可変圧縮比エンジンとは

Muraさんのブログで取り上げられた、日産の可変圧縮比エンジンですが、車雑誌の筆者のレベルが低く、機構の解説がまともに出来ないのではないかとのやり取りをしたなかで、ご要望があったので非常～に専門的になりますが、可変圧縮比エンジン（以下VCR-EG（Variable Compression Ratio Engine））について取り上げたいと思います。

エンジンは走行状態により、低回転から高回転、定負荷から高負荷までさまざまな条件で使われるので、なるべく広い条件で効率が上がるように、バルブタイミングやバルブリフト量、吸気管長など色々な部分を変化させて性能を引き出すように考えられています。

ですから、圧縮比自体を変化させるVCR-EGは画期的な技術と言えます。

圧縮比は、ノッキングが発生しやすい低回転・高負荷時の条件によって決まるため、ノッキングが発生しにくい高回転域では圧縮比を上げてトルクを引き出すことが可能です。

また、ターボでは最大加給圧によって圧縮比が決まってくるので、加給圧の低い低回転域では圧縮比を上げてトルクをひきだし、加給圧の高まる高回転域では圧縮比を下げて異常燃焼を抑えることが可能となります。

この、VCR機構については、サーブ、メルセデスベンツ、フォード、ボルボなど多くの会社が研究をし、機構の重量増によるデメリットによって量産車に採用されていないものです。

なかでは、サーブがシリンダーブロック全体を箱の蓋みたいに、動かして圧縮比を変えるエンジンを2000年に発表して、ベストテクノロジー賞や翌年にインターナショナル・エンジン・オブ・ザ・イヤーでベストエンジンコンセプト賞を受賞しています。

このように、VCR機構は様々なものが考案されていますが、今回日産が発表した物はマルチ・リンク・コンロッドと呼ばれる機構です。

私が調べたところでは、2000年頃から今年まで、このVCRに関係する特許を８０件以上申請しています。

その中でも、根幹となる技術は2001年11月16日に公開されている「内燃機関の可変圧縮比機構」と言う特許に記されていますので、そのあたりを中心に解説します。

どうしても、専門用語が多くなる部分はご容赦下さい。

図は、公開特許からの説明図を使用しています。図をクリックして大きくして見比べながら読んで貰うと分かりやすいと思います。（著作権上まずければ消しますがその前に理解してください（笑））

右下の図が基本的な可変圧縮エンジンの機構で、８のリンクを１２の偏心ピンによって引っ張ったり、伸ばしたりすることのよって、ピストンの上死点を変化させます。

左上の図が、機構をコンパクト化して実用化に近づいたもので、クランクシャフトのクランクピンとコンロッド間に入るリンク部分が右上の図となっていますので、そのあたりを見ながら説明すると．．．


★構造
クランクシャフトと平行なクランクピン（左上図１６）を右上図真ん中の部材（２１）でくわえ込みます。この部品はクランクピンと固定されず自由に回転出来ます。

この２１番のクランクピン軸受けを両側から、右上図の左右のリンクで挟んで、ピンを45a-33-45bと46a-34-46bと言う具合に通して固定します。

そして、このリンクにある４１の穴に、ピストンからのコンロッドが接続されて、４２の穴にシリンダーブロックに固定されて偏心ピンによって伸び縮みするアーム（左上図２３、右下図８）が接続されます。


★動き
一般的なエンジンは、ピストンとクランクシャフトピンがコンロッドで接続されています。

これに対して、VCR-EGは、コンロッドとクランクシャフトピンの間にもう一つリンクが入った２リンクになります。しかも、その２リンク目は揺動アームによって一端が固定されている形です。

左上の図で考えると、２８のリンクが24,25の偏心カムによって伸縮すると２２の第２リンクが回転して、６３の穴がピストン直下に来たときに最も上死点が上がって、圧縮比が高くなります。

図の状態では、すこしリンクが伸びて、コンロッドが鉛直軸に対して斜めになっている分、上死点が下がって圧縮比が下がった状態です。

ここまでを理解したら、左上の図でピストンが上下に動いた状態を想像してみてください。

注目するのは、61-62-63の三角形でこの三角形の形は変わりません。
クランクピン中心の６１はクランクシャフトの周りの円周上（点線）を回り、ピストンが上死点から下死点に移動すると、クランクシャフトは180度回転するので、６３のコンロッドの第２リンクとの接続点６３は楕円形の軌跡を描きます。

だいたい動きがみえてきたでしょうか？？

上死点を変えると下死点も変わりピストン行程は同じになると思います。日産の発表では、上死点を5.5mm変更できるので、そのことによって圧縮比は８～１４で変化するとのことです。