現在位置
TOP > 車両搭載技術 > VCターボエンジン

VCターボエンジン

車両搭載技術

  • 戦略的技術領域
  • 環境技術
  • ダイナミック・パフォーマンス

ドライバーの意のままに、高い環境性能と圧倒的な動力性能を同時に実現する量産型世界初の可変圧縮比エンジン

VCターボエンジンは、ピストン上/下死点位置を連続的に可変するマルチリンク機構を採用し、燃費とパワーを決める最重要パラメータである圧縮比を自在に切り替えることで、通常はトレードオフの関係にある驚異的な低燃費と圧倒的なハイパワーを同時に実現することができる量産型世界初のエンジンです。



技術の働き

・可変圧縮比を実現する技術
ガソリンエンジンは、シリンダー内に取り込んだ混合気を圧縮したところで点火し、燃焼させます。
このとき、高圧縮にするほど高効率運転ができますが、温度上昇により異常燃焼(ノッキング)が発生するため、圧縮比には限界があります。

巡航時など吸気量が少ないときには限界圧縮比は高く、逆に加速時など吸気量が多いときには限界圧縮比は低くなります。特にターボエンジンのような過給された混合気を吸気をしている状況では、限界圧縮比はさらに低くなります。このように、負荷の状況に応じて、理想的な圧縮比は変わります。

従来のエンジンは、ピストンとクランクシャフトが直接コンロッドでつながる構造のため、圧縮比を変えることはできません。

VCターボエンジンは、コンロッドに替えてマルチリンク機構でクランクシャフトを回転させる構造とし、リンクの端点をアクチュエータで可動にすることにより、ピストンとクランクシャフト間の距離を変化させ、圧縮比を8:1から14:1の間で無段階に自在に変更できるようにしています。ドライバーのアクセル操作に対応して、常に最適な圧縮比へ変化させます。

vc_turbo_engine_01_en.jpg
 @ 圧縮比の変更が必要な場合、ハーモニックドライブがアクチュエータアームを動かす
 A アクチュエータアームがコントロールシャフトを回転させる
 B コントロールシャフトの回転によってLリンクを動かし、マルチリンクの角度を変える
 C マルチリンクはシリンダー内のピストンストロークの上下位置を調整し、圧縮比が変更される

vc_turbo_engine_02_en.jpg
・リンク配置の最適化
ピストンが上下した際のアッパーリンク(U-link)の角度変化が小さく、より直立したままスムーズに下降することで、シリンダー壁面との摩擦を低減して燃費向上に貢献します。また、ピストンの上下動が上死点と下死点で対称となり、振動を抑制することができます。
vc_turbo_engine_03_jp.jpg

技術の仕組み

VCターボエンジンは、新開発の高効率ワイドレンジターボと過給圧をきめ細やかにコントロールする電動ウェイストゲートにより、ターボラグを抑えて高効率に過給し、瞬時に大出力を発生させます。また、低負荷時には電動VTCによりバルブタイミングを連続的に変化させ、アトキンソンサイクルによりポンピングロスを低減し、高圧縮比による高熱効率の達成と組み合わせることで低燃費を実現しています。
vc_turbo_engine_04_en.jpg
VCターボは1998年より研究を開始。リンク機構による可変圧縮比方式を開発、リンク配置の最適化、高度な解析技術による部品形状の最適化、高精度熱処理などの工法革新を経て、世界初の量産化を実現しました。

※アトキンソンサイクルによるポンピングロスの低減
通常ガソリンエンジンでは、巡航時などパワーを必要としないときにはスロットルバルブを閉じて吸入空気量を減らしますが、通気抵抗が増えるため(ポンピングロス)、燃費向上の阻害要因となります。アトキンソンサイクルではエンジンの吸気バルブの開閉タイミングを制御し、巡航時には遅めに開くことで吸入空気量を減らしパワーをコントロールします。スロットルバルブのみで吸入空気量を調整する従来のエンジンと比較してポンピングロスが低減し、燃費を向上させることができます。