(57)【要約】    【課題】  本発明はこの点に着目してなされたものであり、１つの気筒内に２つのピストンを配置して圧縮比を変更可能とした内燃機関を提供する。    【解決手段】  円筒状の空洞１１ａが穿設された大ピストン１１と、空洞１１ａに摺動可能に設けられた小ピストン１２と、小コンロッド１４の動きをクランクアーム１５に伝達するための伝達部材１６と、伝達部材１６と大コンロッド１３とを連結するリンク機構１７と、リンク機構１７の動きを規制する規制部材１８と、規制部材１８の、リンク機構１７に対する相対位置を移動させる規制部材駆動機構３０とを備える。大ピストン１１の動きが大コンロッド１３、リンク機構１７、伝達部材１６、及び小コンロッド１４を介して小ピストン１２に伝達される。小ピストン１２の上死点位置は、規制部材１８の位置を変更することによって変更可能である。【選択図】  図１
2019116880.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒内に配置され、円筒状の空洞が穿設された大ピストンと、前記空洞に摺動可能に設けられた小ピストンと、前記気筒を構成するシリンダブロック及びシリンダヘッドと、クランク軸とを備え、前記シリンダブロック及びシリンダヘッドの内壁、前記大ピストンの頂面、及び小ピストンの頂面によって燃焼室が画成される内燃機関であって、
前記大ピストンと、前記クランク軸に固定されたクランクアームとを回転自在に連結する大コンロッドと、
小端部において前記小ピストンと回転自在に連結される小コンロッドと、
前記小コンロッドの動きを前記クランクアームに伝達するための伝達部材と、
該伝達部材と前記大コンロッドとを連結するリンク機構と、
該リンク機構の動きを規制する規制部材と、
前記規制部材の、前記リンク機構に対する相対位置を移動させる規制部材駆動機構とを備え、
前記伝達部材は、前記小コンロッドの大端部と回転自在に連結される小コンロッド連結部と、前記大コンロッドの大端部と前記クランクアームとの連結部に回転自在に連結されるクランクアーム連結部と、前記リンク機構に回転自在に連結されるリンク機構連結部と、前記燃焼室内で発生する燃焼によって前記小ピストンに加わる駆動力を前記クランクアームと一体に設けられたカウンタウエイト部に伝達するクラッチ機構とを備え、
前記規制部材の前記相対位置を調整することによって、前記リンク機構の動きを規制し、前記大コンロッドの動きに対応した前記伝達部材の動きを変化させ、前記小ピストンの上死点位置を変更可能に構成されていることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記リンク機構は、第１及び第２リンク部材によって構成され、前記第１リンク部材は一端側に設けられたコンロッド連結部において前記大コンロッドに設けられたリンク連結部と回転自在に連結され、他端側に設けられた第２リンク部材連結部において前記第２リンク部材の一端側に設けられた第１リンク部材連結部と回転自在に連結され、前記第２リンク部材の他端側に設けられた伝達部材連結部が前記伝達部材のリンク機構連結部と回転自在に連結され、前記第１リンク部材連結部の連結軸が前記規制部材上を転動することによって、前記リンク機構の動きが規制されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記クラッチ機構は、前記燃焼室内における燃焼によって前記小ピストンに駆動力が印加されたときに、前記カウンタウエイト部へ前記駆動力を伝達することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記伝達部材を前記クランクアーム連結部において回転不能とし、前記小ピストンを下死点に保持するロック機構を備えることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関。
【請求項５】
前記小ピストンが上死点に到達したときに発生する衝撃、及び前記小ピストンが下死点に到達したときに発生する衝撃を緩和するための緩衝部材を備えることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の内燃機関。
【請求項６】
前記大コンロッドは、大端部から小端部に向かって第１及び第２枝部に分岐し、前記第１及び第２枝部のそれぞれの小端部において前記大ピストンと回転自在に連結され、前記小コンロッドは、前記第１及び第２枝部の間を通って前記小ピストンと連結されることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮比を変更可能な内燃機関に関し、特に１つの気筒内に２つのピストンを備える内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、１つの気筒内に大ピストンと小ピストンとを備え、膨張行程における燃焼室容積の変化特性を変更可能とした内燃機関が示されている。具体的には、大ピストンの内側に円筒状の空洞が設けられ、その空洞内を摺動可能に小ピストンが配置される。大ピストンに回転自在に連結されるコンロッドの小端部において揺動可能なカムが設けられ、大ピストンの上下運動によって、カムが左右に揺動し、小ピストンが空洞内を上下に駆動される。
【０００３】
上記内燃機関では、小ピストンの動きによって、膨張行程の前半で燃焼室容積の増加率を低下させ、後半で燃焼室容積の増加率を高める動作が行われる。これによって、膨張行程の後半における後燃えによる緩慢な熱発生を有効な仕事に変換し、熱効率を向上させる効果が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６０−２１６０５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の内燃機関は、膨張行程における燃焼室容積の増加率を変更するものであり、圧縮比を変更可能なものではない。したがって、圧縮比を変更可能として熱効率を向上させる上で改善の余地があった。
【０００６】
本発明はこの点に着目してなされたものであり、１つの気筒内に２つのピストンを配置して圧縮比を変更可能とし、熱効率を向上させることができる内燃機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、気筒（３）内に配置され、円筒状の空洞（１１ａ）が穿設された大ピストン（１１）と、前記空洞（１１ａ）に摺動可能に設けられた小ピストン（１２）と、前記気筒（３）を構成するシリンダブロック（２）及びシリンダヘッドと、クランク軸（２１）とを備え、前記シリンダブロック（２）及びシリンダヘッドの内壁、前記大ピストン（１１）の頂面、及び小ピストン（１２）の頂面によって燃焼室が画成される内燃機関であって、前記大ピストン（１１）と、前記クランク軸（２１）に固定されたクランクアーム（１５）とを回転自在に連結する大コンロッド（１３）と、小端部において前記小ピストン（１２）と回転自在に連結される小コンロッド（１４）と、前記小コンロッド（１４）の動きを前記クランクアーム（１５）に伝達するための伝達部材（１６）と、該伝達部材（１６）と前記大コンロッド（１３）とを連結するリンク機構（１７）と、該リンク機構（１７）の動きを規制する規制部材（１８）と、前記規制部材（１８）の、前記リンク機構（１７）に対する相対位置を移動させる規制部材駆動機構（３０）とを備え、前記伝達部材（１６）は、前記小コンロッド（１４）の大端部（１４ｂ）と回転自在に連結される小コンロッド連結部（４１）と、前記大コンロッド（１３）の大端部（１３ｂ）と前記クランクアーム（１５）との連結部に回転自在に連結されるクランクアーム連結部（４２）と、前記リンク機構（１７）に回転自在に連結されるリンク機構連結部（４３）と、前記燃焼室内で発生する燃焼によって前記小ピストン（１２）に加わる駆動力を前記クランクアーム（１５）と一体に設けられたカウンタウエイト部（１９）に伝達するクラッチ機構（２０）とを備え、前記規制部材（１８）の前記相対位置を調整することによって、前記リンク機構（１７）の動きを規制し、前記大コンロッド（１３）の動きに対応した前記伝達部材（１６）の動きを変化させ、前記小ピストン（１２）の上死点位置を変更可能に構成されていることを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、大ピストンの下死点から上死点に向かう動きが大コンロッド、リンク機構、伝達部材、及び小コンロッドを介して小ピストンに伝達され、小ピストンも下死点から上死点に向かって移動する。このとき小ピストンの上死点位置は、規制部材の相対位置に依存して変更可能であり、上死点位置が最も高い（大ピストンのピストン頂面位置に近い）状態とすることで圧縮比を最大とし、上死点位置が最も低い状態とすることで圧縮比を最小とすることができる。圧縮比を高めることによって、熱効率を向上させることが可能となる。また規制部材の相対位置調整は、内燃機関の運転中に行うことが可能であり、内燃機関の運転状態に応じて圧縮比を変更することができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関において、前記リンク機構（１７）は、第１及び第２リンク部材（５１，５２）によって構成され、前記第１リンク部材（５２）は一端側に設けられたコンロッド連結部（５３）において前記大コンロッド（１３）に設けられたリンク連結部（１３ｃ）と回転自在に連結され、他端側に設けられた第２リンク部材連結部（５４）において前記第２リンク部材（５２）の一端側に設けられた第１リンク部材連結部（５５）と回転自在に連結され、前記第２リンク部材（５２）の他端側に設けられた伝達部材連結部（５６）が前記伝達部材（１６）のリンク機構連結部（４３）と回転自在に連結され、前記第１リンク部材連結部（５５）の連結軸（６２）が前記規制部材（１８）上を転動することによって、前記リンク機構（１７）の動きが規制されることを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、規制部材を直線的に前進または後退させることによって、リンク機構の連結軸と接触するタイミングを変化させ、伝達部材がクランクアームと逆方向に回転を開始する時期を変化させて、小ピストンの上死点位置を変更することができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の内燃機関において、前記クラッチ機構（２０）は、前記燃焼室内における燃焼によって前記小ピストン（１２）に駆動力が印加されたときに、カウンタウエイト部（１９）へ前記駆動力を伝達することを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、燃焼によって小ピストンに加わる駆動力が、クラッチ機構及びカウンタウエイト部を介してクランク軸の駆動トルクに変換され、大ピストンが上死点に達する前から内燃機関の駆動トルクを発生させることが可能となる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関において、前記伝達部材（１６）を前記第２連結部（４２）において相対回転不能とし、前記小ピストン（１２）を下死点に保持するロック機構（４４，７２，７３，７４，７５等）を備えることを特徴とする。
この構成によれば、高速運転中あるいは高出力運転中においてロック機構を作動させることによって、小ピストンを下死点に保持することが可能となり、不要な揺動あるいは振動の発生を防止することができる。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項１から４の何れか１項に記載の内燃機関において、前記小ピストン（１２）が上死点に到達したときに発生する衝撃、及び前記小ピストン（１２）が下死点に到達したときに発生する衝撃を緩和するための緩衝部材（４５，４６）を備えることを特徴とする。
この構成によれば、小ピストンが上死点に到達したときに発生する衝撃、及び下死点に到達したときに発生する衝撃を緩和することができる。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、請求項１から５の何れか１項に記載の内燃機関において、前記大コンロッド（１３）は、大端部（１３ｂ）から小端部（１３ａ）に向かって第１及び第２枝部（１３１，１３２）に分岐し、前記第１及び第２枝部（１３１，１３２）のそれぞれの小端部（１３１ａ，１３２ａ）において前記大ピストン（１１）と回転自在に連結され、前記小コンロッド（１４）は、前記第１及び第２枝部（１３１，１３２）の間を通って前記小ピストン（１２）と連結されることを特徴とする。
この構成によれば、構成の複雑化を抑制しつつ小ピストン及び小コンロッドを組み込むことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態にかかる内燃機関の要部の構成を示す部分断面図である。
【図２】図１に示す要部の側面を示す部分断面図である。
【図３】図１に示す伝達部材（１６）を説明するための図である。
【図４】図１に示す規制部材（１８）及びリンク機構（１７）を具体的に説明するための図である。
【図５】伝達部材（１６）のロック機構、及び図３に示すスプリング（４５）の配置を説明するための図である。
【図６】内燃機関（１）の動作を説明するための図である。
【図７】クランク角度（ＣＡ）と、駆動トルク（ＴＲＱ）との関係（燃焼行程開始上死点前に点火を行った場合）を示す図である。
【図８】規制部材（１８）の位置に対応した内燃機関（１）の動作を説明するためのスケルトン図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１及び２は本発明の一実施形態にかかる内燃機関の要部の構成を示す部分断面図であり、図２は図１に示す構成を右側からみた側面を示す。内燃機関１は、シリンダブロック２内に形成された気筒３を備えており、気筒３内には円筒状の空洞１１ａが穿設された大ピストン１１と、空洞１１ａ内に摺動可能に設けられた小ピストン１２とを備えている。内燃機関１は、さらに大ピストン１１とクランクアーム１５とを回転自在に連結する大コンロッド１３と、小端部１４ａにおいて小ピストン１２と回転自在に連結される小コンロッド１４と、小コンロッド１４の動きをクランクアーム１５に伝達するための伝達部材１６と、伝達部材１６と大コンロッド１３とを連結するリンク機構１７と、リンク機構１７の動きを規制する規制部材１８とを備えている。なお、図１及び２には、大ピストン１１が上死点に位置する状態が示されている。
【００１８】
図１に示す大ピストン１１及び小ピストン１２の上方には、シリンダヘッドの内壁（吸気弁及び排気弁の弁体を含む）によって燃焼室（図示せず）が画成されており、燃焼室内における混合気の燃焼によって、大ピストン１１及び小ピストン１２に対して下方へ向かう駆動力が印加され、その駆動力は大コンロッド１３、小コンロッド１４、及び伝達部材１６によって、クランクアーム１５に伝達され、クランク軸２１を回転駆動する駆動トルクに変換される。
【００１９】
図２に示されるように、大コンロッド１３は、大端部１３ｂから小端部１３ａに向かって第１枝部１３１及び第２枝部１３２とに分岐し、第１及び第２枝部１３１，１３２のそれぞれの小端部１３１ａ，１３２ａにおいて大ピストン１１と回転自在に連結され、小コンロッド１４は、第１及び第２枝部１３１，１３２の間を通り、小端部１４ａにおいて小ピストン１２と連結されている。
【００２０】
図３は伝達部材１６を説明するための図である。同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）の右側からみた側面図、同図（ｃ）は同図（ａ）に示す矢印Ａの方向からみたクラッチ機構２０を示す図である。
【００２１】
伝達部材１６は第１及び第２構成部材１６ａ，１６ｂを結合させて構成されており、第１構成部材１６ａは、小コンロッド１４の大端部１４ｂと回転自在に連結される小コンロッド連結部４１と、クランクアーム１５に回転自在に連結されるクランクアーム連結部４２と、リンク機構１７に回転自在に連結されるリンク機構連結部４３と、後述するロック機構の一部を構成するロック孔４４とを備え、第２構成部材１６ｂも同様に構成されている。ただし、第２構成部材１６ｂには、ロック孔４４が設けられておらず、緩衝部材に相当する第１及び第２スプリング４５，４６及びこれらのスプリング４５，４６を保持する保持部材４５ａ，４６ａが装着されている。第１及び第２構成部材１６ａ，１６ｂは、クラッチ機構２０の部分で結合されて伝達部材１６が構成される。
【００２２】
クラッチ機構２０は、燃焼室内で発生する燃焼によって小ピストン１２に加わる駆動力をクランクアーム１５と一体に設けられたカウンタウエイト部１９に摩擦力によって伝達する機能を有する。ただし、クラッチ機構２０は一方向クラッチであり、燃焼室における燃焼によって小ピストン１２に駆動力が印加されたときに、摩擦力によってカウンタウエイト部１９へ駆動力を伝達し、伝達部材１６がカウンタウエイト部１９と相対的に逆方向に回転するときは、ほとんど摩擦力が発生しないように構成されている。
【００２３】
規制部材１８は、規制部材駆動機構３０を構成する摺動部材３２に固定されており、規制部材駆動機構３０は、ケーシングに固定されたロッド３１と、ロッド３１に沿って、図１に矢印ＭＶで示す方向に摺動可能な摺動部材３２と、摺動部材３２の摺動方向に直線状に形成された歯３２ａに噛合するウォームギヤ３３と、モータ３４と、モータ３４の駆動力をウォームギヤ３３に伝達するギヤ機構３５とを備えている。モータ３４を回転駆動することによって、摺動部材３２とともに規制部材１８が矢印ＭＶで示す方向に移動（突出または後退）する。規制部材１８の突出量を最大とすることによって圧縮比が最大となり、規制部材１８の突出量を最小とすることによって圧縮比が最小となる。図１には突出量が最大とした状態が示されている。
【００２４】
図４は、規制部材１８と、リンク機構１７とを具体的に説明するために図であり、同図（ａ）は規制部材１８及び規制部材駆動機構３０を示し、同図（ｂ）は同図（ａ）の右方向からみた規制部材１８及びリンク機構１７を示す。リンク機構１７は、第１及び第２リンク部材５１，５２によって構成され、第１リンク部材５１の一端側に設けられたコンロッド連結部５３が、大コンロッド１３に設けられたリンク連結部１３ｃと回転自在に連結され、第１リンク部材５１の他端側に設けられた第２リンク部材連結部５４が第２リンク部材５２の一端側に設けられた第１リンク部材連結部５５と回転自在に連結され、第２リンク部材５２の他端側に設けられた伝達部材連結部５６が伝達部材１６のリンク機構連結部４３と回転自在に連結されている。第１リンク部材５１は、同形状の２つのプレート５１ａ，５１ｂによって構成され、第２リンク部材連結部５４において第２リンク部材５２を挟み込むようにして連結される。各連結部にはベアリングによって回転可能に支持された連結軸６１，６２，６３が設けられている。規制部材１８は、２つの構成部材１８ａ，１８ｂによって構成され、連結軸６２が規制部材１８上を転動可能に構成されている。
【００２５】
規制部材１８は第１リンク部材連結部５５の近傍において第２リンク部材５２の連結軸６２と転動接触することによって、リンク機構１７の動きを規制する。
【００２６】
図５は、伝達部材１６のロック機構、及びスプリング４５の配置を説明するための図であり、同図（ａ）はロック機構が作動した状態を示す図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）の矢印Ａの方向からみた側面図であり、同図（ｃ）は同図（ａ）の矢印Ｂの方向からみた側面図である。
【００２７】
大コンロッド１３には、大端部１３ｂから小端部１３ａと反対方向に突出する凸部７２が設けられており、凸部７２には筒状のロックピン収容孔７３が穿設されている。ロックピン収容孔７３には、ロックピン７４及びリターンスプリング７５が設けられている。リターンスプリング７５は、ロックピン７４が突出した状態から元の位置に戻る方向へロックピン７４を付勢するように装着されている。
【００２８】
ロックピン収容孔７３には、クランク軸２１及びクランクアーム１５内に設けられた潤滑油路８０から分岐した分岐油路８０ａが接続されており、ロック機構を作動させるときは通常の油圧ＰＮより高いロック油圧ＰＬが供給される。ロック油圧ＰＬが供給されると、小ピストン１２が下死点に達したときに、図５（ｂ）に示すようにロックピン７４が突出して、伝達部材１６に設けられたロック孔４４に突入する。その結果、伝達部材１６が大コンロッド１３に連結されるクランクアーム連結部４２において回転不能となる。
【００２９】
ロックピン収容孔７３内の油圧が通常油圧ＰＮであるときは、リターンスプリング７５の付勢力によってロックピン７４がロックピン収容孔７３内に収容された状態、すなわちロック機構が作動していない状態となる。本実施形態では、伝達部材１６のロック孔４４，大コンロッド１３の凸部７２，ロックピン収容孔７３，ロックピン７４，リターンスプリング７５，分岐油路８０ａ，及び潤滑油路８０によって、ロック機構が構成される。内燃機関１の高速運転中あるいは高出力運転中においてロック機構を作動させることが望ましく、これによって、不要な揺動あるいは振動の発生を防止することができる。
【００３０】
図６は、内燃機関１の動作を説明するための図であり、同図（ａ）〜（ｆ）の順に、大ピストン１１が下死点、下死点後９０度、下死点後１３５度、上死点、上死点後４５度、上死点後９０度に位置する状態を示す（角度は全てクランク軸２１の回転角度（クランク角度）である）。なお、図６は動作を説明するための図であり、構成要素はすべて実線で示されている。そのため、図６に示された各図は、図１の記載とは必ずしも一致していないが、図６（ｄ）が図１に対応する動作状態（大ピストン１１が上死点に位置する状態）を示している。
【００３１】
図６（ｂ）に示すように、リンク機構１７が規制部材１８に転動接触すると、小ピストン１２が上昇を開始する。その後大ピストン１１の上昇に伴って、同図（ｃ）に示すように規制部材１８に沿ってリンク機構１７が第１リンク部材５１と第２リンク部材５２との相対角度を変化させつつ移動し、小ピストン１２が上昇を続ける。同図（ｄ）に示す状態となる直前には、第２リンク部材５２が規制部材１８から離れ、燃焼室内の混合気の点火が行われる。その結果、小ピストン１２を下方に押圧する駆動力が発生する。この時点からクラッチ機構２０が締結状態となって、カウンタウエイト部１９に駆動トルクが伝達される。大ピストン１１が上死点に達する直前付近では、大ピストン１１による駆動トルクはほとんど発生しないが、小ピストン１２によって大ピストン１１が上死点に達する前から駆動トルクを発生することができる。
【００３２】
同図（ｅ）に示す状態では、大ピストン１１によって発生する駆動トルクがほぼ最大となる一方、小ピストン１２が下死点に到達し、クラッチ機構２０が解放状態に移行する。その後同図（ｆ）に示す状態を経て同図（ａ）に示す状態に戻る（大ピストン１１が下死点に到達する）。
【００３３】
図７は、クランク角度ＣＡと、駆動トルクＴＲＱとの関係（燃焼行程開始上死点前に点火を行った場合）を示す図であり、この図に示すＴＤＣは、燃焼行程開始上死点である。この図において、破線Ｌ１は圧縮比が一定の通常内燃機関に対応し、細い実線Ｌ２が従来の可変圧縮比内燃機関に対応し、太い実線Ｌ３が本実施形態の内燃機関１に対応する。従来の可変圧縮比内燃機関の駆動トルク特性は、駆動トルクＴＲＱが最大となるクランク角度ＣＡＭＸ以降は、太い実線Ｌ３と同一である。
【００３４】
この図に示すように内燃機関１によれば、小ピストン１２によって大ピストン１１が発生するトルクとは別のトルクを発生することできるので、大ピストン１１が上死点に到達する直前の角度期間ＲＴＰにおいて、正の駆動トルクを発生することが可能となる。また、大ピストン１１によって駆動トルクが発生するときには、燃焼室内における燃焼が十分に進んでいるため、従来の構成より大きな駆動トルクを発生することができる。
【００３５】
図８は、規制部材１８の位置に対応した内燃機関１の動作を説明するためのスケルトン図であり、同図（ａ）〜（ｆ）の順に、大ピストン１１が下死点、下死点後９０度、下死点後１３５度、上死点直前、上死点後４０度、及び上死点後８０度に位置する状態を示す。さらに同図（ａ）〜（ｆ）はそれぞれ２つの図を含み、左側の図は規制部材１８の突出量を最大とした状態（図１に示す状態、以下「最大突出状態」という）に対応し、右側の図は規制部材１８の突出量を最小とした状態（以下「最小突出状態」という）に対応する。なお、これらの図に示す一点鎖線の円は大コンロッド１３の大端部１３ｂの中心軌跡を示し、その円の中心ＣＣがクランク軸２１の中心位置を示す。
【００３６】
より詳細には最大突出状態では、小ピストン１２の上死点位置が最も高く（大ピストン１１の頂面に最も近く）なり、圧縮率は最大となる。一方、最小突出状態では、リンク機構１７は規制部材１８に当接せず、小ピストン１２の上死点位置が最も低く（大ピストン１１の頂面に最も遠く）なり、圧縮率は最小となる。
【００３７】
最大突出状態では、図８（ｂ）に示すように、下死点後９０度程度でリンク機構１７の第２リンク部材５２の連結軸６２が規制部材１８に転動接触し、その後は第２リンク部材５２の連結軸６２が規制部材１８に沿って転動する。これによって、伝達部材１６が回転して小ピストン１２を押し上げる。これに対し、最小突出状態では、同図（ａ）から（ｄ）までの大ピストン１１の上昇過程で第２リンク部材５２の連結軸６２が規制部材１８に接触しないため、伝達部材１６はほとんど回転せず、小ピストン１２の大ピストン１１との相対位置はほとんど変化しない。
【００３８】
最大突出状態では、図８（ｄ）の左側に示すように、大ピストン１１が上死点に近づくと、リンク機構１７の第２リンク部材５２の連結軸６２が規制部材１８から離れるため、その後の動きは右側に示す最小突出状態の動きに近づいていき、同図（ｅ）（ｆ）に示す状態では、小ピストン１２の位置は、最小突出状態とほぼ同一となる。
このように本実施形態では、規制部材１８の突出量を変化させることによって、圧縮比を変更することができる。
【００３９】
以上のように本実施形態では、大ピストン１１の下死点から上死点に向かう動きが大コンロッド１３、リンク機構１７、伝達部材１６、及び小コンロッド１４を介して小ピストン１２に伝達され、小ピストン１２も下死点から上死点に向かって移動する。このとき小ピストン１２の上死点位置は、規制部材１８の突出量（リンク機構１７との相対位置）に依存して変更可能であり、上死点位置が最も高い（大ピストン１１のピストン頂面位置に近い）状態とすることで圧縮比を最大とし、上死点位置が最も低い状態とすることで圧縮比を最小とすることができる。また規制部材１８の突出量の調整は、内燃機関１の運転中に行うことが可能であり、内燃機関１の運転状態に応じて圧縮比を変更することができる。
【００４０】
また規制部材駆動機構３０によって規制部材１８を直線的に前進（突出）または後退させることによって、リンク機構１７を構成する第２リンク部材５２を、第１リンク部材５１と連結する連結軸６２が規制部材１８と接触するタイミングを変化させ、伝達部材１６がクランクアーム１５と逆方向に回転を開始する時期を変化させて、小ピストン１２の上死点位置を変更することができる。
【００４１】
またクラッチ機構２０は、燃焼室内における燃焼によって小ピストン１２に駆動力が印加されたときに、カウンタウエイト部１９へ駆動力を伝達する一方向クラッチとして機能するので、燃焼によって小ピストン１２に加わる駆動力が、クラッチ機構２０及びカウンタウエイト部１９を介してクランク軸２１の駆動トルクに変換され、大ピストン１１が上死点に達する前から内燃機関１の駆動トルクを発生させることが可能となる。
【００４２】
また伝達部材１６をクランクアーム連結部４２において相対回転不能とし、小ピストン１２を下死点に保持するロック機構（ロックピン７４等によって構成される）を備えるので、内燃機関１の高速運転中あるいは高出力運転中においてロック機構を作動させることによって、小ピストン１２を下死点に保持することが可能となり、不要な揺動あるいは振動の発生を防止することができる。
【００４３】
また伝達部材１６に緩衝部材としてのスプリング４５，４６を設けたので、小ピストン１２が上死点に到達したときに発生する衝撃、及び小ピストン１２が下死点に到達したときに発生する衝撃を緩和することができる。
【００４４】
また大コンロッド１３は、大端部１３ｂから小端部１３ａに向かって第１及び第２枝部１３１，１３２に分岐し、第１及び第２枝部１３１，１３２のそれぞれにおいて大ピストン１１と回転自在に連結され、小コンロッド１４は、第１及び第２枝部１３１，１３２の間を通って小ピストン１２と連結される構成としたので、構成の複雑化を抑制しつつ小ピストン１２及び小コンロッド１４を組み込むことが可能となる。
【００４５】
また内燃機関運転中の一時的な停止であるアイドリングストップを行う際に、内燃機関の停止ピストン位置を上死点後９０度付近に制御することによって、内燃機関の再始動時にスタータモータを使用することなく内燃機関を始動させる技術（「スタータレス再始動方法」という）が知られている。本実施形態の内燃機関１にそのスタータレス再始動方法を適用する場合においては、大ピストン１１が上死点に位置するときに、大ピストン１１内の空洞１１ａと小ピストン１２の頂面によって画成される小燃焼室内に燃料噴射を行うように構成することが望ましい。これによって、噴射した燃料を確実に着火させて、迅速な再始動を実現することができる。
【００４６】
さらに、アイドリングストップの開始時においては、規制部材１８の突出量を最大とすることが望ましい。これによって、圧縮比が高くなって再始動時により強力な起動力が得られ、寒冷時等の再始動困難な環境下での再始動をより確実に行うことができる。
【符号の説明】
【００４７】
１  内燃機関
２  シリンダブロック
３  気筒
１１  大ピストン
１２  小ピストン
１３  大コンロッド
１４  小コンロッド
１５  クランクアーム
１６  伝達部材
１７  リンク機構
１８  規制部材
１９  カウンタウエイト部
２０  クラッチ機構
３０  規制部材駆動機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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