CN107110004B - 直喷发动机的燃烧室构造 - Google Patents

Abstract

燃料喷射阀(6)设置在气缸盖(13)的天棚部(170)。放电电极(火花塞(7)的顶端部与该燃料喷射阀(6)的喷射阀顶端相邻而设。在天棚部形成有收纳放电电极的顶端部的凹部(131)。形成在活塞(16)上的空腔(163)的中心偏离气缸的缸径中心。在沿通过燃料喷射阀的喷射阀顶端和放电电极的顶端部的平面将燃烧室(17)切开后而形成的纵向断面上，夹着喷射阀顶端设置有放电电极一侧的空腔的壁面形状和相反一侧的空腔的壁面形状构成为：保证该夹着喷射阀顶端设置有放电电极一侧的空腔的壁面与喷射阀顶端之间的距离比该相反一侧的空腔的壁面与喷射阀顶端之间的距离长。

Description

直喷发动机的燃烧室构造

技术领域

这里公开的技术涉及一种直喷发动机的燃烧室构造。

背景技术

专利文献1中记载有以下火花点火式直喷发动机，该火花点火式直喷发动机将燃料喷向由活塞顶面凹陷而成的空腔构成的燃烧室内。该直喷发动机通过向引入气缸内的进气中添加臭氧而提前开始燃烧。火焰伴随着从设置在气缸的缸径中心上的燃料喷射阀雾状喷射出的燃料飞翔而从燃烧室的中心部位朝着外周部位扩大。在该火焰到达空腔的壁面以前让燃烧结束。这样一来，就会在燃烧室(亦即，空腔内)中心部位的燃烧气体和空腔的壁面之间形成不参与燃烧的气体层，因此而能够大幅度地减少冷却损失。专利文献1中所记载的直喷发动机的几何压缩比比较高，在15以上，这与冷却损失的减少相配合，热效率就会大幅度地提高。

虽然专利文献2中记载的不是专利文献1中所记载的减少冷却损失这样的技术，但专利文献2中记载了以下技术内容：将燃料喷射阀设置在气缸盖的天棚部的排气侧，将通过非平衡等离子体放电生成原子团的活性种生成装置设置在气缸盖的天棚部的进气侧，且让该活性种生成装置与燃料喷射阀相邻。活性种生成装置构成为：在从燃烧室进去的点火室内生成原子团。伴随着与活性种生成装置相邻的燃料喷射阀喷射燃料会产生气流，该发动机利用该气流在点火室的开口部附近产生负压，并将在点火室内生成的原子团引出来并送到燃烧室内。

虽然与专利文献2一样，专利文献3中记载的也不是减少冷却损失的技术，但专利文献3中记载了以下技术内容：将燃料喷射阀设置在气缸盖天棚部的排气侧，将火花塞设置在气缸盖天棚部的进气侧，且让该火花塞与燃料喷射阀相邻。该发动机借助燃料喷射阀在主喷射结束以后进行二次喷射，也就是说，将燃料喷射到火花塞的放电间隙周围，而使火花塞所需要的二次电压降低。

专利文献1：日本公开专利公报特开2013-194712号公报

专利文献2：日本公开专利公报特开2010-37948号公报

专利文献3：日本公开专利公报特开2010-270696号公报

发明内容

－发明要解决的技术问题－

本案申请人提出了与专利文献1中所记载的技术不同的减少冷却损失的技术(例如日本公开专利公报特开2015-102004号公报)：在压缩行程的后半期向燃烧室内喷射燃料且对此时的燃料喷射方式做改进，由此而在燃烧室内的中心部位形成混合气层，在该混合气层的周围形成绝热气体层，在该状态下才让混合气燃烧。需要说明的是，这里所说的混合气层是由可燃混合气构成与形成的层，可燃混合气例如可以是当量比φ＝0.1以上的混合气。通过在燃烧室内形成混合气层和包围该混合气层的绝热气体层，由绝热气体层抑制燃烧气体和壁面接触。因此，与专利文献1中所记载的技术一样，能够大幅度地减少冷却损失。

该在先申请中所提出的技术与专利文献1中所记载的技术一样，也是将发动机的几何压缩比设定在15以上。这里，为提高几何压缩比，有利的做法是尽量减小形成在活塞顶面上的空腔的容积。

另一方面，在先申请中提出的技术必须防止燃料喷射阀喷射出的雾状燃料接触燃烧室的壁面，亦即空腔的壁面。于是，在以规定的喷射角从喷射阀顶端均匀地喷射燃料这样的前提下，将燃料喷射阀的阀轴心设置成沿着气缸的轴心与气缸的轴心一致，让空腔呈相对于燃料喷射阀的喷射轴心对称的形状，让该空腔对着该燃料喷射阀的喷射阀顶端。上述做法对于尽量减小空腔的容量却又防止雾状燃料与空腔壁面接触是有效的。

这里，上述专利文献2、专利文献3中没有记载，但是，当将燃料喷射阀与火花塞或者活性种生成装置这样的放电电极相邻着设置在气缸盖的天棚部时，理想做法是：将放电电极的顶端部收纳在气缸盖的天棚面凹陷而成的凹部内。这样做，能够避免以规定的喷射角从燃料喷射阀例如锥状喷射出的燃料直接附着在放电电极的顶端部，从而确保放电电极的可靠性。

但是，从本申请发明人等所做的研究工作判断得知：在与燃料喷射阀的喷射阀顶端相邻着形成天棚面凹陷而成的凹部的情况下，在形成有凹部的部位，以规定的喷射角从该喷射阀顶端喷射出的雾状燃料的飞翔距离会变长，雾状燃料容易与空腔壁面接触。

这里所公开的技术正是鉴于上述各点而完成的。其目的在于：在由空腔构成的燃烧室内形成混合气层和绝热气体层的直喷发动机，即使以规定的喷射角喷射出的雾状燃料在特定方向上的飞翔距离变长，也能够抑制雾状燃料与空腔的壁面接触。

－用于解决技术问题的技术方案－

首先，参照图8进一步详细地说明以规定的喷射角从燃料喷射阀喷射出的雾状燃料在特定方向上飞翔距离变长的机理。图8示出隔出来一个燃烧室17的气缸盖13的天棚部。例如外开阀式燃料喷射阀6和放电电极7排列着设置在天棚部且气缸的缸径中心附近。燃料喷射阀6并不限于外开阀式喷射阀，只要是以规定的喷射角喷射燃料的燃料喷射阀即可。图例中，放电电极7在其顶端部具有中心电极和接地电极，该放电电极7是一种通过在中心电极和接地电极之间进行放电而将混合气点火的火花塞。但放电电极7并不限于火花塞。放电电极7还可以是放电塞，即在放电电极7的顶端部具有在与气缸盖13或气缸体电绝缘的状态下突出到燃烧室17内的电极，通过将受到控制的脉冲状高电压施加到该电极上，在燃烧室17内产生极短的脉冲放电(流光放电)，省略图示。将放电塞安装到发动机上来取代将火花塞安装到发动机上，便能够在燃烧室17内产生臭氧。

燃料喷射阀6和放电电极7的排列方向并没有特别的限制，既可以是发动机输出轴方向，又可以是与发动机输出轴方向不同的方向(包括与发动机输出轴正交的进排气方向)。图示为燃料喷射阀6和放电电极7排列在发动机输出轴方向上之例。也就是说，图8示出的是沿通过燃料喷射阀6的喷射阀顶端和放电电极7的顶端部的平面将燃烧室17切开后而形成的纵向断面，该纵向断面相当于沿与发动机输出轴方向平行的平面切开的纵向断面。燃料喷射阀6被设置成其阀轴心与气缸的轴线(图8中纸面上下方向)平行。相对于此，放电电极7以其顶端部靠近燃料喷射阀6的方向倾斜于气缸的轴线的方式设置好。

这里，从确保放电电极7的可靠性的观点出发，放电电极7的顶端部(特别是，顶端的绝缘部分)被收纳在天棚面凹陷而成的凹部131内。图例中，燃料喷射阀6的喷射阀顶端也被收纳在天棚面凹陷而成的凹部132内，喷射阀顶端不突出到燃烧室17内，以保证燃料喷射阀6的喷射阀顶端的温度不会过高。因为燃料喷射阀6的喷射阀顶端和放电电极7的顶端部相邻，所以两个凹部131、132各自有一部分彼此重叠，两个凹部131、132彼此相连(参看图8中的双点划线)。

燃料喷射阀6以规定的喷射角从其喷射阀顶端喷射燃料。外开阀式燃料喷射阀6从其喷射阀顶端空心锥状地喷射出燃料。在喷射出的雾状燃料的外围，由于该雾状燃料流动而产生涡流。涡流的朝向是雾状燃料朝着外侧往上卷去，如图8中箭头所示，涡流从雾状燃料的喷射方向的前端侧返回基端侧以后，流入雾状燃料内而从基端侧朝着前端侧挤雾状燃料。

如上所述，在燃料喷射阀6的喷射阀顶端附近形成凹部131来收纳放电电极7的顶端部。因此，当以喷射阀顶端为中心观看时，在形成有该凹部131的部位，雾状燃料的外围空间相对较宽(图8中，相当于以喷射阀顶端为基准纸面右侧部位)，而在未形成有凹部131的部位，雾状燃料的外围空间相对较窄(图8中，相当于以喷射阀顶端为基准纸面左侧部位)。雾状燃料的外围空间相对较窄的部位，由于涡流而流入雾状燃料内的气体(亦即，燃烧室17内的空气)较少，因此气流不会那么强烈地朝着喷射方向的前端侧挤雾状燃料。然而，雾状燃料的外围空间相对较宽的部位，由于涡流而流入雾状燃料内的气体增多，该气体就会强烈地朝着喷射方向的前端侧挤雾状燃料。其结果是，在雾状燃料的外围空间相对较宽的部位雾状燃料的穿透力比雾状燃料的外围空间相对较窄的部位强。因此，会认为：如图8中空心箭头所示，在雾状燃料的外围空间相对较宽的部位，雾状燃料的飞翔距离更长。需要说明的是，与图8不同，在燃料喷射阀6的喷射阀顶端未收纳在凹部132内的构成方式下，只要放电电极7的顶端部收纳在凹部131内，就会在雾状燃料的外围形成空间相对较宽的部位和空间相对较窄的部位。

燃烧室17内，不仅伴随着燃料喷射会产生气流，伴随着活塞接近压缩上止点，也会产生从燃烧室17的外周部位指向中心部位的挤流。在雾状燃料的外围空间相对较宽的部位，该挤流导致的气体流入量相对增多，故会更加强烈地朝着喷射方向的前端侧挤上述雾状燃料。

这样一来，在雾状燃料的外围空间相对较宽的部位，起因于喷射燃料时所产生的气流(与挤流)，在压缩行程的后半期喷射出的雾状燃料就会有一部分与形成在活塞顶面上的空腔的壁面接触。其结果是，在该部位就不会在混合气层的周围形成绝热气体层。

特别是，在为提高几何压缩比而形成小容积空腔时，燃料喷射阀6的喷射阀顶端和空腔壁面之间的距离会变得较近，故雾状燃料易于接触空腔的壁面。不仅如此，伴随着空腔的减小，挤流区域增大，故挤流会增强，故会更加强烈地朝着喷射方向的前端侧挤上述雾状燃料。其结果是，雾状燃料的一部分易于与空腔的壁面接触。

这里公开的技术是本申请发明人等找到上述问题后才完成的。空腔壁面的形状基本上以燃料喷射阀的喷射阀顶端为中心而对称。但是，这里公开的技术，是让与喷射出的雾状燃料的外围空间相对较宽的部位相对应的空腔的壁面远离喷射阀顶端，故意使空腔的形状相对于燃料喷射阀的喷射阀顶端不对称，由此来防止雾状燃料与空腔的壁面接触。

具体而言，这里所公开的技术涉及一种直喷发动机的燃烧室构造，其包括：活塞、气缸盖的天棚部、燃料喷射阀以及放电电极。所述活塞插在气缸内且具有该活塞的顶面凹陷而成的空腔；所述气缸盖的天棚部具有天棚面，该天棚面与所述气缸的内周面和所述活塞的所述顶面共同隔离出一个燃烧室；所述燃料喷射阀以喷射阀顶端面向所述燃烧室内的方式设置在所述气缸盖的所述天棚部，且所述燃料喷射阀构成为：以规定的喷射角从所述喷射阀顶端朝着所述空腔喷射燃料；所述放电电极的在所述气缸盖的所述天棚部面向所述燃烧室内的顶端部与所述燃料喷射阀的所述喷射阀顶端相邻而设。

收纳所述放电电极的所述顶端部的凹部，在所述气缸盖的所述天棚部且与所述燃料喷射阀的所述喷射阀顶端相邻的位置由所述气缸盖的所述天棚部的所述天棚面凹陷而成。所述空腔的中心偏离所述气缸的缸径中心，在沿通过所述燃料喷射阀的所述喷射阀顶端和所述放电电极的所述顶端部的平面将所述燃烧室切开后而形成的纵向断面上，夹着所述燃料喷射阀的所述喷射阀顶端设置有所述放电电极一侧的所述空腔的壁面形状和夹着所述喷射阀顶端且相反一侧的所述空腔的壁面形状构成为：保证该夹着所述燃料喷射阀的所述喷射阀顶端设置有所述放电电极一侧的所述空腔的壁面与所述喷射阀顶端之间的距离比该夹着所述喷射阀顶端且相反一侧的所述空腔的壁面与所述喷射阀顶端之间的距离长。

根据该构成方式，燃料喷射阀和放电电极都安装在气缸盖的天棚部上，燃料喷射阀的喷射阀顶端和放电电极的顶端部相邻而设。放电电极是火花塞或放电塞，通过将其顶端部收纳在凹部内，来避免从燃料喷射阀喷射出的雾状燃料直接附着在放电电极的顶端部上。因此，能够确保放电电极的可靠性。凹部形成在与燃料喷射阀的喷射阀顶端相邻的位置处，故当以喷射阀顶端为中心时，在形成有该凹部的部位，以规定的喷射角从喷射阀顶端喷射出的雾状燃料的外围空间相对较宽；而在未形成凹部的部位，以规定的喷射角从喷射阀顶端喷射出的雾状燃料的外围空间相对较窄。

在上述构成方式下，使形成在活塞顶面的空腔的中心偏离气缸的缸径中心，由形成了空腔的活塞顶面、气缸的内周面以及气缸盖的天棚面隔离出一个燃烧室。在沿通过燃料喷射阀的喷射阀顶端和放电电极的顶端部的平面将燃烧室切开后而形成的纵向断面上，夹着喷射阀顶端设置有放电电极的一侧的空腔的壁面形状和夹着喷射阀顶端且相反一侧的空腔的壁面形状构成为：保证该夹着喷射阀顶端设置有放电电极的一侧的空腔的壁面与喷射阀顶端之间的距离比该夹着喷射阀顶端且相反一侧的空腔的壁面与喷射阀顶端之间的距离长。这里，空腔的壁面包括活塞顶面凹陷而成的空腔的侧壁与底部。与喷射阀顶端之间的距离变长包括以下三种情况：让空腔的侧壁远离喷射阀顶端而使空腔的开口扩大、让空腔的底部更深以远离喷射阀顶端、以及让空腔的侧壁和底部分别都远离喷射阀顶端。

在所述纵向断面上，夹着喷射阀顶端设置有放电电极的一侧相当于形成有凹部的部位，雾状燃料的外围空间相对较宽。因此，尽管雾状燃料的飞翔距离会相对较长，但通过使空腔的壁面形状构成为：其壁面与喷射阀顶端之间的距离变长，即使飞翔距离变长了，也能够抑制雾状燃料与空腔的壁面接触。

另一方面，在所述纵向断面上，与夹着喷射阀顶端设置有放电电极的一侧相反的一侧相当于未形成凹部的部位，雾状燃料的外围空间相对较窄。因此，由于雾状燃料的飞翔距离相对较短，故无需使空腔的壁面形状构成为：保证壁面与喷射阀顶端之间的距离较长。于是，使空腔的壁面保证与喷射阀顶端之间的距离相对较短。这相当于尽量减小形成在活塞顶面上的空腔的容积，故有利于提高燃烧室的几何压缩比。

技术方案还可以是这样的：收纳所述燃料喷射阀的所述喷射阀顶端的第二凹部在所述气缸盖的所述天棚部由所述天棚面凹陷而成；收纳所述放电电极的所述顶端部的所述凹部和收纳所述燃料喷射阀的所述喷射阀顶端的所述第二凹部，以各自的一部分彼此重叠的方式相连；当俯视所述燃烧室时，在以所述燃料喷射阀的所述喷射阀顶端为中心由连接所述喷射阀顶端与凹部彼此间的交点的线围成的角度范围内且沿通过该角度范围内的特定位置与所述喷射阀顶端的平面切开的纵向断面上，所述空腔的所述特定位置下的壁面形状和夹着所述喷射阀顶端且所述特定位置相反一侧的对称位置下的所述空腔的壁面形状构成为：所述空腔的所述特定位置下的壁面与所述喷射阀顶端之间的距离比夹着所述喷射阀顶端且所述特定位置相反一侧的对称位置下的所述空腔的壁面与所述喷射阀顶端之间的距离长。

通过将燃料喷射阀的喷射阀顶端收纳在第二凹部内，喷射阀顶端就不突出到燃烧室内，故能够避免喷射阀顶端的温度升高。

在使收纳放电电极的顶端部的凹部与收纳燃料喷射阀的喷射阀顶端的第二凹部的一部分彼此重叠地相连的构成方式下，俯视燃烧室时，即从气缸轴线的一端沿着轴线观看燃烧室时，由以燃料喷射阀的喷射阀顶端为中心连接该喷射阀顶端与凹部彼此间的交点的线围成的角度范围，相当于从喷射阀顶端喷射出的雾状燃料的外围空间相对较宽的部位。于是，在该角度范围内沿至少通过该角度范围内的特定位置和喷射阀顶端的平面切开后的纵向断面上，空腔的特定位置下的壁面形状与夹着喷射阀顶端且特定位置相反一侧的对称位置下的空腔的壁面形状构成为：空腔的特定位置下的壁面与喷射阀顶端之间的距离比夹着喷射阀顶端且特定位置相反一侧的对称位置下的空腔的壁面与喷射阀顶端之间的距离长。这里，特定位置是所述角度范围内的任意位置。这样做以后，在雾状燃料的飞翔距离有可能变长的整个角度范围内，空腔壁面的位置远离燃料喷射阀的喷射阀顶端，故能够抑制雾状燃料与空腔的壁面接触。

技术方案还可以是这样的：当俯视所述活塞的所述顶面时，所述空腔的开口缘呈椭圆形状，该椭圆在连接所述燃料喷射阀的所述喷射阀顶端与所述放电电极的所述顶端部的方向上较长。

椭圆为广义的椭圆。一平面上与两定点之间的距离和一定的点形成的轨迹即椭圆、由平滑连接起来的曲线或由曲线和直线构成的无接缝的扁圆都包括在这里所说的椭圆形状内。

如上所述，在由连接喷射阀顶端与凹部彼此间的交点的线围成的整个角度范围内，让空腔的壁面的位置远离燃料喷射阀的喷射阀顶端。结果是，空腔的开口缘可以呈椭圆形状，且该椭圆在连接燃料喷射阀的喷射阀顶端和放电电极的顶端部的方向上较长。

技术方案还可以是这样的：所述燃料喷射阀偏离所述气缸的缸径中心而设，所述放电电极夹着所述气缸的缸径中心设置在与所述燃料喷射阀相反的一侧，所述空腔的中心相对于所述气缸的缸径中心偏向于设置有所述燃料喷射阀的一侧。

当想在燃烧室的中心部位形成混合气层且在其周围形成绝热气体层时，如上所述，让燃料喷射阀的喷射阀顶端和空腔的中心一致的构成方式有利于防止雾状燃料与空腔的壁面接触。

相对于此，像所述构成方式那样，通过让空腔的壁面的一部分远离燃料喷射阀的喷射阀顶端，而使空腔的开口缘呈在连接燃料喷射阀的喷射阀顶端和放电电极的顶端部的方向上较长的椭圆形状。在该情况下，空腔的中心相对于该喷射阀顶端而言偏向于放电电极的顶端部。

在将燃料喷射阀和放电电极分别设置在夹着气缸的缸径中心的一侧和另一侧的构成方式下，让空腔的中心从燃料喷射阀的喷射阀顶端偏到放电电极的顶端部的方向。在该情况下，空腔的中心会靠近气缸的缸径中心。上述构成方式仍然让空腔的中心相对于所述气缸的缸径中心偏向于设置有所述燃料喷射阀的一侧。这意味着即使让设置有放电电极一侧的空腔的壁面远离喷射阀顶端，也能够通过使该距离最小，而尽量地减小空腔的容积。其结果是，如上所述，有利于提高燃烧室的几何压缩比。

技术方案还可以是这样的：所述气缸盖的所述天棚部具有进气侧斜面和排气侧斜面，所述进气侧斜面上形成有进气道的开口部，排气侧斜面上形成有排气道的开口部，所述气缸盖的所述天棚部构成为：隔离出一个屋脊式的所述燃烧室；所述活塞的所述顶面，由于与所述天棚部的所述进气侧斜面和所述排气侧斜面相对应而分别在进气侧和排气侧倾斜的斜面而隆起；所述燃料喷射阀的所述喷射阀顶端设置在所述气缸盖的所述天棚部且所述进气侧斜面与所述排气侧斜面相交而成的屋脊棱线上；所述放电电极的所述顶端部在所述屋脊棱线上与所述燃料喷射阀的所述喷射阀顶端相邻而设。

在该构成方式下，气缸盖的天棚部由于进气侧斜面和排气侧斜面而隔离出一个屋脊式燃烧室。活塞的顶面与该该天棚部相对应而具有在进气侧和排气侧分别倾斜的斜面，由此该活塞的顶面呈所谓的三角屋脊状隆起。这样一来，该直喷发动机的几何压缩比就会被设定得较高。几何压缩比可以在例如15以上。通过提高几何压缩比，不仅发动机的热效率就会提高，而且，在让燃烧室内的混合气通过压缩点火而燃烧的情况下，还可实现其稳定化。需要说明的是，包括屋脊棱线与气缸的缸径中心相一致和不一致这两种情况。

在上述构成方式下，随着活塞接近压缩上止点，具有进气侧斜面和排气侧斜面的天棚部和隆起的活塞顶面之间的气体就会遭到压缩，而产生沿着屋脊棱线流动的挤流。另一方面，因为燃料喷射阀的喷射阀顶端和放电电极的顶端部在屋脊棱线上相邻而设，所以流入雾状燃料的外围空间相对较宽的部位的气体流入量，即流入收纳放电电极的顶端部的凹部的气体流入量就会由于该挤流而增加，伴随于此，雾状燃料的穿透力也能够进一步增大。

但是，如上所述，通过使相当于形成有凹部的部位的空腔的壁面远离喷射阀顶端，即使雾状燃料的飞翔距离由于挤流而变长，也能够抑制雾状燃料与空腔的壁面接触。

技术方案还可以是这样的：所述燃料喷射阀被设置成其阀轴心就是沿着所述气缸轴线的方向。

这样一来，就能够以规定的喷射角从设置在气缸盖的天棚部的燃料喷射阀的喷射阀顶端朝着形成在活塞顶面的空腔内喷射雾状燃料。其结果是，能够在燃烧室内(亦即，空腔内)的中心形成混合气层，在混合气层的周围形成绝热气体层。需要说明的是，使燃料喷射阀的阀轴心是沿着气缸轴线的方向的构成方式包括以下两种情况：喷射出的雾状燃料的中心轴与燃料喷射阀的阀轴心一致的情况和雾状燃料的中心轴倾斜于燃料喷射阀的阀轴心的情况。

与此不同，技术方案还可以是这样的：所述燃料喷射阀，以其阀轴心朝着以规定的喷射角从所述喷射阀顶端喷射出的雾状燃料的中心轴靠近所述放电电极的方向倾斜于所述气缸的轴线的方式设置好。

在该构成方式下，雾状燃料的中心轴朝着靠近放电电极的顶端部的方向倾斜。因此，在雾状燃料的外围且收纳放电电极的顶端部的凹部部位，也能够使雾状燃料的外围空间较窄。这样一来，就能够抑制上述的雾状燃料在特定部位的穿透力由于伴随着燃料的喷射所产生的气流、挤流等而增大。也就是说，能够抑制雾状燃料的飞翔距离变长。因此，能够使空腔的壁面尽量靠近喷射阀顶端，故能够尽量减小空腔的容积。也就是说，在让燃料喷射阀的阀轴心倾斜的构成方式有利于提高直喷发动机的几何压缩比。需要说明的是，让燃料喷射阀的阀轴心倾斜于气缸轴线的构成方式也包括以下两种情况：喷射出的雾状燃料的中心轴与燃料喷射阀的阀轴心一致的情况和雾状燃料的中心轴倾斜于燃料喷射阀的阀轴心的情况。

如上所述，在构成方式为燃料喷射阀的阀轴心就是沿着气缸轴线的方向且让雾状燃料的中心轴倾斜于燃料喷射阀的阀轴心的情况下，与让燃料喷射阀的阀轴心倾斜于气缸轴线的构成方式一样，能够抑制雾状燃料的飞翔距离变长。

－发明的效果－

根据所述直喷发动机的燃烧室构造，在沿通过燃料喷射阀的喷射阀顶端和放电电极的顶端部的平面将燃烧室切开后而形成的纵向断面上，夹着喷射阀顶端设置有放电电极一侧的空腔的壁面形状和夹着喷射阀顶端相反一侧的空腔的壁面形状构成为：夹着喷射阀顶端设置有放电电极一侧的空腔的壁面与喷射阀顶端之间的距离比夹着喷射阀顶端且相反一侧的空腔的壁面与喷射阀顶端之间的距离长。这样做以后，即使在该部位雾状燃料的飞翔距离变长，也能够抑制雾状燃料与空腔的壁面接触，从而能够抑制冷却损失。

附图说明

图1是示出发动机的结构的简图。

图2是示出燃烧室的结构的纵向剖视图。

图3是示出活塞顶面的形状的立体图。

图4是示出活塞顶面的俯视说明图。

图5是示出与图2不同的空腔的结构的纵向剖视图。

图6是示出与图2和图5不同的空腔的结构的纵向剖视图。

图7是示出与图2不同的燃料喷射阀的布置状况的纵向剖视图。

图8是放大地示出燃烧室的天棚部的纵向剖视图。

具体实施方式

下面参照附图说明实施方式。以下说明的例子为示例。

(发动机的整体构成)

图1示出实施方式所涉及的发动机1的结构。发动机1的曲轴15经变速器与驱动轮相连结，但未图示。发动机1的输出传递给驱动轮，车辆即可前进。这里，本实施方式中发动机1的燃料是汽油，但燃料也可以是含有生物乙醇等的汽油，只要是至少含有汽油的液体燃料，什么燃料都可以。

发动机1包括气缸体12和载置于该气缸体12上的气缸盖13。在气缸体12的内部形成有多个气缸11(图1中仅示出一个气缸11)。发动机1为多气缸发动机。在气缸体12和气缸盖13的内部形成有供冷却水流动的水套，但省略图示。活塞16可滑动地嵌插在各气缸11内，活塞16经连杆14与曲轴15相连结。活塞16与气缸11和气缸盖13一起分隔出燃烧室17。

本实施方式中，燃烧室17的天棚部170(气缸盖13的下表面)具有进气侧斜面171和排气侧斜面172。该进气侧斜面171和排气侧斜面172分别朝着气缸11的中央倾斜着上升，且在进气侧斜面171上形成有进气道18的开口部180，在排气侧斜面172上形成有排气道19的开口部190。燃烧室17是屋脊式燃烧室。需要说明的是，屋脊的棱线存在它与气缸11的缸径中心一致和不一致这两种情况。这里，假定屋脊的棱线与气缸11的缸径中心一致。因此，在俯视活塞16的顶面160而得到的图4中，沿着纸面左右方向延伸的点划线相当于屋脊的棱线。而且，由于在进气侧和排气侧分别具有朝着活塞16的中央倾斜着上升的斜面161、162，因此活塞16的顶面160呈三角屋脊状隆起。其中，斜面161与天棚部170的进气侧斜面171相对应；斜面162与天棚部170的排气侧斜面172相相对。这样一来，就能够将该发动机1的几何压缩比设定得较高，在15以上。在活塞16的顶面160上形成有凹状空腔163。活塞16顶面160的形状后面详述。

每一个气缸11都在气缸盖13上形成有两个进气道18，但图1中仅示出了一个进气道18。进气道18的开口部180位于气缸盖13的进气侧斜面171上且并排着形成在发动机输出轴(亦即，曲轴15)方向上。进气道18经该开口部180与燃烧室17连通。两个进气道18的开口部180相对于气缸11的缸径中心对称而设，进气道18的喉道部的轴线相对于气缸11的缸径中心对称。同样，每一个气缸11都在气缸盖13上形成有两个排气道19。排气道19的开口部190位于气缸盖13的排气侧斜面172上且并排着形成在发动机输出轴方向上。排气道19经该开口部190与燃烧室17连通。两个排气道19的开口部190相对于气缸11的缸径中心对称而设。

进气道18与进气通路181相连接。进气通路181上设置有调节进气流量的节气门，但未图示。排气道19与排气通路191相连接。排气通路191上设置有具有一个以上的催化剂转换器的尾气净化系统，但省略图示。催化剂转换器包括三效催化剂。

气缸盖13上设置有进气门21，进气门21关闭而切断进气道18和燃烧室17的连通状态，进气门21由进气门驱动机构驱动。气缸盖13上还设置有排气门22，排气门22关闭而切断排气道19与燃烧室17的连通状态，排气门22由排气门驱动机构驱动。进气门21在规定的时刻做往返运动而打开和关闭进气道18，排气门22在规定的时刻做往返运动而打开和关闭排气道19，由此进行气缸11内的换气。进气门驱动机构具有与曲轴15相连结并由曲轴15驱动的进气凸轮轴，进气凸轮轴与曲轴15同步旋转，但省略图示。排气门驱动机构具有与曲轴15相连结并由曲轴15驱动的排气凸轮轴，排气凸轮轴与曲轴15同步旋转，但省略图示。该例中，进气门驱动机构与排气门驱动机构至少包括：能够在规定的角度范围内连续改变凸轮轴的相位的液压式或电动式可变配气相位机构(可变气门正时VVT：Variable ValveTiming)23、24。此外，进气门驱动机构与/或排气门驱动机构还可以不仅包括VVT23、24，还包括能够改变气门行程量的行程可变机构。行程可变机构还可以使气门的行程量连续地发生变化(连续可变气门升程CVVL：Continuous Variable Valve Lift)。需要说明的是，驱动进气门21和排气门22的驱动机构可以为任意驱动机构，例如可以采用液压式或电磁式驱动机构。

气缸盖13上安装有直接向燃烧室17内喷射燃料的燃料喷射阀6。燃料喷射阀6设置在进气侧斜面171和排气侧斜面172相交而成的屋脊棱线上，且如图2所示，燃料喷射阀6相对于气缸11的缸径中心偏向于发动机输出轴的一方向而设(图2中纸面左侧，在该实施方式中，这相当于发动机1中与传动系相反的一侧即所谓的发动机前侧)。燃料喷射阀6被设置成其喷射轴心与气缸11的轴心平行，喷射阀顶端面向燃烧室17的内部。活塞16上的空腔163形成为与该燃料喷射阀6相对。燃料喷射阀6朝着该空腔163内喷射燃料。

如图2概念性地示出，燃料喷射阀6构成为：能够在燃烧室17内(亦即，空腔163内)形成(可燃)混合气层及其周围的绝热气体层。燃料喷射阀6可以是以规定的喷射角喷射燃料的、例如外开式燃料喷射阀。外开式燃料喷射阀通过调节阀的行程量就能够改变雾状喷射的燃料的粒径。像在本案申请人的在先申请即日本特愿2013-242597号中所记载的那样，利用该外开式燃料喷射阀6的特性适当地控制以多级喷射为基础的燃料喷射方式，就能够调节雾状燃料在前进方向上的飞翔距离和雾状燃料相对于中心轴的扩散度。因此，通过在压缩上止点附近的时刻喷射燃料，就能够在空腔163的中央部位形成混合气层，在混合气层的外围形成绝热气体层。并不限于外开式燃料喷射阀，阀盖孔(VCO：Valve CoveredOrifice)喷嘴式喷射器通过调节产生于喷嘴口的气蚀(cabitation)的大小，也能够改变喷嘴口的有效截面积，从而能够改变所喷射的雾状燃料的粒径。因此，与外开式燃料喷射阀一样，无压力室喷嘴式喷射器也是通过调节在压缩上止点附近的时刻喷射的雾状燃料在前进方向上的飞翔距离和雾状喷射的燃料相对于中心轴的扩散度，而能够在空腔163的中央部位形成混合气层，在混合气层的外围形成绝热气体层。

燃料喷射阀6还可以是多孔式燃料喷射阀。即，在燃料喷射阀的顶端形成有多个喷孔且以规定的喷射角喷射燃料。燃料喷射阀6又可以是将燃料空心锥状地喷射出来的离心式燃料喷射器(swirl injector)。

如图2与图8放大所示，燃料喷射阀6的喷射阀顶端被收纳在气缸盖13的天棚面凹陷而成的凹部132内。这样一来，燃料喷射阀6的喷射阀顶端就不突出到燃烧室17内，从而能够防止燃料喷射阀6的喷射阀顶端的温度升高。如图4中的虚线及双点划线所示，凹部132与截面为圆形的喷射阀顶端相对应而呈圆形。需要说明的是，图4中的虚线及双点划线表示气缸盖13的天棚部170上的凹部132的开口缘，如后所述，双点划线所示的开口缘部分实际上是不存在的。如图8所示，凹部132构成为：其直径从燃料喷射阀6的喷射阀顶端朝着气缸盖13的天棚面逐渐增大。这样一来，就能够防止从喷射阀顶端沿着气缸11的轴线朝下直径逐渐增大即空心锥状地喷射出来的雾状燃料与凹部132的内周面接触。

气缸盖13上安装有作放电电极用的火花塞7。如图2所示，火花塞7在屋脊棱线上且相对于气缸11的缸径中心偏向于发动机输出轴的另一方向(亦即，发动机后侧)而设。火花塞7朝着其顶端部靠近燃料喷射阀6的方向倾斜于气缸11轴线而设。火花塞7在屋脊棱线上倾斜。这样一来，燃料喷射阀6的喷射阀顶端和火花塞7的顶端部就是彼此靠近着设置在气缸11的缸径中心附近且屋脊棱线上。需要说明的是，还可以使用在燃烧室17内生成臭氧的放电塞取代火花塞7作放电电极并安装在气缸盖13上。

火花塞7的顶端部也被收纳在气缸盖13的天棚面凹陷而成的凹部131内。如图2和图图4所示，收纳火花塞7的顶端部特别是收纳该绝缘部分的凹部131，与断面形状为圆形的火花塞7的顶端部相对应而呈圆形，并且凹部131的直径从火花塞7的顶端部开始朝着气缸盖13的天棚面逐渐增大。需要说明的是，火花塞7倾斜于气缸11的轴线而设，相对于此，收纳火花塞7的顶端部的凹部131倾斜于气缸11的轴线。因此，图4所示的虚线和双点划线表示气缸盖13的天棚部170上的凹部131的开口缘，该开口缘俯视时为椭圆。

借助燃料喷射阀6的喷射阀顶端和火花塞7的顶端部彼此接近，收纳它们的凹部131、132彼此间就会有一部分重叠，两个凹部131、132相连。因此，在图4中，凹部131的双点划线所示的开口缘部分实际上不存在，并且如上所述，凹部132的用双点划线示出的开口缘部分实际上也不存在(也参照图8)。

如上所述，该发动机1的几何压缩比设定在15以上。几何压缩比在40以下即可，优选在20以上35以下。发动机1属于压缩比越高，膨胀比也越高的那种结构，因此，该发动机1在具有较高的压缩比的同时,还具有较高的膨胀比。该发动机1构成为：在整个运转区域基本上都是利用压缩点火让喷射到气缸11内的燃料燃烧，较高的几何压缩比会使压缩点火燃烧稳定。

燃烧室17是由气缸11的内周面、活塞16的顶面160、气缸盖13的下表面(天棚部170)、进气门21的气门头的表面、排气门22的气门头的表面隔离出来的。为减少冷却损失而在这些隔离面上设置隔热层,从而实现了燃烧室17的隔热化。隔热层既可以设置在所有这些隔离面上，还可以设置在一部分隔离面上。虽然进气道18或排气道19上的靠燃烧室17的天棚部170侧的开口附近的气道的壁面不是直接隔离出燃烧室17的壁面，但可以将隔热层设置在这些壁面上。

由于这些隔热层会抑制燃烧室17内的燃烧气体的热通过隔离面释放出来，因此将这些隔热层的导热系数设定得比构成燃烧室17的金属母材的导热系数低。

为减少冷却损失，优选使隔热层的容积比热比母材小。亦即，优选通过减小隔热层的热容量，让燃烧室17的隔离面的温度随着燃烧室17内的气体温度变化而变化。

例如，利用等离子体喷涂将ZrO₂等陶瓷材料涂布在母材上而形成所述隔热层即可。可以在该陶瓷材料中含有很多气孔。这样做以后，就能够使隔热层的导热系数和容积比热更低。

本实施方式中，除了具有所述燃烧室17的隔热构造，在燃烧室17内还由气体层形成绝热层，由此而做到了使冷却损失大幅度减少。

具体而言，燃料喷射阀6在压缩行程以后从燃料喷射阀6的喷射阀顶端向空腔163内喷射燃料，以便在燃烧室17的外周部位形成含有新气的气体层且在中心部位形成混合气层。由此而如图2所示，在燃料喷射阀6附近的空腔163内的中心部位形成混合气层，且在混合气层的周围形成含有新气的气体层，即实现了成层化。该气体层可以仅含有新气，也可以不仅含有新气，还含有已燃气体(EGR气体)。需要说明的是，气体层中混有少量燃料也没问题，让气体层中的燃料少于混合气层中的燃料，以便气体层发挥绝热层的作用即可。

如果在按以上所述形成了气体层和混合气层的状态下燃料通过压缩点火而燃烧，那么，由于混合气层和燃烧室17的壁面之间的气体层的存在，混合气层的火焰就不会与燃烧室17的壁面接触。而且，该气体层成为绝热层，而能够抑制热从燃烧室17的壁面释放出来。其结果是，能够大幅度地减少冷却损失。

需要说明的是，仅减少冷却损失的话，所减少的这一部分冷却损失就会被转换成排气损失而对提高指示热效率不太有用。然而，该发动机1伴随着高压缩比化而高膨胀比化，由此相当于所减少的这一部分冷却损失的燃烧气体的能量就会被高效率地转换为机械功。也就是说，发动机1通过采用让冷却损失和排气损失都减少的结构，能够大幅度地提高指示热效率。

为了在燃烧室17内形成这样的混合气层和气体层，理想状况是在喷射燃料的时间内燃烧室17内的气流较弱。因此，进气道具有不会在燃烧室17内产生涡流或者难以在燃烧室17内产生涡流的直线形状，且进气道构成为尽可能地使纵滚流变弱。

接下来，参照附图进一步详细地说明燃烧室17的结构。图3是示出活塞16的顶面160形状的立体图。图3中，纸面右前方为进气侧，纸面左后方为排气侧，纸面左前方为发动机输出轴的一方向(亦即，发动机前侧)，纸面右后方为发动机输出轴的另一方向(亦即，发动机后侧)。

如上所述，活塞16的顶面160中的进气侧斜面161和排气侧斜面162分别朝着活塞16的中央倾斜着上升。这样一来，当从发动机输出轴的一方向朝着与发动机输出轴平行的方向观看活塞16时，活塞16的顶面则呈两侧分别朝着中央部位逐渐隆起的三角屋脊状。在进气侧斜面161和排气侧斜面162上分别形成有气门凹坑(valve recession)。其中，进气侧斜面161上，相当于排列在发动机输出轴方向上的两个进气门21的气门头之间的部分也与气门凹坑一样，被从该进气侧斜面161上挖掉。进气侧斜面161上尽管形成有气门凹坑，但进气侧斜面161实质上是平面。另一方面，排气侧斜面162上，相当于排列在发动机输出轴方向上的两个排气门22的气门头之间的部分未被挖去，残留了下来。该部分成为挤流区域162b，在活塞16到达上止点附近时，会在该挤流区域162b产生从排气侧流向燃烧室17的中央部位的挤流。因此，排气侧斜面162由气门凹坑162a和挤流区域162b构成。

活塞16的顶面160具有连结进气侧斜面161和排气侧斜面162的棱部164。棱部164在气缸盖13的天棚部170与屋脊的棱线部分相对。图2中也示出，该棱线164附近且发动机输出轴方向两端的端部弯曲，使得活塞直径朝着顶面160逐渐缩小。顶面160的弯曲形状与气缸盖13的天棚部170的弯曲形状相对应。这是有利于提高发动机1的几何压缩比的结构。

当活塞16到达上止点附近时，如图2中箭头所示，活塞16的棱部164成为产生以下挤流的挤流区域，挤流为沿着屋脊的棱线从发动机输出轴的一方向前往燃烧室17的中央部位的挤流、和沿着屋脊的棱线从发动机输出轴的另一方向前往燃烧室17的中央部位的挤流。

如上所述，空腔163在活塞16的顶面160上呈凹陷状。如图2所示，伴随着空腔163从开口缘163a开始凹陷，该空腔163的大小逐渐缩小。空腔163由与活塞16的顶面160相连的侧壁1631和与侧壁1631相连的底部1632构成。如图2所示，在通过活塞16的中心的纵向断面上，空腔163具有浴盆一样的形状。侧壁1631具有与活塞16的顶面160和底部1632不同的角度。在活塞16的顶面160和侧壁1631之间、侧壁1631和底部1632之间分别形成有圆弧。

在以下说明中，让活塞16的顶面160和侧壁1631之间的圆弧包括在空腔163的侧壁1631中，将顶面160与圆弧相接的位置定为顶面160和侧壁1631的交界处。该交界处构成空腔163的开口缘163a。让侧壁1631和底部1632之间的圆弧包括在侧壁1631中，将圆弧与底部1632相接的位置定为侧壁1631和底部1632的交界处。需要说明的是，还能够对顶面160和侧壁1631的交界处、以及侧壁1631和底部1632的交界处分别进行设定，使其与上述定义不同。例如，还可以让顶面160和侧壁1631之间的圆弧包括在顶面160中，将圆弧与侧壁1631相接的位置定为顶面160和侧壁1631的交界处。而且，还能够将该圆弧的中央定为顶面160和侧壁1631的交界处。同样，还可以让侧壁1631与底部1632之间的圆弧包括在底部1632中，将圆弧与侧壁1631相接的位置定为侧壁1631与底部1632的交界处。而且，能够将该圆弧的中央定为侧壁1631与底部1632的交界处。无论怎样定义顶面160、侧壁1631以及底部1632，与以下说明的空腔形状相关的结构都能够成立。

如图3和图4所示，空腔163具有近似椭圆形的开口缘163a。该椭圆是广义的椭圆。

形成在活塞16顶面的空腔163，其中心基本上与燃料喷射阀6的阀轴心一致。这样做以后，尽管减小了空腔163的容积，从燃料喷射阀6的喷射阀顶端到空腔163的壁面的距离却不会产生偏差，从而能够防止从喷射阀顶端均匀地喷射出来的雾状燃料与空腔163的壁面接触，有利于在空腔163内的中央部位形成混合气层，在混合气层的外围形成绝热气体层。但是，因为靠近燃料喷射阀6的喷射阀顶端，形成有收纳火花塞7的顶端部的凹部131，所以从喷射阀顶端喷射出的中空锥状的雾状燃料无法均匀地飞翔，对应于所述凹部131的形成部位的雾状燃料的飞翔距离相对变长。也就是说，像参照图8所说明的那样，由于伴随着燃料的喷射所产生的气流、棱部164的挤流，在雾状燃料的外围空间较宽的部位，流入雾状燃料内的气体量增加，强烈地将雾状燃料朝着喷射方向的前侧挤雾状燃料，雾状燃料的穿透力增强，飞翔距离变长。

于是，该发动机1根据雾状燃料的飞翔不均匀这一情况，而使空腔163的壁面形状相对于燃料喷射阀6的喷射阀顶端不对称。

具体而言，如图4所示，空腔163呈椭圆形，该椭圆在连接燃料喷射阀6的喷射阀顶端和火花塞7的顶端部的方向上较长，空腔163被设置成在与发动机输出轴方向正交的进排气方向(亦即，图4中纸面上下方向)上，相对于通过气缸11的缸径中心的线对称。这样一来，椭圆形空腔163的长轴便与气缸盖13的屋脊棱线一致，燃料喷射阀6的阀轴心和火花塞7的中心分别位于椭圆形空腔163的长轴上。

另一方面，椭圆形空腔163被设置成：在发动机输出轴方向(亦即，图4中纸面左右方向)上，空腔163的中心偏离气缸11的缸径中心。

更详细而言，如图2所示，在沿通过燃料喷射阀6的喷射阀顶端和火花塞7的顶端部的平面切开的纵向断面上，夹着燃料喷射阀6的喷射阀顶端设置有火花塞7一侧的空腔163的壁面形状(亦即，图2中纸面右侧的壁面形状)和夹着喷射阀顶端且相反一侧的空腔的壁面形状(亦即，图2中纸面左侧的壁面形状)构成为：保证夹着燃料喷射阀6的喷射阀顶端设置有火花塞7一侧的空腔163的壁面与喷射阀顶端之间的距离比夹着喷射阀顶端且相反一侧的空腔的壁面与喷射阀顶端之间的距离长。

图2、图4中点划线示出的是，假设夹着燃料喷射阀6的发动机输出轴的另一方向的空腔壁面的形状与发动机输出轴的一方向的空腔壁面对称的情况。该情况下，如图4中实线和一点划线所示，空腔163的底部1632俯视时呈近似圆形，并且如图4中实线和一点划线所示，空腔163的开口缘163a的形状为以燃料喷射阀6的阀轴心为中心在发动机输出轴方向上对称的椭圆(或扁圆)。如图2所示，在夹着燃料喷射阀6的阀轴心的发动机输出轴的一方向(实线)和另一方向(点划线)，空腔163的侧壁1631和底部1632与喷射阀顶端之间的距离彼此相等。

相对于此，在该构成方式下，如图2中实线所示，在发动机输出轴的另一方向上，让空腔163的壁面远离喷射阀顶端。具体而言，不改变空腔163的底部1632的深度位置，让该底部1632朝着发动机输出轴的另一方向扩大，并且让空腔163的侧壁1631偏向于发动机输出轴的另一方向。伴随于此，如图4中实线所示，空腔163的底部1632俯视时为椭圆形，并且空腔163的开口缘163a呈朝着发动机输出轴的另一方向扩大的椭圆形。其结果是，如图2所示，空腔163的发动机输出轴方向的中央部位比燃料喷射阀6的阀轴心更偏向于发动机输出轴的另一方向。

通过让空腔163的侧壁1631比点划线所示的情况还偏向于发动机输出轴的另一方向，在雾状燃料的外围形成有凹部131的部位雾状燃料的飞翔距离相对变长，尽管如此，喷射阀顶端与空腔163的壁面之间的距离也相对变长。故能够抑制雾状燃料与空腔163的壁面接触。

这里，为抑制雾状燃料与空腔163的壁面接触，能够想到让空腔163的侧壁1631的位置很大程度地偏向于发动机输出轴的另一方向。但是，在该情况下，空腔163的开口会增大，空腔163的容积就会增大。这对于要提高几何压缩比的本发动机来说是不利的。于是，优选地，空腔163的侧壁1631位置的偏移量尽量小。在图2、图4所示的例子中，使空腔163的侧壁1631的位置朝着发动机输出轴的另一方向偏移的偏移量尽量小。如上所述，与燃料喷射阀6的阀轴心相比，空腔163在发动机输出轴方向上的中央部位更偏向于发动机输出轴的另一方向，尽管如此，空腔163在发动机输出轴方向上的中央部位还是相对于气缸11的缸径中心偏向于发动机输出轴的一方向，即设置有燃料喷射阀6的一侧。

在图4所示的例子中，使空腔163的壁面朝着发动机输出轴的另一方向扩大的范围为夹着燃料喷射阀6的发动机输出轴的另一方向的整个范围。也就是说，让空腔163的壁面在椭圆形空腔163的大约一半范围内扩大。这样做以后，就能够在更宽的范围内可靠地防止雾状燃料与空腔163的壁面接触。

这里，雾状燃料的飞翔距离变长的部位是雾状燃料的外围内设置有火花塞7的凹部131的部位。因此，优选地，如图4所示，在由连接燃料喷射阀6的喷射阀顶端与两个凹部131、132彼此间的交点(即，该交点相当于当俯视燃烧室17时，表示凹部131的开口缘的椭圆和和表示凹部132的开口缘的圆相交的两个点)的线围成的角度范围内，至少让空腔163的壁面朝着发动机输出轴的另一方向扩大。优选地，在该角度范围内且中央部位(远离该范围的交界线且与屋脊棱线上相对应的部分)，空腔163的壁面离喷射阀顶端最远；在角度范围的两侧部(离该范围的交界线近的部分)，空腔163的壁面也充分地远离喷射阀顶端。这样做以后，就能够有效地防止雾状燃料与空腔163的壁面接触。另一方面，只要尽量缩小让空腔163的壁面扩大到发动机输出轴的另一方向的范围，就能够尽量地减小空腔163的容积，从而有利于提高发动机1的几何压缩比。

如图4所示，将俯视活塞16的顶面时由空腔163的开口缘163a构成的椭圆的面积在整个活塞16的面积中所占的比例(椭圆的面积/整个活塞的面积)设定在50％以下即可，其中，整个活塞16的面积就是由活塞16的外周缘构成的圆的面积。这样做以后，就能够使几何压缩比在15以上。优选面积比在40％以下，更优选在35％以下。

使空腔163的开口缘163a的位置偏向于发动机输出轴的另一方向。其结果是，图2中明显示出，在活塞16的顶面160上，发动机输出轴的另一方向上的棱部164的长度变短。这样一来，因为挤流变弱，所以能够抑制雾状燃料的穿透力增大。这样一来，也能够防止雾状燃料与空腔163的壁面接触。

图5示出与图2不同的结构例。在图5所示的结构例下，改变了空腔163的底部1632的位置。具体而言，与图2一样，在沿通过燃料喷射阀6的喷射阀顶端和火花塞7的顶端部的平面将燃烧室17切开后而形成的纵向断面上，使设置有火花塞7一侧的空腔163的底部1632比相反一侧的空腔163的底部1632(参照图5中的点划线)深，以便设置有火花塞7一侧的空腔163的底部1632与喷射阀顶端之间的距离更长。这样一来，即使雾状燃料的飞翔距离变长，也能够抑制雾状燃料与空腔163的壁面接触。

这里，在图5所示的结构例下，空腔163的侧壁1631的位置在夹着燃料喷射阀6的喷射阀顶端的两侧相同或者大致相同，空腔163的开口缘163a的位置也是在夹着燃料喷射阀6的喷射阀顶端的两侧彼此相同。因此，当俯视活塞16的顶面160时，空腔163的开口缘163a呈以燃料喷射阀6的阀轴心为中心的对称椭圆状，省略图示。也就是说，图5中，空腔163的中心与燃料喷射阀6的阀轴心一致，伴随于此，空腔163的中心相对于气缸11的缸径中心偏向于设置有燃料喷射阀6的一侧。

需要说明的是，像参照图4说明的那样，只要使空腔163的底部1632相对较深的部位的角度范围，至少是以燃料喷射阀6的喷射阀顶端为中心由连接喷射阀顶端和两个凹部131、132彼此间的交点的线围成的角度范围即可。需要说明的是，也可以超过该角度范围使空腔163的底部1632相对更深。

图6示出图2所示的结构与图5所示的结构结合后的结构例。也就是说，针对夹着燃料喷射阀6的喷射阀顶端设置有火花塞7一侧的空腔163的壁面而言，让侧壁1631远离喷射阀顶端并且让底部1632更深且远离喷射阀顶端。这样做以后，就能够和图2、图5所示的结构例一样，即使从燃料喷射阀6的阀轴心中空锥状地喷射出的雾状燃料，在形成有火花塞7的凹部131的部位的飞翔距离变长，也能够避免雾状燃料与空腔163的侧壁1631或底部1632接触。需要说明的是，在以燃料喷射阀6的喷射阀顶端为中心由连接喷射阀顶端和两个凹部131、132彼此间的交点的线围成的角度范围内，至少改变空腔163的壁面的位置这一点如上所述。

图7示出在图2所示的结构例的基础上再让燃料喷射阀6的阀轴心倾斜后而构成的结构例。在该结构例中，燃料喷射阀6朝着其阀轴心靠近火花塞7的顶端部的方向倾斜。燃料喷射阀6的阀轴心在屋脊棱线上倾斜。以规定的喷射角从该倾斜的燃料喷射阀6的喷射阀顶端喷射出的雾状燃料，其中心轴也是相对于气缸11的轴线朝着靠近火花塞7的顶端部的方向倾斜。因此，在形成有凹部131的部位，雾状燃料的外围空间比图2(与图8)所示的结构例窄。这样一来，起因于伴随着燃料喷射而产生的气流、挤流等而从雾状燃料的外围空间流入雾状燃料内的气体量就受到限制，从而能够抑制雾状燃料的穿透力增大。其结果是，能够抑制雾状燃料的飞翔距离变长，与让空腔163的壁面远离喷射阀顶端相结合，能够进一步可靠地防止雾状燃料与空腔163的壁面接触。

因为能够使雾状燃料的飞翔距离较短，所以飞翔距离短了多少，就能够使空腔163的壁面相应地靠近喷射阀顶端多少。这有利于尽可能地减小形成在活塞16的顶面160上的空腔163的容积，提高发动机1的几何压缩比。

需要说明的是，图7之例是通过让燃料喷射阀6的阀轴心倾斜，而使以规定的喷射角喷射的雾状燃料的中心轴倾斜于气缸11的轴线的。但还可以与此不同，采用喷射出的雾状燃料的中心轴倾斜于燃料喷射阀6的阀轴心的燃料喷射阀6。例如多孔式燃料喷射阀，通过让该喷孔倾斜，就能够让雾状燃料的中心轴倾斜于燃料喷射阀的阀轴心。而且，在离心式燃料喷射器中，通过让燃料喷射孔倾斜，就能够让雾状燃料的中心轴相对于燃料喷射阀的阀轴心倾斜。省略图示，如果采用上述燃料喷射阀，就将燃料喷射阀设置成其阀轴心沿着气缸11的轴线延伸。另一方面，从该燃料喷射阀喷射出的雾状燃料的中心轴就会倾斜于气缸的轴线，由此而能够抑制凹部131引起的雾状燃料飞翔不均匀。沿着气缸11的轴线设置燃料喷射阀6的阀轴心，有时候会有利于燃料喷射阀6的平面布置。

包括火花塞7的放电电极，有时候会偏离屋脊棱线而设。

－符号说明－

1 发动机

11 气缸

13 气缸盖

131 凹部

132 凹部(第二凹部)

16 活塞

160 (活塞的)顶面

161 斜面

162 斜面

163 空腔

1631 侧壁(空腔的壁面)

1632 底部(空腔的壁面)

17 燃烧室

170 天棚部

171 进气侧斜面

172 排气侧斜面

18 进气道

19 排气道

6 燃料喷射阀

7 火花塞(放电电极)

Claims (7)

1.一种直喷发动机的燃烧室构造，其包括：活塞、气缸盖的天棚部、燃料喷射阀以及放电电极，

所述活塞插在气缸内且具有该活塞的顶面凹陷而成的空腔，

所述气缸盖的天棚部具有天棚面，该天棚面与所述气缸的内周面和所述活塞的所述顶面共同隔离出一个燃烧室，

所述燃料喷射阀以喷射阀顶端面向所述燃烧室内的方式设置在所述气缸盖的所述天棚部，且所述燃料喷射阀构成为：以规定的喷射角从所述喷射阀顶端朝着所述空腔喷射燃料，

所述放电电极的在所述气缸盖的所述天棚部面向所述燃烧室内的顶端部与所述燃料喷射阀的所述喷射阀顶端相邻而设，其特征在于：

收纳所述放电电极的所述顶端部的凹部，在所述气缸盖的所述天棚部且与所述燃料喷射阀的所述喷射阀顶端相邻的位置由所述气缸盖的所述天棚部的所述天棚面凹陷而成，

所述空腔的中心偏离所述气缸的缸径中心，

在沿通过所述燃料喷射阀的所述喷射阀顶端和所述放电电极的所述顶端部的平面将所述燃烧室切开后而形成的纵向断面上，夹着所述燃料喷射阀的所述喷射阀顶端设置有所述放电电极一侧的所述空腔的壁面形状和夹着所述喷射阀顶端相反一侧的所述空腔的壁面形状构成为：保证该夹着所述燃料喷射阀的所述喷射阀顶端设置有所述放电电极一侧的所述空腔的壁面与所述喷射阀顶端之间的距离比该夹着所述喷射阀顶端且相反一侧的所述空腔的壁面与所述喷射阀顶端之间的距离长，

收纳所述燃料喷射阀的所述喷射阀顶端的第二凹部在所述气缸盖的所述天棚部由所述天棚面凹陷而成，

收纳所述放电电极的所述顶端部的所述凹部和收纳所述燃料喷射阀的所述喷射阀顶端的所述第二凹部，以各自的一部分彼此重叠的方式相连，

当俯视所述燃烧室时，在以所述燃料喷射阀的所述喷射阀顶端为中心由连接所述喷射阀顶端与凹部彼此间的交点的线围成的角度范围内且沿通过该角度范围内的特定位置与所述喷射阀顶端的平面切开的纵向断面上，所述空腔的所述特定位置下的壁面与所述喷射阀顶端之间的距离比夹着所述喷射阀顶端且所述特定位置相反一侧的对称位置下的所述空腔的壁面与所述喷射阀顶端之间的距离长。

2.根据权利要求1所述的直喷发动机的燃烧室构造，其特征在于：

当俯视所述活塞的所述顶面时，所述空腔的开口缘呈椭圆形状，该椭圆在连接所述燃料喷射阀的所述喷射阀顶端与所述放电电极的所述顶端部的方向上较长。

3.根据权利要求2所述的直喷发动机的燃烧室构造，其特征在于：

所述燃料喷射阀偏离所述气缸的缸径中心而设，

所述放电电极夹着所述气缸的缸径中心设置在与所述燃料喷射阀相反的一侧，

所述空腔的中心相对于所述气缸的缸径中心偏向于设置有所述燃料喷射阀的一侧。

4.根据权利要求1所述的直喷发动机的燃烧室构造，其特征在于：

所述气缸盖的所述天棚部具有进气侧斜面和排气侧斜面，所述进气侧斜面上形成有进气道的开口部，所述排气侧斜面上形成有排气道的开口部，所述气缸盖的所述天棚部构成为：隔离出一个屋脊式的所述燃烧室，

所述活塞的所述顶面，由于与所述天棚部的所述进气侧斜面和所述排气侧斜面相对应而分别在进气侧和排气侧倾斜的斜面而隆起，

所述燃料喷射阀的所述喷射阀顶端设置在所述气缸盖的所述天棚部且所述进气侧斜面与所述排气侧斜面相交而成的屋脊棱线上，

所述放电电极的所述顶端部在所述屋脊棱线上与所述燃料喷射阀的所述喷射阀顶端相邻而设。

5.根据权利要求1到4中任一项所述的直喷发动机的燃烧室构造，其特征在于：

所述燃料喷射阀被设置成其阀轴心就是平行于所述气缸轴线的方向。

6.根据权利要求1到4中任一项所述的直喷发动机的燃烧室构造，其特征在于：

所述燃料喷射阀，以其阀轴心朝着以规定的喷射角从所述喷射阀顶端喷射出的雾状燃料的中心轴靠近所述放电电极的方向倾斜于所述气缸的轴线的方式设置好。

7.根据权利要求1所述的直喷发动机的燃烧室构造，其特征在于：

几何压缩比在15以上。