることで、燃焼室に流入する速度を高めることが出来ると言っています。つまり、速い速度で燃焼室内に流入することで、燃焼室内には均一にミキシングされ、燃焼効率が上昇するみたいです。また、作用角を小さくすることで、ミラーサイクルになり、燃費向上を狙っています。
つまり低回転はミラーサイクルで高回転がオットーサイクルをあわせたエンジンだといえます。これにより燃費改善を狙いつつもパフォーマンスの低下を最小限に抑えたということです。
これによりよく聞く、中低回転ではパワーが出ていないという理由にも納得がいきます。スロットリングによるロスの減少だけで5~10%の燃費が改善されたというのは信じられませんでしたが、これで納得できます。
また、高回転では通常よりもリフト量を大きく出来るので10%以上の出力が向上したそうです。私的にはそんなに!?と言った感じですが、向上するのは間違いないと思います。
スペックは1986ccの3ZR-FAで158PS/6200rpm 20.0kmm/4400rpm 燃費は10・15で14.2(2.0ZS)です。
出来るだけ近い仕様(2WD、重量、排気量、パワー、トルク、燃費)の物を探したのですが、この数字に近い物が見つかりません。このあたりの排気量はほとんど無くなりつつあり2Lオーバーが主流になりつつあるので。
ちなみに、
マツダのプレマシーが-100kgで151PS/6200rpm 19.7kgm/4000rpm 燃費は10.15で15(20Z)です。これがいい勝負していると思います。
こうやって見るとマツダはこつこつ頑張っていますね(笑)
世界的にはBMWの次ですが、Mシリーズなどには投入されておらず、高回転時まだまだ対応できない様子。まーこの部分には関しては、トヨタ、BMW共に共通の課題かと思います。
トヨタのバルブマチックのシステムに関してはバルブトロニックと同じ。カムとバルブの間にリンクを設けて、バルブの変化量を調節しています。
仕組みは
BMWはインターミディエットアームは軸などで固定されておらずにスプリングで二つのカムに押さえつけて固定されています。1つのカムはタイミング用の今までと同様のもの。もうひとつはリフト量を調節するためのカム。つまり、タイミングカムとリフトカムを別けています。
このときのタイミング調節の仕組みは、このインターミディエットの回転中心が固定されており(スプリングとリフトカムなどにより)、これを横からタイミングカムがアームを押します。
押されたアームはロッカーアームを押し下げ、バルブを上下します。
リフト調節の仕組みは、このインターミディエットの回転中心をリフトカムで調節することでリフト量を調節します。
トヨタのバルブマチックも基本システムは同じ。しかし、インターミデエットアームにあたる部分がロッカーシャフトにより固定されています。このインターミデエットにあたる部分は揺動アームといい、ロッカーローラーと揺動カムで構成されています。さらに、この中にはヘリカルギア、ロッカーシャフト内にあるコントロールシャフトにもヘリカルギア(スライダー)があり、コントロールシャフトを軸方向に前後することで、コントロールシャフトを中心に揺動アームが回転します。
コントロールアームを前後させるモーター部にはトヨタお得意のプラネタリーギア機構が採用せられいます。サンギア部分はコントロールシャフト、リングギアはモーター、プラネタリーギアにはネジを切った軸があります。さらにサンギアにもネジが切られています。コントロールシャフトを前後させるときにはリングギア→プラネタリーギア→ネジ部(プラネタリーギア)→ネジ部(サンギア部)に伝わり、前後します。
ここまでは雑誌やネットで集めた情報なのですが、ここでひとつ疑問
ヘリカルで繋がれた揺動アームとコントロールシャフト
揺動アームも周方向に回らなくてはなりません(タイミングカムにより)。
しかし、ヘリカルで固定されているということは・・・コントロールシャフト自体が回転することになります。
しかし、コントロールシャフトはサンギアに直結されており、回転は出来ないはず・・・
でーここからは私の推測
恐らくコントロールシャフトはいくつかの部品からなっており、ヘリカルギアがある部分とそのほかの部分に分割でき、かつ、周方向に回転できるベアリングを内蔵している、ないしはそれに順ずる機構を搭載していると推察されます。
つまり、ロッカーローラーはカムと直接接しているために、ここの位置関係は変わらないが、ロッカーローラと揺動カムの位置関係がヘリカルギアにより変化する。さらにコントロールシャフトに設けられたヘリカルギアはベアリング等により回転をするために、ロッカーローラーとカムの位置関係が変わらない。と推察されます。これによりバルブのリフト量が調節されます。
これはあくまで私の推測などで知っている方がいれば教えてください。
次に、タイミング関係ですが、カムがロッカーローラーを摺動して揺動カムに伝わりバルブを上下します。つまり、タイミングはカムプロフィールが支配的です。
だから、VVT-iと同時制御をしています。
ただし、作用角は揺動カムの独特の形状により可変されます。リフトが少ないときは作用角を小さく、多いときは大きくって感じです。ただ、作用角はリフトに従属しているので、リフトを決定してしまえば作用角も決まります。
トヨタはリフトを小さくすることで、燃焼室に流入する速度を高めることが出来ると言っています。つまり、速い速度で燃焼室内に流入することで、燃焼室内には均一にミキシングされ、燃焼効率が上昇するみたいです。また、作用角を小さくすることで、ミラーサイクルになり、燃費向上を狙っています。
つまり低回転はミラーサイクルで高回転がオットーサイクルをあわせたエンジンだといえます。これにより燃費改善を狙いつつもパフォーマンスの低下を最小限に抑えたということです。
これによりよく聞く、中低回転ではパワーが出ていないという理由にも納得がいきます。スロットリングによるロスの減少だけで5~10%の燃費が改善されたというのは信じられませんでしたが、これで納得できます。
また、高回転では通常よりもリフト量を大きく出来るので10%以上の出力が向上したそうです。私的にはそんなに!?と言った感じですが、向上するのは間違いないと思います。
スペックは1986ccの3ZR-FAで158PS/6200rpm 20.0kmm/4400rpm 燃費は10・15で14.2(2.0ZS)です。
出来るだけ近い仕様(2WD、重量、排気量、パワー、トルク、燃費)の物を探したのですが、この数字に近い物が見つかりません。このあたりの排気量はほとんど無くなりつつあり2Lオーバーが主流になりつつあるので。
ちなみに、
マツダのプレマシーが-100kgで151PS/6200rpm 19.7kgm/4000rpm 燃費は10.15で15(20Z)です。これがいい勝負していると思います。
こうやって見るとマツダはこつこつ頑張っていますね(笑)