CN106939842A - 燃料喷射装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及燃料喷射装置。提供一种确保均质燃烧时的性能并提高分层燃烧时的点火性及燃烧稳定性的燃料喷射装置。具有配置在气缸中心的火花塞和隔着火花塞而配置的吸排气口的发动机的燃料喷射装置构成如下:具有喷射器,其相对于火花塞向吸气口侧偏置而配置,向活塞的冠面喷射燃料喷雾;喷射控制单元,其根据发动机的运行状态使喷射器进行喷射,其中活塞具有使冠面的中央部凹陷而形成的第一凹部、以及使第一凹部中的吸气口侧的一部分区域进一步凹陷而形成的第二凹部,喷射器在发动机的压缩冲程中,向第二凹部喷射燃料喷射最后一次的燃料的50%以上,并将燃料喷射最后一次的燃料的一部分向第一凹部中的第二凹部以外的区域喷射。

Description

燃料喷射装置
技术领域
本发明涉及火花点火式的缸内燃料喷射发动机的燃料喷射装置,尤其涉及一种确保均质燃烧时的性能并提高分层燃烧时的点火性及燃烧稳定性的燃料喷射装置
背景技术
例如,在用作汽车行驶用动力源的火花点火式的缸内燃料喷射(直喷)发动机中,为了提高混合气体的点火性及燃烧稳定性,要求点火时在火花塞的周围形成混合气体浓重的区域,能够进行良好的分层燃烧。
目前,为了形成这种混合气体浓重的区域(层),提出了各种在活塞的冠面设置规定的凹凸形状,将由喷射器向冠面喷射的燃料喷雾卷起,引导至火花塞侧的方案。
例如,专利文献1记载了:为了兼顾分层燃烧性能与均匀燃烧性能,在被组合到具有2个吸气阀和2个排气阀的屋脊型燃烧室的活塞中,在一对吸气阀凹处的中央部形成实质完全圆形的凹腔燃烧室。
专利文献2记载了:为了扩大进行分层燃烧的操作区域,在活塞冠面的中央部,形成沿着与燃料喷雾轴线正交的活塞直径线延伸的碗状物(ボウル),从喷射器侧到碗状物,形成比碗状物更加凹陷的凹部。
专利文献3记载了:为了增大分层燃烧时可以点火的期间,在活塞冠面的中央部形成凹部,并在凹部的与喷射器相反的一侧的一部分上形成深度浅的棚部。
专利文献4记载了:为了改善低负荷区域的点火性等,在活塞的冠面上,形成从气缸轴线方向观看的形状实质为卵形的凹部。
专利文献5记载了:为了谋求点火延迟时的燃烧稳定化等而无需在活塞上设置深的腔体,在冠面的火花塞下设置吸气侧低、排气侧高的第一级差、以及设置在第一级差的侧方的气缸外周侧高的第二级差。
专利文献6记载了:形成从冠面的中央部到喷射器附近的活塞外周面延伸、离活塞中央部越近而越深的槽状凹部。
专利文献7记载了:形成从喷射器侧到活塞中央部侧宽度渐窄的梯形腔体。
专利文献8记载了:形成从喷射器侧到活塞中央部侧宽度渐宽的梯形腔体。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:(日本)特开平10-317973号公报
专利文献2:(日本)特开2000-130171号公报
专利文献3:(日本)特开2002-295261号公报
专利文献4:(日本)特开2006-257943号公报
专利文献5:(日本)特开2008-151020号公报
专利文献6:(日本)特开2010-96088号公报
专利文献7:(日本)特开2013-113119号公报
专利文献8:(日本)特开2013-113120号公报
发明内容
发明要解决的课题
在将火花塞配置在燃烧室的中央部且从向吸气侧偏置而配置的喷射器进行缸内喷射的直喷发动机中,例如像从冷状态的启动后的高速空转时那样,在重视混合气体的点火性和燃烧稳定性的情况下,优选通过在活塞的冠面上形成规定形状的凹部(台阶(ステップ)),并且从喷射器向凹部内喷射燃料并向火花塞侧卷起,从而在火花塞周围形成浓重的混合气体,进行分层燃烧。
另一方面,在暖机结束后的通常行驶时和节气门全开时等的高负荷区域中,气缸内的气体流动变得活跃,主要进行所谓的均质燃烧,因此,期望极力使气缸内的空燃比均等,以避免局部变稀薄并产生燃烧不稳定的区域。
本发明的课题在于,提供一种确保均质燃烧时的性能并提高分层燃烧时的点火性及燃烧稳定性的燃料喷射装置。
本发明通过如下解决手段来解决上述课题。
第一方面涉及的发明是一种燃料喷射装置,其特征在于,设置在发动机上,所述发动机具有:活塞;插入有所述活塞的气缸;配置在所述气缸的中心轴附近的火花塞;以及隔着所述火花塞而配置的吸气口和排气口,其中所述燃料喷射装置具有:喷射器,其相对于所述火花塞向所述吸气口侧偏置而配置,向所述活塞的冠面喷射燃料喷雾;以及喷射控制单元,其按照根据所述发动机的运行状态设置的燃料喷射量及燃料喷射时间,使所述喷射器进行喷射,其中,所述活塞具有使冠面的中央部凹陷而形成的第一凹部、以及使所述第一凹部中的所述喷射器侧的一部分区域相对于所述第一凹部进一步凹陷而形成的第二凹部,所述喷射器在所述发动机的压缩冲程中,向所述第二凹部喷射燃料喷射最后一次的燃料的50%以上,并将所述燃料喷射最后一次的燃料的一部分向所述第一凹部中的所述第二凹部以外的区域喷射。
需要说明的是,在说明书及专利权利要求书的范围中,当在一个燃烧周期中进行多次燃料喷射时,“燃料喷射最后一次”是指一系列的喷射中最后进行的喷射;当在一次燃烧中进行一次燃料喷射时,“燃料喷射最后一次”是指该喷射。
由此,通过将燃料喷射最后一次的燃料的50%以上向第二凹部喷射,能够使该燃料喷雾的流动在第二凹部中向火花塞侧偏离,在火花塞的周围形成足够浓重的混合气体,提高分层燃烧时的点火性、燃烧稳定性。
另一方面,通过将燃料喷射最后一次的一部分燃料向第一凹部喷射,能够提高发动机通常运行时和高负荷运行时进行的均质燃烧中的混合气体的均质性。
另外,通过将向第二凹部以外喷射的燃料向第一凹部喷射,能够降低燃料向气缸壁面的附着,防止废气中的HC等增加和油的由燃料引起的稀释。
第二方面涉及的发明是根据第一方面所述的燃料喷射装置,其特征在于,所述喷射器为形成由燃料喷雾组成的呈放射状进行的多束的多孔喷射器,在所述发动机的压缩冲程中进行的所述燃料喷射最后一次中,将所述多束中的半数以上的束向所述第二凹部喷射,并将至少1束向所述第一凹部中的所述第二凹部以外的区域喷射。
第三方面涉及的发明是根据第二方面所述的燃料喷射装置,其特征在于,所述喷射器在所述发动机的压缩冲程中进行的所述燃料喷射最后一次中,将沿着包含连结所述喷射器和所述火花塞的直线以及所述气缸的中心轴的平面进行的至少1束、和相对于所述平面实质对称地进行的至少1对的束向所述第二凹部喷射。
通过上述各发明,可以切实地获得上述效果。
第四方面涉及的发明是根据第一至第三方面中任一方面所述的燃料喷射装置,其特征在于,所述第二凹部的外周缘部遍及全周地相对于所述冠面的其他部分设置有级差(段差),并且具有以从气缸轴线方向观看时与连结所述喷射器和所述火花塞的直线实质平行的方式笔直形成的一对侧边部。
由此,从喷射器喷射的燃料喷雾(随着时间的经过,燃料汽化,变成空燃比浓重的混合气层)在与活塞冠面碰撞后,通过笔直地形成有侧边部的凹部被直进状地引导至火花塞侧,之后被卷起到气缸盖侧,高效地集中在火花塞的周围。
另外,通过在凹部的外周缘部遍及全周地形成有段部,可以抑制燃料喷雾从凹部的外周缘部漏出以及向远离火花塞的方向偏离。
通过这些效果,可以使火花塞周围的空燃比浓重化,提高点火性。另外,可以扩大火花塞周围的空燃比浓重的区域,提高燃烧稳定性。
发明效果
如上所述,通过本发明,能够提供一种确保均质燃烧时的性能并提高分层燃烧时的点火性及燃烧稳定性的燃料喷射装置。
附图说明
图1是设置有应用了本发明的燃料喷射装置的实施例1的发动机的活塞的外观立体图;
图2是从气缸轴线方向观看图1的活塞冠面的图;
图3是图2的III-III部箭视剖面图;
图4是图2的IV-IV部箭视剖面图;
图5是图2的V-V部箭视剖面图;
图6是将实施例1中的混合气体的行迹模拟结果以时间序列表示的图;
图7为表示在本发明的实施例1、实施例2以及比较例的燃料喷射装置中,燃料喷雾(束)与活塞冠面碰撞的位置的图;
图8是表示具有实施例1、实施例2以及比较例的燃料喷射装置的发动机中的火花塞周围的空燃比的图表。
符号说明
1 活塞 10 外周面
100 冠面 110 吸气侧斜面
111 吸气阀凹处 120 排气侧斜面
121 排气阀凹处 130 吸气侧挤压部
140 排气侧挤压部 150 腔体
160 台阶 161 底面部
162 中央侧台阶 163 外径侧台阶
164 笔直导向台阶
200 燃烧室 210 火花塞
220 喷射器 P1~P4 燃料喷雾的碰撞部位
具体实施方式
本发明通过如下方式来解决提供一种确保均质燃烧时的性能并提高分层燃烧时的点火性及燃烧稳定性的燃料喷射装置的课题,即,在形成有具有在活塞1的冠面100上强化气体流动功能的第一凹部(腔体)150、以及具有将燃料向火花塞210侧卷起并在火花塞周围形成浓重的混合气体功能的第二凹部(台阶)160的发动机上设置的燃料喷射装置中,将燃料喷射最后一次所喷射的燃料量的50%以上向台阶内喷射,并将一部分燃料向腔体内喷射。
下面,对应用了本发明的燃料喷射装置的实施例1进行说明。
实施例1的燃料喷射装置,例如用于作为轿车等汽车的行驶用动力源而使用的汽油缸内燃料喷射(直喷)发动机。
发动机具有将每个气缸的2个吸气阀、2个排气阀按照规定的阀夹角排列构成的屋脊型燃烧室200(参考图6等)。
燃烧室200在其中央部(缸膛轴心附近)具有火花塞(spark plug)210。
另外,燃烧室200具有喷嘴部从一对吸气口的间隔插入燃烧室200内的多孔喷射器220。
喷射器220向处于压缩冲程后期的活塞1的冠面100喷射多个燃料喷雾(束)。
喷射器220将例如6条束以各束的燃料量实质相同的方式喷射。
喷射器220根据由未图示的综合控制发动机及其辅机类的发动机控制单元(ECU)基于发动机的转速、负荷状态、暖机状态等而设置的燃料喷射量以及燃料喷射时间,由ECU提供开启信号,进行燃料喷射。
当1个周期的燃料喷射进行多次时,ECU就每次的喷射设置各自的燃料喷射量以及燃料喷射时间。
ECU作为本发明的喷射控制单元发挥功能。
图1是设置有实施例1的燃料喷射装置的发动机的活塞的外观立体图。
图2是从气缸轴线方向观看图1的活塞冠面的图。
图3是图2的III-III部箭视剖面图。
图4是图2的IV-IV部箭视剖面图。
图5是图2的V-V部箭视剖面图。
活塞1,例如在铸造或锻造铝系合金以形成大致的形状后,进行规定的机械加工及表面处理而形成。
活塞1具有实质上形成为圆筒外面状的外周面10、以及作为气缸盖侧的端面的冠面100等而构成。
外周面10是与气缸的内周面相对而配置,且相对于其滑动的面部,且形成有周向槽,所述周向槽嵌入有未图示的活塞环、油环等。
冠面100是与未图示的气缸盖等协作以构成发动机燃烧室的圆盘状的面部。
冠面100上一体形成有吸气侧斜面110、排气侧斜面120、吸气侧挤压部130、排气侧挤压部140、腔体150、台阶160等。
吸气侧斜面110、排气侧斜面120是分别与未图示的吸气阀、排气阀的伞状阀体相对而配置的实质平面状的面部,大致沿曲轴方向延伸。
吸气侧斜面110、排气侧斜面120以在膛中央侧向气缸盖侧突出的方式,相对于与膛中心轴正交的平面倾斜而配置,使得与屋脊型燃烧室200的形状相适合。
吸气侧斜面110的与排气侧斜面120相对的一侧的端部上,形成有吸气阀凹处111。
排气侧斜面120的与吸气侧斜面110相对的一侧的端部上,形成有排气阀凹处121。
吸气阀凹处111、排气阀凹处121是为了避免向吸气阀及排气阀的冠面100的干涉而形成的凹部,与各阀的配置相对应,沿着曲轴线方向分别排列在两处。
吸气侧挤压部130、排气侧挤压部140,是以当活塞1位于上死点附近时,与气缸盖侧的面部隔开微小间隔而相对的方式形成的面部。
各挤压部130、140在活塞1接近压缩上死点时,形成向燃烧室200的中央侧吹出的挤压流,激活气体流动。
吸气侧挤压部130从与吸气阀凹处111相邻的区域,横跨冠面100的外周缘部而形成。
排气侧挤压部140从与排气阀凹处121相邻的区域,横跨冠面100的外周缘部而形成。
吸气侧挤压部130、排气侧挤压部140形成为与缸膛轴线实质正交的平面状。
腔体150是设置在冠面100中央部的面部。
腔体150相对于吸气侧斜面110、排气侧斜面120、吸气侧挤压部130、排气侧挤压部140等冠面的其他部分凹陷而形成。
腔体150的主要部分沿着与缸膛轴线实质正交的平面形成。
腔体150使由吸气侧斜面110及排气侧斜面120等形成的屋脊型形状的中央部凹陷而形成。
如图2等所示,从缸膛轴线方向观看腔体150的平面形状,形成为具有实质沿曲轴方向的长轴方向的椭圆状。
腔体150以相对于吸气侧挤压部130、排气侧挤压部140略成为曲柄侧的形式深进而配置。
腔体150的外周缘部通过平缓的凹曲面与其他面部连接。
腔体150为本发明的第一凹部,具有加强气缸内气体流动的功能。
台阶160是从冠面100的中央部到吸气侧挤压部130,相对于其他面部凹陷而形成的部分。
如图2等所示,从缸膛轴线方向观看时,台阶160形成为具有实质沿着连结在缸膛中央上配置的火花塞和喷射器的方向的长度方向的长圆状。
台阶160为本发明的第二凹部,具有使从喷射器220喷射的燃料喷雾的行进方向向气缸盖侧偏离并在火花塞210的周围形成浓重的混合气体的功能。
台阶160具有底面部161、中央侧台阶162、外径侧台阶163、笔直导向台阶164。
底面部161是在台阶160的最深部形成的实质平坦的面部。
底面部161形成为实质平行于与缸膛轴线正交的平面的平面状。
底面部161相对于台阶160的周围的腔体150的主要部分,以规定尺寸向曲柄侧凹陷而形成。
中央侧台阶162、外径侧台阶163、笔直导向台阶164是沿着台阶160的外周缘部遍及全周地连续形成的段状部分。
中央侧台阶162、外径侧台阶163、笔直导向台阶164从底面部161向气缸盖侧立起而形成,与底面部161的连接部形成为凹曲面状。
另一方面,中央侧台阶162、外径侧台阶163、笔直导向台阶164的气缸盖侧的端部以在与其他面部之间形成锋利的边缘的形式连接。
中央侧台阶162构成台阶160的膛中心侧(火花塞210侧)的端部。
中央侧台阶162配置在腔体150的中央部,从缸膛轴线方向观看的平面形实质形成为以排气侧为凸状的形式配置的中心角180°的圆弧状。
中央侧台阶162从缸膛轴线方向观看时,配置为其内径侧包含火花塞210。
外径侧台阶163构成台阶160的膛外径侧(喷射器220侧)的端部。
外径侧台阶163横跨吸气侧斜面110及吸气侧挤压部130而形成,从缸膛轴线方向观看的平面形实质形成为以吸气侧为凸状的形式配置的中心角180°的圆弧状。
笔直导向台阶164是平行设置的一对侧边部(各圆弧的共同外接线),以分别将中央侧台阶162的两端部和外径侧台阶163的两端部之间直线连接。
笔直导向台阶164从缸膛轴线方向观看时,配置为实质与连接火花塞210和喷射器220的直线平行。
图2中,用虚线圆圈表示喷射器220形成的燃料喷雾与冠面100的碰撞部位P1~P4。
在此,碰撞部位P1~P4表示在1个燃烧周期中进行多次燃料喷射时,在压缩冲程的后期最后进行的喷射(燃料喷射最后一次)中的碰撞部位。
另外,1个燃烧周期中通过1次燃料喷射进行分层燃烧或弱分层燃烧(介于分层燃烧与均质燃烧之间的状态)时,也为相同的碰撞部位。
如图2所示,喷射器220例如为形成6条束状的燃料喷雾的多孔喷射器,其中5条的碰撞部位P1、P2、P3设置在台阶160内。
在这5条燃料喷雾的碰撞部位P1~P3中,1条的碰撞部位P1设置在与外径侧台阶163的膛外径侧的端部相邻的区域。
另外,一对碰撞部位P2和一对碰撞部位P3在与各笔直导向台阶164相邻的区域分别设置有2处。
碰撞部位P2、P3以相对于包含连结喷射器220(喷孔部)与火花塞210(电极部)的直线和气缸的中心轴的平面,实质面对称的形式分别配置有一对。
从喷射器220到碰撞部位P2、P3的燃料喷雾,相对于该平面实质对称地进行。
碰撞部位P2配置在笔直导向台阶164的在长度方向上离碰撞部位P1近的一侧(外径侧台阶163侧)。
碰撞部位P3配置在笔直导向台阶164的在长度方向上离碰撞部位P1远的一侧(中央侧台阶162侧)。
另外,另1条燃料喷雾的碰撞部位P4设置在为腔体150的内部,并从中央侧台阶162向外径侧脱离的部位。
碰撞部位P1、P4配置在包含实质连结喷射器220与火花塞210的直线和气缸的中心轴的平面上。
从喷射器220到碰撞部位P1、P4的燃料喷雾的束,实质沿着该平面进行。
如此,喷入台阶160内部的燃料喷雾沿着台阶160的内面被引导至缸膛中央侧,被中央侧台阶162的凹曲面向气缸盖侧卷起,在点火时期之前在火花塞210的周围形成空燃比浓重的区域。
图6(a)~图6(c)是将实施例1中的混合气体的行迹模拟结果以时间序列表示的图。
图6(a)、图6(b)、图6(c)分别表示作为曲柄转角的压缩上死点前A°、压缩上死点前B°、压缩上死点后C°(其中,A°>B°>C°,C°为点火时期)中的与曲轴旋转轴正交的膛中心截面,图中颜色越深,表示混合气体越浓重。
在实施例1中,通过设置笔直导向台阶164,可以抑制燃料喷雾从台阶160的吸气侧漏出,并有效地将其引导至缸膛中央侧,在中央侧台阶162中向气缸盖侧卷起。
其结果,如图6(c)所示,可以从火花塞210的周围到吸气侧连续形成浓重的混合气体的区域,能够提高点火性及燃烧稳定性。
下面,将上述本发明实施例1的燃料喷射装置的效果与以下说明的本发明实施例2的燃料喷射装置以及作为本发明比较例的燃料喷射装置进行对比说明。
需要说明的是,关于实施例2、比较例,对与上述实施例1实质相同的部位附带相同符号并省略说明,主要对不同点进行说明。
图7为表示在实施例1、实施例2以及比较例的燃料喷射装置中,燃料喷雾(束)与活塞冠面碰撞的位置的图。
图7(a)、图7(b)、图7(c)分别表示实施例1、实施例2、比较例中的碰撞部位P1~P4。
图7(b)所示的实施例2是将一对碰撞部位P2的间隔相对于实施例1向曲轴方向(图7中的水平方向)扩大,将碰撞部位P2从笔直导向台阶164脱离,配置在台阶160的外侧且腔体150的内部。
图7(c)所示的比较例是将碰撞部位P2、P3的间隔相对于实施例1向曲轴方向扩大,将碰撞部位P2、P3从笔直导向台阶164脱离,同时配置在台阶160的外侧且腔体150的内部。
图8是表示具有实施例1、实施例2以及比较例的燃料喷射装置的发动机中的火花塞周围的空燃比(模拟结果)的图表。
图8中,纵轴表示点火时间前的空燃比(A/F),上方表示稀薄,下方表示浓重。
如图8所示,在向台阶160内喷射5/6条束(燃料喷射最后一次的喷射量的约83%)的实施例1、以及喷射3/6条束(燃料喷射最后一次的喷射量的约50%)的实施例2中,可以在火花塞210周围获得能够确保燃烧稳定性、点火性的容许范围内的空燃比。
由此可知,如果将至少为燃料喷射最后一次的燃料喷射量的50%以上的燃料向台阶160内喷射,则可以充分地使火花塞210周围的混合气体变得浓重。
同时可知,在向台阶160内喷射1/6条束(燃料喷射最后一次的喷射量的约17%)的比较例中,分层化不充分,且火花塞210周围的空燃比相对于容许范围是稀薄的,难以确保燃烧稳定性、点火性。
如上所述,利用本发明实施例1、2,通过向具有笔直导向台阶164的台阶160的内部喷射燃料喷射最后一次的燃料喷射量的50%以上,可以在火花塞210的周围形成足够浓重的混合气体,能够确保混合气体的点火性和燃烧稳定性。
另外,将一部分燃料向加强气缸内气体流动的腔体150的内部且台阶160的外部喷射,让该燃料伴随形成在气缸内并在腔体150中被加强的滚流等气体流动,由此,即使在发动机的通常运行时或高负荷运行时所进行的均质燃烧中,也可以确保混合气体的均质性并进行良好的燃烧。
再者,通过将向台阶160以外喷射的燃料向腔体150的内部喷射,可以抑制燃料向气缸壁面的附着,抑制废气中的HC等,并防止燃料引起的油稀释。
(变形例)
本发明不限于以上说明的实施例,可以进行各种变形和变更,这些变形和变更也在本发明的技术范围内。
例如,活塞冠面的各部位的形状、尺寸、配置等不限于上述实施例的构成,可以适当变更。
另外,喷射器喷出燃料时的束数和配置,也可以在权利要求书范围规定的事项范围内适当变更。
此外,本发明不限于汽油发动机,也可用于向燃烧室内喷雾液体燃料以形成混合气体并进行火花点火的其他燃料的发动机。

Claims (4)

1.一种燃料喷射装置,其特征在于,所述燃料喷射装置设置在发动机上,所述发动机具有:
活塞;
气缸,其插入有所述活塞;
火花塞,其配置在所述气缸的中心轴附近;以及
吸气口和排气口,所述吸气口和排气口隔着所述火花塞而配置,
其中,所述燃料喷射装置具有:
喷射器,其相对于所述火花塞向所述吸气口侧偏置而配置,向所述活塞的冠面喷射燃料喷雾;以及
喷射控制单元,其按照根据所述发动机的运行状态设置的燃料喷射量及燃料喷射时间,使所述喷射器进行喷射,
其中,所述活塞具有使冠面的中央部凹陷而形成的第一凹部、以及使所述第一凹部中的所述喷射器侧的一部分区域相对于所述第一凹部进一步凹陷而形成的第二凹部,
所述喷射器在所述发动机的压缩冲程中,向所述第二凹部喷射燃料喷射最后一次的燃料的50%以上,并将所述燃料喷射最后一次的燃料的一部分向所述第一凹部中的所述第二凹部以外的区域喷射。
2.根据权利要求1所述的燃料喷射装置,其特征在于,
所述喷射器为形成由燃料喷雾组成的呈放射状前进的多束的多孔喷射器,在所述发动机的压缩冲程中进行的所述燃料喷射最后一次中,将所述多束中的半数以上的束向所述第二凹部喷射,并将至少1束向所述第一凹部中的所述第二凹部以外的区域喷射。
3.根据权利要求2所述的燃料喷射装置,其特征在于,
所述喷射器在所述发动机的压缩冲程中进行的所述燃料喷射最后一次中,将沿着包含连结所述喷射器和所述火花塞的直线以及所述气缸的中心轴的平面进行的至少1束、和相对于所述平面实质对称地进行的至少1对的束向所述第二凹部喷射。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的燃料喷射装置,其特征在于,
所述第二凹部的外周缘部遍及全周地相对于所述冠面的其他部分设置有级差,并且具有以从气缸轴线方向观看时与连结所述喷射器和所述火花塞的直线实质平行的方式笔直形成的一对侧边部。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112196662A (zh) * 2020-12-03 2021-01-08 潍柴动力股份有限公司 一种燃烧室与一种燃气发动机
CN114017190A (zh) * 2021-10-09 2022-02-08 浙江吉利控股集团有限公司 一种发动机的燃烧系统、发动机和汽车

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6323684B2 (ja) * 2015-06-03 2018-05-16 マツダ株式会社 エンジンの制御装置
JP6323683B2 (ja) * 2015-06-03 2018-05-16 マツダ株式会社 エンジンの制御装置
DE102016000894B3 (de) * 2016-01-28 2016-12-01 L'orange Gmbh Brenngas-Injektoranordnung und Verfahren
WO2018025538A1 (ja) 2016-08-01 2018-02-08 三菱マテリアル株式会社 絶縁膜
US10465629B2 (en) * 2017-03-30 2019-11-05 Quest Engines, LLC Internal combustion engine having piston with deflector channels and complementary cylinder head
CN110709593A (zh) 2017-06-02 2020-01-17 马自达汽车株式会社 发动机的燃烧室结构
JP6565999B2 (ja) 2017-06-02 2019-08-28 マツダ株式会社 エンジン
WO2018221638A1 (ja) 2017-06-02 2018-12-06 マツダ株式会社 エンジンの燃焼室構造
JP6566000B2 (ja) 2017-06-02 2019-08-28 マツダ株式会社 エンジン
JP6946944B2 (ja) * 2017-11-01 2021-10-13 スズキ株式会社 内燃機関の燃焼室構造
US10865734B2 (en) 2017-12-06 2020-12-15 Ai Alpine Us Bidco Inc Piston assembly with offset tight land profile
JP7180304B2 (ja) * 2018-11-16 2022-11-30 マツダ株式会社 エンジンの燃焼室構造

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000130171A (ja) * 1998-10-28 2000-05-09 Nissan Motor Co Ltd 直噴火花点火式内燃機関
JP2002295261A (ja) * 2001-03-30 2002-10-09 Mazda Motor Corp 火花点火式直噴エンジン
US7770556B2 (en) * 2007-07-24 2010-08-10 Hitachi, Ltd. Multi-hole injector, in-cylinder gasoline injection type internal combustion engine and control method for the engine
CN103133123A (zh) * 2011-11-25 2013-06-05 本田技研工业株式会社 内燃机
CN103133121A (zh) * 2011-11-25 2013-06-05 本田技研工业株式会社 内燃机
JP2015021389A (ja) * 2013-07-16 2015-02-02 富士重工業株式会社 燃料噴射制御装置

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3246392B2 (ja) 1997-05-23 2002-01-15 日産自動車株式会社 筒内噴射式内燃機関のピストン
US6725828B1 (en) * 2003-06-17 2004-04-27 Ford Global Technologies, Llc Vortex-induced stratification combustion for direct injection spark ignition engines
JP2006257943A (ja) 2005-03-16 2006-09-28 Mazda Motor Corp 火花点火式直噴エンジン
US8424501B2 (en) * 2006-12-07 2013-04-23 Contour Hardening, Inc. Induction driven ignition system
JP2008151020A (ja) 2006-12-18 2008-07-03 Hitachi Ltd 段差を備えたピストンを有した筒内噴射エンジンと制御装置
JP4582217B2 (ja) * 2008-07-17 2010-11-17 マツダ株式会社 火花点火式直噴エンジン
JP5146248B2 (ja) 2008-10-16 2013-02-20 三菱自動車工業株式会社 筒内直接噴射式内燃機関

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000130171A (ja) * 1998-10-28 2000-05-09 Nissan Motor Co Ltd 直噴火花点火式内燃機関
JP2002295261A (ja) * 2001-03-30 2002-10-09 Mazda Motor Corp 火花点火式直噴エンジン
US7770556B2 (en) * 2007-07-24 2010-08-10 Hitachi, Ltd. Multi-hole injector, in-cylinder gasoline injection type internal combustion engine and control method for the engine
CN103133123A (zh) * 2011-11-25 2013-06-05 本田技研工业株式会社 内燃机
CN103133121A (zh) * 2011-11-25 2013-06-05 本田技研工业株式会社 内燃机
JP2015021389A (ja) * 2013-07-16 2015-02-02 富士重工業株式会社 燃料噴射制御装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112196662A (zh) * 2020-12-03 2021-01-08 潍柴动力股份有限公司 一种燃烧室与一种燃气发动机
CN112196662B (zh) * 2020-12-03 2021-04-16 潍柴动力股份有限公司 一种燃烧室与一种燃气发动机
CN114017190A (zh) * 2021-10-09 2022-02-08 浙江吉利控股集团有限公司 一种发动机的燃烧系统、发动机和汽车

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017057816A (ja) 2017-03-23
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US9951713B2 (en) 2018-04-24
US20170082058A1 (en) 2017-03-23

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