(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒を有する内燃機関において、
前記気筒内の燃焼室に直接に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記燃焼室に配置され、前記噴射された燃料に点火する点火栓と、
各気筒内で往復摺動して、前記燃焼室を画成するピストンと、
前記ピストンとクランクシャフトとを複数のリンクで連結するとともに、リンクの姿勢を変化させることによりピストン上死点位置を変化させて圧縮比を可変とする圧縮比可変機構と、
前記内燃機関の始動時に膨張行程で停止している気筒の前記燃料噴射弁から燃料を噴射し、前記点火栓により点火して内燃機関を始動させるゼロスタート制御手段と、
を備え、
前記ピストンがストローク中央から上昇して上死点を経て再びストローク中央まで下降したときのクランク角度と、ストローク中央から下降して下死点を経て再びストローク中央まで上昇したときのクランク角度とが略同一となるようにし、前記ピストンのクランク角度に対するストローク特性が略単振動に近い特性となるようにした
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記ピストンが上死点から下死点まで移動するときに、前記ピストンに連結するリンクと移動方向とのなす角度が、ピストンとクランクシャフトを一本のロッドで連結するリンク機構と比べて小さくなるようにした
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
複数の気筒を有する内燃機関において、
前記気筒内の燃焼室に直接に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記燃焼室に配置され、前記噴射された燃料に点火する点火栓と、
各気筒内で往復摺動して、前記燃焼室を画成するピストンと、
前記ピストンとクランクシャフトとを複数のリンクで連結するとともに、リンクの姿勢を変化させることによりピストン上死点位置を変化させて圧縮比を可変とする圧縮比可変機構と、
前記内燃機関の始動時に膨張行程で停止している気筒の前記燃料噴射弁から燃料を噴射し、前記点火栓により点火して内燃機関を始動させるゼロスタート制御手段と、
を備え、
前記圧縮比可変機構は、
前記ピストンに揺動自由に連結する第１リンクと、
前記第１リンクに回動自由に連結するとともに、クランクシャフトのクランクピンに回転自由に装着される第２リンクと、
前記クランクシャフトと平行にシリンダブロックに回転自由に支持され、その回転軸心に対して偏心する偏心軸部を有するコントロールシャフトと、
前記第２リンクに連結ピンを介して回転自由に連結されるとともに、前記コントロールシャフトの偏心軸部を揺動軸心として揺動可能な第３リンクを備え、
前記ゼロスタート制御手段により、車両の状態に基づいて前記コントロールシャフトを回転し、偏心軸部の位置を変更して、内燃機関の圧縮比を変更するようにした
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項４】
前記ゼロスタート制御手段は、
前記内燃機関が始動するまでの間に、内燃機関の圧縮比を通常走行時の圧縮比より低くするようにした
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の内燃機関。
【請求項５】
複数の気筒を有する内燃機関において、
前記気筒内の燃焼室に直接に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記燃焼室に配置され、前記噴射された燃料に点火する点火栓と、
各気筒内で往復摺動して、前記燃焼室を画成するピストンと、
前記ピストンとクランクシャフトとを複数のリンクで連結するとともに、リンクの姿勢を変化させることによりピストン上死点位置を変化させて圧縮比を可変とする圧縮比可変機構と、
前記内燃機関の始動時に膨張行程で停止している気筒の前記燃料噴射弁から燃料を噴射し、前記点火栓により点火して内燃機関を始動させるゼロスタート制御手段と、
を備え、
前記ゼロスタート制御手段は、
前記内燃機関の停止後に圧縮比を通常走行状態の圧縮比より低くして、前記内燃機関の始動時の燃料噴射または点火時に、圧縮比をその低圧縮比よりも高くするようにした
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項６】
複数の気筒を有する内燃機関において、
前記気筒内の燃焼室に直接に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記燃焼室に配置され、前記噴射された燃料に点火する点火栓と、
各気筒内で往復摺動して、前記燃焼室を画成するピストンと、
前記ピストンとクランクシャフトとを複数のリンクで連結するとともに、リンクの姿勢を変化させることによりピストン上死点位置を変化させて圧縮比を可変とする圧縮比可変機構と、
前記内燃機関の始動時に膨張行程で停止している気筒の前記燃料噴射弁から燃料を噴射し、前記点火栓により点火して内燃機関を始動させるゼロスタート制御手段と、
を備え、
前記ゼロスタート制御手段は、
前記内燃機関の始動時の燃焼圧によって前記ピストンが下死点に到達する前に、前記内燃機関の圧縮比を通常走行時の圧縮比より低くするようにした
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項７】
前記内燃機関は４気筒である
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一つに記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複リンク式の可変圧縮比内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
直噴内燃機関においては、高度に発達した燃料噴霧形成の技術のもと、停止している内燃機関を始動させる場合に、気筒内に直接燃料を供給して燃焼（以下「初爆」と称する）させ、その燃焼ガスの圧力（以下「燃焼圧」と称する）によって、スタータモータを使用せずにクランキングして内燃機関を再始動させる技術（以下「ゼロスタート」と称する）が知られている。
【０００３】
特許文献１では、内燃機関の圧縮比を可変に制御して、内燃機関の始動時には圧縮比を低下させる。これにより、圧縮行程での圧縮圧力を低減して、内燃機関の始動時の始動性を向上させる装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−２９３４１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１では、初爆が無圧縮の状態で行なわれるため、その燃焼圧によりピストンが受ける力は小さい。特に４気筒の内燃機関においては、圧縮行程での圧縮圧力やピストンフリクション等によってピストンの往復運動が阻害され、安定したゼロスタートを実施することができないという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明では、４気筒の内燃機関においてもゼロスタートを安定して実施することができる複リンク式可変圧縮比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】
【０００６】
本発明は、複数の気筒を有する内燃機関において、気筒内の燃焼室に直接に燃料を噴射する燃料噴射弁と、燃焼室に配置され、噴射された燃料に点火する点火栓と、各気筒内で往復摺動して、燃焼室を画成するピストンと、ピストンとクランクシャフトとを複数のリンクで連結するとともに、リンクの姿勢を変化させることによりピストン上死点位置を変化させて圧縮比を可変とする圧縮比可変機構と、内燃機関の始動時に膨張行程で停止している気筒の燃料噴射弁から燃料を噴射し、点火栓により点火して内燃機関を始動させるゼロスタート制御手段とを備え、前記ピストンがストローク中央から上昇して上死点を経て再びストローク中央まで下降したときのクランク角度と、ストローク中央から下降して下死点を経て再びストローク中央まで上昇したときのクランク角度とが略同一となるようにし、前記ピストンのクランク角度に対するストローク特性が略単振動に近い特性となるようにした。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、４気筒の複リンク式可変圧縮比内燃機関において、圧縮比可変機構により、ピストンストローク特性が略単振動となる。そのため、上死点及び下死点でのピストン速度は略同一となり、ピストン速度に基づく圧縮行程での圧縮圧力を低減することができる。
【０００８】
また、ピストンストローク特性が略単振動となるため、ストロークの中央でピストンが停止した場合には、初爆が行われる気筒での膨張ストローク量と、その気筒と隣接する気筒の圧縮ストローク量とが等しくなる。そのため、従来リンク機構の内燃機関と比較して、圧縮行程での圧縮圧力を抑制できるとともに、十分な膨張ストローク量を確保することができる。
【０００９】
このように、複リンク式可変圧縮比内燃機関では、初爆時にピストンの往復動が阻害されるのを抑制でき、例えば４気筒の内燃機関においても安定して滑らかにゼロスタートを実施することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本実施形態を説明する。
【００１１】
図１は、本実施形態における４気筒の複リンク式可変圧縮比内燃機関１００を示す概略図である。
【００１２】
複リンク式可変圧縮比内燃機関１００は、シリンダヘッド１０、シリンダブロック２０を備える。シリンダブロック２０の下部には、オイルパン３０が取付けられる。
【００１３】
シリンダヘッド１０は、吸気ポート１と排気ポート２を備える。吸気ポート１は、シリンダヘッド１０の一方の側面と燃焼室５とを連通する。排気ポート２は、他方の側面と燃焼室５とを連通する。吸気ポート１の燃焼室５側の開口１ａには吸気弁３を設ける。排気ポート２の燃焼室５側の開口２ａには排気弁４を設ける。吸気弁３は、図示しないカムシャフトにより駆動し、ピストン２１の上下動に応じて吸気ポート１を開閉する。排気弁４も同様に図示しないカムシャフトにより駆動し、ピストン２１の上下動に応じて排気ポート２を開閉する。
【００１４】
また、燃焼室５の天井面のシリンダヘッド１０には、先端の噴射孔から直接に燃焼室５内に燃料を噴射する燃料噴射弁６と、その混合気に点火する点火栓７とが設置される。
【００１５】
通常運転時の複リンク式可変圧縮比内燃機関１００では、ピストン２１が下降するときに吸気弁３が開いて、空気が燃焼室５に吸気される（吸気行程）。燃焼室５に吸入された空気は、吸気弁３が閉じると共にピストン２１によって圧縮される（圧縮行程）。そして、圧縮工程中に、燃料噴射弁６から燃料が噴射され混合気が形成される。この混合気は、点火栓７で点火されて爆発的に燃焼してピストン２１を押し下げる（燃焼行程）。そして、燃焼ガスはピストン２１の上昇に合わせて開いた排気弁４により排気ポート２から排出される（排気行程）。
【００１６】
また、複リンク式可変圧縮比内燃機関１００は、圧縮比を所定の範囲内で任意に設定することができる複リンク機構４０を備える。複リンク機構４０は、シリンダブロック２０のシリンダ２０ａに沿って往復運動するピストン２１を有する。ピストン２１は、アッパリンク４１とロアリンク４２とによりクランクシャフト４３に連結される。
【００１７】
アッパリンク４１の上端は、ピストンピン２２を介してピストン２１と連結する。アッパリンク４１の下端は、連結ピン２３を介してロアリンク４２の一端と連結する。このロアリンク４２の他端は、連結ピン２４を介してコントロールリンク４４と連結する。ロアリンク４２は、左右の２部材から分割可能に構成され、ほぼ中央に連結孔４２ａを有する。この連結孔４２ａにはクランクシャフト４３のクランクピン４３ｂが挿入される。ロアリンク４２は、このクランクピン４３ｂを中心軸として回転する。
【００１８】
クランクシャフト４３は、複数のジャーナル４３ａとクランクピン４３ｂとを備える。ジャーナル４３ａは、シリンダブロック２０及びラダーフレーム４５によって回転自在に支持される。クランクピン４３ｂは、ジャーナル４３ａから所定量偏心しており、ここにロアリンク４２が回転自在に連結する。
【００１９】
コントロールリンク４４の一端は、連結ピン２４を介してロアリンク４２に対して回動自在に連結する。また、コントロールリンク４４の他端は、連結ピン２５を介してコントロールシャフト４６に連結する。コントロールリンク４４は、この連結ピン２５を軸として揺動する。
【００２０】
コントロールシャフト４６は、その外周にギア４６ａを形成する。このギア４６ａがピニオン５０ｂと噛合する。ピニオン５０ｂは、シリンダヘッド２０の側面に取付けられたアクチュエータ５０の回転軸５０ａに設けられている。
【００２１】
このような複リンク式可変圧縮比内燃機関１００では、コントローラ６０がアクチュエータ５０や燃料噴射弁６を制御する。コントローラ６０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び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。なお、コントローラ６０は、複数のマイクロコンピュータで構成するようにしてもよい。
【００２２】
コントローラ６０は、車両の状態に基づいて、シリンダヘッド１０に設けられた燃料噴射弁６の燃料噴射や点火栓７の点火時期等を制御する。また、コントローラ６０は、内燃機関回転速度、内燃機関負荷、吸入負圧及び排気温度等に応じてアクチュエータ５０を制御する。アクチュエータ５０によりコントロールシャフト４６が回転し、連結ピン２５が移動すると、コントロールリンク４４の揺動中心が変化する。この揺動中心の変化により、アッパリンク４１及びロアリンク４２の傾斜を変えることができる。その結果、ピストンの上死点を所定の範囲において任意に調整することができ、複リンク式可変圧縮比内燃機関１００の圧縮比を可変とすることができる。
【００２３】
本実施形態では、上記した４気筒の複リンク式可変圧縮比内燃機関１００において、内燃機関のゼロスタートを実施する。
【００２４】
図２は、ゼロスタートの原理を示す概略図である。
【００２５】
内燃機関が停止する場合には、圧縮行程での圧縮圧力やピストンフリクション等の影響によって、ピストン２１がピストンストロークの中央付近で停止することが多い。図２（Ａ）に示す通り、停止している複リンク式可変圧縮比内燃機関１００において、膨張行程の途中にある気筒を選択する。ゼロスタートによって内燃機関を始動させる場合に、圧縮行程にある気筒において初爆を行うと、逆回転が生じてしまう。また、吸入行程にある気筒で初爆を行うと、燃焼ガスが吸気系に噴出するため、その後の圧縮行程において既燃ガスが圧縮されて燃焼が不可能となる。したがって、ゼロスタートでは、膨張行程にある気筒において、初爆を行う必要がある。また、初爆の燃焼ガスが吸気弁及び排気弁から噴出しないように吸気弁及び排気弁が閉じており、排気弁が下死点前に開き始める気筒をカム角度やクランク角度に基づいて選択する。
【００２６】
そして、図２（Ｂ）に示す通り、選択した気筒において燃料噴射弁６から燃料を噴射して、気筒内に混合気を形成する。その混合気は点火栓７により点火されて、初爆が行われる（図２（Ｃ））。この初爆の燃焼圧によって、スタータモータを使用せずにクランキングして、自力で可変圧縮比内燃機関１００を始動させる。
【００２７】
このようなゼロスタートでは、内燃機関が停止しており、初爆がほぼ無圧縮で行なわれるため、燃焼圧によってピストン２１が受ける力は小さい。特に４気筒の内燃機関では、ゼロスタートにより安定して内燃機関を再始動することは困難である。
【００２８】
図３は、４気筒と６気筒の内燃機関のサイクルを比較した図である。
【００２９】
図３に示す通り、４気筒の内燃機関では、６気筒の内燃機関の場合と異なり、爆発行程と圧縮行程が完全に併行して行われる。そのため、膨張行程にある気筒の初爆の燃焼後半において、隣接する気筒は圧縮行程にあり圧縮圧力が最大となる。初爆の燃焼圧によってピストン２１が受ける力が小さいと、圧縮行程での圧縮圧力、ピストンフリクション及びピストンストローク特性等によりピストン２１の往復動が阻害されてしまう。したがって、４気筒の内燃機関では、ゼロスタートでの内燃機関の始動性を向上させるため、初爆の燃焼性を向上させるとともにピストンフリクションやピストンストローク特性等のピストン２１の往復動の阻害要因を改善する必要がある。
【００３０】
そこで、本実施形態の複リンク式可変圧縮比内燃機関１００では、ゼロスタートでの内燃機関の始動時において所定範囲内で圧縮比を制御する。
【００３１】
図４は、複リンク式可変圧縮比内燃機関１００の圧縮比と燃焼室容積との関係を示す図である。横軸は、圧縮比を示し、縦軸は燃焼室容積を示す。
【００３２】
複リンク式可変圧縮比内燃機関１００では、アクチュエータ５０によりコントロールリンク４４の揺動中心を変えて、所定範囲内で圧縮比を制御する。
【００３３】
圧縮比が低圧縮比の場合には、ピストン２１の上死点及び下死点の位置は高圧縮比の場合と比較して低くなる。そのため、低圧縮比の場合は、図４に示す通り、上死点及び下死点での燃焼室容積は高圧縮比の場合よりも大きくなる。ただし、上死点の変化に合わせて下死点も変化するため、圧縮比の高低に関わらずストローク量については変化しない。したがって、ピストンがストロークの中央に位置する場合にも、燃焼室容積は低圧縮比の場合の方が大きくなる。燃焼室容積が拡大すると、燃焼室内の空気量が増加する。したがって、空気量の増加量に対して燃料の燃料噴射量も増大させることでき、初爆の燃焼性が向上する。
【００３４】
また、複リンク式可変圧縮比内燃機関１００の圧縮比の低下は、圧縮行程での圧縮圧力にも作用する。
【００３５】
図５は、低圧縮比にした場合の圧縮比と圧縮行程での圧縮圧力との関係を示す図である。横軸は圧縮比を示す。縦軸は圧縮行程での圧縮圧力が最大となる最大圧縮圧力を示す。実線Ａは、通常運転時の圧縮比と最大圧縮圧力との関係を示す。また、実線Ｂは初爆時の圧縮比と最大圧縮圧力との関係を示す。
【００３６】
初爆は膨張行程の途中にある気筒を選択して行われるため、圧縮行程での圧縮ストローク量は、通常運転時の圧縮ストローク量と比較して小さい。そのため、実線Ｂの圧力は、実線Ａよりも全体的に低くなっている。
【００３７】
また、低圧縮比の場合には、図４においても示したように、ピストン２１の上死点での燃焼室容積は高圧縮比の場合と比較して大きい。これに対し、下死点から上死点までの膨張ストローク量は、低圧縮比、高圧縮比とも同一である。そのため、実線Ｂに示すように、圧縮行程にある気筒での最大圧力は、燃焼室容積が大きい低圧縮比の方が小さくなる。したがって、複リンク式可変圧縮比内燃機関１００では、圧縮比を低圧縮比とすることで圧縮行程にある気筒の最大圧縮圧力を抑制する。
【００３８】
上述したように、複リンク式可変圧縮比内燃機関１００の圧縮比は、ゼロスタートでの内燃機関の始動性に影響する初爆の燃焼性や圧縮行程にある気筒の圧縮圧力に作用する。
【００３９】
このような複リンク式可変圧縮比内燃機関１００においては、以下の動作により圧縮比を所定範囲内において制御して、ゼロスタートによる内燃機関の再始動を行う。
【００４０】
図６は、ゼロスタートによる内燃機関の再始動時の可変圧縮比内燃機関１００の制御特性を示すタイムチャートである。
【００４１】
図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すように、車両が減速して停止すると、燃料の供給を停止することで複リンク式可変圧縮比内燃機関１００も停止する（以下「アイドルストップ」と称する）。そして、図６（Ｃ）に示す通り、アイドルストップ直前に複リンク式可変圧縮比内燃機関１００の圧縮比を通常走行時の圧縮比よりも低い所定の圧縮比に調整し、始動時まで待機する。なお、内燃機関の圧縮比は、初爆によりピストン２１が下死点に到達する前までに、低圧縮比に調整するようにしてもよい。その後、運転者がアクセルを踏む動作を検知することにより再始動が開始され、選択された所定の気筒内に噴射された燃料に点火して初爆を行う。この初爆によりクランキングされて内燃機関が再始動する。内燃機関の始動後は、車両の走行状態に基づいて、ゼロスタート時の低圧縮比よりも高い圧縮比に変更される。
【００４２】
なお、図７（Ｃ）に示すように、再始動までは低圧縮比で待機し、ゼロスタートによる再始動の燃料噴射または点火時に高圧縮比にして、初爆後にピストン２１が下死点に到達する前に再び低圧縮比に移行し、内燃機関の始動後に高圧縮比に変更するようにしてもよい。このようにすれば、初爆時の燃焼圧を効率よくピストン２１に伝達でき、圧縮行程での圧縮圧力についても効果的に抑制できる。
【００４３】
複リンク式可変圧縮比内燃機関１００では、複リンク機構４０により圧縮比を可変に制御できるだけでなく、アッパリンク４１及びロアリンク４２等のアライメントによりピストンストローク特性を略単振動とすることが可能である。つまり、ピストン２１がストローク中央から上昇して上死点を経て再びストローク中央まで下降したときのクランク角度と、ストローク中央から下降して下死点を経て再びストローク中央まで上昇したときのクランク角度とが略同一となり、ピストン２１のクランク角度に対するストローク特性が略単振動に近い特性となる。詳しくは、特開２００５−１８０３０２号公報を参照されたい。
【００４４】
図８、図９及び図１０は、複リンク式可変圧縮比内燃機関１００のピストンストローク特性を示すである。横軸はクランク角度を示す。縦軸はピストンストロークを示す。実線は、複リンク式可変圧縮比内燃機関１００のピストンストローク特性である。また、破線は、従来のリンク機構を有する内燃機関のピストンストローク特性である。
【００４５】
従来リンク機構の内燃機関では、ピストンはコンロッドによってクランクシャフトに連結されており、コンロッドの傾きによりピストンストローク特性を単振動に近づけることが困難である。図８の破線に示すように、従来リンク機構においては、上死点近傍でピストン動作は急峻となり、下死点近傍でピストン動作は緩慢となる。そのため、従来リンク機構の内燃機関においては、ピストンが圧縮行程の後半（下死点近傍）にある場合には、膨張行程の後半（上死点近傍）にある場合と比較してピストン速度が大幅に速くなる。
【００４６】
これに対し、複リンク式可変圧縮比エンジン１００の複リンク機構４０では、図８の実線に示すように、ピストンストローク特性は略単振動となる。そのため、上死点及び下死点でのピストン速度は略同一となる。
【００４７】
また、複リンク式可変圧縮比エンジン１００の略単振動のピストンストローク特性は、膨張行程や圧縮行程におけるストローク量についても作用する。
【００４８】
車両が停車して内燃機関が停止する場合には、圧縮行程での圧縮圧力やピストンフリクション等の影響により、各気筒のピストン２１はピストンストロークの中央付近で停止することが多い。
【００４９】
図９は、ピストン２１が膨張行程のストローク中央位置で停止した場合を示す。
【００５０】
図９に示す通り、ピストン２１が膨張行程のストローク中央で停止した場合には、従来リンク機構ではＡ１が、複リンク機構４０ではＡ２が、ピストン２１の停止位置となる。したがって、ストロークの中央位置から下死点までの膨張ストローク量は両機構ともに同一量となる。
【００５１】
一方、初爆が行われる気筒と隣接する気筒は圧縮行程にあり、圧縮行程にある気筒のピストン位置はＡ１、Ａ２に対してクランク角度で１８０°進んだＢ１、Ｂ２となる。ピストンストローク特性が単振動ではない従来リンク機構では、Ｂ１から上死点までの圧縮ストローク量が、膨張ストローク量よりも大きい。これに対し、ピストンストローク特性が略単振動の複リンク機構４０では、Ｂ２から上死点までの圧縮ストローク量と膨張ストローク量とは同一となる。したがって、複リンク機構４０の圧縮ストローク量は、従来リンク機構と比較して小さくなり、従来リンク機構の内燃機関よりも圧縮行程における圧縮圧力が低減する。
【００５２】
図１０は、ピストン２１が圧縮行程のストローク中央位置で停止した場合を示す。
【００５３】
この場合においては、従来リンク機構ではＣ１が、複リンク機構４０ではＣ２が、ピストン２１の停止位置となる。そのため、ストロークの中央位置から上死点までの圧縮ストローク量は両機構ともに同一となる。一方、初爆が行われる気筒においては、ピストン位置がＣ１、Ｃ２に対してクランク角度で１８０°進んだＤ１、Ｄ２となる。ピストンストローク特性が単振動ではない従来リンク機構では、Ｄ１から下死点までの膨張ストローク量が、圧縮ストローク量よりも小さくなる。これに対し、ピストンストローク特性が略単振動である複リンク機構４０では、Ｄ２から上死点までの圧縮ストローク量と、膨張ストローク量とが同一となる。
【００５４】
従来リンク機構の膨張ストローク量は、複リンク機構４０の膨張ストローク量よりも小さくなるため、従来リンク機構では燃焼による膨張比も小さくなる。しかしながら、従来リンク機構では、十分な膨張ストローク量が確保されていないため、初爆の燃焼圧を全てピストン往復動とすることができず、圧縮行程での圧縮圧力に抗しきれずピストン往復動が阻害されやすい。
【００５５】
このように複リンク式可変圧縮比内燃機関１００では、ピストン２１の停止位置が、膨張行程や圧縮行程のストロークの中央位置であっても、従来リンク機構の内燃機関よりもゼロスタートによる始動性は向上する。
【００５６】
さらに、複リンク式可変圧縮比内燃機関１００では、アッパリンク４１及びロアリンク４２等のアライメントにより、ピストンストローク特性を略単振動とすることができだけでなく、膨張行程でのサイドスラスト荷重を低減する。詳しくは、特開２００２−０５４４６８号公報を参照されたい。
【００５７】
図１１は、従来リンク機構の内燃機関でのサイドスラスト荷重によるピストンフリクションを示す概略図である。図１１に示す通り、膨張行程でのピストンフリクションは、以下の数式により算出される。
【００５８】
【数１】
0004839893.tif 000002
【００５９】
ゼロスタートが行われる内燃機関停止時においては、油膜が形成されていないため摩擦係数μは大きくなり、ピストンフリクションＦは通常運転時と比べ大きくなる。しかしながら、複リンク式可変圧縮比内燃機関１００では、アッパリンク４１が膨張行程の前半においてほぼ直立して下降するように設定できる。
【００６０】
図１２は、膨張行程にある従来リンク機構のコンロッド１１の傾きθAと複リンク機構４０のアッパリンク４１の傾きθBとを示す概略図である。
【００６１】
図１２（Ａ）及び（Ｂ）に示す通り、複リンク式可変圧縮比内燃機関１００では、アッパリンク４１の傾きθBは、従来リンク機構のコンロッド１１の傾きθAよりも小さくなる。そのため、ピストン２１が受けるサイドスラスト荷重を低減でき、ピストンフリクションＦを大幅に低減させることができる。このように、複リンク式可変圧縮比内燃機関１００の複リンク機構４０においては、サイドスラスト荷重が低減するため、ピストンフリクションも低減する。
【００６２】
以上により、本実施形態は以下の効果を得ることができる。
【００６３】
本実施形態では、４気筒の複リンク式可変圧縮比内燃機関１００において、ゼロスタートによる内燃機関の再始動を実施する。
【００６４】
複リンク式可変圧縮比内燃機関１００は、その圧縮比を所定の範囲において可変に設定でき、ゼロスタートによる内燃機関の再始動時には圧縮比を低下させる。そのため、初爆が行われる膨張行程にある気筒の燃焼室容積が拡大し、燃焼室内の空気量が増加する。これにより、初爆時の燃料噴射量を増大させることができ、初爆の燃焼性を向上させることができる。また、圧縮比が低下すると、圧縮行程での最大圧縮圧力が高圧縮比の場合よりも小さくなり、初爆の燃焼圧によってピストン２１が受ける力の損失を抑制できる。これにより、ピストン２１の往復動が阻害されるのを抑制し、ゼロスタート時の始動性を向上させることが可能となる。
【００６５】
また、複リンク式可変圧縮比内燃機関１００では、複リンク機構４０のアライメントにより、ピストンストローク特性が略単振動となる。そのため、上死点及び下死点でのピストン速度は略同一となり、ピストン速度に基づく圧縮行程での圧縮圧力が低減する。ピストンストローク特性が略単振動であるため、ストロークの中央でピストンが停止した場合には、初爆が行われる気筒での膨張ストローク量と、その気筒と隣接する気筒の圧縮ストローク量とが等しくなる。そのため、従来リンク機構の内燃機関と比較して、圧縮行程での圧縮圧力を抑制できるとともに、十分な膨張ストローク量を確保することができる。これにより、ピストン２１の往復動が阻害されるのを抑制して、ゼロスタート時の始動性を向上させることが可能となる。
【００６６】
さらに、複リンク式可変圧縮比内燃機関１００では、複リンク機構４０のアライメントにより、膨張行程の前半においてアッパリンク４１がほぼ直立して下降するように設定できる。そのため、ピストン２１のサイドスラスト荷重が大幅に低減して、ピストンフリクションが小さくなる。これにより、ゼロスタート時に初爆の燃焼圧によってピストン２１の受ける力がピストンフリクションによって損失することを抑制でき、ゼロスタート時の始動性を向上させることが可能となる。
【００６７】
本実施形態の複リンク式可変圧縮比内燃機関１００においては、上記した効果を総合的に有することにより、４気筒内燃機関においても安定して滑らかにゼロスタートを実施することが可能となる。
【００６８】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなし得ることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本実施形態における４気筒の複リンク式可変圧縮比内燃機関を示す図である。
【図２】ゼロスタートの原理を示す概略図である。
【図３】４気筒と６気筒の内燃機関のサイクルを比較した図である。
【図４】複リンク式可変圧縮比内燃機関の圧縮比と燃焼室容積との関係を示す図である。
【図５】低圧縮比にした場合の圧縮比と圧縮行程での圧縮圧力との関係を示す図である。
【図６】ゼロスタートによる内燃機関の再始動時の複リンク式可変圧縮比内燃機関の制御特性を示すタイムチャートである。
【図７】ゼロスタートによる内燃機関の再始動時の複リンク式可変圧縮比内燃機関の制御特性を示すタイムチャートである。
【図８】複リンク式可変圧縮比内燃機関のピストンストローク特性を示すである。
【図９】膨張行程のストローク中央位置にピストンがある場合の複リンク式可変圧縮比内燃機関のピストンストローク特性を示すである。
【図１０】圧縮行程のストローク中央位置にピストンがある場合の複リンク式可変圧縮比内燃機関のピストンストローク特性を示すである。
【図１１】従来リンク機構の内燃機関でのサイドスラスト荷重によるピストンフリクションを示す概略図である。
【図１２】膨張行程における従来リンク機構のコンロッドの傾きと複リンク機構のアッパリンクの傾きとを示す概略図である。
【符号の説明】
【００７０】
１００  複リンク式可変圧縮比内燃機関
１  吸気ポート
２  排気ポート
３  吸気弁
４  排気弁
５  燃焼室
６  燃料噴射弁
７  点火栓
１０  シリンダヘッド
２０  シリンダブロック
２０ａ  シリンダ
２１  ピストン
２２  ピストンピン
２３、２４、２５  連結ピン
４０  複リンク機構（圧縮比可変機構）
４１  アッパリンク（第１リンク）
４２  ロアリンク（第２リンク）
４２ａ  連結孔
４３  クランクシャフト
４３ａ  ジャーナル
４３ｂ  クランクピン
４４  コントロールリンク（第３リンク）
４６  コントロールシャフト
５０  アクチュエータ
６０  コントローラ（ゼロスタート制御手段）
【図１】
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【図６】
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【図７】
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【図１２】
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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８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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