バルブタイミング
直進運動を回転運動に変換するレシプロエンジンでは、混合気(直噴の場合には空気)を取り込み、圧縮し、燃焼させ、排気するという過程を繰り返す。このとき、燃焼室内と外界を隔てるための機構がバルブである。一般的な4ストロークエンジンと、ほとんどのユニフロー掃気ディーゼルエンジンの排気バルブにはポペットバルブが用いられている。
吸入時には吸入するためのバルブを開く
圧縮、燃焼時には気密するため、すべてのバルブを閉じる
排気時には排気するためのバルブを開く
上記がバルブの主な役目である。一般的な4ストロークエンジンの場合、クランクシャフトの1/2の回転数にて回転するカムシャフトが存在し、バルブはこのカムによって駆動される。
吸入効率・排気効率を高め、混合気の燃焼をスムーズに行わせるためには、バルブタイミングを回転数や負荷に応じて変える必要があり、これを実現したのが可変バルブ機構である。この機構には、バルブタイミングを段階的に変えるもの、連続的に変えるもの、さらにはバルブのリフト量を段階的に変えるもの、連続的に変えるもの、以上の複数を組み合わせたものなど、さまざまなバリエーションが提案されている。
詳しくはバルブオーバーラップを参照。
シリンダーが排気行程から吸気行程に移行する際に、排気バルブ閉鎖の前に吸気バルブ開放が始まることで、吸排気バルブが同時に開き混合気の流入と排気ガスの流出が同時に起きる区間が発生する。これがバルブオーバーラップと呼ばれるものである。排気ガスが排気ポートに排出される際の負圧(排気パルス)の力を利用して、混合気をシリンダー内に引っ張り込んで充填効率を増すために、このような区間が設けられている。
一般的に排気ガスの力で過給機を回転させて強制的に混合気をシリンダー内に押し込むエンジンでは、過給圧で混合気が排気ポートへ押し出されてしまわないように、バルブオーバーラップはやや短めになっている。逆に過給機の圧力を利用出来ない自然吸気エンジンでは、排気パルスの力を最大限利用するため、バルブオーバーラップは大きめに取られることが多い。
作用角・リフト量の大きいハイカムを使用する事で高回転でも吸気量を確保する事で高出力を得られる。しかし作用角。リフト量が大きくなることで結果的にバルブオーバーラップ領域も拡大されるため、アイドリングや始動、発進が困難、軽負荷時の燃焼が不安定になるなどのデメリットも発生する。
SC (Scavenging Port Close) — 掃気ポート閉鎖 — このタイミングで掃気ポートからの混合気吸入が停止する。下死点の少し後(ABDC)に閉鎖され、ピストンは既に上昇行程に転じているため、クランクケース側に若干の吹き戻しが発生する。この時クランクケースからキャブレター側に混合気が逆流しないように、吸気ポートにはリードバルブやロータリーディスクバルブが設けられることが一般的である。
EC (Exhaust Port Close) — 排気ポート閉鎖 — このタイミングで排気ポートが閉じてシリンダー内の排気が終了する。実際には下死点(排気上死点)の少し後(ABDC)で閉じるため、シリンダー内の混合気が若干エキゾーストチャンバー内に流出してしまう。しかしこの時、先にエキゾーストチャンバーに排出された排気ガスがチャンバー内部で応力波となって排気ポートまで戻ってくるため、適切な排気ポートタイミングとチャンバー容量選択が行われたエンジンであれば、応力波によって流出した混合気は再びシリンダー内に押し戻され、充填効率が増す。これはエンジンの回転数によって効果が変化するため、最大の充填効率が達成される回転域を俗にパワーバンドと呼び、この回転域に入ることをパイプインするともいう。