CN105378246A - 压燃式内燃机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种压燃式内燃机，具备：气缸体以及气缸盖；活塞，其包括通过所述气缸体以及气缸盖而划分出燃烧室的腔室；喷嘴，其向所述燃烧室喷射燃料，所述腔室包括朝向所述喷嘴隆起的隆起部、形成于所述隆起部周围的底面、与所述底面连续的第一面以及第二面，所述第一面朝向所述活塞的径向外侧而深度变浅，所述第一面以及第二面被设置于所述活塞的围绕中心轴的圆周方向上的不同的位置处，从所述喷嘴至所述第一面的距离长于从所述喷嘴至所述第二面的距离，所述喷嘴分别朝向所述第一面以及第二面喷射第一燃料喷雾以及第二燃料喷雾，并且向所述第一燃料喷雾与第二燃料喷雾之间喷射第三燃料喷雾。

Description

压燃式内燃机
技术领域
本发明涉及一种压燃式内燃机。
背景技术
在内燃机的活塞中形成有腔室。在专利文献1～4中公开了形成有腔室的活塞。作为腔室的形状，例如存在凹状型与开敞型。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2001-090542号公报
专利文献2：日本特开2011-185242号公报
专利文献3：日本特开平04-219417号公报
专利文献4：日本特开2001-214742号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在采用凹状型的情况下，能够通过挤气流来促进燃料与空气的混合。由此，例如能够减少烟雾。然而，由于已燃气体会流动于活塞顶面，因此存在由于活塞的热损失而使耗油率恶化的可能。
在采用开敞型的情况下，由于挤气区域较小，因此能够对已燃气体流动于活塞顶面的情况进行抑制，从而能够对耗油率的恶化进行抑制。然而，由于无法充分地确保挤气流，因此存在无法促进燃料与空气的混合而使烟雾恶化的可能性。
本发明鉴于上述课题，其目的在于，提供一种提高了性能的压燃式内燃机。
用于解决课题的方法
上述目的通过如下压燃式内燃机来达成，所述压燃式内燃机具备：气缸体以及气缸盖；活塞，其包括通过所述气缸体以及气缸盖而划分出燃烧室的腔室；喷嘴，其向所述燃烧室喷射燃料，所述腔室包括朝向所述喷嘴而隆起的隆起部、形成于所述隆起部周围的底面、与所述底面连续的第一面以及第二面，所述第一面朝向所述活塞的径向外侧而深度变浅，所述第一面以及第二面被设置于所述活塞的围绕中心轴的圆周方向上的不同的位置处，从所述喷嘴至所述第一面的距离长于从所述喷嘴至所述第二面的距离，所述喷嘴分别朝向所述第一面以及第二面喷射第一燃料喷雾以及第二燃料喷雾，并且向所述第一燃料喷雾与第二燃料喷雾之间喷射第三燃料喷雾。
也可以采用如下结构，即，所述第一面包括隔着所述中心轴而相互对置的两个第一面，在从所述中心轴方向观察时两个所述第一面排列的方向相对于曲轴的延伸方向而偏离。
也可以采用如下结构，即，从所述中心轴方向观察时两个进气门排列的方向相对于所述曲轴的延伸方向而偏离，并且向所述燃烧室内产生的涡流的方向偏离。
也可以采用如下结构，即，所述底面包括隆起底面部，所述隆起底面部位于所述隆起部与所述第一面之间且局部隆起。
也可以采用如下结构，即，所述喷嘴喷射第四燃料喷雾，在所述第四燃料喷雾与所述第三燃料喷雾之间隔着所述第一燃料喷雾，在从所述中心轴方向对所述活塞进行观察的情况下，从与所述第三燃料喷雾的方向交叉的所述第一面的外周缘上的部位至所述喷嘴的距离，长于从与所述第四燃料喷雾的方向交叉的所述第一面的外周缘上的部位至所述喷嘴的距离。
也可以采用如下结构，即，所述活塞形成有处于在所述中心轴方向上与所述第一面相比而较高的位置处并与所述第一面连续的阀凹槽面。
也可以采用如下结构，即，所述活塞包括在所述中心轴方向上处于与所述阀凹槽面相比而较高的位置处的顶面，在所述燃烧室内产生的涡流的方向上，所述顶面、所述阀凹槽面、所述第一面以此顺序而连续。
也可以采用如下结构，即，所述活塞包括在所述中心轴方向上处于与所述阀凹槽面相比而较高的位置处的顶面，在所述燃烧室内产生的涡流的方向上，所述第一面、所述阀凹槽面、所述顶面以此顺序而连续。
也可以采用如下结构，即，所述第一燃料喷雾的所述中心轴方向上的高度位置高于所述第二燃料喷雾的高度位置。
也可以采用如下结构，即，在从所述中心轴方向进行观察的情况下，所述第一燃料喷雾与第三燃料喷雾之间的角度间隔窄于所述第二燃料喷雾与第三燃料喷雾之间的角度间隔。
也可以采用如下结构，即，在所述活塞中设置有冷却通道，所述冷却通道能够使机油沿着所述第一面而流通，从所述第二面向径向外侧并未设置所述冷却通道。
也可以采用如下结构，即，所述活塞中设置有冷却通道，所述冷却通道能够使机油沿着所述第二面而流通，从所述第一面向径向外侧并未设置所述冷却通道。
也可以采用如下结构，即，被喷射到所述第一面上的燃料喷雾的数量多于被喷射到所述第二面上的燃料喷雾的数量。
也可以采用如下结构，即，所述第一面包括隔着所述中心轴而对置的两个第一面，所述第二面包括隔着所述中心轴而对置的两个第二面，将从所述中心轴方向观察的情况下的两个所述第一面之间的最大距离设为D1，将从所述中心轴方向观察的情况下的两个所述第二面之间的最大距离设为D2，所述喷嘴中围绕中心轴心而等间隔地形成有多个喷孔，当将邻接的所述喷孔之间的等角度间隔设为A(rad)时，满足以下的数学式1以及数学式2，
(数学式1)A×D2/2＞5
(数学式2)2＞D1/D2＞1.05。
也可以采用如下结构，即，所述喷嘴包括分别喷射所述第一燃料喷雾以及第二燃料喷雾的第一喷孔以及第二喷孔，所述第一喷孔的长度长于所述第二喷孔的长度。
也可以采用如下结构，即，所述喷嘴包括分别喷射所述第一燃料喷雾以及第二燃料喷雾的第一喷孔以及第二喷孔，所述第一喷孔的直径大于所述第二喷孔的直径。
也可以采用如下结构，即，所述第一面与所述第二面相比面积较大。
发明效果
能够提供一种性能优异的压燃式内燃机。
附图说明
图1为压燃式内燃机的说明图。
图2为活塞的立体图。
图3为活塞的俯视图。
图4为图3的A-A剖视图。
图5为图3的B-B剖视图。
图6A～6C为活塞的上表面的概要图。
图7A、7B为活塞的腔室的形状的说明图。
图8A～8C为表示各燃料喷雾的随時间经过的变化的图像。
图9为改变例的活塞的俯视图。
图10为图9的C-C剖视图。
图11A～11F为喷嘴的喷孔的说明图。
图12为燃料喷雾间的角度不同的情况下的说明图。
图13A、13B为改变例的活塞的上表面的概要图。
图14为改变例的活塞的立体图。
图15为改变例的活塞的俯视图。
图16为改变例的活塞的立体图。
图17为改变例的活塞的俯视图。
图18为改变例的活塞的立体图。
图19为改变例的活塞的俯视图。
图20为改变例的活塞的立体图。
图21为改变例的活塞的俯视图。
图22为改变例的活塞的立体图。
图23为改变例的活塞的俯视图。
图24为图23的局部D-D剖视图。
图25为改变例的活塞的立体图。
图26为改变例的活塞的俯视图。
图27为图26的E-E剖视图。
图28为图26的F-F剖视图。
具体实施方式
使用附图来对本发明的实施例进行说明。
图1为压燃式内燃机的说明图。压燃式的内燃机例如为柴油发动机。内燃机能够设为在燃烧室EP中生成涡流的内燃机。在气缸体80中形成有气缸81。在气缸81内收纳有活塞1。在气缸体80的上部处固定有气缸盖90。
气缸盖90、气缸体80、活塞1形成了燃烧室EP。虽然气缸盖90的底壁部中的作为形成燃烧室EP的部分的中央部91具有屋脊形状，但并不限定于此。
在气缸盖90上设置有未图示的两个进气端口、两个排气端口。进气端口、排气端口分别通过进气门、排气门而实施开闭。
在气缸盖90上设置有喷射燃料的喷嘴N。喷嘴N向燃烧室EP喷射燃料。喷嘴N被设置在大致中心轴CP上。中心轴CP为气缸80的中心轴。另外，虽然在喷嘴N上设置有八个喷射燃料的喷孔，但并不限定于此。
图2为活塞1的立体图。图3为活塞1的俯视图。图4为图3的A-A剖视图。图5为图3的B-B剖视图。在活塞1的上部处形成有被喷射燃料的腔室。在活塞1的下部处，形成有使用于对连杆进行连结的销插入的孔H。
腔室被形成为凹状，具体而言以如下方式而构成。在中央部处包括向喷嘴N侧即上方隆起的隆起部3、形成于隆起部3周围的底面5。如图3所示，在从上表面进行观察时，腔室为大致椭圆形状。如图4、5所示，底面5在剖视观察时呈大致圆弧状。
两个开敞面11、12、两个凹状面21、22以与底面5连续的方式而形成。开敞面11、12经由中心轴CP而相互对置。凹状面21、22也为同样设置。凹状面21位于开敞面11、12之间。换言之，在圆周方向上，开敞面11、凹状面21、12、22以此顺序而形成。在俯视观察时，通过开敞面11、12的大致中心的线段与通过凹状面21、22的大致中心的线段正交。开敞面11、凹状面21、开敞面12、凹状面22以每隔90度的角度而设置。如图3所示，在从上表面进行观察时，开敞面11、12相对于中心轴CP而为大致点对称。凹状面21、22也为相同设置。开敞面11、12为第一面的一个示例。凹状面21、22为第二面的一个示例。
开敞面11、12分别随着趋向于径向外侧而深度变浅。如图2、3所示，各开敞面11、12的面积与各凹状面21、22的面积相比而较大。各开敞面11、12的圆周方向上的长度与各凹状面21、22的圆周方向上的长度相比而较长。各开敞面11、12的径向上的最大长度与凹状面21、22的径向上的最大长度相比而较长。另外，圆周方向意为，围绕中心轴CP的圆周方向，径向意为，以中心轴CP为中心的径向。此外，与中心轴CP正交的方向上的开敞面11、12之间的最大距离与凹状面21、22之间的最大距离相比而较长。开敞面11、12、凹状面21、22被设置在圆周方向上的不同的位置处。
棱线111表示开敞面11与底面5的分界。同样，棱线121、211、212分别表示开敞面12与底面5的分界、凹状面21与底面5的分界、凹状面22与底面5的分界。各棱线111、121与各棱线211、212相比而处于中心轴CP的方向上较低的位置处。
另外，虽然凹状面21、22的各自的棱线211、221被形成于在俯视观察时所能够观察到的部分处，但也可以设为观察不到。即，也可以在凹状面上的与最靠近中心轴的唇部相比靠底面5侧处形成棱线。
活塞1的腔室的形状在图4的剖视图中为开敞型，在图5的剖视图中为凹状型。在图5中，腔室的形状为，内径朝向上方而局部地缩小的凹状型。与此相对，在图4中，腔室的形状为，内径未朝向上方缩小的开敞型。以该方式，活塞1的腔室的形状为，部分为开敞型，并且部分为凹状型。如图4、5所示，底面5在剖视观察时为圆弧状。如图5所示，虽然底面5的从中心轴CP起的最大半径在垂直于中心轴CP的方向上与从中心轴CP起至凹状面21为止的距离相比而较大，但并不限定于此。在实施与开敞面11、12交叉的剖视观察时，腔室的形状也可以为内径朝向上方扩大的开敞型。
在图4、5中图示了活塞1位于上止点的情况下的喷嘴N的位置。从喷嘴N的顶端起至开敞面11的距离L1与从喷嘴N的顶端起至凹状面21为止的距离L2相比而较长。距离L1为，从喷嘴N向开敞面11喷射的燃料喷雾的喷射方向上的距离。距离L2为，从喷嘴N向凹状面21喷射的燃料喷雾的喷射方向上的距离。换言之，距离L1、L2分别为，向开敞面11、凹状面21喷射燃料的喷孔的轴心方向上的距离。另外，虽然向开敞面11喷射的燃料喷雾的方向相对于中心轴CP的角度与向凹状面21喷射的燃料喷雾的方向相对于中心轴CP的角度相等，但并不限定于此。
在与开敞面11、12、凹状面21、22相比靠径向外侧处，形成有阀凹槽面51～54。阀凹槽面51、52为，避免与两个进气门接触的底部较浅的凹状。阀凹槽面53、54为，避免与两个排气门接触的底部较浅的凹状。阀凹槽面51～54在中心轴CP的方向上位于大致相同的高度处。阀凹槽面51～54处于与开敞面11、12、凹状面21、22相比而较高的位置处。
顶面71～74处于与阀凹槽面51～54相比而较高的位置处。顶面71～74处于同一平面上。顶面71处于与开敞面11相比靠径向外侧处，且处于阀凹槽面52、53之间。顶面72处于隔着中心轴CP而与顶面71对置的位置处，并处于与开敞面12相比靠径向外侧处，还处于阀凹槽面51、54之间。顶面73处于与凹状面21相比靠径向外侧处，且处于阀凹槽面53、54之间。顶面74处于隔着中心轴CP而与顶面73对置的位置处，且处于与凹状面22相比靠径向外侧处。各顶面73、74的面积与各顶面71、72的面积相比而较大。
此外，如图4、5所示，在活塞1中形成有在内部容许机油的流通的连通通道CHP、冷却通道CH。冷却通道CH被形成于腔室周围。通过使机油流过冷却通道CH内来使活塞1冷却。
图6A～6C为活塞1的上表面的概要图。如图6A所示，在燃料室内于顺时针方向上产生涡流。在面积较大的顶面73、74附近处产生与顶面71、72附近相比而较强的挤气流、逆挤气流。因此，在凹状面21、22附近处空气的流动较强，而在开敞面11的中心附近处开敞面12的中心附近处空气的流动较弱。在此，开敞面11的中心意为，从中心轴CP方向观察的情况下的开敞面11的圆周方向上的长度的中心。关于开敞面12的中心也为相同设定。
如图6B所示，喷嘴N以等角度间隔(45度间隔)而喷射八个燃料喷雾。朝向开敞面11、12、凹状面21、22而分别喷射燃料喷雾F11、F12、F21、F22。向燃料喷雾F11、F21之间喷射燃料喷雾F31，向燃料喷雾F11、F22之间喷射燃料喷雾F41。向燃料喷雾F12、F22之间喷射燃料喷雾F32。向燃料喷雾F21、F12之间喷射燃料喷雾F42。燃料喷雾F31向处于开敞面11的中心与凹状面21之间的开敞面11上的位置处喷射。燃料喷雾F41向处于开敞面11的中心与凹状面22之间的开敞面11上的位置处喷射。燃料喷雾F32向处于开敞面12的中心与凹状面22之间的开敞面12上的位置处喷射。燃料喷雾F42向处于开敞面12的中心与凹状面22之间的开敞面12上的位置处喷射。燃料喷雾F11、F12为第1燃料喷雾的一个示例。燃料喷雾F21、F22为第二燃料喷雾的一个示例。燃料喷雾F31、F32为第三燃料喷雾的一个示例。燃料喷雾F41、F42为第四燃料喷雾的一个示例。
将这些燃料喷雾同时喷射。因此，首先，燃料喷雾F21、F22会分别与凹状面21、22碰撞。接下来，燃料喷雾F31、F41会与开敞面11碰撞，燃料喷雾F32、F42会与开敞面12碰撞。最后，燃料喷雾F11、F12会分别与开敞面11、12碰撞。以该方式，燃料喷雾与活塞1的腔室碰撞，并使燃料与空气搅动而对燃料进行点火。
因此，首先，将燃料喷雾F21、F22点火。接下来，将燃料喷雾F31、F32、F41、F42点火。最后，将燃料喷雾F11、F12点火。因此，燃料喷雾F21、F22相当于引燃喷射。燃料喷雾F31、F32、F41、F42相当于主喷射。燃料喷雾F11、F12相当于后喷射。
如上文所述，由于在凹状面21、22附近处空气的流动较强，因此使燃料喷雾F21、F22提前点火，并使其分别通过凹状面21、22附近处的较强的空气流动而快速燃烧。与此相对，由于开敞面11的中心、开敞面12的中心附近处空气的流动较弱，因此使燃料喷雾F11、F12延迟点火，并使其分别通过开敞面11、12的中心附近处的较弱的空气的流动而缓慢燃烧。被喷射有燃料喷雾F31的开敞面11上的位置处的空气的流动的强度，与凹状面21附近处的空气的流动的强度相比而较弱、且与开敞面11的中心附近处的空气的流动的强度相比而较强。被喷射有燃料喷雾F32、F41、F42的位置处的空气的流动的强度也为相同情况。因此，燃料喷雾F31在燃料喷雾F21点火之后且燃料喷雾F11点火之前点火，并通过中等强度的空气的流动而燃烧。关于燃料喷雾F32、F41、F42也为相同情况。
由此，能够按照每种燃料喷雾来确保燃烧速度差。由此，与同时使多个燃料喷雾点火从而燃烧速度差较小的情况相比，能够对热量的峰值进行抑制从而对燃烧温度进行抑制。由此，能够减小NOX，并能够抑制燃烧噪音。以此方式，本实施例的内燃机的性能得到了提高。
此外，如图6C所示，向凹状面21、22喷射的燃料喷雾F21、F22通过较强的空气的流动而较大程度地扩散。与此相对，向开敞面11、开敞面12喷射的燃料喷雾F11、F12相对而言并未扩散。由此，能够局部性地减小当量比，并能够抑制烟雾。此外，与腔室碰撞后的多个燃料喷雾会向径向偏离并扩散。由此，能够使燃料均匀地扩散至燃烧室整体。通过将活塞1的腔室设为这种形状，从而能够对燃料的点火正时进行控制，并能够确保燃烧速度差。
此外，根据活塞1的腔室的形状，能够通过一次燃料喷射来形成相当于引燃喷射、主喷射、以及后喷射的燃料喷雾。在此，在通过一次行程来实施引燃喷射、主喷射、后喷射的情况下，需要准备喷射的切换的响应性能优异的喷嘴。此外，由于在喷射的切换的响应性上存在制约，因此无法将引燃喷射、主喷射、后喷射的时间间隔缩短为预定以上。在本实施例中，能够在不受到这样的喷嘴的制约的条件下来确保所需的燃烧状态。
图7A、7B为活塞1的腔室的形状的说明图。在图7B中图示了与腔室的内表面碰撞了的喷雾的流动。图8A～8C为表示各燃料喷雾的随时间经过的变化的图像。图8A表示各燃料喷雾的宽度。燃料喷雾F11等被喷射并与腔室的内表面碰撞，且在扩散之后宽度增大。图8B表示各燃料喷雾被喷射之后的各顶端部的位置。图8C表示各燃料喷雾的顶端的厚度。
将与中心轴CP正交的方向上的开敞面11、12之间的最大距离设为D1。将与中心轴CP正交的方向上的凹状面21、22之间的最大距离设为D2。将燃料喷雾F11、F21、F31的各自的长度设为r1、r2、r3。为了将燃料喷雾F11、F21、F31的顶端部设为在活塞1的径向上不重叠，需要满足r1-t＞r3、r3-t＞r2。即，当燃料喷雾F11、F21、F31各自碰撞的位置在活塞1的径向上过于接近时，各喷雾的顶端有可能会重叠。
此外，为了使各喷雾首先与活塞1的腔室碰撞，需要满足r2＝D2/2、r1＝D1/2。根据上述数学式，能够求解出D1/2-t＞D2/2。优选为，当设为随时间变化的变量C1满足C1＜D1/D2时，满足2＞D1/D2＞1.05。
此外，为了将各燃料喷雾设为在活塞1的圆周方向上不重叠，当将邻接的燃烧喷雾的等角度间隔设为A(rad)时，需要满足A(rad)×r1＞A(rad)×r3＞A(rad)×r2＞w2/2。在此，w2意为，向距喷嘴N最近的凹状面21喷射的燃料喷雾F21与凹状面21碰撞并扩散后的喷雾的宽度。r2＝D2/2。因此根据上述数学式，优选为，满足A(rad)×D2/2(mm)＞5。
此外，如图7B所示，当燃料喷雾F11与开敞面11碰撞而形成喷雾f1时，喷雾f1会通过涡流而向将半径设为r1的圆周方向流动。当燃料喷雾F21与凹状面21碰撞而形成喷雾f2时，喷雾f2会与涡流一起通过较强的挤气流而向圆周方向以及径向较广地扩散。当燃料喷雾F31与腔室的内表面碰撞而形成喷雾f3时，喷雾f3会承受与喷雾f2所承受的挤气流相比而较弱的挤气流。
通过使该喷雾f1～f3向涡流的下游进行扩散，能够在燃烧室内将燃料与空气均质地混合。喷雾f1会容易地通过开敞面11的倾斜角度等而被向挤气区域引导。由此，在将燃料喷雾从开敞面11向挤气区域引导的过程中，空气利用率会提高。由此，能够减少烟雾，并改善热效率。此外，喷雾f2与喷雾f1相比，不易向挤气区域被引导，从而会在压缩行程中通过较强的挤气流而较强地流动，在膨胀行程中会通过逆挤气流而较强地流动，从而空气利用率提高。由此，也能够减少烟雾，并且也会改善热效率。
接下来，对活塞的多个改变例进行说明。另外，通过对相同、类似的部分标注相同、类似的符号来省略重复的说明。图9为改变例的活塞1’的俯视图。图10为图9的C-C剖视图。在底面5’上设置有局部性地隆起的两个隆起部5a。隆起部5a处于与底面5’的其他的部分相比而较高的位置处。两个隆起部5a在俯视观察时分别与开敞面11、12对置。隆起部5a为隆起底面部的一个示例。
由于在上述的活塞1中，被喷射到开敞面11、12上的燃料喷雾F11、F12易于向挤气区域被引导，因此开敞面11、12旁边的底面5附近处的空气不易被用于燃烧。在改变例的活塞1’中，由于在底面5’上隆起部5a局部性地隆起，因此能够减小未被用于燃烧的空气的量，从而能够减少烟雾。
此外，两个冷却通道CH’分别以在俯视观察时与开敞面11、12重叠的方式而沿着开敞面11、12被形成，并且被形成在避开了凹状面21、22的位置处。具体而言，在从凹状面21、22起的径向外侧处并未形成有冷却通道CH’。由此，能够对开敞面11、12进行冷却，并能够确保凹状面21、22的温度。由此，能够促进分别向凹状面21、22喷射的燃料喷雾F21、F22的点火，并能够将燃料喷雾F21、F22的点火正时与分别向开敞面11、12喷射的燃料喷雾F11、F12的点火正时的差设为较大。
另外，冷却通道的一部分在俯视观察时也可以位于凹状面21的一部分的径向外侧处。即，只要在凹状面21的径向外侧的一部分处存在未形成有冷却通道的区域即可。冷却通道的在俯视观察时位于开敞面11的径向外侧的部分的长度也可以与位于凹状面21的径向外侧的部分的长度相比而较长。此外，冷却通道也可以以延伸至两个凹状面21、22中的任意一方的径向外侧处的方式而形成。
图11A、11B为喷嘴N的说明图。图11A、11B表示喷嘴N的顶端部的截面。喷嘴N包括形成有多个喷孔的主体N2、在主体N2内进行升降的针阀N1。通过使针阀N1从主体N2的内侧的密封面上升而使燃料从主体N2与针阀N1的间隙流入袋室FH。流入袋室FH的燃料会从针阀N1的喷孔H1喷射。喷孔H1对燃料喷雾F11进行喷射。喷孔H2对燃料喷雾F21进行喷射。
在喷孔H2中，上游侧直径较大，而从中途至下游侧直径较小。具体而言，喷孔H2的上游侧的直径与喷孔H1的直径相比而较大，而喷孔H2的下游侧的直径与喷孔H1的直径相同。因此，喷孔H2的直径较小的部分的长度为实质上的喷孔H2的长度。因此，实质上的喷孔H2的长度与喷孔H1相比而较短。由此，从喷孔H1喷射的燃料喷雾F11的喷射距离与从喷孔H2喷射的燃料喷雾F21的喷射距离相比而较长。以此方式，也可以将用于对与喷嘴N分离的开敞面11喷射燃料的喷孔H1设为较长，而将用于对距喷嘴N较近的凹状面21喷射燃料的喷孔H2的长度设为较短。
另外，对燃料喷雾F31进行喷射的喷孔既可以与喷孔H1、H2中的任一个长度相同，也可以与喷孔H1相比而较短且与喷孔H2相比而较长。另外，用于喷射燃料喷雾F12的喷孔与喷孔H1相同，用于喷射燃料喷雾F22的喷孔与喷孔H2相同。另外，喷嘴N的多个喷孔也可以为直径、长度、形状均相同的喷孔。
图11C、11D为作为改变例的喷嘴N’的说明图。虽然喷孔H1’、H2’的长度相同，但喷孔H1’的直径与喷孔H2’的直径相比而较大。由此，从喷孔H1’喷射的燃料喷雾F11的喷射距离与从喷孔H2’喷射的燃料喷雾F21的喷射距离相比而较长。另外，对燃料喷雾F31进行喷射的喷孔，其直径既可以与喷孔H1、H2中的任一个相同，也可以与喷孔H1相比直径较小且与喷孔H2相比直径较大。另外，用于喷射燃料喷雾F12的喷孔与喷孔H1’相同，用于喷射燃料喷雾F22的喷孔与喷孔H2’相同。
图11E、11F为作为改变例的喷嘴N”的说明图。喷孔H1、H2”虽然直径相同，但其相对于水平方向的角度不同。喷孔H2”与喷孔H1相比而向下方侧延伸。由此，从喷孔H1喷射的燃料喷雾F11在中心轴方向上的高度位置与从喷孔H2”喷射的燃料喷雾F21相比而较高。由此，能够将从喷孔H1喷射的燃料喷雾F11向挤气区域侧引导，而将从喷孔H2”喷射的燃料喷雾F21向腔室的底面5侧引导。另外，对燃料喷雾F31进行喷射的喷孔的角度可以为与喷孔H1相同的角度，也可以为喷孔H1、H2”之间的角度。另外，用于喷射燃料喷雾F12的喷孔与喷孔H1相同，用于喷射燃料喷雾F22的喷孔与喷孔H2”相同。分别用于喷射燃料喷雾F11、F21的喷孔也可以为，直径以及角度相同而高度位置不同。
图12为燃料喷雾之间的角度不同的情况下的说明图。如图12所示，各燃料喷雾间的角度间隔也可以不同。具体而言，燃料喷雾F11、F31的角度间隔与燃料喷雾F21、F31的角度间隔相比而较窄。同样，燃料喷雾F11、F41的角度间隔与燃料喷雾F41、F22的角度间隔相比而较窄。由此，能够使更多的燃料与开敞面11接触。同样，燃料喷雾F12、F42间的角度间隔、燃料喷雾F12、F32间的角度间隔也与燃料喷雾F21、F42间的角度间隔、燃料喷雾F22、F32间的角度间隔相比而较窄。另外，燃料喷雾F11、F31的角度间隔、燃料喷雾F11、F41的角度间隔、燃料喷雾F12、F42间的角度间隔、燃料喷雾F12、F32间的角度间隔也可以相互不同，这些角度间隔中的至少两个角度间隔也可以相同。燃料喷雾的角度间隔依赖于喷嘴的喷孔间的角度间隔。
图13A为作为改变例的活塞1”的上表面的概要图。在图13A中，通过虚线来对两个进气门IV、两个排气门EV的位置进行图示。如图13A所示，与中心轴CP正交且通过开敞面11、12的中心的中心线CA相对于曲轴的方向CSD而向涡流的方向SW偏离了角度α。角度α从0度起至小于90度。在此，曲轴的方向CSD也与对连杆与活塞进行连结的销的延伸方向相同。在与曲轴的方向CSD正交的直线上的活塞1”的顶面的两端的位置PF处，朝向铅直下方而受到较大的燃烧压力。由此，在曲轴的方向CSD上的活塞1”的顶面的两端的位置PP处，会朝向以销为大致中心的圆周方向而作用有拉伸应力ts。
例如，在曲轴的方向CSD与通过开敞面11、12的中心的中心线CA一致的情况下，在开敞面11、12的径向外侧的顶面的面积较小的部分处会作用有这样的拉伸应力。在于这样的顶面的面积较小的部分处作用有较大的拉伸应力的情况下，该部分会发生变形。在本改变例的活塞1”中，曲轴的方向CSD从通过开敞面11、12的中心的中心线CA偏离。由此，能够使拉伸应力作用于面积较大的部分处。由此使活塞1”的变形得到抑制。
图13B为与图13A相比进气门IV、排气门EV的位置不同的改变例的说明图。通过两个进气门IV的进气门中心轴IVC相对于曲轴的方向CSD而向涡流的方向SW偏离了角度β。角度β从0度起至小于90度。也可以采用这种结构。
图14为改变例的活塞A的立体图，图15为改变例的活塞A的俯视图。在图15中图示了以等角度间隔喷射八个燃料喷雾的情况。如图15所示，从燃料喷雾F31的方向和开敞面11a的圆弧状的外周缘部交叉的部位P31起至中心轴CP的距离，与从燃料喷雾F41的方向和开敞面11a的圆弧状的外周缘部交叉的部位P41起至中心轴CP的距离相比而较长。由此，能够使燃料喷雾F31、F41与开敞面11a碰撞的正时偏移。由此，能够使燃料喷雾F31、F41点火的正时偏移，从而能够抑制热释放的峰值。
同样，从燃料喷雾F32的方向和开敞面12a的圆弧状的外周缘部交叉的部位P32起至中心轴CP的距离，与从燃料喷雾F42的方向和开敞面12a的圆弧状的外周缘部交叉的部位P42起至中心轴CP的距离相比而较长。由此，能够使燃料喷雾F32、F42点火的正时偏移。
此外，燃料喷雾F31与开敞面11a碰撞的位置的径向上的距离和燃料喷雾F41分别与开敞面11a碰撞的位置的径向上的距离不同。因此，能够扩散燃料喷雾F31、F41与开敞面11a碰撞后所产生的喷雾。因此，能够在腔室内使燃料与空气均质地混合。关于与开敞面12a碰撞的燃料喷雾F32、F42也为相同情况。
在此，开敞面11a为大致球面状。在从中心轴CP方向进行观察的情况下，包括开敞面11a在内的假想的球体的中心位置从燃料喷雾F11的中心轴偏离。将从被喷射到开敞面11a的大致中心附近处的燃料喷雾F11的中心轴偏离的位置作为中心来加工开敞面11a。同样，开敞面12a为球面状。在从中心轴CP方向进行观察的情况下，包括开敞面12a在内的假想的球体的中心位置从燃料喷雾F12的中心轴偏离。另外，虽然各燃料喷雾的角度间隔相等，但并不限定于此。
另外，在进行与开敞面11a、12a交叉的截面观察时，腔室的内径朝向上方而扩大。另外，开敞面11a、12a的各自的棱线111a、121a处于与棱线211、221相比而较低的位置处。此外，活塞A位于上止点的情况下的从喷嘴至开敞面11a的距离与从喷嘴至凹状面21的距离相比而较长。这一点对于开敞面12a、凹状面22也为相同设置。
冷却通道CH”在俯视观察时以沿着凹状面21、22的径向外侧的方式而形成，并被设置于不与开敞面11a、12a重叠的位置处。在此，由于与开敞面11a、12a相比凹状面21、22与燃料更强烈地碰撞，因此凹状面21、22的热负载有可能较大。能够通过在凹状面21、22侧设置冷却通道CH”来对凹状面21、22侧进行冷却从而减小热负载。
此外，例如，冷却通道在俯视观察时也可以以位于凹状面21的径向外侧并与开敞面11a局部重叠的方式而设置。具体而言，也可以以避开开敞面11a的中心附近处或被喷射有燃料喷雾F11的位置附近处的方式来设置冷却通道。在冷却通道中，俯视观察时位于开敞面11a的径向外侧的部分的长度也可以与位于凹状面21的径向外侧的部分的长度相比而较短。此外，冷却通道也可以以延伸至两个开敞面11a、12a中的一方的径向外侧的方式而形成。
图16为活塞B的立体图。图17为活塞B的俯视图。在活塞B中，四个开敞面11b、12b、13b、14b以大致90度的间隔而被形成在圆周方向上。此外，四个凹状面21b、22b、23b、24b以90度的间隔而被形成在圆周方向上。凹状面21b在圆周方向上处于开敞面11b、13b之间。凹状面与开敞面以在圆周方向上交替排列的方式而形成。开敞面11b、12b相互对置，开敞面13b、14b相互对置。凹状面21b、22b相互对置，凹状面23b、24b相互对置。
从喷嘴喷射的八个燃料喷雾F11、F12、F21、F22、F31、F32、F41、F42分别朝向开敞面11b、12b、13b、14b、凹状面21b、22b、23b、24b而喷射。阀凹槽面51b、52b、53b、54b分别位于开敞面14b、11b、13b、12b的径向外侧。
阀凹槽面51b、52b、53b、54b分别被形成在与开敞面14b、11b、13b、12b的大部分重合的位置处。换言之，开敞面14b、11b、13b、12b也分别兼用于阀凹槽。因此，由于底部较浅从而难以有助于燃烧的阀凹槽面的面积得到了抑制。因此，与将开敞面和阀凹槽面分离形成的情况相比，能够确保活塞B的体积，并能够减小不会有助于燃烧室的燃烧的无用的容积从而实现小型化，进而能够确保压缩比。
另外，如图16、17所示，从中心轴CP方向观察时相互对置的开敞面11b、12b排列的方向相对于孔H的延伸方向，即相对于曲轴的延伸方向而偏离。同样，开敞面13b、14b排列的方向也相对于曲轴的延伸方向而偏离。由此，在顶面74b、73b处会作用有较大的燃烧压力，而在顶面71b、72b处作用有拉伸应力。在此，顶面71b、72b分别位于凹状面21b、22b的径向外侧，从而相对地确保了面积。因此，即使在顶面71b、72b处作用有拉伸应力，活塞B的变形也会得到抑制。
另外，各棱线111b、121b、131b、141b处于与各棱线211b、221b、231b、241b相比而较低的位置处。此外，活塞A位于上止点的情况下的从喷嘴至开敞面11b的距离与从喷嘴至凹状面21b的距离相比而较长。关于开敞面12b、13b、14b、22b、23b、24b也为相同设定。
图18为活塞C的立体图。图19为活塞C的俯视图。开敞面11c与阀凹槽面52c相比而向涡流的方向SW偏离。开敞面12c～14c也分别相对于阀凹槽面54c、53c、51c而向方向SW偏离。在此，顶面74c、阀凹槽面52c、开敞面11c的高度依次降低。此外，在方向SW上，顶面74c、阀凹槽面52c、开敞面11c以此顺序而连续。顶面71c、阀凹槽面53c、开敞面13c也为相同设定。顶面73c、阀凹槽面54c、开敞面12c也为相同设定。顶面72c、阀凹槽面51c、开敞面14c也为相同设定。
由此，在进气行程的初期即进气门的开始开启时，流入气缸内的空气与顶面74c接触，并被从顶面74c向阀凹槽面52c引导，然后被从阀凹槽面52c向开敞面11c引导。以该方式，导入气缸内的空气会较容易地通过在涡流的方向SW上渐渐变深的顶面74c、阀凹槽面51c、开敞面11c而向涡流的方向SW被引导。由此，能够使涡流得到强化。
另外，在活塞C中，在涡流的方向为反向的情况下，例如向开敞面11c喷射的燃料喷雾会较容易地被向深度在涡流的方向上渐渐变浅的开敞面11c、阀凹槽面52c、顶面74c依次引导。由此，能够使燃料顺利地向涡流的方向流动，从而能够搅动燃料。
在面21c～24c与底面5c之间未设置有棱线。即，面21c～24c从底面5c起而被平滑地连续形成。面21c～24c从底面5c向铅直上方延伸，并在中途向径向外侧倾斜地延伸。即，在活塞C中，并未设置距中心轴CP的半径小于底面5c的最大半径的唇部。虽然底面5c的距中心轴CP的最大半径与从中心轴CP至面21c的铅直面的距离大致相同，但并不限定于此。关于面22c～24c也为相同设定。
面21c～24c、开敞面11c～14c以在圆周方向上偏离的方式而配置。即，面21c位于开敞面11c、13c之间。各开敞面11c～14c的圆周方向上的长度与各面21c～24c的圆周方向上的长度相比而较长。分别向开敞面11c～14c、面21c～24c喷射燃料喷雾。此外，隆起部3c被形成为与其他的活塞的隆起部3相比而较低。此外，活塞C位于上止点的情况下的从喷嘴至开敞面11c的距离与从喷嘴至面21c为止的距离相比而较长。关于开敞面12c～14c、面22c～24c也为相同设定。面21c～24c为第二面的一个示例。
图20为活塞D的立体图。图21为活塞D的俯视图。活塞D的三个开敞面11d、12d、13d以大致120度的间隔而被设置在圆周方向上，三个凹状面21d、22d、23d以大致120度的间隔而被设置在圆周方向上。另外，并不限定于将这些面设置为等间隔的情况。在开敞面11d上喷射有两个燃料喷雾F111、F112。同样，在开敞面12d上被喷射有两个燃料喷雾F121、F122，在开敞面13d上被喷射有两个燃料喷雾F131、F132。凹状面21d、22d、23d各自被喷射有一个燃料喷雾F21、一个燃料喷雾F22、一个燃料喷雾F23。因此，活塞D所采用的喷嘴的喷孔数为九个。以此方式，对各开敞面11d、12d、13d喷射的燃料喷雾的数量与对各凹状面21d、22d、23d喷射的燃料喷雾的数量相比而较多。
另外，在顶面72d的中心附近处，包括顶面73d、阀凹槽面51d在内的整体的中心附近处、包括顶面71d与阀凹槽面52d在内的整体的中心附近处产生有较强的挤气流S。因此，能够促进燃料与空气的扩散，并能够减少烟雾。
另外，各棱线111d、121d、131d处于与各棱线211d、221d、231d相比而较低的位置处。此外，活塞C位于上止点的情况下的从喷嘴至开敞面11c的距离与从喷嘴至凹状面21d为止的距离相比而较长。关于开敞面12d、13d、14d、凹状面22d、23d、24d也为相同设定。
图22为活塞E的立体图。图23为活塞E的俯视图。图24为图23的局部D-D剖视图。面21e、22e隔着中心轴CP而相互对置。如图23所示，面21e、22e从底面5e起向大致铅直上方延伸，并向径向外侧倾斜地延伸。活塞E中未设置唇部。面21e位于开敞面11e、12e之间。如图22、23所示，与中心轴CP正交并通过开敞面11e、12e的中心的中心线CA相对于曲轴的方向CSD而向涡流的方向SW偏离预定的角度。该角度为从0度起至小于90度的角度。如上文所述，通过在这样的位置形成开敞面11e、12e来抑制活塞E的变形。
图25为活塞F的立体图。图26为活塞F的俯视图。图27为图26的E-E剖视图。图28为图26的F-F剖视图。活塞F的腔室在俯视观察时为大致椭圆形状或者长孔形状。在俯视观察时，各面11f、12f弯曲为大致半圆状。在俯视观察时，各面21f、22f延伸为大致直线状。从中心轴CP至面11f的中心的距离与从中心轴CP至面21f的中心的距离相比而较长。这一点对于面12f、22f也为相同设定。另外，与活塞E相同，与中心轴CP正交且通过面11f、12f的中心的线段相对于曲轴的方向而向涡流的方向SW偏离预定的角度。
如图27所示，面21f以从底面5f起向与铅直方向相比稍靠径向外侧倾斜的方式而向上方延伸，并在中途以较平缓的倾斜角度向径向外侧延伸。即、面21f并未在铅直方向上延伸。因此，面21f的最大倾斜角度与活塞C的面21c或活塞E的面21e的倾斜角度相比较为平缓。面22f也为相同。此外，如图28所示，面11f、12f也为相同。因此，活塞F中未设置有唇部，活塞F的腔室的形状为，内径朝向上方扩大的开敞型。面11f、12f为第一面的一个示例、面21f、22f为第二面的一个示例。
面11f、21f上各自被喷射有与其接触的燃料喷雾，并且在该两个燃料喷雾之间也被喷射有燃料喷雾。具体而言，各面11f、12f、21f、22f的大致中心处被喷射有燃料喷雾，并且在这些邻接的燃料喷雾之间也被喷射有燃料喷雾。从而总计喷射八个燃料喷雾。具体而言，各面11f、12f上被喷射有三个燃料喷雾，各面21f、22f上被喷射有一个燃料喷雾。另外，燃料喷雾的数目并不限定于此。
面11f的大致中心和面21f上各自被喷射有与其接触的燃料喷雾，并且该两个燃料喷雾之间也被喷射有燃料喷雾。因此，向面21f喷射的燃料喷雾会先与面21f碰撞，而向面11f的大致中心喷射的燃料喷雾会最后与面11f碰撞。由此，能够使各燃料喷雾点火的正时彼此不同，从而能够按照每种燃料喷雾来确保燃烧速度差。
虽然在上文中对本发明的实施例进行了详细叙述，但本发明并不限定于所涉及的特定的实施例，其能够在权利要求书所记载的本发明的主旨的范围内实施各种改变、变更。
本发明也包括将上述的多个示例的一个示例的一部分用于其他示例的结构。
从喷嘴同时喷射的燃料喷雾的数量并不限定于上述示例中所记载的数量。
第一面以及第二面也可以为形状、大小的至少一方不同的开敞面。此外，第一面以及第二面也可以为距中心轴的距离不同的开敞面。
符号说明
1：活塞
3：隆起部
5：底面
5a：隆起部(隆起底面部)
11、12：开敞面
21、22：凹状面
21c～24c、21e、22e、11f、12f、21f、22f：面
111、112、211、221：棱线
51～54：阀凹槽面
71～74：顶面
N：喷嘴
CP：中心轴
CH：冷却通道

Claims (17)

1.一种压燃式内燃机，具备：
气缸体以及气缸盖；
活塞，其包括通过所述气缸体以及气缸盖而划分出燃烧室的腔室；
喷嘴，其向所述燃烧室喷射燃料，
所述腔室包括朝向所述喷嘴而隆起的隆起部、形成于所述隆起部周围的底面、与所述底面连续的第一面以及第二面，
所述第一面朝向所述活塞的径向外侧而深度变浅，
所述第一面以及第二面被设置于所述活塞的围绕中心轴的圆周方向上的不同的位置处，
从所述喷嘴至所述第一面的距离长于从所述喷嘴至所述第二面的距离，
所述喷嘴分别朝向所述第一面以及第二面喷射第一燃料喷雾以及第二燃料喷雾，并且向所述第一燃料喷雾与第二燃料喷雾之间喷射第三燃料喷雾。
2.如权利要求1所述的压燃式内燃机，其中，
所述第一面包括隔着所述中心轴而相互对置的两个第一面，
在从所述中心轴方向观察时两个所述第一面排列的方向相对于曲轴的延伸方向而偏离。
3.如权利要求2所述的压燃式内燃机，其中，
从所述中心轴方向观察时两个进气门排列的方向相对于所述曲轴的延伸方向而偏离，并且向所述燃烧室内产生的涡流的方向偏离。
4.如权利要求1至3中的任意一项所述的压燃式内燃机，其中，
所述底面包括隆起底面部，所述隆起底面部位于所述隆起部与所述第一面之间且局部隆起。
5.如权利要求1所述的压燃式内燃机，其中，
所述喷嘴喷射第四燃料喷雾，在所述第四燃料喷雾与所述第三燃料喷雾之间隔着所述第一燃料喷雾，
在从所述中心轴方向对所述活塞进行观察的情况下，从与所述第三燃料喷雾的方向交叉的所述第一面的外周缘上的部位至所述喷嘴的距离，长于从与所述第四燃料喷雾的方向交叉的所述第一面的外周缘上的部位至所述喷嘴的距离。
6.如权利要求1至5中的任意一项所述的压燃式内燃机，其中，
所述活塞形成有处于在所述中心轴方向上与所述第一面相比而较高的位置处并与所述第一面连续的阀凹槽面。
7.如权利要求6所述的压燃式内燃机，其中，
所述活塞包括在所述中心轴方向上处于与所述阀凹槽面相比而较高的位置处的顶面，
在所述燃烧室内产生的涡流的方向上，所述顶面、所述阀凹槽面、所述第一面以此顺序而连续。
8.如权利要求6所述的压燃式内燃机，其中，
所述活塞包括在所述中心轴方向上处于与所述阀凹槽面相比而较高的位置处的顶面，
在所述燃烧室内产生的涡流的方向上，所述第一面、所述阀凹槽面、所述顶面以此顺序而连续。
9.如权利要求1至8中的任意一项所述的压燃式内燃机，其中，
所述第一燃料喷雾的所述中心轴方向上的高度位置高于所述第二燃料喷雾的高度位置。
10.如权利要求1至9中的任意一项所述的压燃式内燃机，其中，
在从所述中心轴方向进行观察的情况下，所述第一燃料喷雾与第三燃料喷雾之间的角度间隔窄于所述第二燃料喷雾与第三燃料喷雾之间的角度间隔。
11.如权利要求1至10中的任意一项所述的压燃式内燃机，其中，
在所述活塞中设置有冷却通道，所述冷却通道能够使机油沿着所述第一面而流通，
从所述第二面向径向外侧并未设置所述冷却通道。
12.如权利要求1至10中的任意一项所述的压燃式内燃机，其中，
所述活塞中设置有冷却通道，所述冷却通道能够使机油沿着所述第二面而流通，
从所述第一面向径向外侧并未设置所述冷却通道。
13.如权利要求1至12中的任意一项所述的压燃式内燃机，其中，
被喷射到所述第一面上的燃料喷雾的数量多于被喷射到所述第二面上的燃料喷雾的数量。
14.如权利要求1至13中的任意一项所述的压燃式内燃机，其中，
所述第一面包括隔着所述中心轴而对置的两个第一面，
所述第二面包括隔着所述中心轴而对置的两个第二面，
将从所述中心轴方向观察的情况下的两个所述第一面之间的最大距离设为D1，
将从所述中心轴方向观察的情况下的两个所述第二面之间的最大距离设为D2，
所述喷嘴中围绕中心轴心而等间隔地形成有多个喷孔，
当将邻接的所述喷孔之间的等角度间隔设为A(rad)时，
满足以下的数学式1以及数学式2，
(数学式1)A×D2/2＞5
(数学式2)2＞D1/D2＞1.05。
15.如权利要求1至14中的任意一项所述的压燃式内燃机，其中，
所述喷嘴包括分别喷射所述第一燃料喷雾以及第二燃料喷雾的第一喷孔以及第二喷孔，
所述第一喷孔的长度长于所述第二喷孔的长度。
16.如权利要求1至14中的任意一项所述的压燃式内燃机，其中，
所述喷嘴包括分别喷射所述第一燃料喷雾以及第二燃料喷雾的第一喷孔以及第二喷孔，
所述第一喷孔的直径大于所述第二喷孔的直径。
17.如权利要求1至16中的任意一项所述的压燃式内燃机，其中，
所述第一面与所述第二面相比面积较大。
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