バルタイは難しい…
バルブ組み立てが終わり、次はカムシャフトの組み立てである。晴れているうちにヘッドを載せ替えないといけないのだから、寝てる暇などはないのである。ルマンの放映だってまだ終わっていない。
カムシャフトは、バルブを開閉するための重要な部品である。この部品がエンジンの正確を決定づける。ノーマルのカムシャフトは、はっきり言ってピュアなスポーツカーのエンジンにしては物足りないものとなっている。スポーツカーなら本来、エンジンを高回転まで回し、回せば回すほどパワーの盛り上がるという性格が、ふさわしい。低回転のトルクはあえて犠牲にするのだ。しかし、ロードスターはどちらかというと、低回転でのトルクを重視したカムシャフトが付いている。ファミリアそのままなのかもしれない。というより、レブリミッタが7200回転なのが、そもそも間違いなのだ。8000＋αぐらいまで回って、もう少し作用角の大きいカムだったら、エンジンについて不満を言う人も少なかろうに。7200回転までという制限が、すべての性格を決定づけてしまう。
しかし、今回はノーマルを組むことにした。ROMチューンでレブリミッターが自由に設定できるから、もう少し作用角の大きなカムを組んでも有効に使えるのだが、何と言ってもカムは高い。吸排気２本を新品で買うと６万円はくだらない。
さらに、今回は圧縮比を上げているので、圧縮比を上げた効果だけを純粋に感じたい、ということもある。カムを変えてしまうと、トルクの出方など、エンジンの特性がかなり変わってしまう。新しいエンジンの特性が圧縮比を変えたことによるのか、カムを変えたことによるのかが分からなくなってしまう。カムなんて、ヘッドまで変えることと比べれば簡単に変えられるので、「後回し」にするのだ。
ここで問題となるのが、「バルブタイミング」の問題。シリンダーヘッドの下面を削ると狂ってしまうのだ。
カムシャフトは、クランクシャフトの回転がタイミングベルトを介して伝えられ、駆動されている。シリンダーヘッドの面研をすると、クランクシャフトとカムシャフトまでの距離が短くなって、バルブタイミングが狂ってしまう。
最初、面研１mmでバルブタイミングがどちらの方向に、どれだけ狂うのかがぜんぜん分からなかった。いろいろ本を読んでいるうちに、ようやく理解できた。
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| ペイントブラシとPhotoshopLEだけという貧弱な環境で作図。かなり極端に書いてあります。 |
面研１mmをすると、シリンダーヘッドが下に１mmずれることになる。当然、クランクシャフトと、カムシャフトの距離も１mm近くなることになる。すると、タイミングベルトが１mm余ってたわむことになる＝図１。もちろん、組めばたわまない。
タイミングベルトを一定の力で張っているのは、テンショナーという部品。エンジンの前側から見て、左側の中間点、ちょうど吸気のカムプーリーの下についている。この部品は、ベアリングをバネが引っ張ることで、タイミングベルトの張りを確保している。
１mmたわんだベルトが、このテンショナーに引っ張られると、どうなるかを考えるとすぐ分かる。たわんだ分が左側に引っ張られて、それとともに、吸排気のカムプーリーも左に１mm分ずれることになる＝図２。だから、ノーマルのバルブタイミングに戻したかったら、吸排気のカムプーリーを１mm右側にずらすことを考えればいい。
ちなみに、1mmずれると、バルブタイミングがどれくらいずれるかを考えてみる。
カムプーリーの外周の長さを求めてみると、直径が実測で115mmちょっとだから、
115π＝361.283…(mm)
となる。外周が約360mmということは、1mmずれるとカムシャフトが１度ずれることになる。なんと分かりやすい！
ここで注意しなければならないのが、バルブタイミングというのは、クランクシャフトから見た角度で表すということ。
バルブタイミングは日産でレース用サニーの開発に当たった藤沢公男氏の「バルブタイミング」という本で理解した。とても分かりやすい本。
４サイクルエンジンだと、エンジンが回る行程は、吸入→圧縮→膨張（燃焼）→排気となる。吸気から排気の間に、ピストンが２回上下する＝クランクシャフトが２回回る。吸排気バルブは１度開くだけだから、クランクシャフトが２回転する間にカムシャフトは１回ずつ回ることになる。半分のスピードで回っているのだ。バルブタイミングは、クランクが２回回る＝720度回る＝ことを前提に表現されている。ここが混乱の原因だ。
バルブタイミングを理解するのに、一番良かったのが「藤沢式バルブタイミング図」。普通のバルブタイミング図はカムシャフトの１回転とクランクシャフトの２回転が同じ円の中に描かれて、分かりづらい。藤沢式だと、720度の中に各バルブの作動や点火、オーバーラップが表現されていて、エンジンの動きが実に理解しやすい＝下図。
どこからでもいいから、ピストンの動きをイメージしながら線をたどっていくと、４サイクルエンジンの仕組みが理解できる。吸排気のバルブが両方開いている状態もあることや、吸気行程ではピストンが上がり初めても、しばらくはバルブが開いていることなど、専門家にとっては当たり前のことでも、素人なら感心してしまうようなことが、一目瞭然で分かる。
B6エンジンのバルブタイミングは、吸気側の開きがBTDC（上死点前）５度、閉じがABDC（下死点後）51度。よって吸気側カムシャフトの作用角は236度。同じように排気側は開きがBBDC（下死点前）53度、閉じがATDC（上死点後）15度。よって排気側の作用角は248度となる。よって、吸気、排気のいずれのバルブも開いている「オーバーラップ」の状態は20度ということになる。図は本から抜粋したものだから、図で表現されているそれぞれの角度は、B6エンジンとはずれがあるので注意。
ここまで理解した上でバルブタイミングがどれだけずれたかを考える。カムはクランクの半分のスピードで回っているから、カムが１度回る間にクランクシャフトは２度回っている。要するに、カムが１度ずれたということはクランクシャフトの角度で表現したバルブタイミングで言うと２度ずれたことになる。ずれた方向は右回転をするB6エンジンの回転する方向とは逆向きであるから、面研１mmをすると、バルブタイミングは、吸気、排気バルブとも２度ずつ遅れることになる。
それぞれ２度ずれたことで、エンジンが回らないか、といえば問題なく普通に回ると思われる。しかし、最大馬力や最大トルクの出る回転数は変わってくるかも。
これをどうやって調整しようか悩んだ。あれこれ調べた結果、やはりとっても有名なFireRoadsterに書いてあったやり方を参考にする。排気は１mmずれたままにしておき、吸気側のカムプーリをノーマルの位置より１mm右にずれる位置まで加工するのだ。こうすると、排気バルブの閉じが２度遅れている一方、吸気バルブの開きが２度早くなる計算になる。
これをやるとどうなるのか。吸気バルブ開きが上死点前７度に、排気バルブ閉じが上死点後１７度になるので、いずれも開いている「オーバーラップ」の状態が４度分増えて２４度となることになる。オーバーラップの効用はリンク先の単語帳に書いてあります。
４度増えたからと言って、吸気の閉じだって早くなるわけだし、どれだけの効果があるのかは不明。けれども、「ノーマルカムだけど、オーバーラップを４度増やして組みました」と言えばそれだけで相手に「む、こいつはできるかも」と思わせることができるから、それだけでいいのだ。