(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
４サイクル式の内燃機関におけるピストンのストロ−ク位置を変化させることで、機械圧縮比及び機械膨張比を変更可能なピストン位置変更機構を備えた内燃機関のピストンストローク調整装置であって、
前記ピストン位置変更機構は、前記内燃機関の始動時において、前記機械圧縮比を相対的に大きくすると共に、前記機械膨張比を相対的に小さく設定すると共に、
更に、前記ピストン位置変更機構は、前記内燃機関の始動時における新気の吸入期間を相対的に長く、前記新気の圧縮期間を相対的に短く設定することを特徴とする内燃機関のピストンストローク調整装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関のピストンストローク調整装置において、
前記ピストン位置変更機構は、前記内燃機関の始動時において、圧縮上死点における前記ピストンの位置を、排気上死点における前記ピストンの位置に対し相対的に低く設定したことを特徴とする内燃機関のピストンストローク調整装置。
【請求項３】
請求項１に記載の内燃機関のピストンストローク調整装置において、
前記ピストン位置変更機構は、前記内燃機関の始動時における吸入ストロ−クを圧縮ストロ−クより相対的に長く設定したことを特徴とする内燃機関のピストンストローク調整装置。
【請求項４】
請求項１に記載の内燃機関のピストンストローク調整装置において、
前記ピストン位置変更機構は、前記内燃機関の始動時において、前記内燃機関の温度が所定温度を越えていた場合には、前記機械圧縮比を、前記内燃機関の温度が前記所定温度以下の前記始動時における前記機械圧縮比より相対的に小さく設定することを特徴とする内燃機関のピストンストローク調整装置。
【請求項５】
請求項１に記載の内燃機関のピストンストローク調整装置において、
前記ピストン位置変更機構は、前記内燃機関の始動時において、前記内燃機関の温度が所定温度以下であった場合は、前記機械圧縮比を相対的に大きく、前記機械膨張比を相対的に小さく設定し、その後、前記内燃機関の温度が前記所定温度を越えていた場合、前記機械圧縮比を、前記内燃機関の温度が前記所定温度以下の場合における前記機械圧縮比より相対的に小さく設定することを特徴とする内燃機関のピストンストローク調整装置。
【請求項６】
請求項１に記載の内燃機関のピストンストローク調整装置であって、
前記内燃機関は前記ピストンの軸心がクランクシャフトの回転軸心に対して所定量離間していると共に、
前記ピストン位置変更機構は、
前記ピストンにピストンピンを介して一端が連結された第１リンクと、
前記第１リンクの他端に第１連結ピンを介して回転可能に連結されると共に、前記クランクシャフトに回転可能に連結された第２リンクと、
前記クランクシャフトに対し１／２の角速度で回転するコントロールシャフトと、
前記コントロールシャフトに設けられ、前記コントロールシャフトの回転軸心に対し偏心した偏心軸部と、
前記第２リンクに第２連結ピンを介して一端が連結されると共に、他端が前記偏心軸部に回転可能に連結された第３リンクと、
前記コントロールシャフトの軸心に対する前記偏心軸部の偏心方向を変更可能なリンク姿勢変更機構と
を有することを特徴とする内燃機関のピストンストローク調整装置。
【請求項７】
請求項６に記載の内燃機関のピストンストローク調整装置であって、
前記コントロールシャフトは、前記クランクシャフトの軸心に対して前記ピストンの軸心と反対側に設けられていることを特徴とする内燃機関のピストンストローク調整装置。
【請求項８】
４サイクル式の内燃機関におけるピストンの軸心がクランクシャフトの回転軸心に対して所定量だけ偏倚している前記ピストンのストロ−ク位置を変化させることで、機械圧縮比及び機械膨張比を変更可能なピストン位置変更機構を備えた内燃機関のピストンストローク調整装置であって、
前記ピストン位置変更機構は、
前記ピストンにピストンピンを介して一端が連結された第１リンクと、
前記第１リンクの他端に第１連結ピンを介して回転可能に連結されると共に、クランクシャフトに回転可能に連結された第２リンクと、
前記クランクシャフトに対し１／２の角速度で回転するコントロールシャフトと、
前記コントロールシャフトに設けられ、前記コントロールシャフトの回転軸心に対し偏心した偏心軸部と、
前記第２リンクに第２連結ピンを介して一端が連結されると共に、他端が前記偏心軸部に回転可能に連結された第３リンクと、
前記コントロールシャフトの軸心に対する前記偏心軸部の偏心方向を変更可能なリンク姿勢変更機構を備え、
前記内燃機関の始動時に前記リンク姿勢変更機構は、吸気下死点における前記偏心軸部の軸心を前記コントロールシャフトの軸心より前記第２連結ピン側になるように設定すると共に、膨張下死点における前記偏心軸部の軸心が前記コントロールシャフトの軸心に対して前記第２連結ピンと反対側となる第１ポジションに設定すると共に、
前記リンク姿勢変更機構は、前記内燃機関の温度が所定より高い場合において、前記吸気下死点における前記偏心軸部の軸心が前記コントロールシャフトの軸心より前記第２連結ピンと反対側になるように設定すると共に、前記膨張下死点における前記偏心軸部の軸心が前記コントロールシャフトの軸心に対して前記第２連結ピン側となることを特徴とする内燃機関のピストンストローク調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は４サイクル式の内燃機関のピストンストローク調整装置に係り、特にピストンの上死点や下死点の位置を変更する可変機構を備えた内燃機関のピストンストローク調整装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の内燃機関のピストンストローク調整装置としては、内燃機関の幾何学的な圧縮比、つまり機械圧縮比を可変制御する可変圧縮比機構と、実圧縮比を左右する吸排気弁の開閉時期を可変制御する可変動弁機構との制御の組み合わせによって、機関の諸性能を改善することが提案されている。例えば、特開２００２‐２７６４４６号公報（特許文献１）に記載の内燃機関のピストンストローク調整装置には、吸気弁閉時期を可変制御するために可変動弁機構を備えると共に、圧縮比を可変制御する可変圧縮比機構を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２‐２７６４４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１の図８では圧縮上死点での機構姿勢を示している。図８の左図は、高機械圧縮比制御での圧縮上死点のピストン位置（ピストン位置はやや高い）を示し、右図は、低機械圧縮比制御での圧縮上死点のピストン位置（ピストン位置はやや低い）を示している。そして、排気（吸気）上死点の位置について考察すると、高機械圧縮比制御、及び低機械圧縮比制御の両方とも、排気上死点のピストン位置は図８に示す各々の圧縮上死点のピストン位置と一致している。
【０００５】
この理由は、特許文献１の可変圧縮比機構は、クランク角３６０°で1サイクルとなる機構なので、原理的に圧縮上死点のピストン位置と排気（吸気）上死点のピストン位置とは一致するからである。また、同様の理由で、吸気下死点のピストン位置と膨張下死点のピストン位置も一致する。これは、吸気下死点のピストン位置から圧縮上死点のピストン位置に至る間の圧縮ストロークと、圧縮上死点のピストン位置から膨張下死点のピストン位置に至る間の膨張ストロークも常に一致することを意味する。したがって、機械圧縮比と機械膨張比も原理的に一致するものである。
【０００６】
そして、このような構成のピストンストローク調整装置においては、以下に述べるような不都合が生じる場合がある。
【０００７】
例えば、内燃機関の始動時において、排気ガス触媒による排気有害成分の低減効率を向上するためには、排気ガス触媒を早く活性化（触媒転化率の向上、触媒暖機性能の向上）することが必要である。このためには、機械膨張比を小さくして排気温度を上げることが有効である。しかしながら機械膨張比を小さくすると、付随して機械圧縮比も機械膨張比と同じように小さくなってしまい、圧縮上死点における混合気の温度が低下して、燃焼が悪化する、或いは燃焼が不安定になるという現象を生じる。これによって、内燃機関の始動性が悪化する、或いは所望の排気有害成分の低減効果が得られない、という問題を生じる。
【０００８】
一方、機械圧縮比を大きくすると、燃焼の改善、或いは燃焼の安定化が図られるが、付随して機械膨張比も同じように大きくなってしまい、燃焼による膨張仕事が増加する分だけ排気ガス温度が低下してしまうようになる。このため、始動時において排気ガス触媒の転化率が低下したり、排気ガス触媒の温度が上昇するのに時間がかかるようになり、排気ガス触媒が活性化されるまでに大気に排出される総排気有害成分量が増加する、という問題を生じる。
【０００９】
本発明の目的は、内燃機関の始動時において、圧縮行程の混合気の温度を高めて燃焼を改善、安定化すると共に、膨張行程の排気ガスの温度の低下を抑制することができる新規な内燃機関のピストンストローク調整装置を提供することになる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の特徴は、内燃機関の始動時において、圧縮行程の機械圧縮比を大きくして圧縮上死点での混合気の温度を高め、膨張行程の機械膨張比を小さくして膨張下死点での排気ガスの温度の低下を抑制する、ところにある。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、内燃機関の始動時に、圧縮上死点での混合気の温度を高めて燃焼を改善、安定化でき、また、膨張下死点での排気ガスの温度の低下を抑制することができる。これによって、内燃機関の始動性を改善できると共に、排気有害成分の排出量を低減することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係るピストンストローク調整装置の全体概略図である。
【図２】本発明に係るピストンストローク調整装置の要部側断面図である。
【図３】ピストン位置変更機構におけるリンク姿勢変更機構のフロントカバーを外してＡＦ方向（左側）から見た正面図である。
【図４】第１乃至第２の実施形態に使用されるピストン位置変更機構におけるコントロールシャフト位相変換の動作を示している。圧縮上死点付近のクランクピンがほぼ真上を向いたクランクシャフト回転角度（Ｘ＝３６０°）において、（Ａ）はコントロ−ルシャフトの偏心回転位相が制御位相α１（例えば７１°）、（Ｂ）は制御位相α２（例えば１３８°）、（Ｃ）は制御位相α３（例えば２２０°）、（Ｄ）は制御位相α４（例えば２５１°）に各々制御された状態を示している。
【図５】第１の実施形態におけるクランクシャフトの回転角度とピストンの高さ位置変化を示す特性図である。
【図６】第１の実施形態におけるピストン位置変更機構の作動説明図であって、（Ａ）〜（Ｄ）はコントロ−ルシャフトの偏心回転位相最進角状態（制御位相α４）にある場合のピストン位置を示し、（Ａ）は排気(吸気)上死点位置、（Ｂ）は吸気下死点位置、（Ｃ）は圧縮上死点位置、（Ｄ）は膨張下死点位置である状態を示している。また、（Ｅ）〜（Ｈ）はコントロ−ルシャフトの偏心回転位相最遅角状態（制御位相α１）にある場合のピストン位置を示し、（Ｅ）は排気(吸気)上死点位置、（Ｆ）は吸気下死点位置、（Ｇ）は圧縮上死点位置、（Ｈ）は膨張下死点位置である状態を示している。
【図７】第１の実施形態になる制御を実行する制御フローチャートである。
【図８】第２の実施形態におけるクランクシャフトの回転角度とピストンの高さ位置変化を示す特性図である。
【図９】第２の実施形態におけるピストン位置変更機構の作動説明図であって、（Ａ）〜（Ｄ）は始動時のコントロ−ルシャフトの偏心回転位相最進角状態（制御位相α３）にある場合のピストン位置を示し、（Ａ）は排気(吸気)上死点位置、（Ｂ）は吸気下死点位置、（Ｃ）は圧縮上死点位置、（Ｄ）は膨張下死点位置である状態を示している。また、（Ｅ）〜（Ｈ）は高温始動時のコントロ−ルシャフトの偏心回転位相最遅角状態（制御位相α２）にある場合のピストン位置を示し、（Ｅ）は排気(吸気)上死点位置、（Ｆ）は吸気下死点位置、（Ｇ）は圧縮上死点位置、（Ｈ）は膨張下死点位置である状態を示している。
【図１０】第２の実施形態になる制御を実行する制御フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例をもその範囲に含むものである。
【実施例１】
【００１４】
先ず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１及び図２はピストンストローク調整装置の概略の構成を示している。ここで、図１は、図２において矢視方向ＡＲ（右側）から見た図となっている。
【００１５】
内燃機関０１は、シリンダブロック０２内に形成されたシリンダボア０３に沿って上下方向へ往復運動するピストン２と、ピストン２の上下運動によって、ピストンピン３やピストン位置変更機構１の後述するリンク機構５を介して回転駆動するクランクシャフト４と、を備えている。図１のピストン２の冠面と、該冠面上方に一点鎖線で示す燃焼室境界線との間に隔成された空間は気筒内容積（燃焼室容積）である。
【００１６】
また、燃焼室には吸気弁ＩＶと排気弁ＥＶが設けられており、図示しないカムシャフトによって開閉されている。これらの吸気弁ＩＶ、排気弁ＥＶは、ピストン２側（下側）にリフトすると、図１から分かるように、ピストン冠面に接近する。ここで、吸気弁ＩＶのリフト量を基準位置（yi＝ ye＝０）からピストン摺動方向に対してyiの位置で示し、排気弁ＥＶのリフト量を基準位置からピストン摺動方向にyeの位置で示している。この時のピストン２の位置をＹとする。尚、基準位置は、吸気弁ＩＶ及び排気弁ＥＶが共にリフトせずに閉じられている位置に対応している。尚、ここでピストン位置Ｙが、あるクランク角において、吸気弁ＩＶのyiの位置、或いは排気弁ＥＶのyeの位置まで上昇すると、ピストン冠面と吸排気弁の干渉が生じることになる。
【００１７】
ピストン位置変更機構１は、複数のリンクからなるリンク機構５や、リンク機構５の姿勢を変化させるリンク姿勢変更機構６などから構成されている。リンク機構５は、ピストン２にピストンピン３を介して連結された第１リンクであるアッパリンク７と、アッパリンク７に第１連結ピン８を介して揺動可能に連結されると共に、クランクシャフト４のクランクピン９に回転可能に連結された第２リンクであるロアリンク１０と、ロアリンク１０に第２連結ピン１１を介して揺動可能に連結されると共に、コントロ−ルシャフト１２の偏心カム部１３に回転可能に連結された第３リンクであるコントロ−ルリンク１４と、から構成されている。
【００１８】
また、クランクシャフト４の前端部には、図１及び図２に示すように、駆動回転体である小径な第１歯車１５が固定されている一方、コントロールシャフト１２の前端部側に従動回転体である大径な第２歯車１６が設けられ、第１歯車１５と第２歯車１６が噛み合ってクランクシャフト４の回転力がリンク姿勢変更機構６を介してコントロールシャフト１２に伝達されるようになっている。
【００１９】
第１歯車１５は、外径が第２歯車１６の外径の約半分の大きさになっており、したがって、クランクシャフト４の回転速度は、第１歯車１５と第２歯車１６の外径差によってコントロールシャフト１２に半分の角速度に減速して伝達されるようになっている。コントロールシャフト１２は、リンク姿勢変更機構６によって、第２歯車１６に対する位相が変化し、つまりクランクシャフト４に対して相対回転位相が変更されるようになっている。
【００２０】
図２にあるように、クランクシャフト４とコントロールシャフト１２は、シリンダブロックに設けられた共通の前後２つの軸受部材１７、１８によって各々回転自在に支持されている。また、偏心カム部１３は、コントロ−ルリンク１４の下端部に形成された大径部にニードルベアリング１９を介して回転自在に連結されている。
【００２１】
リンク姿勢変更機構６は、例えば先に本出願人が出願した特開２０１２−２２５２８７号公報に記載された油圧式(ベーンタイプ)の可変動弁機構と基本的には同じ構造であり、以下簡単に説明する。尚、本実施形態では油圧式を使用しているが電動式を使用することも可能である。この場合、電動モータでコントロールシャフト１２の回転角を制御すれば良いものである。
【００２２】
リンク姿勢変更機構６は、図２及び図３に示すように、第２歯車１６が固定されたハウジング２０と、ハウジング２０内に相対回転自在に収容され、コントロールシャフト１２の一端部に固定されたベーンロータ２１と、ベーンロータ２１を油圧によって正逆回転させる油圧回路２２と、を備えている。
【００２３】
ハウジング２０は、円筒状のハウジング本体２０ａの前端開口が円板状のフロントカバー２３によって閉塞されていると共に、後端開口が円盤状のリアカバー２４によって閉塞されている。また、ハウジング本体２０ａの内周面には、幅広のシュー２０ｂが内方に向かって突設されている。
【００２４】
リアカバー２４は、第２歯車１６の中央位置に両者一体に設けられ、外周部がボルト２５によってハウジング本体２０ａとフロントカバー２３に共締め固定されている。また、リアカバー２４のほぼ中央には、ベーンロータ２１の円筒部に外周に軸受される大径な軸受孔２４ａが軸方向に貫通形成されている。
【００２５】
ベーンロータ２１は、中央にボルト挿通孔を有する円筒状のロータ２６と、ロータ２６の外周面の周方向に一体に設けられた１枚のベーン２７とを備えている。ロータ２６は、前端側の小径筒部２６ａがフロントカバー２３の中央支持孔に回転自在に支持されている一方、後端側の小径な円筒部２６ｂがリアカバー２４の軸受孔２４ａに回転自在に支持されている。
【００２６】
また、ベーンロータ２１は、ロータ２６のボルト挿通孔に軸方向から挿通した固定ボルトによってコントロールシャフト１２の前端部に軸方向から固定されている。また、1枚だけのベーン２７は、シュー２０ｂの内周側に配置されていると共に、外面の軸方向に形成された細長い保持溝内にハウジング本体２０ａの内周面に摺接するシール部材及び該シール部材をハウジング本体内周面方向に押圧する板ばねが夫々嵌着保持されている。また、図３にあるように、このベーン２７の両側に、それぞれ進角室４０と遅角室４１がそれぞれ隔成されている。
【００２７】
油圧回路２２は、図２に示すように、進角室４０に対して作動油の油圧を給排する第１油圧通路２８と、遅角室４１に対して作動油の油圧を給排する第２油圧通路２９との２系統の油圧通路を有し、この両油圧通路２８、２９には、供給通路３０とドレン通路３１とが夫々通路切換用の電磁切換弁３２を介して接続されている。供給通路３０には、オイルパン３３内の油を圧送する一方向のオイルポンプ３４が設けられている一方、ドレン通路３１の下流端がオイルパン３３に連通している。
【００２８】
第１、第２油圧通路２８、２９は、フロントカバー２３側に設けられた通路構成部の内部に形成されており、各一端部が前記通路構成部のロータ２６の小径筒部２６ａから内部の支持穴内に挿通配置された円柱部３５を介して前記ロータ２６内に連通している一方、他端部が前記電磁切換弁３２に接続されている。
【００２９】
第１油圧通路２８は、進角室４０と連通する図示しない２本の分岐路とを備えている一方、第２油圧通路２９は、遅角室４１と連通する第２油路とを備えている。電磁切換弁３２は、４ポート３位置型であって、内部の弁体が各油圧通路２８、２９と供給通路３０及びドレン通路３１とを相対的に切り替え制御するようになっていると共に、コントロールユニット３６からの制御信号によって切り替え作動されるようになっている。
【００３０】
そして、電磁切換弁３２の切り換え作動によって、進角室４０と遅角室４１に作動油を選択的に供給することによってベーンロータ２１(コントロールシャフト１２）をクランクシャフト４に対して相対回転位相を変更させるようになっている。また、図示していないが、ベーンロータ２１を遅角方向へ常時付勢するスプリングが装着されている。これにより遅角側への変換が迅速化される。
【００３１】
図４（Ａ）〜（Ｄ）は第２歯車１６とコントロ−ルシャフト１２との相対回転位相を変化させた場合を示している。尚、この図では第１、第２歯車１５、１６などは省略してある。この相対回転位相は、本実施形態では、前述のリンク姿勢変更機構６による相対回転位相変換制御により変化できるようになっているが、前記第２歯車１６とコントロ−ルシャフト１２（偏心カム部１３）との取り付け関係を相対的に変えることによって行うこともできる。
【００３２】
この図４では、図１に示す第２歯車１６とコントロ−ルシャフト１２の相対位相を変えない状態でクランクシャフト４を時計方向に回転して行き、クランクピン９が真上を向いた位置（クランク角Ｘ＝０°で排気（吸気）上死点付近）から更に１回転して再度クランクピン９が真上を向いた位置（Ｘ＝３６０°で圧縮上死点付近）での姿勢を示している。この状態では、ピストン位置（高さ）は圧縮上死点付近なので最も高い位置付近になっている。
【００３３】
図４（Ａ）では、偏心カム部１３の偏心方向は、真下方向より反時計方向に、例えば制御位相α１＝７１°だけ変化した位置となっている。この角度位置で最も遅角した最遅角状態である。この位置は通常運転されている時の状態である。
【００３４】
また、図４（Ｂ）では、偏心カム部１３の偏心方向は、真下方向より反時計方向に、例えば制御位相α２＝１３８°だけ変化した位置となっている。これは図４（Ａ）に比べて６７°進角した状態である。この位置は、後述する第２の実施形態における、高温始動する時の状態である。
【００３５】
また、図４（Ｃ）では、偏心カム部１３の偏心方向は、真下方向より反時計方向に、例えば制御位相α３＝２２０°変化した位置となっている。これは図４（Ａ）に比べて１４９°進角し、図４（Ｂ）より更に８２°進角した状態である。この位置は、始動時の第１の例（実施例２で使用）としての状態である。
【００３６】
更に、図４（Ｄ）では、偏心カム部１３の偏心方向は、真下方向より反時計方向に、例えば制御位相α４＝２５１°変化した位置となっている。これは図４（Ａ）に比べて１８０°進角し、図４（Ｃ）より更に３１°進角した状態である。この位置は、始動時の第２の例（実施例１で使用）としての状態である。
【００３７】
すなわち、最も遅角しているのが制御位相α１であり、最も進角しているのが制御位相α４である。そして、その中間にあるのが制御位相α２、α３となっている。尚、ここで偏心カム部１３の回転方向が図４（Ａ）〜図４（Ｄ）では反時計方向なので、反時計方向が進角方向となっている。
【００３８】
図３に示すように、ベーン２７は最遅角の位置、すなわち前述の制御位相α１の位置と対応した位置となっている。すなわち、ベーン２７の遅角側規制面４５がハウジング側の遅角規制部４６と当接した最遅角位置になる。この時、ベーンと固定されたコントロ−ルシャフト１２は最遅角位相である制御位相α１となっている。
【００３９】
ここで、コントロ−ルシャフト１２が進角方向（時計方向）に、αＴ（＝α４−α１）だけ回転すると、ベーン２７の進角側規制面４７がハウジング側の進角規制部４８と当接して最進角位置になる。この時、ベーン２７と固定されたコントロ−ルシャフト１２は最進角位相である制御位相α４となっている。
【００４０】
図５はピストン位置の変化特性を示しており、最遅角での制御位相（α１）と最進角での制御位相（α４）のピストン位置変化特性を示している。ここで、クランク角Ｘが０°では、クランクピン９が真上に位置しており、この付近で、ピストン２の排気（吸気）上死点となっている。
【００４１】
クランク角Ｘが０°から時計方向に回転し始めると、排気弁リフトカ−ブ（ye）に示すように排気弁ＥＶは完全に閉じ、また０°付近から開作動を開始していた吸気弁ＩＶの吸気弁リフトカ−ブ（ｙi）は更にリフトを増加し、吸気ポ−トより新気（或いは混合気）の吸入を行う。次に、クランク角Ｘが１８０°となった付近で吸気下死点となり、この付近で吸気弁ＩＶのリフトは僅かとなる。ここで、吸気上死点から吸気下死点までを吸気行程という。
【００４２】
更に、クランクシャフト４が回転すると、吸気弁ＩＶは完全に閉じられると共に、筒内混合気が圧縮されて、クランク角Ｘが３６０°となった位置（クランクピン９が再度真上位置になる）の付近で、圧縮上死点になる。ここで、吸気下死点から圧縮上死点までを圧縮行程という。
【００４３】
その後、火花点火（または圧縮着火）が行なわれて燃焼が開始され、その燃焼圧がピストン２を押し下げていき、クランク角Ｘが５４０°付近で膨張下死点となる。ここで、圧縮上死点から膨張下死点までを膨張行程という。
【００４４】
この膨張下死点付近で、排気弁ＥＶが開作動を開始し、ピストン２の再上昇と共に燃焼ガス（排気ガス）を排気ポ−トより排出し、再び排気(吸気)上死点付近であるクランク角Ｘが７２０°（＝０°）の位置（クランクピン９が真上位置になる）に戻る。ここで、膨張下死点から排気(吸気)上死点までを排気行程という。
【００４５】
以上のように、４サイクル機関としての作動が行われ、クランク角(Ｘ)７２０°を１周期とする周期的な作動になっている。尚、特許文献１においては、クランク角（Ｘ）３６０°を1周期とする周期的な作動を行うので、ピストンストロ−ク特性の自由度が低くなっている。これに対して、本実施形態ではクランク角(Ｘ)７２０°を１周期としているので、機械圧縮比と機械膨張比を異ならせることができるものである。
【００４６】
例えば、以下に説明するように、始動時に機械圧縮比＞機械膨張比の関係をとることによって、内燃機関の始動時に、圧縮上死点での混合気の温度を高めて燃焼を改善、安定化でき、また、膨張下死点での排気ガスの温度の低下を抑制することができる。
【００４７】
図５において、太い実線は図４（Ｄ）の制御位相α４（最進角）でのピストンストローク特性（ピストン冠面位置変化特性）を示し、太い破線は図４（Ａ）の制御位相α１（最遅角）でのピストンストローク特性（ピストン冠面位置変化特性）を示している。
【００４８】
ここで、制御位相α１は図４に例示的に示しているように内燃機関の通常運転状態で使用されるものであり、制御位相α４は図４に例示的に示しているように内燃機関の始動状態で使用されるものである。
【００４９】
圧縮上死点でのピストン位置についてみると、破線で示す制御位相α１でのピストン位置（Ｙ０１）は比較的高い位置にあり、実線で示す制御位相α４でのピストン位置（Ｙ０４）もほぼ同じ位置にある。ここで、排気（吸気）上死点でのピストン位置（Ｙ´０１）（Ｙ´０４）もほぼ同じ位置にある。そして、圧縮上死点での気筒内容積（Ｖ０）は、上述した各圧縮上死点位置と対応する、気筒内容積（Ｖ０１）、（Ｖ０４）となっており、圧縮上死点でのピストン位置がほぼ同じ高さなので、Ｖ０１≒Ｖ０４の関係を有していることになる。
【００５０】
ここで、この気筒内容積Ｖ０とは、圧縮上死点において、シリンダヘッド側の燃焼室内面形状と、ピストン２の冠面２ａの形状と、シリンダブロック０２の内径と、図示しないヘッドガスケット内径等に囲まれた容積、つまり、圧縮上死点における気体（混合気）の占める容積になる。
【００５１】
一方、図５において、吸気下死点でのピストン位置についてみると、破線で示す制御位相α１でのピストン位置（ＹＣ１）と、実線で示す制御位相α４でのピストン位置（ＹＣ４）は大きく異なっている。実線で示す制御位相α４でのピストン位置（ＹＣ４）は、破線で示す制御位相α１のピストン位置（ＹＣ１）より、かなり低い位置にある。したがって、圧縮上死点から吸気下死点までの長さである圧縮ストロ−ク（ＬＣ）の関係は次の通りとなる。制御位相α１での圧縮ストロ−ク（ＬＣ１）と制御位相α４での圧縮ストロ−ク（ＬＣ４）は、ＬＣ１＜＜ＬＣ４の関係を有している。尚、制御位相α１での吸気ストロ−ク（ＬＩ１）と制御位相α４での圧縮ストロ−ク（ＬＩ４）も、ＬＩ１＜＜ＬＩ４の関係を有している。
【００５２】
同様に、膨張下死点でのピストン位置についてみると、破線で示す制御位相α１でのピストン位置（ＹＥ１）と、実線で示す制御位相α４でのピストン位置（ＹＥ４）は、大きく異なっている。制御位相α４でのピストン位置（ＹＥ４）に対して、制御位相α１でのピストン位置（ＹＥ１）はかなり低い位置である。したがって、圧縮上死点から膨張下死点までの長さである膨張ストロ−ク（ＬＥ）の長さもかなり異なっている。これによって、制御位相α１での膨張ストロ−ク（ＬＥ１）と制御位相α４での膨張ストロ−ク（ＬＥ４）は、ＬＥ１＞＞ＬＥ４の関係を有している。尚、制御位相α１での排気ストロ−ク（ＬＯ１）と制御位相α４での排気ストロ−ク（ＬＯ４）も、ＬＯ１＞＞ＬＯ４の関係を有している。
【００５３】
以上のことから、制御位相α１の圧縮ストロ−ク（ＬＣ１）と膨張ストローク（ＬＥ１）の関係と、制御位相α４の圧縮ストロ−ク（ＬＣ４）と膨張ストローク（ＬＥ４）の関係を比較すると次のようになる。通常運転状態で使用される制御位相α１では、ＬＥ１＞＞ＬＣ１の関係を有し、始動状態で使用される制御位相α４では、ＬＥ４＜＜ＬＣ４の関係を有している。
【００５４】
ここで、制御位相α１での機械圧縮比である機械圧縮比（Ｃ１）と、同機械膨張比である機械膨張比（Ｅ１）について考察する。
【００５５】
ボア（シリンダ内径）の面積をＳとすると、吸気下死点での気筒内容積ＶＣ１は、ＶＣ１＝Ｖ０１+Ｓ×ＬＣ１となる。したがって、機械圧縮比（Ｃ１）＝ＶＣ１÷Ｖ０１＝（Ｖ０１+Ｓ×ＬＣ１）÷Ｖ０１＝１＋Ｓ×ＬＣ１÷Ｖ０１となる。
【００５６】
一方、膨張下死点での気筒内容積ＶＥ１は、ＶＥ１＝Ｖ０１+Ｓ×ＬＥ１となる。したがって、機械膨張比Ｅ１＝ＶＥ１÷Ｖ０１＝（Ｖ０１+Ｓ×ＬＥ１）÷Ｖ０１＝１＋Ｓ×ＬＥ１÷Ｖ０１となる。
【００５７】
したがって、制御位相α１の場合は、図５に示すようにＬＥ１＞＞ＬＣ１であるため、機械膨張比（Ｅ１）＞機械圧縮比（Ｃ１）となっている。ここで、相対比Ｄ＝機械膨張比Ｅ÷機械圧縮比Ｃと定義すると、制御位相α１の場合は相対比Ｄ１＝Ｅ１÷Ｃ１＞1となる。
【００５８】
同様に、制御位相α４での機械圧縮比である機械圧縮比（Ｃ４）と、同機械膨張比である機械膨張比（Ｅ４）について考察する。
【００５９】
吸気下死点での気筒内容積ＶＣ４は、ＶＣ４＝Ｖ０４+Ｓ×ＬＣ４となる。したがって、機械圧縮比Ｃ４＝ＶＣ４÷Ｖ０４＝（Ｖ０４+Ｓ×ＬＣ４）÷Ｖ０４＝１＋Ｓ×ＬＣ４÷Ｖ０４となる。一方、膨張下死点での気筒内容積ＶＥ４は、ＶＥ４＝Ｖ０４+Ｓ×ＬＥ４となる。したがって、機械膨張比Ｅ４＝ＶＥ４÷Ｖ０４＝（Ｖ０４+Ｓ×ＬＥ４）÷Ｖ０４＝１＋Ｓ×ＬＥ４÷Ｖ０４となる。
【００６０】
したがって、制御位相α４の場合は、図５に示すようにＬＥ４＜＜ＬＣ４であるため、機械膨張比（Ｅ４）＜機械圧縮比（Ｃ４）となっている。相対比Ｄ＝機械膨張比Ｅ÷機械圧縮比Ｃであるため、制御位相α４の場合は相対比Ｄ４＝Ｅ４÷Ｃ４＜1となる。
【００６１】
制御位相α１は通常運転状態で使用され、制御位相α４は始動状態で使用されるものであるが、次のこれらの具体的な作用、効果について説明する。
【００６２】
上述したように、制御位相α１の気筒内容積（Ｖ０１）と、制御位相α４の気筒内容積（Ｖ０４）はＶ０１≒Ｖ０４の関係を有し、圧縮ストローク（ＬＣ）はＬＣ１＜＜ＬＣ４の関係を有し、膨張ストローク（ＬＥ）はＬＥ１＞＞ＬＥ４の関係を有している。
【００６３】
更に、制御位相α１の場合は、ＬＥ１＞＞ＬＣ１であるため、機械膨張比（Ｅ１）＞機械圧縮比（Ｃ１）の関係を有している。また、制御位相α４の場合は、ＬＥ４＜＜ＬＣ４であるため、機械膨張比（Ｅ４）＜機械圧縮比（Ｃ４）の関係を有している。
【００６４】
ここで、制御位相α１の特性は、内燃機関が暖機された後の通常運転状態に適している特性と言える。すなわち、機械膨張比（Ｅ１）が極めて大きく、これによって膨張仕事が大きくなり、熱効率が向上して燃費性能が向上する効果を奏する。
【００６５】
更に、機械圧縮比（Ｃ１）が過度に大きくないので、圧縮上死点での筒内ガス温度を比較的低くできる。このため、圧縮上死点における筒内の混合気の温度の過上昇が抑制され、冷却損失の増加を抑制し熱効率（燃費性能）を向上でき、また、ノッキングという異常燃焼が抑制されるので内燃機関の燃焼の安定化が図れるようになる。
【００６６】
一方、制御位相α４の特性は、内燃機関が暖機される前の始動状態に適している特性と言える。すなわち、機械圧縮比（Ｃ４）が極めて大きくなっているので、暖機前の始動時においても、圧縮上死点における筒内の混合気の温度を高めることができる。これによって、燃焼が悪化しがちな始動時においても、良好な燃焼を実現して始動性を高めることができ、内燃機関本体からの排気有害成分の排出を抑制できる。
【００６７】
また、図５に示している通り、吸気期間θｉｎｔ（排気上死点から吸気下死点までの期間／クランク角）は、圧縮期間θｃｏｍｐ（吸気下死点から圧縮上死点までの期間／クランク角）に比べて相対的に長くなっている。したがって、新気（混合気）を十分に吸い込むことができ、内燃機関の機械的な摩擦抵抗が大きい始動時においても、始動に必要な始動燃焼トルクを充分に高めることができる。
【００６８】
更に、圧縮期間θｃｏｍｐは、吸気期間θｉｎｔに比べて相対的に短くなっている。したがって、ピストン２が圧縮上死点に向けて上昇し、筒内の混合気の温度が上昇していく過程でシリンダに逃げる熱量を低減できるので、圧縮上死点での混合気温度を一層高めることができる。これにより、更に燃焼を改善して始動燃焼トルクを高めることで始動性を層向上できるようになる。
【００６９】
更に、制御位相α４の特性では、機械膨張比（Ｅ４）が機械圧縮比（Ｃ４）より小さく抑えられているので、次のような作用、効果を奏することができる。すなわち、機械膨張比（Ｅ４）が相対的に小さいことは、燃焼ガスの膨張仕事が低下し、その分、内燃機関から排出される排気ガスの温度が高くなることを意味している。このため、始動時において、温度が高い排気ガスを排気ガス触媒に供給することができるので、排気ガス触媒の転化率が向上されて大気に放出される排気有害成分を低減できるようになる。
【００７０】
また、この高い排気ガス温度により、排気ガス触媒の温度を早く上昇させることができる。これによって、排気ガス触媒が活性化されるまでの時間が短くなり、大気に排出される総排気有害成分量を低減することができる。
【００７１】
このように、制御位相α４の特性によれば、内燃機関の始動時に機械圧縮比を高くすることにより、圧縮上死点での混合気の温度を高めて燃焼を改善、安定化できるので、内燃機関そのものから排出される排気ガス有害成分を低減することができる。
【００７２】
更に、内燃機関の始動時に機械膨張比を低くすることにより、膨張下死点での排気ガスの温度の低下を抑制することができるので、温度の高い排気ガスを排出ガス触媒に供給することができる。これによって排気ガス触媒の転化率を向上し、また、排気ガス触媒の暖機を促進することができる。このように、内燃機関の始動性を改善できると共に、排気有害成分の排出量を低減することができるようになる。
【００７３】
なお、機械圧縮比大（Ｃ４）により良好な燃焼を実現して始動性を高められることは前述した通りであるが、これにより燃焼耐力が向上し、点火時期を遅延することも可能となる。その場合は、燃焼中心位相も遅角するので、排気ガス温度を高めることもできるようになる。その結果、機械膨張比小（Ｅ４）による排気ガス温度上昇効果にさらに上乗せになるので、一層排気ガス温度を高めて、触媒の転化性能を一層高めることも可能となる。
【００７４】
次に、制御位相α１と制御位相α４での燃焼サイクルの各行程における機構姿勢の変化について図６を基に説明する。これにより、図５に示すピストン位置の変化特性を説明することができる。上段に示す（Ａ）〜（Ｄ）は制御位相α４（最進角状態）での機構姿勢の変化を示し、下段に示す（Ｅ）〜（Ｈ）は制御位相α１（最遅角状態）での機構姿勢の変化を示している。
【００７５】
≪排気（吸気）上死点≫
まず、排気（吸気）上死点における偏心カム部の偏心方向（αＹ′）について考察する。制御位相α１では、（Ｅ）に示すように偏心カム部の偏心方向（αＹ´１）は、コントロールリンク１４の方向と、これから反対側に延びる方向の間の中間付近で左側を向いている。
【００７６】
一方、制御位相α４では、（Ａ）に示すように偏心カム部の偏心方向（αＹ´４）は、コントロールリンク１４の方向と、これから反対側に延びる方向の間の中間付近で右側を向いている（勝手違いの関係）。
【００７７】
従って、コントロールリンク１４を引き下げる量は、制御位相α１と制御位相α４ともほぼ同等であり、結果として制御位相α１の排気（吸気）上死点位置（Ｙ´０１）と制御位相α４の排気（吸気）上死点位置（Ｙ´０４）とはほぼ同位置にある。
【００７８】
≪吸気下死点≫
次に吸気下死点における偏心カム部の偏心方向（αＣ）について考察する。制御位相α１では、（Ｆ）に示すように偏心カム部の偏心方向（αＣ１）は、コントロールリンク１４と反対方向を向いている。これによりコントロールリンク１４は第２連結ピン１１を左下方に引き下げ、ロアリンク１０をクランクピン支点に反時計方向に回転させる。これにより、第１連結ピン８の位置は上がり、アッパリンク７によってピストン２は上方に押し上げられる。この結果、圧縮開始点である吸気下死点位置（ＹＣ１）は比較的高い位置になり、この時に短い圧縮ストローク（ＬＣ１）が得られる。
【００７９】
一方、制御位相α４では、（Ｂ）に示すように、偏心コントロ−ルカムの偏心方向（αＣ４）は、コントロールリンク１４の方向を向いている。これによりコントロールリンク１４は第２連結ピン１１を右上方に押し上げ、ロアリンク１０をクランクピン支点に時計方向に回転させる。これにより第１連結ピン８の位置は下がり、アッパリンク７によりピストン２は下方に引き下げられる。この結果、圧縮開始点でもある吸気下死点位置（ＹＣ４）は制御位相α１に比べて比較的低い位置になり、この時に長い圧縮ストローク（ＬＣ４）が得られる。したがって、圧縮ストローク（ＬＣ）は「ＬＣ１＜＜ＬＣ４」の関係を有することになる。
【００８０】
≪圧縮上死点≫
次に圧縮上死点における偏心カム部の偏心方向（αＹ）について考察する。制御位相α１では、（Ｇ）に示すように偏心カム部の偏心方向（αＹ１）は、コントロールリンク１４の方向と、これから反対側に延びる方向の間の中間付近で右側を向いている。
【００８１】
一方、制御位相α４では、（Ｃ）に示すように偏心カム部の偏心方向（αＹ４）は、コントロールリンク１４の方向と、これから反対側に延びる方向の間の中間付近で左側を向いている（勝手違いの関係）。
【００８２】
従って、コントロールリンク１４を引き下げる量は、制御位相α１と制御位相α４ともほぼ同等であり、結果として制御位相α１の圧縮上死点位置（Ｙ０１）と制御位相α４の圧縮上死点位置（Ｙ０４）とはほぼ同位置にある。
【００８３】
ここで、制御位相α１における排気（吸気）上死点でのリンク姿勢と、制御位相α４における圧縮上死点でのリンク姿勢はほぼ同一であり、また制御位相α４における排気（吸気）上死点でのリンク姿勢と、制御位相α１における圧縮上死点でのリンク姿勢はほぼ同一となる。よって、図５に示すように、「Ｙ０１≒Ｙ´０１≒Ｙ０４≒Ｙ´０４」という特性になる。
【００８４】
≪膨張下死点≫
次に膨張下死点における偏心カム部の偏心方向（αＥ）について考察する。制御位相α１では、（Ｈ）に示すように偏心カム部の偏心方向（αＥ１）は、コントロールリンク１４の方向を向いている。これによりコントロールリンク１４は第２連結ピン１１を右上方に押し上げ、ロアリンク１０をクランクピン支点に時計方向に回転させ、それにより第１連結ピン８の位置は下がり、アッパリンク７によりピストンは下方に引き下げられる。もって、膨張下死点位置（ＹＥ１）は、比較的低い位置になり、この時に長い膨張ストローク（ＬＥ１）が得られる。
【００８５】
一方、偏心コントロ−ルカムの方向（αＥ４）は、コントロールリンク１４の方向と逆側を向いている。これによりコントロールリンク１４は第２連結ピン１１を左下方に引き下げ、ロアリンク１０をクランクピン支点に反時計方向に回転させ、それにより第１連結ピン８の位置は上がり、もってアッパリンク７によりピストンは上方に押し上げられる。この結果、膨張下死点位置（ＹＥ４）は、比較的高い位置になり、この時に短い膨張ストローク（ＬＥ４）が得られる。したがって、膨張ストローク（ＬＥ）は「ＬＥ１＞＞ＬＥ４」の関係を有することになる。
【００８６】
このように、制御位相α１では、「ＹＣ１＞ＹＥ１」の関係を有し、制御位相α４では、「ＹＥ４＞ＹＣ４」の関係を有し、図５に示す特性となるものである。
【００８７】
次に、図５に示す制御位相α４において、θｉｎｔ＞θｃｏｍｐになる理由について、図６を用いて説明する。
【００８８】
制御位相α４において、図６の（Ａ）にあるように排気（吸気）上死点に示すクランクピンは略真上を向いている。そして、クランクシャフトが時計方向に１８０°程度回転した付近で（Ｂ）に示す吸気下死点位置（ＹＣ４）を迎えるのであるが、（Ｂ）に示すように、厳密な吸気下死点位置（ＹＣ４）の姿勢では、クランクシャフトが１８０°を越えてある程度回転した位置で吸気下死点となっている。
【００８９】
ここで、クランクピン自身が最下部にくるのは丁度１８０°のところであるが、１８０°をある程度超えたあたり、すなわちクランク角位相である程度遅角した位相、つまりクランクピンが少し左方の移動した付近で、ロアリンク１０が時計方向に傾く現象が顕著になり、このため、アッパリンク７がピストンをさらに引き下げ、クランク角位相で見て遅れた位相において吸気下死点位置（ＹＣ４）となるのである。
【００９０】
この際、ロアリンク１０が時計方向に傾く現象であるが、偏心コントロールカムがコントロールリンク１４を介して第２連結ピン１１を引き下げつつも、クランクピンが左方に移動することによって生じる現象であり、特に本実施例のように、ロアリンク１０における第２連結ピン１１が高い位置にある場合に生じやすい。
【００９１】
そして、このような現象は、ピストンが吸気下死点付近にある時に起こりやすく（程度が顕著である）、逆に、ピストンが排気（吸気）上死点付近にある時には、このような現象は顕著ではなく、クランクピンの位相により主に上死点位相が決定される。
【００９２】
つまり、排気上死点の位置はクランクピンがほぼ真上付近にあるクランク位相となり、吸気下死点の位置はクランクピンが真下からある程度回転したクランク位相になる。このため、図５に示すように、θｉｎｔ＞θｃｏｍｐの関係が生じるものである。
【００９３】
以上のようにして、図５に示す制御位相α１と制御位相α４ピストン位置変化特性は、図６に示すコントロ−ルカムの偏心位相の違いによるリンク姿勢の違いにより生み出されるのである。
【００９４】
次に、上述したピストンストローク調整装置を使用して運転状態に対応した具体的な制御について図７を用いて説明する。図７ではその具体的な制御フローチャート示している。
【００９５】
まず、ステップＳ１０で現在の機関運転状態として始動状態を含む種々の運転情報を読み込む。次にステップＳ１１で始動条件かどうかを判定する。始動条件は、運転者のキースイッチ操作やアクセル踏込み等から判断することができる。
【００９６】
ステップＳ１１で始動状態（始動条件）でないと判定すると、ステップＳ１２で内燃機関が運転中かどうかを判定する。運転中でないと判定されるとリターンに抜けてこの制御を終了する。一方、運転中と判定される、暖機が終了した通常運転状態と判定してステップＳ１８に進み、制御位相α１でピストンストロークを調整（制御）する。
【００９７】
ステップＳ１１で始動状態であると判定するとステップＳ１３に進み、始動に適した制御位相α４でピストンストロークを調整する。ステップＳ１３の制御位相α４の設定が終了すると、ステップＳ１４でクランキングを行い内燃機関の始動を行う。この後にステップＳ１５に進んで、所定のクランキング回転数に達したかどうかを判定する。所定のクランキング回転数に達していない場合は再びステップＳ１４に戻りクランキングを継続する。所定のクランキング回転数を超えるとステップＳ１６に移行する。
【００９８】
ステップＳ１６では、燃料噴射制御や点火制御等の始動燃焼制御を実行し、その後にステップＳ１７に進む。ステップＳ１７では始動燃焼制御の開始から所定時間を経過したかどうかを判定している。この判定は内燃機関が暖機したかどうかを判定するものであり、所定時間が経過しないと再びこの判定処理を行い、所定時間が経過すると内燃機関が暖機されたと判定してステップＳ１８に進む。
【００９９】
ステップＳ１８では制御位相α４の制御から制御位相α１の制御に切り換えられ、通常運転状態の制御が実行されてリターンに抜けるようになっている。
【０１００】
以上述べた通り本実施形態では、ピストンストローク調整装置において、内燃機関の始動時において、圧縮行程の機械圧縮比を大きくして圧縮上死点での混合気の温度を高めて燃焼を改善しつつ、膨張行程の機械膨張比を小さくして膨張下死点での排気ガスの温度の低下を抑制する、構成とした。
【０１０１】
これによれば、内燃機関の始動時に、圧縮上死点での混合気の温度を高めて燃焼を改善、安定化でき、また、膨張下死点での排気ガスの温度の低下を抑制することができる。これによって、内燃機関の始動性を改善できると共に、排気有害成分の排出量を低減することができるようになる。さらに、前述した圧縮上死点での混合気温度上昇効果により燃焼耐力が向上した分、点火時期を遅延することも可能となる。その場合は、燃焼中心位相も遅角するので、排気ガス温度をさらに高めることもできるようになる。その結果、触媒の転化性能を一層高め、前述の排気有害成分の排出量を低減効果をさらに高めることも可能になる。
【実施例２】
【０１０２】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は始動時に、コントロ−ルシャフトの位相を図４に示す制御位相α３（例えば、２２０°）に制御することで、更なる排気ガス有害成分の低減効果を得ることを目的としている。また、高機関温度での再始動時にプレイグニッションの発生を抑制する制御位相α２も取り入れたものである。
【０１０３】
本実施形態になる最遅角位相は実施例1と同じ制御位相α１（例えば、７１°）であるが、最進角位相は制御位相α３（例えば２２０°）である。よって、図３における変換角αＴは、例えば１４９°（α３―α１）まで縮小されるように設定されている。すなわち、最進角で係止された位置が制御位相α３となるように設定されている。
【０１０４】
そして、本実施形態のピストン位置変化特性を図８に示しているが、基本的には図５に示す特性と類似しているものである。尚、制御位相α１の特性は実施例1と同じであるので説明は省略する。また、細い実線で制御位相α４の特性も示しているが、これは本実施形態では用いられず、単に実施例1との比較のためだけに記載している。
【０１０５】
そして、本実施形態で始動時に使用される制御位相α３の特性を太い実線で示し、内燃機関が高温状態である高温始動時に使われる制御位相α２の特性を太い一点鎖線で示している。
【０１０６】
まず、始動時に用いられる制御位相α３の特性について考察する。実施例１の制御位相α４の特性と同様に、吸気下死点位置（ＹＣ３）が膨張下死点位置（ＹＥ３）よりかなり低くなっており、機械圧縮比（Ｃ３）＞＞機械膨張比（Ｅ３）の関係を有している。
【０１０７】
また、実施例１と同様にθｉｎｔ＞θｃｏｍｐとなっており、実施例１と同様の始動性の向上、排気ガス有害成分の低減効果が得られる。ここで、排気上死点位置（Ｙ´０３）から吸気下死点位置（ＹＣ３）までの吸入ストロ−ク（ＬＩ３）が、吸気下死点位置（ＹＣ３）から圧縮上死点位置（Ｙ０３）までの圧縮ストロ−ク（ＬＣ３）より相対的に長くなっている。
【０１０８】
これは、吸入ストロ−ク（ＬＩ３）が長いことで新気の吸入量を増加して充填効率を高めることができ、機関フリクションの大きな冷機始動時において、燃焼トルクを高めて始動安定性を高めることが可能となる。
【０１０９】
更に、この制御位相α３の特性で重要なことは、吸気下死点位置（ＹＣ３）が実施例1（細線）での吸気下死点位置（ＹＣ４）よりも低く、それにより実施例1と同様に充分に高い圧縮比を確保できているにもかかわらず、圧縮上死点位置（Ｙ０３）が、実施例1（細線）の圧縮上死点位置（Ｙ０４）より低いことである。また、この圧縮上死点位置（Ｙ０３）は、この制御位相α３の排気上死点位置（Ｙ´０３）より低くなっており、「Ｙ０３＜Ｙ´０３」の関係を有している。これにより、次に示すような格別の排気ガス有害成分の低減効果が得られる。
【０１１０】
すなわち、圧縮上死点位置が高いとピストン冠面位置も高くなり、燃焼室の上方にある燃料噴射弁との距離が短くなる。このため燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧が液滴のままピストン冠面に付着しやすくなる。このようなピストン冠面付着燃料が点火プラグによって着火、燃焼するとき、不完全燃焼を生じて未燃焼炭化水素が生じたり、煤であるパーティキュレートマター（ＰＭ）を発生しやすくなる。
【０１１１】
燃焼室内の空間で霧化ないし霧化しつつある燃料液滴と違い、冠面付着燃料はピストン冠面（金属）の表面に液滴状に付着しているので、液滴の全周が高温の空気に接している訳ではなく、ピストン冠面側は燃焼反応が進みにくい。また、特に始動時はピストン冠面の表面温度が低い場合が多く、燃料液滴が冷却されて燃焼が悪化するので、その面からも未燃焼炭化水素やパーティキュレートマターが排出されやすい。
【０１１２】
そこで、本実施形態では、圧縮上死点位置（Ｙ０３）が相対的に低いので、ピストン冠面に燃料噴霧が付着し難くなる。これにより、上述の燃料噴霧がピストン冠面に付着することに起因する未燃焼炭化水素やパーティキュレートマターの発生を抑制できるようになる。
【０１１３】
一方、内燃機関の温度が高い状態での再始動（所謂、ホットリスタ−トと呼ばれる）においては次のような課題が発生する。例えば、高速道路を高速で走行してきた後で、料金所で一度アイドルストップとなり、次に再始動する場合、内燃機関が高圧縮比仕様であると始動時にプレイグニッション（過早着火）という異常燃焼が発生し、それによる異音が生じることがある。
【０１１４】
そこで、本実施形態では、このような高温度での始動の場合は、制御位相α２の特性に切り替えるようにしている。図８の一点鎖線で示すように、吸気下死点位置（ＹＣ２）が上昇し、圧縮上死点位置（Ｙ０２）が下がるように作動する。これによって、圧縮ストロ−ク（ＬＣ２）が短くなり、また圧縮上死点における燃焼室容積（Ｖ０２）が大きくなる。その結果、機械圧縮比（Ｃ２）を充分な値だけ低下することができるようになる。
【０１１５】
これによって、高温時での始動で生じる恐れがあるプレイグニッションの発生を抑制し、異常燃焼による騒音を伴う始動を回避することができる。更に、吸入ストローク（ＬＩ２）も短くなるので、吸入される混合気の量が減少されて充填効率が下がり、高温での始動時のプレイグニッションを更に回避することができる。
【０１１６】
次に、制御位相α２と制御位相α３での燃焼サイクルの各行程における機構姿勢の変化について図９を基に説明する。上段に示す（Ａ）〜（Ｄ）は制御位相α３での機構姿勢の変化を示し、下段に示す（Ｅ）〜（Ｈ）は制御位相α２での機構姿勢の変化を示している。尚、制御位相α３の機構姿勢変化の特性は、実施例1の制御位相α４の特性と実質的に同様であるが、圧縮上死点位置（Ｙ０３）が排気（吸気）上死点位置（Ｙ´０３）より低くなっている点で異なっている。
【０１１７】
≪排気（吸気）上死点≫
まず、排気（吸気）上死点における偏心カム部の偏心方向（αＹ′）について考察する。制御位相α３では、（Ａ）に示すように偏心カム部の偏心方向（αＹ´３）は、制御位相α1や制御位相α４の場合に対して、コントロールリンク１４からやや離れる方向を向いており、コントロールリンク１４を介して第２連結ピン１１をやや引き下げ、ロアリンク１０を反時計方向にやや回動させている。これにより、クランクピンとピストンピンとの間が更に直線状となり、ピストンの排気（吸気）上死点位置（Ｙ´０３）は、制御位相α４の排気（吸気）上死点位置（Ｙ０４）に比較して、やや上方に移行する。
【０１１８】
尚、制御位相α２では、（Ｅ）に示すように偏心カム部の偏心方向（αＹ´２）は、コントロールリンク１４からさらに離れる方向を向いており、ピストンの排気（吸気）上死点位置（Ｙ´０２）は、制御位相α３の排気（吸気）上死点位置（Ｙ´０３）よりさらにわずかに上方に移行する。
【０１１９】
≪吸気下死点≫
次に吸気下死点における偏心カム部の偏心方向（αＣ）について考察する。制御位相α３では、（Ｂ）に示すように偏心カム部の偏心方向（αＣ３）は、コントロールリンク１４の方向を向いている。これによりコントロールリンク１４は第２連結ピン１１を右上方に押し上げ、ロアリンク１０をクランクピン支点に時計方向に回転させる。これにより第１連結ピン８の位置は下がり、アッパリンク７によりピストン２は下方に引き下げられる。この結果、圧縮開始点でもある吸気下死点位置（ＹＣ３）は比較的低い位置になり、この時に長い圧縮ストローク（ＬＣ３）が得られる。
【０１２０】
一方、制御位相α２では、（Ｆ）に示すように、偏心コントロ−ルカムの偏心方向（αＣ２）は、コントロールリンク１４方向に対してほぼ直交する方向、すなわちαＣ３やαＣ４よりは、相対的にコントロールリンク１４から離れる方向に位置している。そのため、これによりコントロールリンク１４は第２連結ピン１１を相対的に左下方に引き下げ、ロアリンク１０をクランクピン支点に反時計方向に回転させ、それにより第１連結ピン８の位置は上がり、アッパリンク７によりピストンは上方に押し上げられる。もって、吸気下死点位置（ＹＣ２）は圧縮開始点でもある吸気下死点位置（ＹＣ３）より高い位置になり、この時に短い圧縮ストローク（ＬＣ２）が得られる。
【０１２１】
≪圧縮上死点≫
次に圧縮上死点における偏心カム部の偏心方向（αＹ）について考察する。制御位相α３では、（Ｃ）に示すように偏心カム部の偏心方向（αＹ３）は、（αＹ４）に比べてコントロールリンク１４に近づく方向に向くので、コントロールリンク１４を介して第２連結ピン１１をやや押し上げ、ロアリンク１０を時計方向にやや回動させる。これにより、クランクピンと第１連結ピン８とを結ぶ線分と、第１連結ピン８とピストンピンを結ぶ線分とは、逆「く」の字に大きく折れ曲がり、これにより、圧縮上死点のピストン位置（Ｙ０３）は、排気上死点のピストン位置（Ｙ´０３）より低く、また制御位相α４での圧縮上死点のピストン位置（Ｙ０４）よりも低くなる。
【０１２２】
尚、この逆「く」の字による圧縮上死点のピストン位置の低下についてであるが、図１に示すように、ピストン中心線とクランク軸中心のオフセットＫを設けることで、大きなピストン位置の低下を図ることができる。
【０１２３】
次に、制御位相α２の機構姿勢変化の特性は、吸気下死点位置が高く、圧縮上死点位置が低く、機械圧縮比を十分に低減できている点が特徴である。
【０１２４】
制御位相α２では、（Ｇ）に示すように偏心コントロ−ルカムの偏心方向（αＹ２）は、コントロールリンク１４方向に近い方向、すなわちαＹ３やαＹ４よりは、コントロールリンク１４に近づく方向に位置している。このため、コントロールリンク１４は第２連結ピン１１を相対的に右上方に押し上げ、ロアリンク１０をクランクピン支点に時計方向に回転させ、第１連結ピン８の位置は下がり、アッパリンク７によりピストンは下方に引き下げられる。この結果、圧縮上死点位置（Ｙ０２）は、制御位相α３の圧縮上死点位置（Ｙ０３）より低い位置になる。
【０１２５】
以上のように、制御位相α３に比べて制御位相α２では、吸気下死点位置（ＹＣ２）は吸気下死点位置（ＹＣ３）より高い位置になり、圧縮上死点位置（Ｙ０２）は圧縮上死点位置（Ｙ０３）より低い位置となる。このため、圧縮ストロ−ク（ＬＣ２）が短くなり、また圧縮上死点位置（Ｙ０２）における燃焼室容積（Ｖ０２）は大きくなり、その結果、機械圧縮比は充分低下する。更に、吸入ストローク（ＬＩ２）も減少するようになる。
【０１２６】
以上のようにして、図８に示す制御位相α２のピストン位置変化特性は、図９に示すコントロ−ルカムの偏心位相の違いによるリンク姿勢の違いにより生み出されるのである。
【０１２７】
≪膨張下死点≫
次に膨張下死点における偏心カム部の偏心方向（αＥ）について考察する。制御位相α２では、（Ｄ）に示すように偏心カム部の偏心方向（αＥ３）は、コントロールリンク１４の方向と逆側を向いている。これによりコントロールリンク１４は第２連結ピン１１を左下方に引き下げ、ロアリンク１０をクランクピン支点に反時計方向に回転させ、それにより第１連結ピン８の位置は上がり、もってアッパリンク７によりピストンは上方に押し上げられる。この結果、膨張下死点位置（ＹＥ３）は、比較的高い位置になり、この時に短い膨張ストローク（ＬＥ３）が得られる。
【０１２８】
制御位相α２では、（Ｈ）に示すように偏心コントロ−ルカムの偏心方向（αＹ２）は、（αＥ３）に比べてコントロールリンク１４に近づく方向に向くので、コントロールリンク１４は第２連結ピン１１を右上方に押し上げ、ロアリンク１０をクランクピン支点に時計方向に回転させ、それにより第１連結ピン８の位置は下がり、アッパリンク７によりピストンは下方に引き下げられる。もって、膨張下死点位置（ＹＥ２）は、膨張下死点位置（ＹＥ３）より低い位置になり、この時に制御位相α３の場合よりはやや長い膨張ストローク（ＬＥ２）が得られる。したがって、膨張ストローク（ＬＥ）は「ＬＥ２＞ＬＥ３」の関係を有することになる。
【０１２９】
このように、制御位相α３では、「ＹＣ３＞＞ＹＥ３」の関係を有し、制御位相α２では「ＹＥ２≒ＹＣ２」の関係を有し、図８に示す特性となる。
【０１３０】
そして、制御位相α３の特性においては、吸気下死点位置（ＹＣ３）が膨張下死点位置（ＹＥ３）よりかなり低くなっており、「機械圧縮比（Ｃ３）＞＞機械膨張比（Ｅ３）」の関係を有している。したがって、実施例１と同様の作用、効果を奏することができる。
【０１３１】
また、圧縮上死点位置（Ｙ０３）が、実施例1の圧縮上死点位置（Ｙ０４）より低く設定してある。また、この圧縮上死点位置（Ｙ０３）は、この制御位相α３の排気上死点位置（Ｙ´０３）より低くなっており、「Ｙ０３＜Ｙ´０３」の関係を有している。
【０１３２】
圧縮上死点位置が高いとピストン冠面位置も高くなり、燃焼室の上方にある燃料噴射弁との距離が短くなる。このため燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧が液滴のままピストン冠面に付着しやすくなる。このようなピストン冠面付着燃料が点火プラグによって着火、燃焼するとき、不完全燃焼を生じて未燃焼炭化水素が生じたり、煤であるパーティキュレートマター（ＰＭ）が発生しやすくなる。
【０１３３】
本実施形態では、圧縮上死点位置（Ｙ０３）が相対的に低いので、ピストン冠面に燃料噴霧が付着し難くなる。これにより、上述の燃料噴霧がピストン冠面に付着することに起因する未燃焼炭化水素やパーティキュレートマターの発生を抑制できるようになる。
【０１３４】
更に、制御位相α２の特性においては、制御位相α３に比べて吸気下死点位置（ＹＣ２）が上昇し、圧縮上死点位置（Ｙ０２）が下がるように作動する。これによって、圧縮ストロ−ク（ＬＣ２）が短くなり、また圧縮上死点における燃焼室容積（Ｖ０２）が大きくなる。その結果、機械圧縮比（Ｃ２）を充分な値だけ低下することができるようになる。これによって、高温時での始動で生じる恐れがあるプレイグニッションの発生を抑制し、異常燃焼による騒音を伴う始動を回避することができる。更に、吸入ストローク（ＬＩ２）も短くなるので、吸入される混合気の量が減少されて充填効率が下がり、高温での始動時のプレイグニッションを更に回避することができる。
【０１３５】
制御位相α２と制御位相α３の切り換えは基本的には内燃機関の温度（例えば、冷却水温度）を検出し、高温状態と判断されれば制御位相α２を使用し、高温でないと判断されれば制御位相α３を使用すれば良いものである。
【０１３６】
次に、上述したピストンストローク調整装置を使用して運転状態に対応した具体的な制御について図１０を用いて説明する。
【０１３７】
まず、ステップＳ１０で現在の機関運転状態として始動状態を含む種々の運転情報を読み込む。次にステップＳ１１で始動条件かどうかを判定する。始動条件は、運転者のキ−スイッチ操作やアクセル操作等から判断することができる。
【０１３８】
ステップＳ１１で始動状態（始動条件）でないと判定すると、ステップＳ１２で内燃機関が運転中かどうかを判定する。運転中でないと判定されるとリターンに抜けてこの制御を終了する。一方、運転中と判定される、暖機が終了した通常運転状態と判定してステップＳ１８に進み、制御位相α１でピストンストロークを調整する。
【０１３９】
ステップＳ１１で始動状態であると判定するとステップＳ１９に進み、内燃機関の温度Ｔを検出する。この温度は内燃機関の冷却水温度を用いることができる。内燃機関の温度を検出するとステップＳ２０に進み、検出された温度Ｔが予め定めた所定温度Ｔ０より低いかどうかを判断する。
【０１４０】
ステップＳ２０で検出された温度Ｔが所定温度Ｔ０以下であれば、冷間始動、或いは通常の始動と見做してステップＳ２１に進む。ステップＳ２１では冷間始動、或いは通常の始動に適した制御位相α３でピストンストロークを調整する。
【０１４１】
一方、ステップＳ２０で検出された温度Ｔが所定温度Ｔ０より高ければ熱間始動（高温）と見做してステップＳ２２に進む。この熱間始動は、例えば、高速道路を高速で走行してきた後で、料金所で一度アイドルストップとなり、次に再始動する場合等が該当する。ステップＳ２２では熱間始動に適した制御位相α２でピストンストロークを調整する。
【０１４２】
ステップＳ２１、Ｓ２２で制御位相α３或いは制御位相α２の設定が終了すると、ステップＳ１４でクランキングを行い内燃機関の始動を行う。この後にステップＳ１５に進んで、所定のクランキング回転数に達したかどうかを判定する。クランキング回転数に達していない場合は再びステップＳ１４に戻りクランキングを継続する。クランキング回転数を超えるとステップＳ１６に移行する。
【０１４３】
ステップＳ１６では、燃料噴射制御や点火制御等の始動燃焼制御を実行し、その後にステップＳ１７に進む。ステップＳ１７では始動燃焼制御の開始から所定時間を経過したかどうかを判定している。この判定は内燃機関が暖機したかどうかを判定するものであり、所定時間が経過しないと再びこの判定処理を行い、所定時間が経過すると内燃機関が暖機されたと判定してステップＳ１８に進む。
【０１４４】
尚、ステップＳ２２で熱間始動が行われた場合は、ステップＳ１７を実行せずにステップＳ１８に進むようにしても良い。この場合は、ステップＳ２２で制御位相α２であることを示すフラグ「１」を立て、ステップＳ１６とステップＳ１７の間に、このフラグ「１」を監視する制御ステップを設け、フラグ「１」が立っていると熱間始動と判断してステップＳ１８に移行させるようにすれば良いものである。
【０１４５】
ステップＳ１８では制御位相α２或いは制御位相α３の制御から制御位相α１の制御に切り換えられ、通常運転状態の制御が実行されてリターンに抜けるようになっている。
【０１４６】
このように、本実施形態によれば第１の実施形態による作用、効果の他に、次に述べるような作用、効果を奏することができる。
【０１４７】
本実施形態の制御位相α３では、第１の実施形態に比べて圧縮上死点位置（Ｙ０３）が相対的に低いので、ピストン冠面に燃料噴霧が付着し難くなる。これにより、上述の燃料噴霧がピストン冠面に付着することに起因する未燃焼炭化水素やパーティキュレートマターの発生を抑制できるようになる。
【０１４８】
更に、制御位相α２では、制御位相α３に比べて吸気下死点位置（ＹＣ２）が上昇し、圧縮上死点位置（Ｙ０２）が下がるように作動する。その結果、機械圧縮比（Ｃ２）を充分な値だけ低下することができるようになる。これによって、高温時での始動で生じる恐れがあるプレイグニッションの発生を抑制し、異常燃焼による騒音を伴う始動を回避することができる。
【０１４９】
上述した実施形態では1気筒の内燃機関を示しているが、２気筒、３気筒、４気筒、及び６気筒等の多気筒内燃機関に適用することは当然のことである。この場合、直列エンジンであれば全気筒のピストン作動特性を、単一のピストンストローク調整装置によって調整でき、Ｖ型エンジンであればバンク毎のピストン作動特性を、一対のピストンストローク調整装置によって調整でき、これらによって全気筒を所望の機械圧縮比、機械膨張比に制御することが可能である。
【０１５０】
また、実施形態で示したピストン位置変更機構としては、本発明の主旨から逸脱しない範囲で他の適切なピストン位置変更機構を採用することができる。例えば、クランク軸の回転を半分の角速度に減速して偏心カムに伝える減速機構として、一対の減速ギヤプ−リの例を本実施形態では示したがこれに限定されるものではない。
【０１５１】
また、本実施形態では、クランク軸の回転方向と偏心カムの回転方向が逆方向になるが、同方向としても良いものである。例えば、クランク側プ−リの回転をタイミングベルト（タイミングチェ−ン）を介して、半分の角速度に減速して、偏心コントロ−ルカム側プ−リに伝達するようにしても良いものである。この場合は、クランク軸の回転方向と偏心コントロ−ルカムの回転方向が同方向となり、クランク軸回転（横軸）に対するピストン位置変化特性（縦軸）は左右に裏返るが、動作的には同じである。
【０１５２】
また、ピストン位置変更機構に使用されるリンク機構については、実施例に示した具体例に限られる訳ではなく、ピストンのストロ−ク位置の特性を同様に変化できる機構であれば異なったリンク機構であっても構わない。
【０１５３】
以上述べた通り本発明は、内燃機関の始動時において、圧縮行程の機械圧縮比を大きくして圧縮上死点での混合気の温度を高め、膨張行程の機械膨張比を小さくして膨張下死点での排気ガスの温度の低下を抑制するように構成した。
【０１５４】
これによれば、内燃機関の始動時に、圧縮上死点での混合気の温度を高めて燃焼を改善、安定化でき、また、膨張下死点での排気ガスの温度の低下を抑制することができる。これによって、内燃機関の始動性を改善できると共に、排気有害成分の排出量を低減することができるようになる。
【０１５５】
尚、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である
【符号の説明】
【０１５６】
０１…内燃機関、０２…シリンダブロック、０３…ボア、１…ピストン位置可変機構、２…ピストン、３…ピストンピン、４…クランクシャフト、５…リンク機構、６…位相変更機構、７…アッパリンク(第１リンク)、８…第１連結ピン、９…クランクピン、１０…ロアリンク(第２リンク)、１１…第２連結ピン、１２…コントロールシャフト、１３…偏心カム部、１４…コントロールリンク(第３リンク)、１５…第１ギヤ歯車(駆動回転体)、１６…第２ギヤ歯車(従動回転体)。
【図１】
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【図２】
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【図３】
0006494502.tif 000004
【図４】
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【図５】
0006494502.tif 000006
【図６】
0006494502.tif 000007
【図７】
0006494502.tif 000008
【図８】
0006494502.tif 000009
【図９】
0006494502.tif 000010
【図１０】
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