クランクケース内圧について

少し前になりますが質問で、バイクの分野で流行っている「クランクケース内圧コントロールバルブを4輪のエンジンにつけても効果がありますか?」という内容のものがありました。

数社から出ており、この内圧コントロールバルブはクランクデコンプバルブとかレデューサーとかT-REV、NAGバルブとか様々な商品名で売られているようです。

この内圧コントロールバルブというのはクランクケース内圧(バックプレッシャー)を下げ、ピストンの上下動やクランクの回転に伴う空気抵抗を減らしパワーロスを低減することを目的とするもので、簡単に言えば逆止弁、ワンウェイバルブ(チェックバルブ)というわけです。

外観はブローバイガス還元装置に使われているPCVバルブと似ていてその動作も一見似ているように見えますが、構造は若干異なります。

<参考> PCVバルブと内圧コントロールバルブの違い

↑内圧コントロールバルブは単純なワンウェイバルブですが、PCVバルブは負圧とスプリング張力のバランスで弁体のストロークが変わり、その際、ノズル部(テーパー部)で流路断面積が変化し流量が変わるようになっています。(エンジンブレーキ時など強力な負圧状態になった際にブローバイガスを必要以上に吸い込みすぎないようにするため)

※ですので、よく2輪で4輪用のメーカー純正PCVバルブを流用して内圧コントロールバルブの代わりにしている方がいますが、上記のように構造および原理が異なりますので、PCVバルブ流用では本来の内圧コントロールバルブとまったく同じ効果は期待できません。

で、結論から言うと、もともとPCVバルブのついているブローバイ経路の4輪のエンジンには内圧コントロールバルブを付けた場合、長期的に見ると不具合が生じてしまうことがあるので慎重に考える必要があります。

現在の4輪のブローバイガス還元システムはほぼ100%、PCVバルブを装着したクローズドタイプとなっており、これに内圧コントロールバルブをつけると元々ついているPCVバルブと逆方向のワンウェイになるためにお互いが喧嘩し、機能しなくなることになります。

だからと言ってPCVバルブを殺すと今度はクランクケース内のベンチレーション(換気)ができなくなってしまいます。これが大きな問題なのです。

PCVバルブはアイドリング時やアクセル開度の低いパーシャル巡航時など、インマニ側の負圧が高い状態ではそこからブローバイガスを吸引し、もう1方のブローバイホースからはエアクリーナーを通過した綺麗な新気をクランクケース内に導入することで「エンジン内部を換気する」という重要な役目をしています。 ですので内圧コントロールバルブをつけてPCVバルブを殺すと、このクランクケース内の換気ができなくなりクランクケース内部が常にブローバイガスで充満することになるのです。

このブローバイガスは未燃焼ガスや排気ガス、生ガソリン分や燃焼時に発生する水分などを含んだ酸性物質であり、それらがエンジン内部の汚れ(スラッジ、カーボン)の堆積や腐蝕、錆びの発生を促進し、また、エンジンオイルを急速に劣化させます。

当然、これはエンジンオイルの寿命を短くしますのでオイル交換サイクルを早めにおこなう必要がありますので、たとえば自動車メーカーの推奨交換サイクルが10000km~15000kmだとしたらその1/3程度の3000km~5000kmで交換する必要があります。

この内圧コントロールバルブの宣伝文句には「燃費の向上」を謳っていることがありますが、仮に僅かに燃費が向上したとしても頻繁にオイル交換をする必要があることで結局は経費節減どころか、かえってコストアップに繋がってしまう可能性があるということです。

このように、内圧コントロールバルブをつけてPCVバルブ機能を殺すことはこの重要なクランクケース内部のベンチレーション(換気)機能を殺してしまうことでさまざまなデメリットが生じることになりますので、長期的に見た場合、エンジンにとっては「百害あって一利なし」ということになるということをユーザーはよく考えないとなりません。

それに、クランクケース内の圧力を下げることが目的ならば、内圧コントロールバルブをつけずとも、もともとクローズドタイプのブローバイシステムでは加速時などサクションパイプの負圧が高くなるとクランクケース内圧は吸引され、同時にPCVバルブが閉じることでクランクケース内は常に適切な負圧(0~-0.5kPa程度)が保たれるようにメーカー純正状態で設計されています。

(なお、あまりにクランクケース内圧が低くなりすぎると、今度は各部のオイルシールやパッキンの隙間から外部より水やダストを吸込んでしまったり、気圧が低下しすぎることでオイルパン内のオイルに気泡が生じやすくなったり、オイルポンプがオイルを吸引しにくくなることでかえって潤滑トラブルになり不具合が生じます。 クランクケース内の負圧は強ければ良いというものではなく「適度な範囲」に留めておかないといけません)

エンジンによって差はあるでしょうが、私の車の場合では加速時にはサクションパイプ部では最大-500mmHgを超える強力な負圧でクランクケース内圧がブローバイホースを通じて吸い出されており、ブローバイガスを吸引する負圧は充分に発達した状態になっていることを確認しています。なので、ブローバイホースを大気開放せずサクションパイプに戻している場合、最高出力をアップさせることが目的であればわざわざ内圧コントロールバルブなるものをつける意味はありません。

さらにクランクケース内圧を積極的に下げる方法としては私が以前に試したことのある「ブローバイサブタンク」というものもあります。(現在は邪魔なので外していますが)

これは体感するのはやや難しいですが、うまく機能するように付ければ最高回転数付近では数馬力に相当するパワーロスを低減する効果が得られるようです。

いずれにしても、ストリートで使用する場合は前述したようにクランクケース内のベンチレーションは重要ですので、考えなしにPCVバルブを殺して内圧コントロールバルブなるものをつけることには感心しません。

ちなみに、レース用のドライサンプエンジンの場合は大容量のスキャベンジングポンプで大量にオイルと同時にブローバイガスを回収することでウエットサンプとは比べ物にならないくらい強力にクランクケース内を減圧(F1などは大気圧に対して30%以上も減圧しているらしいです)し、ピストンの上下動やクランクの回転の空気抵抗を減らして何よりも優先して出力ロスを極力抑えるようになっています。

↑ホンダF1エンジン(3.5リッターV12)のスカベンジングポンプ図。 じつに各セクションごとに合計7個ものポンプをタンデムに用いてオイル回収およびクランクケース内の減圧をしています。

見ようによってはポンプの駆動抵抗によるパワーロスのほうが大きくなりそうですが、それでもクランクケース減圧(とオイルリターン)のほうが性能的に優先されるということなのでしょう。

そもそも、ウエットサンプエンジンにおける減圧バルブも本来ならばヘッドカバーから抜くよりもバックプレッシャーの大元であるクランクケースから直接抜いたほうが理想的ではあるのです。

ですが、それをやるとブローバイガスと同時に大量のオイルミストも吸い込んでしまうことから、しっかりしたオイルセパレーターの必要性が出てくるため、レース用エンジンならまだしも市販の街乗りメインのエンジンではオイル消費量の問題やコストその他の問題が絡んでくるでしょう。

最後に

誤解を招くのは嫌なのでいちおう断っておきますが、私はこの内圧コントロールバルブそのものを否定しているわけではありません。

あくまでも「現在の4輪エンジン、とくにストリートで使用する場合は」どういうデメリットがあるのかということを理解していただくために挙げているのです。

販売業者はどうしてもモノを売りたいためにメリットは説明してもこうしたデメリットについては十分な説明をしない(或いはエンジンをよく理解していない)ことが多い傾向があります。

この内圧コントロールバルブが特に有効なのは、2輪車で多い単気筒や360度クランクの2気筒などのピストンの上下に伴うクランクケース容積変化の大きいエンジンや、大排気量Vツイン、4輪でも大排気量V8のような排気量に対して気筒数が少なくクランクケース内の動圧の変化の大きいエンジンに限られると考えます。

ただ、それでもレースでもない限りはPCVバルブを殺してまで内圧コントロールバルブをつけるメリットはない(むしろ前述したような長期的視点のデメリットのほうが大きい)と考えます。

なお、元々PCVバルブのないシールドタイプのブローバイガス処理をしているエンジンの場合や、同じくPCVバルブを外してサーキット専用のブローバイ配管をしているような場合は、内圧コントロールバルブをつけてもとくに弊害はない(かと言って大きなメリットもないと思いますが)かと思います。