バルブとピストンの干渉について

Question

タイミングべルトが切れたときの、バルブとピストンの干渉について疑問に思うことがあるので教えてください。
車種によっては、切れたときにバルブとピストンが干渉しない場合もあるらしいのですが、高速で走っているときはまずダメらしいとの記事をどこかで見ました。
低速で走っているときは大丈夫で、高速で走っているときはダメという理由がわかりません。
どなたかよろしくお願いいたします。

puu1-2-3 · Accepted Answer

こんにちは。

自動車用エンジンの開発に携わっています。

エンジン回転数にかかわらず、
当たる車はあたる、当たらない車はあたりません。
これは設計思想によります。

当たる車は、エンジン始動のクランキングだけで
バルブ、コンロッドが曲がります。

ベルトやチェーン切れの際に、バルブがフルストロークした状態でも
ピストンに干渉しないようにするためには、
ピストン頭部の逃げ加工（バルブリセス）を極端に深くとる必要がありますが、燃焼室形状がいびつになって燃焼が悪化するほか、
圧縮比も高くとれず、最近の燃費やエミッションを意識した
エンジンではまず無理（そういった設計にはできない）でしょう。

ご自分の車については、メーカーのお客様相談室か、
最寄のディーラーで質問すれば回答を得られると思います。

bikesmith · Answer

高速といっても、たとえば時速１００キロでエンジンの回転が３５００回転とかであれば、ごく普通の状況です。このくらいだと一般道を６０キロくらいで走るのと変わりないです。その記事は相当アバウトですね。

エンジンは、ピストンとバルブがぎりぎりのクリアランスで回ってるのも多いです。そんなエンジンがタイベルが切れたり歯飛びが発生したらバルブとピストンがぶつかるのは普通に考えられることです。そうでないエンジンもあるみたいですが、相当にクリアランスが確保されているんだと思います。それはディーラーに聞くとわかります。

シフトミスで許容回転数をはるかに超えた場合、エンジンによってはクランクとカムの回転の不整合のため、ベルトやチェーンが壊れなくともバルブとピストンが当たることもあります。

pochi2tama · Answer

タイミングベルト切れ（といっても実際にはベルトの山が飛んでカムシャフト回らずですが）でバルブ干渉の経験があります。
（SUZUKIカルタスGTi)

> 低速で走っているときは大丈夫で、高速で走っているときはダメという理由がわかりません。

これに関してはあくまで想像ですが、エンジンによっては回転数に依存してバルブタイミングを早めたり、動作量を多くしたりするものが有るので、高回転動作中のタイミングベルト損傷で干渉の可能性が上がる事も有りうると想像できます。

実際に修理に出してバルブを見せてもらったのですが、バルブの（の弁の）付け根付近が見てわかる程度の曲がっていました。確か修理に10万円程度かかったと記憶しています。

バルブが上がっている（弁を閉じている）時であれば、ピストンが上下しても干渉することは無いですが、バルブが下がっている時であればエンジンの設計によっては干渉するということです。

ちなみに、タイミング切れでストールしたエンジンはセルが「これほどまでに軽く回るのか！」というほどヒューンと軽く回っていました。圧縮がかからない状態だったからでしょう。

microburst · Answer

先ず、タイミングベルトが切れる要素を取り除くのが最前提ですね。　切れた時点で、カムシャフトが回らない、と仮定して、バルブスプリングが機能して、バルブはカムシャフトに接触する状態を保とうとします。極端に言えばバルブスプリングが「無い」ならば、またバルブが燃焼室に落ちることになっていない限りは、まず、バルブがピストンに接触するような事は、ありえないと思います。バルブヘッドと、バルブスプリングが効かない状態に陥った場合のみ、バルブがピストンに接触、運が悪ければ、バルブが燃焼室に落ちる心配をしないでもありませんが、吸気、排気ともバルブがバルブスプリングに持ち上げられる限り、あまり過激に圧縮比を上げなければ、カムとバルブヘッドが接触を保ち、ご心配のような壊滅はないと考えます。ピストンの形状を変えてあった場合、運が悪ければ、ピストンがバルブを壊し、破片がエンジン内部に飛び散り、再起不能になる可能性はありますが、ハイカムをぎりぎりにセッティングした、或いはピストンをチューニングタイプに交換していなければ、あまり壊れない程度のクリアランスを保ち、ご心配のような事態には陥ることは無に近いと思います。
　レースでエンジンブローする原因が、このようなセッティングの範囲を超えてしまっている場合であり、これに習ったセッティングにした場合、「ありえない」とは言い切れません。いずれにせよ、色々な故障が重ならなければ、再起不能までぶっ壊れてしまうことは、考えにくい事態と認識しています。
　タイミングベルトがカムシャフトに巻きついた場合、バルブスプリングや、カムのセッティング以上にバルブを押し込んでしまうと、これはエンジンブロー、修理より、載せ替えの方が安上がりの事態に至る可能性はあります。が、タイミングベルトと、カムシャフトハウジングが分離されているのは、このような事態を避けるためであり、通常の車でそのようなご心配は無い筈です。

rgm79quel · Answer

＞車種によっては、切れたときにバルブとピストンが干渉しない場合もある

この表現は非常に正しいです。
トヨタの内、一部の車種に置いてバルブを突きません。
トヨタでも突くエンジンはあります。

それ以外は全て突くとお考え下さい。

＞高速で走っているときはまずダメらしいとの記事をどこかで見ました

「らしい…」
「との記事を…」
「どこかで…」
「見ました…」
となれば
そういう事はないとお考え頂いて良いのでは…

個人的にはそういう経験は有りません。

nanawanwan · Answer

車によってはバルブリフト量を変化させるエンジンもありますから、
高回転時にはバルブが干渉するエンジンもあると思います。

10ken16 · Answer

多くの自動車は、ピストンのヘッドにバルブとの干渉を避ける
逃げ加工が施されています。
このおかげで、カムが全開した状態でビストンガ上死点に達しても、
カムとピストンヘッドが干渉することはありません。

一方で、高回転型（ストロークが短い）で
かつ、圧縮比を高めるために燃焼室を狭くしたものは、
干渉する構造になってしまうかも知れません。

速度が速いから干渉するということは、構造上考えられません。
低回転型のエンジンと、高回転型のエンジン
あるいは高圧縮比エンジンの話だったのではないでしょうか？

具体的に、低回転では干渉しないけど、
高回転で干渉するという例があれば、
詳しい方から情報が得られるかも知れません。

バルブとピストンの干渉について

こんにちは。

この回答への補足

高速といっても、たとえば時速１００キロでエンジンの回転が３５００回転とかであれば、ごく普通の状況です。

タイミングベルト切れ（といっても実際にはベルトの山が飛んでカムシャフト回らずですが）でバルブ干渉の経験があります。

先ず、タイミングベルトが切れる要素を取り除くのが最前提ですね。

＞車種によっては、切れたときにバルブとピストンが干渉しない場合もある

車によってはバルブリフト量を変化させるエンジンもありますから、

多くの自動車は、ピストンのヘッドにバルブとの干渉を避ける

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　先ず、タイミングベルトが切れる要素を取り除くのが最前提ですね。