エンジンテクノロジー超基礎講座008｜可変バルブタイミング機構 バルブのタイミングを可変とする現代エンジンの必須装備

カムフェーザーは可変バルブタイミング機構、VVT（Variable Valve Timing）の別名。クランクシャフト、あるいはカムスプロケット（もしくはプーリー）に対するカムシャフトの位相角（phase：フェーズ）を変化させることで、カムシャフトがバルブに働きかける（バルブを押し下げる）タイミング、すなわちバルブタイミングを変更するというもの。

その原理は、カムスプロケット部に取りつけられるカムシャフトの角度を回転させるように動かすという、ある意味単純なものだ。しかし、その“絵に描いた餅” のように単純な機構を確実かつ正確に動かすためには、高度な技術が必要不可欠となる。しかも高トルクが必要とされるカムシャフトの制御には高出力のアクチュエーターが求められるが、エンジン内部で現実的に利用可能な動力源は最近まで油圧以外にはないに等しい状態だった。

詳しくは後述するが、その傾向は電動式VVTが普及しつつある現在においても同様だ。コストまで含めて考えると、油圧ベーン（ベーン＝風車）式と呼ばれる、油圧式VVTが主流とならざるを得ない状況だ。

こう言うと油圧ベーン式がまるでローテクなようだが、油圧ベーン式が登場した当初は実用性が疑問視されるほどに難しい技術とされていた。一見シンプルなその構造には、加工精度を含め数多くの工夫が凝らされている。電動式VVTがなかなか乗り越えることのできない課題を解消した油圧ベーン式のメリットは、長年に渡って鍛えられてきた歴史から生まれたものである。

とはいえ、現在の制御が電気による制御信号を用いて行なわれる以上、制御信号の先に油圧機構というワンクッションを持つよりは、制御信号で（ほぼ）ダイレクトに駆動が可能な電気式の方が理想的であることも事実。しかし、そこにもやはり理由がある。

回転運動を行なうアクチュエーターといえばモーターなのだが、カムスプロケット部分に収まる大きさ（体格）で、前述のようなカムシャフトを回転させるための高トルクを生み出すためには、モーター単体では不可能であり、高倍率のトルク増幅が必要だったのだ。それもカムスプロケット部に収まるという寸法的制約の中でだ。

ちなみに、下の写真（とトップの写真）で紹介しているトヨタのVVT-iEと呼ばれる電動式VVTでは、サイクロイド減速機構という一段で大減速が可能で、なおかつ精密な位置決めという制御に必要な、ゼロバックラッシュ（つまりガタがない）という要素を持つ特殊な機構が使われている。そのメリットは絶大で、可変幅、応答性は油圧ベーン式を大きく上回り、角度を自在に操れるなど制御の自由度も格段に高まる。その一方、それを制御するECUにも高い能力が必要となり、実装されるソフトウェアの高度化（当然開発工数も増加）が求められるということも忘れてはならない。