現在、ほとんどの車のエンジンは、可変バルブ機構付きのDOHCエンジンとなりました。
そのため、現在はエンジンスペックにおけるDOHCであることのメリットが語られることはほとんどなくなりましたね。
そもそも、「DOHC」「SOHC」とはなにか？よくわかっていないという方も多いのではないでしょうか？
そこで今回は、「エンジンのDOHCとSOHCの仕組み、違い、歴史」などについて解説していきたいと思います。
エンジンのDOHC・SOHCの違いとは
DOHC・SOHCについて解説する前に、まずはエンジンの動弁機構に関する基本的な仕組みを説明いたします。
エンジンが効率よく動作するためには、シリンダー内に空気を効率よく取り込み、燃焼後のガスをしっかりと排出することが重要です。
この空気の入れ替えは、キノコ型のポペットバルブが開くことによって行われます。
バルブの開閉を制御するのは「カムシャフト」という部品で、その上に卵型をした「カム」が取り付けられています。
エンジンの回転はカムシャフトに伝えられ、カムが回転します。
カムの尖った部分は「カム山」と称され、この部分でバルブを押し上げることでバルブが開きます。4ストロークエンジンでは、クランクシャフトが2回転する間にカムシャフトが1回転します。
クランクシャフトはピストンの動きを回転力に変換する部品で、4ストロークエンジンの吸気、圧縮、燃焼、排気の4工程は、ピストンが2回往復する間に行われます。
したがって、クランクシャフトが2回転するのに対し、バルブは吸気と排気の際のみ開くため、カムシャフトの1回転で両方のバルブを開閉します。
さて、この基本を理解した上で、DOHCとSOHCの違いを解説します。
DOHC(ダブルオーバーヘッドカムシャフト)
DOHCは「ダブルオーバーヘッドカムシャフト」の略で、1つのシリンダーヘッドに対して2本のカムシャフトが配置され、吸気バルブと排気バルブは別のカムシャフトで駆動されます。
DOHCのメリットとして、燃焼室の形状やバルブの角度の設計自由度が高く、バルブ径を大きくしやすくなっています。
ロッカーアームを介さずにバルブの開閉が行え、高回転時でも正確なバルブ開閉が可能です。
これにより、高回転でも最適なタイミングでの吸排気が行えるため、アクセルレスポンスが向上します。
しかし、DOHCのデメリットとして、重量増やコストの増加、そしてエンジンの重心が高くなる点が挙げられます。
SOHC(シングルオーバーヘッドカムシャフト)
一方、SOHCは「シングルオーバーヘッドカムシャフト」の略で、1本のカムシャフトで吸気と排気のバルブを開閉します。
この場合、シリンダーヘッドの中心付近にカムシャフトが配置され、バルブの開閉は基本的にロッカーアームという部品を介して行われます。
SOHCのメリットとして、燃費、重量、コストの面で有利です。
これは、部品点数が少なく、カムシャフトが1本しか必要ないためです。この特性により、軽量でコンパクトなエンジン設計がしやすく、車体バランスも向上します。
また、直列エンジンにおいては、エンジンの重心を低くすることも可能です。
燃費の向上の理由として、カムシャフトが回転する際のバルブスプリングの抵抗が、SOHCでは1本のカムシャフトのみであるためDOHCより少ないという点が挙げられます。
しかし、SOHCのデメリットとして、高回転や高出力時の性能がDOHCに劣ります。
これは、ロッカーアームを経由するため、高回転時の正確なバルブ開閉が難しく、またV字型に配置されたバルブの角度にも限界があるためです。
総じて、SOHCとDOHCのメリット・デメリットは、用途や乗り方によって有利不利が分かれます。近年の技術進化により、これらのデメリットを克服するDOHCのエンジンも登場しています。
DOHC・SOHCの歴史
DOHCやSOHCなどの動弁系機構の歴史について説明します。
動弁系機構は時代とともに進化してきました。
さらに古い動弁系機構としてSV方式があり、これはサイドバルブの略で、シリンダー側面に吸排気バルブを配置する方式です。
シリンダーの形状は縦長ではなく、平べったい形でした。SV方式は自動車が普及し始めた頃に採用され、メンテナンスがしやすく、低騒音という理由から広く採用されていました。
しかし、この方式は横に広い燃焼室形状のため、圧縮比を十分に上げることができず、熱効率も悪いため、高出力を出すことが困難でした。
1900年ごろには、シリンダー上部に吸排気バルブを配置したOHV方式が導入され始めました。
吸気はOHV、排気はSVという複合型も存在していました。この方式の変更により、エンジンの性能は向上しましたが、自動車が更なる高速性能を求められるようになりました。
OHV形式の動弁機構は、シリンダー下方のカムシャフトからプッシュロッド、ロッカーアームを介して吸排気バルブを操作するシステムでした。
しかし、この方式の長い駆動伝達やプッシュロッドの重量は、高回転域での正確なバルブ開閉を難しくし、エンジンの高速化を妨げました。
そこで、シリンダー上部にカムシャフトを配置し、プッシュロッドを排除してカムから直接短いロッカーアームを駆動するSOHC方式が開発されました。
この改良により、燃焼室も半球型になり、高効率化が達成されました。SOHCが自動車に普及したのは1960年代から1970年代で、一部の車種では上位グレードがSOHC、下位グレードがOHVとして区別されていました。
1960年代から1980年代の日本では、OHVとSOHCが共存する時期もありましたが、この頃からDOHCを採用した車も増えてきました。
1963年、ホンダが軽トラックT360で初めてDOHCを搭載しました。
当初、DOHCはレーシングカーのために開発されたもので、主にスポーツカーや高級車に採用されていました。
しかし、1980年代中頃から燃焼効率が良く、低燃費、低公害のエンジンとして注目されるようになりました。
トヨタは実用車向けのDOHCエンジンを開発し、1986年に多くのガソリンエンジンにDOHCを採用しました。
1990年代以降、厳しい排ガス規制に対応するため、多くのメーカーがDOHCを採用し、SOHCエンジンは少数派となりました。
現在でも、ホンダのレジェンドや三菱のRVRなど、SOHCを採用した車は存在しています。
ホンダレジェンドは3.5LのV型6気筒エンジンで、VTECという動弁系機構を使用し、燃焼効率が向上しています。三菱RVRはMIVECというシステムを搭載し、部品の削減やエンジンの軽量化が図られています。
SOHCは自動車では少数派ですが、小排気量のバイクではコスト低減が重視され、一般的に採用されています。技術の進歩や開発努力により、各動弁系機構が目的に合わせて使われています。
