JP2006183459A - ブレイトンサイクル機関 - Google Patents

Abstract

【課題】ピストン上死点での燃焼室容積を負荷に応じて制御することにより、高圧の新気を絞ることなく、損失なしに適切な圧縮空気又は混合気を供給することができ、ブレイトンサイクル機関の基本的な負荷制御の課題を解決する。
【解決手段】シリンダ３２３内を往復動するピストン３２２と、吸気系に設けられ、大気圧よりも高圧の空気をシリンダ３２３に供給する過給手段２と、シリンダ３２３に設けられ、ピストン３２２が上死点近傍にあるときに開閉して、過給手段２から供給される空気のシリンダ３２３への供給量を調整する吸気弁２１２と、機関運転状態を検出する運転状態検出手段５０と、検出した機関運転状態に基づいて、ピストン３２２の上死点位置を変更する上死点位置変更手段３０と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明はブレイトンサイクル機関に関する。

非特許文献１には、図１７に示すブレイトンサイクル（等圧燃焼サイクル）機関の一例が提案されている。この機関は、図中左バンクの気筒が圧縮専用気筒であり、右バンクの気筒が膨張専用気筒である。新気を圧縮専用気筒に吸気して圧縮ピストン(Compressor piston)で圧縮してから燃焼室(Combustion chamber)に導入する。そして燃焼室で燃料と混合して燃焼し、それによって生ずる燃焼圧力で膨張ピストン(Expander piston)を押し下げ、その力をクランクシャフトから出力する。
G.B.Warren and J.W.Bjerklie,"Proposed Reciprocating Internal Combustion Engine with Constant Pressure Combustion", SAE Paper No.690045, Automotive Engineering Congress, January 1969

ところで、このようなブレイトンサイクル機関は航空機では発展し普及しているものの自動車用の実用例は皆無である。その理由は圧縮後に燃焼したガスを膨張専用の気筒に導くまでの熱損失が大きく熱効率が低いからである。

これを避けるには、圧縮空気に燃料を供給して混合気を形成した後、右バンクの気筒に導入し、気筒内で燃焼させるとよい。しかし、このような場合には、給気弁の作動タイミングが適切でないと燃焼が遅れたり、逆火で上流側の混合気に火がつくという問題が生じる可能性がある。

また、圧縮されて高圧になった新気が直接燃焼室に導入されるので、負荷に応じて速やかにその導入量を制御する必要がある。新気導入量を制御するには、コンプレッサを出たあとで絞り弁を用いることが考えられる。しかしそのようにしては効率が低下する。またコンプレッサ上流で絞れば応答性が悪化する。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、ピストン上死点での燃焼室容積を負荷に応じて制御することにより、高圧の新気を絞ることなく、損失なしに適切な圧縮空気又は混合気を供給することができ、ブレイトンサイクル機関の基本的な負荷制御の課題を解決することができる機関を提供することを目的としている。

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。

本発明は、シリンダ（３２３）内を往復動するピストン（３２２）と、吸気系に設けられ、大気圧よりも高圧の空気を前記シリンダ（３２３）に供給する過給手段（２）と、前記シリンダ（３２３）に設けられ、前記ピストン（３２２）が上死点近傍にあるときに開閉して、前記過給手段（２）から供給される空気のシリンダ（３２３）への供給量を調整する吸気弁（２１２）と、機関運転状態を検出する運転状態検出手段（５０）と、検出した機関運転状態に基づいて、前記ピストン（３２２）の上死点位置を変更する上死点位置変更手段（３０）と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、シリンダ内を往復動するピストンを有するブレイトンサイクル機関において、機関運転状態に基づいてピストンの上死点位置を変更するようにした。このようにしたので、高圧の新気を絞ることなく、損失なしに適切な圧縮空気又は混合気を供給することができ、ブレイトンサイクル機関の基本的な負荷制御の課題を解決することができるのである。

以下では図面等を参照して本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。

図１は本発明によるブレイトンサイクル機関の一実施形態を示す図である。

ブレイトンサイクル機関１は、空気を、機関出力軸に連動して駆動される過給機（空気ポンプ）２で加圧してコレクタ３を介して吸気ポート１４からシリンダ３２３内に導入し、燃料噴射弁１３から噴射された燃料と混合して、混合ガスに点火装置（不図示）で点火して燃焼し、排ガスを排気ポート１５から排出する。なお吸排気を制御するためにシリンダヘッド１０には給気弁２１２及び排気弁２３２が設けられている。

ブレイトンサイクル機関においては、上述したように、負荷に応じた新気導入及び給気弁の作動タイミングを図ることが重要である。そこで、本発明によるブレイトンサイクル機関１においては、吸気弁可変機構２０と、圧縮比可変機構３０とを有することによって、負荷に応じた新気導入及び給気弁の作動タイミングを図るようにしている。

また図１７のブレイトンサイクル機関のように、燃焼室に入る前に混合気を形成して点火しては冷却損失が増大し効率が低下する。また給気弁が高温の燃焼ガスに晒されるため、耐久信頼性が悪化する。

そこで、本発明では、給気弁２１２から筒内に流入した新気に燃料を直噴し、短時間で混合気を形成する。なお燃料噴射弁１３は図１に示すように吸気弁２１２と排気弁２３２の間に設けて吸気ポート１４と排気ポート１５の間に燃料を噴射するタイプであっても、図２に示すように吸気弁２１２の近傍に設けて吸気ポート１４の付近に燃料を噴射するタイプであってもよい。

以下では、本発明によるブレイトンサイクル機関１に用いる吸気弁可変機構２０及び圧縮比可変機構３０について説明する。

図３は、本発明によるブレイトンサイクル機関１に用いる吸気弁可変機構２０及び圧縮比可変機構３０の概略構成を示す図である。

吸気弁可変機構２０は、吸気弁２１２のリフト量を制御するリフト量制御アクチュエータ２１及び吸気弁の位相角を制御する位相角制御アクチュエータ２２を有する。

圧縮比可変機構３０は、圧縮比を制御する圧縮比制御アクチュエータ３３１を有する。

エンジンコントローラ５０は中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。エンジンコントローラ５０を複数のマイクロコンピュータで構成してもよい。コントローラ５０は、クランク角センサの検出信号に基づいてエンジン回転数を演算し、エアーフローメータの検出信号に基づいて負荷を演算し、水温センサの検出信号に基づいて水温を検出し、筒内圧力センサにの検出信号に基づいて筒内圧を検出する。コントローラ５０は、このようにして演算又は検出した現在の機関運転状態に基づいて、吸気弁可変機構２０（リフト量制御アクチュエータ２１及び位相角制御アクチュエータ２２）、圧縮比可変機構３０（圧縮比制御アクチュエータ３３１）及び点火時期制御装置４０をコントロールする。

図４は吸気弁可変機構を示す図である。

可変動弁機構２０は、例えば特開平１１−１０７７２５号に開示された機構を用いることができる。これについて図４及び図５を参照して説明する。

可変動弁機構２０は、シリンダヘッドに摺動自在に設けられた吸気弁２１２と、シリンダヘッド上部に回転自在に支持された駆動軸２１３と、駆動軸２１３に固設された駆動カム２１５と、駆動軸２１３の上方位置に回転自在に支持された制御軸２１６と、制御軸２１６に制御カム２１７を介して揺動自在に支持されたロッカアーム２１８と、吸気弁２１２の上端部に伝達部材であるバルブリフタ２１９を介して配置された揺動カム２２０とを備える。また、駆動カム２１５とロッカアーム２１８とはリンクアーム２２５によって連係されている。ロッカアーム２１８と揺動カム２２０とは、リンク部材２２６によって連係されている。

駆動軸２１３は、機関前後方向に沿って配置されているとともに、一端部に設けられた従動スプロケット等を介して機関のクランク軸からトルクが伝達され、回転させられる。

図５は吸気弁可変機構の駆動軸方向視図である。

さらに詳細な構成について図５を参照しながら説明する。

ロッカアーム２１８は、中央に有する基部２１８ａが制御カム２１７に回転自在に支持されている。また、基部２１８ａの一端に突設された一端部２１８ｂには、ピン２２１を圧入するピン孔２１８ｄが貫通形成されている。基部２１８ａの他端に突設された他端部２１８ｃには、リンク部材２２６の一端部２２６ａと連結するピン２２８を圧入するピン孔２１８ｅが形成されている。

制御カム２１７は、円筒状であり、制御軸２１６の外周に固定されている。制御カム２１７の軸心Ｐ１の位置は、制御軸２１６の軸心Ｐ２からαだけ偏倚している。

揺動カム２２０には、駆動軸２１３が嵌挿されて回転自在に支持される支持孔２２２ａが貫通形成されている。また揺動カム２２０には、ロッカアーム２１８の他端部２１８ｃ側に位置するカムノーズ側の端部２２３にピン孔２２３ａが貫通形成されている。さらに揺動カム２２０の下面には、基円面２２４ａと、基円面２２４ａからカムノーズの先端縁側に円弧状に延びるカム面２２４ｂとが形成されており、基円面２２４ａとカム面２２４ｂとが、揺動カム２２０の揺動位置に応じてバルブリフタ２１９の上面所定位置に当接する。

リンクアーム２２５は、比較的大径な円環状の基部２２５ａと、基部２２５ａの外周面所定位置に突設された突出端２２５ｂとを備え、基部２２５ａの中央位置には、駆動カム２１５のカム本体２１５ａの外周面に回転自在に嵌合する嵌合孔２２５ｃが形成されている。また突出端２２５ｂには、ピン２２１が回転自在に挿通するピン孔２２５ｄが貫通形成されている。

リンク部材２２６は、両端部２２６ａ，２２６ｂにはロッカアーム２１８の他端部２１８ｃと揺動カム２２０の端部２２３の各ピン孔２１８ｅ，２２３ａに圧入したピン２２８，２２９の端部が回転自在に挿通するピン挿通孔２２６ｃ，２２６ｄが貫通形成されている。 なお、各ピン２２１，２２８，２２９の一端部には、リンクアーム２２５やリンク部材２２６の軸方向の移動を規制するスナップリングが設けられている。そして、リンク部材２２６と各ピン孔２１８ｅ，２２３ａに圧入したピン２２８，２２９とによって連係機構が構成されている。

制御軸２１６は、一端部に設けられたリフト量制御アクチュエータ２１によって所定回転角度範囲内で回転するように制御される。また駆動軸２１３は、一端部に設けられた位相角制御アクチュエータ２２によって所定回転角度範囲内で回転するように制御される。リフト量制御アクチュエータ２１及び位相角制御アクチュエータ２２は、機関の運転状態を検出するコントローラ５０からの制御信号によって駆動する。コントローラ５０は、クランク角センサの検出信号に基づいてエンジン回転数を演算し、エアーフローメータの検出信号に基づいて負荷を演算し、水温センサの検出信号に基づいて水温を検出する。コントローラ５０は、このようにして演算又は検出した現在の機関運転状態に基づいて、リフト量制御アクチュエータ２１及び位相角制御アクチュエータ２２に制御信号を出力する。

続いて可変動弁機構２０の作用を説明する。

まず、吸気弁のリフト量を小さくするときには、コントローラ５０からの制御信号によってリフト量制御アクチュエータ２１及び位相角制御アクチュエータ２２を一方に回転駆動する。すると図６（Ａ）（Ｂ）に示すように、制御カム２１７は、軸心Ｐ１が制御軸２１６の軸心Ｐ２から右上方の回動位置に保持され、厚肉部２１７ａが駆動軸２１３から上方向に離間移動する。このため、ロッカアーム２１８は、全体が駆動軸２１３に対して上方向へ移動し、揺動カム２２０は、リンク部材２２６を介して端部２２３が強制的に若干引き上げられて全体が右方向へ回動する。

したがって、図６（Ａ）（Ｂ）に示すように駆動カム２１５が回転してリンクアーム２２５を介してロッカアーム２１８の一端部２１８ｂを押し上げると、そのリフト量がリンク部材２２６を介して揺動カム２２０及びバルブリフタ２１９に伝達されるが、そのリフト量は図６（Ｂ）に示すように比較的小さい。

したがって、このようにした場合には、図８に示すようにバルブリフト量が小さくなるとともに、吸気弁２１２の開時期が遅くなり、排気弁とのバルブオーバラップが小さくなる。このため、燃費の向上と機関の安定した回転を得られる。

一方、吸気弁のリフト量を大きくするときには、コントローラ５０からの制御信号によってリフト量制御アクチュエータ２１及び位相角制御アクチュエータ２２を反対方向に回転駆動する。すると図７（Ａ）（Ｂ）に示すように制御軸２１６が、制御カム２１７を図６に示す位置から時計方向に回転させ、軸心Ｐ１（厚肉部２１７ａ）を下方向へ移動させる。このため、ロッカアーム２１８は、今度は全体が駆動軸２１３方向（下方向）に移動して他端部２１８ｃが揺動カム２２０の上端部２２３をリンク部材２２６を介して下方へ押圧して揺動カム２２０全体を所定量だけ時計方向へ回動させる。

したがって揺動カム２２０のバルブリフタ２１９上面に対する下面の当接位置が図７（Ａ）（Ｂ）に示すように右方向位置に移動する。このため、図７に示すように駆動カム２１５が回転してロッカアーム２１８の一端部２１８ｂをリンクアーム２２５を介して押し上げると、バルブリフタ２１９に対するそのリフト量は図７（Ｂ）に示すように大きくなる。

したがって、このようにした場合には、図８に示すようにバルブリフト量も大きくなるとともに、吸気弁２１２の開時期が早くなるとともに閉時期が遅くなる。この結果、吸気充填効率が向上し、十分な出力を確保することができる。

図９は圧縮比可変機構を示す図である。

圧縮比可変機構３０は、例えば特開２００１−２２７３６７号、特開２００１−３４２８５９号に開示された複リンク式ピストンストローク機構を使用することができる。これについて図９を参照して説明する。

この複リンク式ピストンストローク機構において通常のクランク機構と異なる点は、ピストン３２２とクランクシャフト３２１がアッパリンク（第１リンク）３１１、ロアリンク（第２リンク）３１２の２つのリンクを介して連結され、さらにこのロアリンク３１２には、その挙動を制約するコントロールリンク（第３リンク）３１３が連結され、コントロールリンク３１３は偏心軸部３１５を有するコントロールシャフト３１４によって、その回転（揺動）中心を変えられる点にある。

さらに詳細に構造を説明すると、クランクシャフト３２１は、複数のジャーナル３２１ａとクランクピン３２１ｂとを有する。ジャーナル３２１ａは、シリンダブロック３２０の主軸受に回転自在に支持される。クランクピン３２１ｂは、ジャーナル３２１ａから所定量偏心しており、ここにロアリンク３１２が回転自在に連結されている。ロアリンク３１２は、二部材に分割可能に構成されているとともに、略中央の連結孔にクランクピン３２１ｂが嵌合している。

アッパリンク３１１は、下端側が連結ピン３２５によってロアリンク３１２の一端に回動可能に連結され、上端側がピストンピン３２４によりピストン３２２に回動可能に連結されている。ピストン３２２は、燃焼圧力を受け、シリンダブロック３２０のシリンダ３２３内を往復動する。

コントロールリンク３１３は、上端側が連結ピン３２６によってロアリンク３１２の他端に回動可能に連結され、下端側がコントロールシャフト３１４の偏心軸部３１５を中心として回動可能になっている。

コントロールシャフト３１４はアクチュエータ３３１の先端に取り付けられたピニオン３３２によって回転させられる。コントロールシャフト３１４が回転すると偏心軸部３１５が上下動し、それにともないコントロールリンク３１３が上下動する。

図１０は圧縮比可変機構のピストン上死点位置の調整方法を説明する図である。図１０（Ａ）はピストン上死点位置が高圧縮比の位置にある場合を示し、図１０（Ｂ）はピストン上死点位置が低圧縮比の位置にある場合を示す。

圧縮比を高めるときには、図１０（Ａ）に示すように、アクチュエータ３３１を駆動してコントロールシャフト３１４の偏心軸部３１５を下げる。するとロアリンク３１２は時計回りに移動し、連結ピン３２５が上げられるので、ピストン３２２の上死点の位置が上昇する。

圧縮比を低めるときには、図１０（Ｂ）に示すように、アクチュエータ３３１を駆動してコントロールシャフト３１４の偏心軸部３１５を上げる。するとロアリンク３１２は反時計回りに移動し、連結ピン３２５が下げられるので、ピストン３２２の上死点の位置が下降する。

そして、各リンクのアライメントを選ぶことにより、図１１に示すようにピストンのストローク特性を単振動に近づけることができる。さらにこの複リンク式ピストンストローク機構によれば、上死点付近でのピストン速度が下死点付近でのピストン速度に比べて遅くなる。上死点付近では、給気弁から供給される高圧の新気によって掃気、充填、混合気形成が行われ、さらに点火も行われる。このように行程の集中する上死点付近のピストン速度を複リンク機構によって低下させることで、出力可能な回転速度を上げることができるのである。

圧縮比可変機構３０は以上の構成であり、以下では作動について説明する。

はじめに基本的な作動について図１２を参照しながら説明する。

＃１は排気行程の初期であり、ピストン下死点近傍で排気弁２３２が開き、ピストン３２２の上昇とともに筒内の既燃ガスが排出される。

＃２はピストン３２２が上死点近傍にきた状態で、排気弁２３２はまだ開いており、この状態で給気弁２１２が開き、高圧の新気を吸気ポート１４から筒内に導入開始する。これにより、排気が排気ポート１５から押し出される（掃気効果）。

＃３は給気が進行する状態で、排気弁２３２は閉じており、吸気ポート１４から筒内に高圧の新気が充填される。この充填が進行する過程で燃料が燃料噴射弁１３から噴射され（＃４）、点火されて燃焼が開始する。ここまでが上死点近傍で行なわれる。

その後ピストン３２２が下降し、膨張仕事を発生させ、ピストン３２２が下死点近傍に近づく（＃５）。

（低負荷時の作動）
図１３は圧縮比可変機構の低負荷時の作動について示す図である。

低負荷時にはピストン３２２の上死点位置が高位置になるように圧縮比可変機構３０を調整する。

このようにすることで、上死点位置での燃焼室容積が小さくなり、給気弁２１２から充填される高圧の新気量が燃焼室容積に応じて少量となる。この状態で燃焼が開始し、膨張が始まる。このとき、上死点での燃焼室容積が小さいので、圧縮比はそれに略反比例して大きくなり（例えば２０）、熱効率が向上し、良好な燃費を呈する。

（高負荷時の作動）
図１４は圧縮比可変機構の高負荷時の作動について示す図である。

高負荷時にはピストンの上死点位置が図中の位置で低位置になるように圧縮比可変機構３０を調整する。

このようにすることで、上死点位置での燃焼室容積が大きくなり、給気弁から充填される高圧の新気量が、燃焼室容積に応じて増大する。この状態で燃焼が開始するが、上死点での燃焼室容積が大きいために、筒内圧力は前述の低負荷時とさほど変らない。この場合、低負荷時に比べて圧縮比は低下するが（例えば１０）、これは従来エンジンのレベルであり、熱効率の大幅低下には至らない。

次にＰＶ線図に基づいて負荷が異なるときの筒内圧力特性について説明する。

図１５は本発明によるブレイトンサイクル機関の低速時のＰＶ線図である。なお縦軸は対数目盛である。また以下の説明で括弧内の数字は図１３及び図１４に対応させるためのものである。

はじめに高負荷の場合の特徴点を説明する。

掃気期間（＃２〜＃３）においても、排気弁の開度が急速に減少するにつれて筒内の圧力は急激に上昇し、過給が開始される（＃３）。この過給は通常の４サイクルエンジンにおける圧縮行程の代わりとなるものである。なお高負荷時には、過給機２の吐出圧力は、１０barなどの高い圧力になる。これは４サイクルエンジンの部分負荷の圧縮上死点前の筒内圧と同程度である。

筒内の空気充填量が所定レベルに達し、筒内圧力が所定圧に達したら燃料を噴射し（＃４−１）、混合気の形成が始まる。この間においても圧縮空気が給気弁（吸気ポート）から導入されつづける。

そして点火が行われ（＃４−２）、筒内の空気充填量が所定レベルに達したら、給気弁を閉じる（＃５）。このように空気充填量は給気弁の閉時期で制御する。

火炎伝播が進行して筒内圧力は急激に上昇する。ピストンはこの間に下降速度を早め、膨張仕事が出力される。排気弁は膨張行程の末期に開弁し（＃１）、サイクルが完結する。

次に図１５を参照して、低負荷時（部分負荷時）及び高負荷時の違いについて説明する。

負荷により図１３及び図１４で説明したように、ピストン上死点の燃焼室容積に差がある。しかし、充填される新気の圧力は、過給機２の吐出圧力によって決まるので、ピストン上死点の燃焼室容積にかかわらず同等であり、最大筒内圧Ｐmaxも略同等である。

ただし、ピストン上死点の燃焼室容積が異なれば圧縮比が異なるので、膨張が始まると燃焼室最小容積の小さい低負荷時には筒内圧力の低下速度が速い（図１５の破線）。

これに対して、高負荷時には圧縮比が小さいので、筒内圧力の低下速度が緩和され、その分発生仕事量が増大することがわかる（図１５の実線）。

このように本実施形態によれば、低負荷時には上死点位置での燃焼室容積を小さくして圧縮比を大きくすることで、熱効率が向上する。一方、高負荷時には上死点位置での燃焼室容積を大きくして圧縮比を小さくすることで、筒内圧力の低下速度が緩和され、その分発生仕事量を増大させることができる。

図１６は本発明によるブレイトンサイクル機関の高速時のＰＶ線図である。

この場合にも同様であり、低負荷時には上死点位置での燃焼室容積を小さくして圧縮比を大きくすることで、熱効率が向上する（図１６の破線）。また高負荷時には上死点位置での燃焼室容積を大きくして圧縮比を小さくすることで、筒内圧力の低下速度が緩和され、その分発生仕事量を増大させることができることが分かる（図１６の実線）。ただし、高速時は低速時に比べて吸気弁の作動角を吸気弁可変機構２０によって拡大することが必要である。

以上、詳細に述べたように本発明によれば、シリンダ内を往復動するピストンを有するブレイトンサイクル機関において、負荷に応じてピストンの上死点位置を変更するようにした。具体的には低負荷であるほどピストンの上死点位置が高位置になるようにして圧縮比を高めるので、熱効率が向上し、良好な燃費を呈する。また高負荷であるほどピストンの上死点位置が低位置になるようにして圧縮比を低めるので、給気弁から充填される高圧の新気量が、燃焼室容積に応じて増大し、高出力を得ることができる。

また圧縮されて高圧になった新気が直接燃焼室に導入されるので、負荷に応じて速やかにその導入量を制御する必要がある。そこで本発明では、吸気弁可変機構によって、負荷に応じて吸気弁のリフト、作動角を変更することで負荷に応じて速やかに新気導入量を制御するようにしたのである。

このように本発明によれば、低負荷時の高燃費と、高負荷時の高出力との両立を図ることができるのである。

以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明と均等であることは明白である。

例えば、上記実施形態では、過給手段として、機関出力軸に連動して駆動される過給機（空気ポンプ）を例示したが、例えば、エンジンから排出される排ガスの圧力を利用して吸気を過給する装置であってもよい。

本発明によるブレイトンサイクル機関の一実施形態を示す図である。 燃料直噴機構の一例を示す図である。 本発明によるブレイトンサイクル機関に用いる吸気弁可変機構及び圧縮比可変機構の概略構成を示す図である。 吸気弁可変機構を示す図である。 吸気弁可変機構の駆動軸方向視図である。 吸気弁のリフト量を小さくしたときの可変動弁機構の最小揺動状態及び最大揺動状態を示す図である。 吸気弁のリフト量を大きくしたときの可変動弁機構の最小揺動状態及び最大揺動状態を示す図である。 吸気弁可変機構で調整した吸気弁のリフトと作動角との関係を示す図である。 圧縮比可変機構を示す図である。 圧縮比可変機構のピストン上死点位置の調整方法を説明する図である。 複リンク式ピストンストローク機構と単リンク式ピストンストローク機構とのピストンストローク特性を示す図である。 圧縮比可変機構の基本作動について説明する図である。 圧縮比可変機構の低負荷時の作動について示す図である。 圧縮比可変機構の高負荷時の作動について示す図である。 本発明によるブレイトンサイクル機関の低速時のＰＶ線図である。 本発明によるブレイトンサイクル機関の高速時のＰＶ線図である。 従来のブレイトンサイクル機関の一例を示す図である。

符号の説明

１ ブレイトンサイクル機関
２ 過給機（過給手段）
１３ 燃料噴射弁
１４ 吸気ポート
１５ 排気ポート
２０ 吸気弁可変機構（吸気弁可変手段）
２１ リフト量制御アクチュエータ
２２ 位相角制御アクチュエータ
２１２ 給気弁
２１３ 駆動軸
２１５ 駆動カム
２１６ 制御軸
２１７ 制御カム
２１８ ロッカアーム
２１９ バルブリフタ
２２０ 揺動カム
２２５ リンクアーム
２２６ リンク部材
２３２ 排気弁
３０ 圧縮比可変機構（上死点位置変更手段）
３１１ アッパリンク（第１リンク）
３１２ ロアリンク（第２リンク）
３１３ コントロールリンク（第３リンク）
３１４ コントロールシャフト
３１５ 偏心軸部
３２１ クランクシャフト
３２２ ピストン
３２３ シリンダ
３３１ 圧縮比制御アクチュエータ

Claims (8)

1. シリンダ内を往復動するピストンと、
   吸気系に設けられ、大気圧よりも高圧の空気を前記シリンダに供給する過給手段と、
   前記シリンダに設けられ、前記ピストンが上死点近傍にあるときに開閉して、前記過給手段から供給される空気のシリンダへの供給量を調整する吸気弁と、
   機関運転状態を検出する運転状態検出手段と、
   検出した機関運転状態に基づいて、前記ピストンの上死点位置を変更する上死点位置変更手段と、
   を備えるブレイトンサイクル機関。
2. 前記上死点位置変更手段は、運転状態検出手段で検出した負荷が低負荷であるほど前記ピストンの上死点位置を高位置に変更する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のブレイトンサイクル機関。
3. 前記上死点位置変更手段は、運転状態検出手段で検出した負荷が高負荷であるほど前記ピストンの上死点位置を低位置に変更して機関圧縮比を小さくすることで出力を向上させ、低負荷であるほど前記ピストンの上死点位置を高位置に変更して機関圧縮比を大きくすることで燃費を向上させる、
   ことを特徴とする請求項１に記載のブレイトンサイクル機関。
4. 前記上死点位置変更手段は、
   一端が前記ピストンにピストンピンを介して連結される第１リンクと、
   一端が前記第１リンクの他端に連結されるとともに、クランクシャフトに回転自由に装着される第２リンクと、
   一端が前記第２リンクの他端に連結される第３リンクと、
   回転中心軸に対して偏心した偏心軸部を有し、その偏心軸部に前記第３リンクの他端を揺動自由に連結するコントロールシャフトと、
   を備え、
   機関運転状態に基づいて、前記コントロールシャフトを回転して前記偏心軸部を上下動することで前記ピストンの上死点位置を変更する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のブレイトンサイクル機関。
5. 前記ピストンの上死点位置に応じて、前記吸気弁のリフト又は作動角を変更する吸気弁可変手段を有する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のブレイトンサイクル機関。
6. 前記吸気弁可変手段は、
   クランクシャフトと平行に設けられた駆動軸と、
   前記駆動軸に設けられ、その駆動軸によって回転駆動される駆動カムと、
   駆動カムに摺動可能に装着されるリンクアームと、
   駆動軸に平行に設けられた制御軸と、
   前記制御軸に設けられ、その制御軸によって回転駆動される制御カムと、
   前記制御カムに装着され、一端が前記リンクアームに連設されるロッカーアームと、
   一端が前記ロッカーアームの他端に連結されたリンク部材と、
   駆動軸に回転自由に装着され、前記リンク部材の他端に連設され、そのリンク部材によって揺動駆動され、吸気弁をリフトさせる揺動カムと、
   を有し、
   前記制御軸の制御カムの角位置を変更することによって、少なくとも前記吸気弁の作動角又はリフトを制御する、
   ことを特徴とする請求項５に記載のブレイトンサイクル機関。
7. 前記吸気弁可変手段は、前記ピストンの上死点位置が高いほど作動角又はリフトが小さくなるように制御する、
   ことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載のブレイトンサイクル機関。
8. 前記過給手段は、機関駆動軸に連動して駆動される空気ポンプである、
   ことを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載のブレイトンサイクル機関。