(57)【要約】      （修正有）【課題】できるだけ軽量、低コスト、単純な構造で制御性が良く、熱や圧力に耐え、長期間の耐久性のある圧縮比可変構造を提供する。【解決手段】圧縮比＝行程容積÷燃焼室容積＋１と定義されている。つまり燃焼室の容積を変化させることが圧縮比可変のためには最適な方法といえる。バルブの回転体（ボール状、円筒状）に空洞を設けた開口部が一つだけのバルブの開口部を燃焼室に取り付け、その空洞容積を燃焼室の容積に加えることで燃焼室容積を可変とすることで、圧縮比可変機構を実現する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つあるいは複数の、貫通する空間あるいは一つだけの開口部を持つ空間（凹んだ空洞）を持つ回転体（弁体）を内蔵し、開口部が一つのみのボールバルブ、あるいは円筒状バルブを、バルブの開口部をシリンダーの燃焼室に接続して設置し、回転体の角度をアクチュエータで変えることで回転体の空洞容積を燃焼室容積に加えることで圧縮比を可変することを特徴とするエンジン及び圧縮機。
【請求項２】
上記の請求項の考案を火花点火エンジンと組み合わせる場合において、スロットル或いはそれと同様な働きをする吸入空気量制御動作と上記の回転体の回転制御動作を単一のアクチュエータで制御すること。必要に応じ補助アクチュエータとリンク機構を組み合わせることで回転体の停止位置を微調整可能とする。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】この発明は、エンジン（内燃機関）や圧縮機において圧縮比可変を実現するための構造に関するものである。
【技術背景】
【０００２】エンジンは一般的に圧縮率を上げるほど熱効率が良くなる性質を持っている、しかしガソリンエンジン等で圧縮比を上げていくと、高回転、高負荷時にノッキングが発生してしまう。通常の固定圧縮比のエンジンではその時点の数値で圧縮比が制限されるので部分負荷時の効率が悪化することになる。圧縮比可変構造を持ち、負荷や回転数の大小に応じ圧縮比を可変とするエンジンならば常に最高の熱効率で運転できることになる。つまり、燃費が向上し地球温暖化ガスの排出量を減らせることになる。
そのため、運転状況に応じ、圧縮比を可変するエンジンの機構がこれまで数多く提案されてきた。
【特許文献１】特開２００１−２２７３６７  特願８−５２５９３４
【発明の開示】
【背景技術】
【０００３】上記のように従来の圧縮比制御装置における圧縮比可変機構の多くは、コンロッドにリンク機構を設けピストンの行程を変えたり、ピストンとシリンダーの相対位置を変えることで圧縮比を可変とする構造が多かった。しかしこの種の構造ではエンジンの燃焼圧力がかかる部分を直接的に制御する仕組みのため構造が複雑で機械的な強度が必要で重量過大となり、これまで実用されたものは存在しなかった。【０００５】また、小さなピストンを燃焼室内にネジ等で出し入れする構造等もあったが燃焼室内は非常に高温高圧となるためこれも実用的ではなかった。
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、できるだけ軽量、低コスト、単純な構造で制御性が良く、熱や圧力に耐え、長期間の耐久性のある圧縮比可変機構を実現することである。
【手段】
【０００６】圧縮比＝行程容積÷燃焼室容積＋１と定義されている。
従来の圧縮比可変機構に対して、本発明では片側を閉じたボールバルブや円筒状バルブを使用することでこれらの問題を解決する。バルブの回転体（ボール状、円筒状）に凹んだ空洞を設け、その空洞容積を燃焼室の容積に加えることで燃焼室容積を可変とする。開口部から回転体に加えられる燃焼圧力は回転体を包む強固な外装で受け止められるため、圧力が大きくても問題はなく、圧縮比可変駆動機構に直接的な力が加わらないのでアクチュエータに強度的な問題もおきず、圧縮漏れも発生しない。滑らかなボール等が位置合わせのために低速で回転するだけなので長期間の耐久性も問題はない。
このように、実に単純で合理的な構造により可変圧縮比エンジンが実現できるものである。
【発明の効果】
【００１５】この発明によれば、これまでのエンジンと比較してもコストや重量を大きく変えることなく部分負荷から全負荷まで、全ての負荷領域において熱効率の良い可変圧縮比エンジンが実現できることになる。
ディーゼルエンジンにおいても、たとえばアイドリング時などは圧縮着火が可能な範囲で圧縮比を下げることで機械的な損失が減り、アイドリング燃費がよくなる。
また、気密部分を持つ圧縮機も同様に圧縮能力可変が実現できる。
本発明を応用することで、予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）エンジンにおいても予混合気の圧縮温度が着火に必要な、そして高すぎない温度となるように圧縮比を制御することでＨＣＣＩ運転の範囲を固定圧縮比のエンジンに比べて、広くすることが可能となる。
圧縮比可変機構を持つ火花点火エンジンにおいては高負荷時にはノッキングを起こさないように低圧縮比に、低負荷時には熱効率を上げるために高圧縮比になるように制御するが、双方を別のアクチュエータで制御した場合、万一の機器の故障やバグ、動作のズレなどで高負荷時に高圧縮比の状態になると、ノッキングでエンジンが破壊される危険性がある。図３に示されるように双方を単一のアクチュエータで制御することにより高負荷時には高圧縮比には絶対になず、長期間にわたり安全な運転が可能となる、圧縮比の微調整は補助アクチュエータで行う。この構造では補助アクチュエータ関係の故障がおきても最悪の事態になることを防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】以下、この発明の好ましい実施例を図面に基づいて詳細に説明する。以下の文章は圧縮比制御のための回転体をボールとして説明を行うが円筒でも同様である。【００１７】図１は、この発明に係る内燃機関の圧縮比制御装置の実施例を示している。この内燃機関は、火花点火式ガソリンエンジン、ＨＣＣＩエンジン、ガスエンジン、ディーゼルエンジンであって、ＥＣＵはアクチュエータに指令し、アクチュエータは回転体を決められた角度に回転させ、保持させることで、基本となる燃焼室容積に、各空洞の容積を加えることで圧縮比を可変できることを表している。
図２、図３は回転体を円筒状した例である。この図の状態が圧縮比が最低の状態で、回転させることで徐々に圧縮比が大きくなる。直列に配置されたシリンダーに対し１本の棒状バルブだけで間に合うので構造が簡単になる。
図に示される回転体とケースの間には理解しやすいようにスキマが描かれているが、実際には十分な気密性を有する。
図４はスロットル等の制御と圧縮比可変を一つのアクチュエータで行うのことを示している。補助アクチュエータはリンク機構と組み合わせ、回転数や水温等の状況に応じ、圧縮比を微調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１の、球形バルブを組み合わせた圧縮比可変機構を持つエンジンの概念図である。
【図２】請求項１の、円筒形バルブを組み合わせた圧縮比可変機構を持つエンジンの側面から見た概念図である。
【図３】請求項１の、円筒形バルブを組み合わせた圧縮比可変機構を持つエンジンの正面から見た概念図である
【図４】請求項２の、スロットル等と回転体を一つのアクチュエータで同時に制御する構造の概念図である。それに加え補助アクチュエータによる圧縮比の微調整行える構造を示している。
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年9月3日(2009.9.3)
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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