CN1084829C - 缸内喷射式内燃发动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种缸内喷射式内燃发动机，包括一个气缸盖的下壁，所述下壁构成了燃烧室的上壁，所述下壁布置成脊形，是由一个进气门侧倾斜下壁和排气门侧倾斜下壁所构成。一个火花塞布置在燃烧室的屋脊形上壁的顶部附近。活塞的上壁，所述上壁构成所述燃烧室的下壁，所述上壁布置成屋脊形，且具有一个进气门侧倾斜上壁和一个排气门侧倾斜上壁，以便并分别与进气门侧倾斜下壁和排气门侧倾斜下壁相对应。活塞的进气门侧倾斜上壁具有一个凹入部分。

Description

缸内喷射式内燃发动机

本发明涉及的是一种火花塞点火式，燃油直接喷入燃烧室的缸内喷射式内燃发动机。

其主要燃料为汽油的汽油发动机的供油系统布置于内燃发动机之外。燃油喷射阀已广泛应用多年。在这样汽油发动机中，喷射阀的工作是由控制单元控制的，例如控制单元以预定的燃油量及预定的时序将燃料喷入进气通道。

喷入进气通道的燃料与吸气冲程吸进的空气一起提供给燃烧室，在此燃料与空气混合，由火花塞点燃。

另一方面，在使用柴油或类似燃料的发动机中，燃油直接喷入燃烧室，并由于燃烧室内空气压缩产生的高压自动点燃。

同时，为达到改善汽油发动机性能的目的，提出的方法是，在这种汽油发动机中将燃油直接喷入它的燃烧室，这就是所谓缸内喷射式内燃发动机。

在缸内喷射式内燃发动机中，燃烧发生在燃油整体含量极低的状态(即高空燃比)，换句话说，通过在各气缸内形成涡流，并将燃油喷入涡流，在火花塞周围形成一个相对集中的空气-燃油混合气层(燃油浓度大约为理想的化学计量空燃比)，再向火花塞处的空气/燃油混合气层提供燃油，实现了所谓的稀燃运行。这一缸内喷射式内燃发动机可以抑制爆震现象，这是通过在吸气冲程的初期喷射燃油实现的。因为吸入的空气被喷入气缸的燃油所冷却，使燃烧时的空气-燃油混合气浓于层状稀燃混合气。其结果是，更容易提高压缩比。在缸内喷射式内燃发动机中，重要的是如何设计燃烧室的结构，以便较好地利用上述有利因素。燃烧室是由活塞、气缸盖下壁等组成的。由此带来的问题是：当燃烧室的结构变得复杂时，对活塞或燃烧室的结构或体积、火花塞的位置等在设计上的任何微小改动都可使发动机的输出功率特性和耗油量发生显著变化。于是，一个突出的要求是，设置缸内喷射式内燃发动机各燃烧室的结构和其零件之间的相对位置关系，以便得到最佳的燃烧效率。日本专利申请特许公开HEI 4-228850中公开了防止燃油喷射阀喷出的燃油飞溅到气缸内壁的技术。然而，这一技术只涉及到燃油喷射阀喷射燃油的方向，并未解决上述问题。此外，日本专利申请特许公开HEI 4-583030公开了一种在缸内喷射式内燃发动机中减少自燃、爆震和烟雾现象的技术。然而此技术只是与发动的平稳运行有关，也未给上述问题提供一个解决方法。

还有，日本专利申请特许公开HEI 4-166612公开的是一项关于在缸内喷射式内燃发动机低负荷运行时改善点火的技术。这一技术并未涉及诸如燃烧室和活塞的结构，或火花塞在布置上的位置限制等影响实现最佳燃烧效率的问题。

如以上所述的技术都是关于两冲程缸内喷射式内燃发动机的技术。在所公开的技术中，例如日本专利申请HEI 4-228850，如其图63和图64所示，一个气缸盖的内壁部分103b位于气缸盖的下壁103a的一侧，在此内壁部分布置了一对进气门106。此外，一对气缸盖的内壁部分103c位于气缸盖的下壁103a的相对一侧，在这一内壁部分布置有一对排气门107。气缸盖的内壁部分103b和103c通过一段外壁108相连接，如图64所示，这样使得在排气门107侧的，整个气缸盖的内壁部分103c与进气门104一侧的，气缸盖的内壁部分103b相比，更多地向燃烧室104内伸延。

所述外壁108部分紧靠每个进气门106的位置，有一段形状为沿进气门106的部分边缘延伸所成的圆弧状的掩盖壁108a，在两进气门106之间，有一对进气导向壁108b和一对进气导向壁108c，其位置处于气缸盖的内壁103a周边部分与外壁相邻处的相应进气门之间；它们组成了外壁108。

进气门106打开时，空气经进气门106进入燃烧室。这时开启的进气门106受到掩盖壁108a的掩盖。因此气流经掩盖壁108a的相反一侧进入燃烧室104，并沿进气门106下方的气缸内壁向上流动，然后沿排气门107下方的气缸内壁流向上方。通过环状气流的形成，加强了扫气效率。在活塞102的上壁上有一凹入部分，所述上壁在剖面上为一梯形。在上述缸内喷射式内燃发动机中，在气缸盖的内壁103b和活塞102的上壁之间，形成了一个大的空间，由此带来的问题是，这样结构的燃烧室无法获得足够的压缩比，因此很难使发动机提供高的输出动力。

如图63和图64所示，还有进气通道112、排气道113和布置于相应进气道112、112的喷射阀114、115。

另一方面，日本专利申请特许公开HEI 5-71350和HEI 5-240051各公开了以下方案：在缸内喷射式内燃发动机中，气缸盖的下壁成一锥形和一个相对应的锥形活塞上壁。根据所公开的技术方案，在活塞上壁有一由浅平面和一深平面形成的阶梯状凹入部分，以便通过在气缸中心轴附近形成涡流，在低负荷运转时，实现稀燃运行。

然而，活塞上壁如上所述，具有一个由一浅平面和一深平面所组成的阶梯状凹入部分，所述凹入部分将阻碍形成湍流，即使是为了达到在燃烧室形成纵向涡流(湍流)这一目的，吸入的空气流被引导从燃烧室上部向下部流动时，也是如此。所以难以将湍流状态保持到压缩冲程的后段，以形成强烈湍流。也不能实现分层湍流的分层燃烧。所述分层湍流是，在火花塞附近形成的分层湍流，其空燃比为相当于理想空燃比的浓空气-燃油混合气，在相对远离火花塞处，形成的空气-燃油混合气湍流是超稀空气-燃油混合气。由此带来问题是，几乎无法达到用超稀燃方法来改善耗油量。

此外，这些发表的文件所透露的技术中还伴有另一问题。在气缸上布置有4个气门，以在诸如加速等情况下产生所需要的大功率输出，如果气门沿锥形气缸盖下壁布置，则将因气门驱动机构而受到限制。如果气门的布置与气缸盖下壁相对成直角，使气门伸入燃烧室或阻止它们伸出，则这一布置方式还需在气缸盖的下壁形成一凹入部分。无何哪种情况都很难达到高的压缩比。

为此，本发明的目的在于提供一种缸内喷射式内燃发动机，其燃烧室的结构和其零件间的相对位置的设置使发动机能够达到最佳的燃烧效率，使得耗油量和输出功率都得以改善。由此，满足和解决了以上所述的要求和问题。

一种如本发明所述缸内喷射式内燃发动机包括：一个具有上顶和下底的燃烧室，其上顶是由一个气缸盖的下壁来构成，下底是由一个安装在缸内的活塞的上壁所构成；一个进气门，布置在所述燃烧室内的所述气缸盖的下壁一侧上；一个排气门，布置在所述燃烧室内的所述气缸盖的下壁相对一侧上；一个进气通道在其下端通过所述进气门与所述燃烧室相通，以便在所述燃烧室内形成一个纵向涡流；一个排气通道在其下端通过所述排气门与所述燃烧室相通，以便将所述燃烧室内的燃烧气体排出；一个将燃油直接喷射到所述燃烧室内的喷油气门，本发明的特点在于：所述气缸盖的所述下壁构成所述燃烧室的上壁，所述下壁布置成屋脊形，它是由一个进气门侧倾斜下壁成所述一侧，而所述相对一侧则由排气门侧倾斜下壁所构成；一个火花塞布置在所述燃烧室的所这屋脊形上壁的顶部附近；所述活塞的所述上壁构成所述燃烧室的下壁，所述上壁布置成屋脊形，它具有一个进气门侧倾斜上壁和一个排气门侧倾斜上壁，并分别与所述进气门侧倾斜下壁和所述排气门侧倾斜下壁相对应；所述活塞的所述进气门侧倾斜上壁具有一个凹入部分。因而，在缸内喷射式内燃发动机在可以实现高的压缩比，进而显著改善输出功率。换句话说，因为活塞上的凹入部分的体积与整个燃烧室的体积之比较大，所以压缩比高，可设计成大功率发动机。

在上述缸内喷射式内燃发动机中，所述燃油喷射阀的一种选择布置方式是，当所述活塞靠近上死点时，燃油可直接喷入所述凹入部分。根据这一结构，可保证在点火时，燃油高度集中在凹入部分。

此外，在所述活塞上壁上可能形成一个峰脊将所述进气门侧倾斜上壁和所述排气门倾斜上壁相互分割。换句话讲，所述凹入部分可能从所述进气门侧倾斜上壁向所述排气门侧倾斜上壁一方延伸，并越过所述峰脊。当采用这一结构方式的燃烧室结构是，在进气门一侧为进气门侧倾斜上壁，在排气门一侧为排气门侧倾斜上壁。燃烧室被分为进气门侧和排气门侧两部分。根据方案比较，容易获得一个最佳比值，即燃烧室内的凹入部分的体积与整个燃烧室的体积之比，以便达到低的耗油量和高的输出功率。

更可取的是，所述凹入部分形状在横剖面上为沿吸入燃烧室的空气流的一段圆弧。通过此结构，形成一个涡流，即通过促使吸入燃烧室的气流形成湍流，以便容易得到分层燃烧。还有，所述凹入部分为一球面形。当采取这一结构方式，可使凹入部分的表面积相对其体积较小。其优点是，减少热量损失，提高了燃烧效率。并且，凹入部分的这一球面结构进一步地使形成涡流变得容易，即吸入燃烧室的气流形成一湍流，使分层燃烧变得容易实现

缸内喷射式内燃发动机还可采取以下结构，其特征是：所述活塞具有一个平坦的部分，它的形状平坦，其位置在所活塞的所述上壁上，并至少位于所述进气门一侧的周边部分的外面；所述凹入部分结构如下：一个流入部分其形状为从所述平坦部分缓慢下降，以便使进入燃烧室的气流被导入所述凹入部分；一个上升部分平滑地向上延伸，以便流入所述凹入部分的气流在其引导下从所述凹入部分流向所述火花塞的附近；和一个连接部分平滑地连接到所述流入部分所述上升部分上，其形状大体上为一平坦的表面。采用上述结构，可保证在燃烧室内形成一个湍流。

此外，所述凹入部分形成方式为，在所述活塞的所述进气门侧倾斜上壁上，有两个球面部分，它们的球心相互偏离，一个连接柱面将所述两球面圆滑地连接起来。根据这一结构，凹入部分的表面积相对其体积而言较小，可以改善耗油量而对输出功率特性影响不大。

此外，对于这种结构，所述两个球面部分的所述球心的位置，在所述活塞的俯视图中可作如下描述，所述两球心相互偏离对称一平面，即所述两球心距所述平面距离相等而方向相反，所述平面的延伸面与所述活塞的轴销相垂直，且包含所述活塞的轴心线。通过缸内喷射式内燃发动机的这种结构，活塞形成一个横向对称结构，结果是，可消除发动机中不规则的燃烧，而使燃烧状态平稳。

可使凹入部分的形状成为一个假想球面的一部分，所述假想球面的球心位于所述活塞的上方，且位于所述进气门一侧，以便所述活塞的所述峰脊和所述活塞的所述进气门侧倾斜上壁的较低端均包含于所述假想球面上。其结果，使火花塞容易布置在凹入部分和形成湍流。

还有，缸内喷射式内燃发动机还可采取这样的结构，其特征是：所述活塞当所述活塞靠近上死点时，一个所述燃油喷射阀的喷嘴和一个所述进气门的气门芯都包含于所述假想球面内。此外，当所述活塞靠近上死点时，一个所述火花塞的电极的接地端，包含于所述凹入部分内。采用上述结构，可以增加燃烧效率。

另外，所述火花塞采用这样的布置方式，当所述活塞靠近所述上死点时，所述火花塞的电极的接地端靠近所述凹入部分内表面。这一结构可使耗油量和输出功率同时得到改善，使其处于良好的平衡状态。

缸内喷射式内燃发动机还可采取这样的结构，使所述火花塞布置在其轴心线与气缸轴心线以一个预定的夹角相倾斜，且偏向所述排气门一侧。此结构可实现这样一布局，即保证火花塞的电极位于凹入部分，又避免了活塞和火花塞间产生干涉。

缸内喷射式内燃发动机还可采取这样的结构，其特征是：当所述活塞位于上死点时，在所述排气门和所述活塞的所述排气侧倾斜上壁之间存在一个最小间隙，其数值设定在5mm到8mm之间。结果是，可使燃油喷向凹入部分，当点火时，燃油保持在凹入部分中，以便促成吸入的空气和燃油分层分布，这可使燃烧处于高的热效率状态，并改善了最大输出功率。

还有一种优选结构方式，其特征是，当所述活塞位于上死点时，一个在所述排气门侧倾斜下壁，且位于所述排气门的附近区域，和所述活塞的所述排气门倾斜上壁之间的间隙设定的数值较小于另一进气侧间隙，所述另一进气侧间隙是在所述进气门侧倾斜下壁，且位于所述进气门的附近区域，和所述活塞的所述进气门侧倾上壁之间的间隙。根据这一结构，燃烧室的表面积减少了，而对整个燃烧室的体积影响不大，因而，减少了热量损失。因此，改善了燃烧效率，实现了高的输出功率和低的耗油量。

应优先考虑的一个方案是，一种缸内喷射式内燃发动机的结构，其特点是，在所述气缸盖的所述排气门倾斜下壁和所述活塞的所述排气门侧倾斜上壁存在这样一关系，即它们之间的距离，在指向所述燃烧室中心的方向上逐渐加大，在所述活塞位于上死点时，形成一个火焰扩散空间，其形状在横剖面上为一显著的楔形。所述活塞的所述进气门侧倾斜上壁和所述活塞的所述排气门侧倾斜上壁具有相同的斜度；所述气缸盖的所述排气门侧倾斜下壁的斜度则大于所述活塞的所述排气门侧倾斜上壁的斜度。此外，所述气缸盖的所述进气门侧倾斜下壁和所述气缸盖的所述排气门侧倾斜下壁具有相同的斜度；所述活塞的所述排气门侧倾斜上壁的斜度则小于所述气缸盖的所述排气门侧倾斜下壁的斜度。根据这一结构，火焰在燃烧室内均匀扩散，以消除不规则燃烧，达到均匀燃烧。其它有利因素是，燃烧室内排气门侧的空间体积没有改变，凹入部分的体积比未受到任何影响。

所述燃烧室的体积特征是，当所述活塞位于上死点时，有这样一个体积比，即所述凹入部分的内壁和所述气缸盖的所述下壁且处于所述凹入部分上方的区域之间的体积，与当所述活塞位于上死点时，整个所述燃烧室的体积之比，其取值范围在0.4和0.6之间。燃烧室内的各相应体积之比，可设置在一个最佳数值上，可同时实现高的输出功率和低的耗油量。

此外，还可使所述进气通道具有这样的结构特点，即经所述进气门，进入所述燃烧室的空气流被约束一个纵向涡流，且流向所述活塞的所述上壁。还可使进气通道具有如下结构特点，所述进气通道布置在一个假想平面的一侧，所述假想平面包含了气缸中心轴线和曲轴中心轴线，所述进气通道在所述气缸盖中沿所述假想平面的一侧，垂直向上延伸。当结构如上所述，在燃烧室中可促进形成一个纵向涡流，并被加强。得到更加稳定的分层燃烧。

另外，缸内喷射式内燃发动机还可采取这样的结构，其特征是，在所述活塞的排气门侧倾斜上壁上，邻近所述凹入部分区域，开有沟槽，以便在所述排气门侧倾斜上壁和所述排气门之间提供空间。此结构可以给活塞和排气门之间提供一个充分的间隙。

对附图的说明

图1是剖视简图，它表示了如本发明第一个实例所述的缸内喷射式内燃发动机燃烧室的结构。

图2(a)到图2(c)简图，表示了如本发明第一个实例所述缸内喷射式内燃发动机重要部件活塞的结构。

图3表示本发明第一个实例所述的缸内喷射式内燃发动机，活塞上壁和缸盖下壁间相对位置的关系。

图4解释了本发明第一个实例所述的缸内喷射式内燃发动机，活塞凹入部分的体积与燃烧室中总体积的比值。

图5、图6说明了本发明第一个实例所述的缸内喷射式内燃发动机，特性变化与活塞凹入部分比值变化间的函数关系。图6(a)到图6(c)表示本发明第一个实例所述的缸内喷射式内燃发动机中，活塞凹入部分形状的又一实例。图7(a)到图7(c)表示本发明第一个实例所述的缸内喷射式内燃发动机中，活塞凹入部分形状的另一个实例。图8是本发明第一个实例所述的缸内喷射式内燃发动机性能曲线图。

图9是本发明第一个实例所述的缸内喷射式内燃发动机性能图。

图10是本发明第一个实例所述的缸内喷射式内燃发动机中，耗油量和HC排放量等特性随燃烧室结构的变化而改变的函数关系。图11(a)到图11(c)，表示本发明第二个实例所述的缸内喷射式内燃发动机的重要部件活塞的结构。图12是剖视图，它表示本发明第三个实例所述的缸内喷射式内燃发动机燃烧室的结构。图13是剖视图，它表示本发明第四个实例所述的缸内喷射式内燃发动机的燃烧室的结构。

图14是平面视图，表示本发明第四个实例所述的缸内喷射式内燃发动机活塞的形态。

图15到图22，详细表示出本发明第一个实例所述的缸内喷射式内燃发动机活塞的结构，其中图21是沿图19中A-A线的剖视图，图22是沿图16中B-B线的剖视图。

图23到图30，详细表示出如本发明第一个实例所述的缸内喷射式内燃发动机活塞第一次改进后的结构。其中图29是图27的A-A线剖视图，图30是图24的B-B线剖视图。

图31到图38，详细表示出本发明第一个实例，缸内喷射式内燃发动机活塞第二次改进后的结构。其中图37是图35的A-A线剖视图，图38是图32的B-B线剖视图。

图39到图46视图，详细表示了本发明第一个实例所述的缸内喷射式内燃发动机活塞第三次改进后的结构。其中图45是图43的A-A线剖视图，图46是图40的B-B线剖视图。图47到图54，详细表示了本发明第二个实例所述的缸内喷射式内燃发动机活塞的结构。其中图52是图48的A-A线剖视图，图53是图51的B-B线剖视图。图55是垂直剖视图，简述了本发明第五个实例所述的缸内喷射式内燃发动机的内部结构。图56是透视图，表示了本发明第五个实例所述的缸内喷射式内燃发动机的内部结构。

图57是横向剖视图，表示了本发明第五个实例所述的缸内喷射式内燃发动机的截面结构。

图58，是本发明第一个实例所述的缸内喷射式内燃发动机本图55箭头A向视图。

图59，表示本发明第五个实例所述的缸内喷射式内燃发动机图55吸气情况。

图60，说明了本发明第五个实例所述的缸内喷射式内燃发动机应用于4-冲程发动机的一个驱动循环图。

图61，说明了本发明第五个实例所述的缸内喷射式内燃发动机应用于2-冲程发动机的一个驱动循环图。

图62(a)是放大的剖视图，显示了图57沿VIII-VIII线的剖视图，表示吸入侧凹入部分为一倒圆M1时的情况。

图62(b)是放大剖视图，显示了图57沿VIII-VIII线的剖视图，表示吸入侧凹入部分为一倒角M1时的情况。

图63与图64，说明了已有技术的情况。

本发明最佳实施例

以下结合附图说明本发明的各个实例。

(a)第一个实例的说明

如本发明第五个实例所述的缸内喷射式内燃发动机本将首先加以说明。如图1中所示，此发动机的燃烧室3是由缸盖8的下壁、活塞2的上壁、位于形成燃烧室3上壁一侧的进气门4和位于另一侧的排气门5所组成。

在缸盖下壁上，一个进气门侧倾斜下壁8a从燃烧室顶部向斜下方沿伸到末端，形成了放置进气门4的燃烧室3的一侧下壁。在另一放置排气门5侧，为一个排气门侧倾斜下壁8b。

这两倾斜下壁8a、8b，使得燃烧室3的上壁成屋脊状，如图1所示。

此外，缸盖8带有燃油喷射阀(以下简称“喷射阀”)1。喷射阀1位于面对燃烧室3自由端一侧，以便燃油通过喷射阀1喷入燃烧室3。

下面将对活塞2的结构加以说明。如图1、图2(a)到图2(c)、图15到图22所示，所述活塞2上壁形成所述燃烧室3的下壁，它是由一个进气门侧倾斜上壁2a和一个排气门侧倾斜上壁2b组成，它们倾斜地延伸到活塞中心部，并分别与进气门侧倾斜下壁8a和排气门侧倾斜下壁8b相对应。通过倾斜上壁2a、2b，使活塞上壁2成山的形状以便上壁沿屋脊形伸延。倾斜上壁2a、2b相互是由活塞上壁的峰脊分开。

在活塞2的进气门侧倾斜上壁2a处，有一个凹入部分(以下称简“空腔”)25，如图1和图2(a)到图2(c)所示。此空腔25向排气门侧倾斜上壁2b延伸与峰脊相切，形成一个向下凸起的球面状，同时还形成了一个中心位于活塞2上进气门4上方的假想的球面25a。

进气通道的一部分进气通道9，其开口通向燃烧室3(见图12)，明显地位于进气门4的右上方。当空气通过进气通道9进入燃烧室3时，吸入的空气向下方活塞2处流动，然后在活塞2的空腔25作用下向上方流动，在此形成湍流流动(纵向涡流)。

此湍流在燃烧室3的倾斜下壁8a、8b所成的平面导引下，变得平稳并显著增强，尤其是在气缸盖8的下壁8a、8b和进气门4及排气门5的下平面等相互平面所成的形状中。

换句话说，气缸盖8的进气门侧8a和排气门侧8b成屋脊状。以这种方法，所述的一部分湍流态气流从活塞2流向排气门侧下壁8b，所述的另一部分湍流从从进气门侧倾斜下壁8a流向活塞2，气流被导引的更加平稳，这一湍流态气流一直保持到后半段压缩冲程。

此外，进气通道位于右上方，以便减少吸入空气的阻力，从而使吸入燃烧室3的气流加强。以此方式，在燃烧室3形成一个很强的纵向湍流态涡流(湍流)。另外，气缸盖8的进气门侧倾斜下壁8a成屋脊形，可以使进气门4以倾斜方式布置。这样可使进气通道9增加自由空间。

以下说明燃烧室上壁8成上述形状的原因。

在缸内喷射式的发动机中，根据发动转速和(或)发动机负荷对喷射燃油的时序进行调整，以达到高的输出功率及低的油耗。

处于低速或低负荷转动的发动机，可处在稀燃运行状态，即通过在压缩冲程喷射燃油以达到低的油耗。在压缩冲程喷射燃油可以使空腔25内火花塞周围产生一层燃油浓区。而且球形空腔可使得吸入的气流在燃油浓区周围形成湍流。其结果是，从整个燃烧室看，其中的油气混合气极稀时，仍可以保证正常点火，并获得稳定的燃烧状态。

然而，为正确达到通过压缩冲程喷射燃油，并得到稳定燃烧的稀燃运行状态，有必要对燃烧室3的结构以及对喷射阀1、火花塞6等等的位置、布置尺寸加以确定。

空腔25体积的设定会显著影响发动机的运行。例如，体积过度大的空腔25，尽管对上述分层燃烧有利，但它关系到整个燃烧室3的体积，将使燃烧室3的表面积增大，从而增加了热量损失，如图5(a)所示。这样虽然油耗得以改善，但却减少了最大输出功率和最大输出扭矩，如图5(b)所示。

另一方面，一个体积过小的空腔25，尽管改进了最大输出功率和最大扭矩，如图5(b)所示，但它关系到整个燃烧室3的体积，使得无法在压缩冲程的后段在空腔25内保持充分的湍流。这将导致油耗加大，如图5(a)所示。

根据本发明，缸内喷射式内燃机的空腔25的体积选择是，它与整个燃烧室体积的比值为一预定比值，以便使发动机的输出功率和油耗量两者均得以满足。

以下将参考图4，对上述体积的比值加以说明。体积比值等于(Va+Vb)/(Va+Vb+Vc)，取值在0.4到0.6之间，这里Va为空腔25的体积；Vb代表进气门侧倾斜下壁8a与进气门侧倾斜上壁2a之间，排气门侧倾斜上壁8b与排气门侧倾斜上壁2b之间和当活塞2到达上死点时，空腔25上方的三部分体积之和；Vc表示进气门侧倾斜下壁8a与进气门侧倾斜上壁2a之间，排气门侧倾斜下壁8b与排气门侧倾斜上壁2b之间，和当活塞2到达上死点时，除空腔25上方外的部分体积。

在此实例中，为实现燃烧室3如上所述的结构，活塞2的上壁成山形，并沿气缸盖8的屋脊延伸。即活塞2上壁的成屋脊状，这使得当活塞2位于最高点时，活塞2与气缸盖间的体积较小。这样可增加空腔25体积与整个燃烧室3体积的比值。

其结果是使发动机的压缩比增大，输出功率有显著的改善。

通过设置如上所述的空腔25体积比，使改进耗油量及改进输出功率间达到较好的平衡状态。

此外，如图2(a)到图2(c)所示，空腔25成一球面形，使活塞2的空腔体积Va为一定值时，表面积较小。如上所论述的那样，空腔表面积减少可使热量损失变小，从而改善了燃烧效率。

另外，空腔25成一球面形还具有另一优点，即有助形成一个气体涡流，换句话说，吸入的湍流态气流在燃烧室3有所增强。

设置以上所述的假想的球面25a，如图1所示，活塞2的一部分和活塞2的进气门侧倾斜上壁2a的下边缘都包含在空腔25内，如活塞2沿中心轴所作的剖视图所示。

在喷射阀1、进气门4和假想球面25a间的相互位置的设定，可在活塞2到达上死点时，喷射阀1的喷嘴和进气门4均位于假想球面25a之内。

上述喷射阀1和进气门4的布置方式，可确保在点火时，在空腔25内建立一个加浓燃油的状态。在缸内喷射式内燃发动机中，喷射阀1所喷出燃油的数量及时序是由控制单元根据发动机的运行状态加以控制的，控制单元在此没有说明。根据发动机的运行状态，燃油可在压缩冲程喷射。在这一情况下，在燃烧室3中的空气-燃油是以不同的分层的方式混合的，在空腔25(图1的网格部分所示)内燃油是相当浓的。常规内燃烧发动机与此不同，若常规内燃烧发动机使用常规火花塞，在其燃烧室中，空气-燃油是均匀混合的，火花塞的电极未处在燃烧物质高度密集区域，这使得燃烧效率减小。如本发明所述的缸内喷射式内燃发动机，火花塞6的位置和电极的长度6a须以设定，以保证最适合燃油的燃烧，确保燃油燃烧。

应明确说明，火花塞6是这样布置的：火花塞6的中心轴线向排气门5倾斜，并与气缸的中心轴线CL成一预定的夹角θ，以便当活塞2上升至上死点时，保证火花塞6的电极6a处于空腔25内一侧，同时避免活塞2与火花塞6之间产生干涉。

在气缸盖8上，有一安装火花塞6的安装部位28。在火花塞安装部位28上具有一安装平面27，它确定的火花塞6的安装位置。安装平面27位于距燃烧室3长度为预定值D1的位置(例如：D1＝2mm)，与常规内燃发动机相比，更接近燃烧室。

按上述方式安装的火花塞6，可更接近空腔25。

然而，在这一情况下，火花塞6下部的螺纹部分曝露在预定长度D1到燃烧室3之间。如发动机运行在这种状态下，火花塞6将产生积炭或类似沉积物。火花塞6下部螺纹的积炭或类似沉积物会使从气缸盖8上拆卸火花塞6的工作困难，带来了工作效率的降低。

在缸内喷射式内燃发动机中，有一个环绕火花塞安装部位28的凸出的部位29，如图1所示，以保护火花塞6。

这可使火花塞6免于积炭或类似沉积物的产生，因而改进了更换火花塞的工作效率，并延长了火花塞6的使用寿命。另外，上述的凸出部位29的存在，分散了施加到火花塞6上的热量，这使火塞的耐热能力有所增强。

火花塞6的电极6a与常规火花塞相比，设计得要长一些。其结果使得电极6a在燃油点火时，处于燃油密集区域。

顺便一提的是这一火花塞6的安装平面27，也可采用类似常规内燃发动机的布置方式，但火花塞6上的电极6a的长度与上述6a相比要长。通过仅使电极6a具有极端的长度，也可避免燃油点火失败。在这一设计中，不再需要上述的凸出部位29，但如果如上所述，仅极端加长电极6a，则电极6a寿命将显著降低。

相比较而言，本发明的点火位置设置得靠近空腔内部，这是通过两个设计步骤实现的，即火花塞6的安装平面27靠近燃烧室3，以及增加电极6a的长度。由此带来的优点是，不仅确保电极6a处于空腔25的燃油密集区域，而且火花塞6的使用寿命也未受到损害。其结果，燃油确保被点燃，使得燃烧效率提高。

关于火花塞6的电极6a的接地端与空腔25的表面间隙所取的数值(在图1中，以D2来表示)，由于这一间隙影响发动机的输出功率和耗油量，有必要将其设定在一个最佳的数值上。明确地说，如果间隙D2太大，火花塞6的电极6a不能充分到达燃烧室3内的湍流所携带的燃油区域，因此燃烧效率降低。另一方面，如电极6a的接地端与空腔25表面的间隙过小，可能会在电极6a和活塞2之间产生干涉。

如本发明所述的缸内喷射式内燃发动机的电极6a接地端与空腔25表面的距离D2，在活塞2位于上死点时，设定为最佳数值(例如，D2＝大约1到2mm)，这样，在得到高的燃烧效率的同时又不致产生与活塞2之间的干涉。

本发明所述缸内喷射式内燃发动机，其活塞2与排气门5在最接近部位之间的间隙称为“排气侧间隙”，在图1中以D3来表示，它也明显影响发动的运行。例如，若排气间隙D3太大，例如在图8中以C、D点所示，则在压缩冲程中，喷射阀喷出的燃油成雾状分散到空腔25之外，导致油耗增加。

另一方面，若排气侧间隙D3过小，例如A、B点所示，当发动机满负荷运转时(即燃油在吸气冲程喷射)，则导致输出功率的降低。

本发明所述的缸内喷射式内燃发动机的排气间隙设定为最佳数值，可使耗油量和输出功率达到良好的平衡，并使燃烧效率提高(在图8中，五角星标记的附近，也就是D3＝5到8mm)。

如上所述，通过使空腔25成一球面形和使空腔25与活塞6处于相互关系的最佳位置，还可当发动机运行在低转速或低负荷时，使吸入的空气和燃油更稳定地处于分层状态，即使从整个燃烧室看，混合气的燃油含量极低时，也处于此状态。因此，保证了点火和燃烧的进行。

其结果是，即使从燃烧室整体上看混合气极稀时，仍可获得稳定的燃烧，实现稀燃运行。

如图1和图2所示，在活塞2的排气门侧倾斜上壁2b与气缸盖8的排气门侧倾斜下壁8b之间形成了一个火焰扩散空间26，可使点燃的火焰均匀地散布到整个燃烧室3。

这里，气缸盖8的进气门侧倾斜下壁8a和排气门侧倾斜下壁8b成相同的倾斜度，活塞2的排气门侧倾斜上壁2b所成倾斜度小于气缸盖8的排气门侧倾斜下壁8b。其结果，上述的火焰扩散空间26成这样一种形状，如图3所示，相对的两壁2b和8b之间的距离在朝向燃烧室中心线的方向上是逐渐增加的，即在剖视图上看为一明显的楔形。

以下是在燃烧室3中，排气门5一侧，所形成火焰扩散空间成一楔形(如上所述)的原因。在缸内喷射式内燃发动机的燃烧室3中，空腔的形式如上所述，排气门侧倾斜上壁2b和排气门侧倾斜上壁8b通常成相互平行的方式，这两壁间形成的空间狭窄。燃油点燃后的火焰向这空间的扩散迟缓。为使在燃烧室3内的火焰扩散统一，简单的考虑是拓宽这一空间。然而，如前所述，在燃烧室3的总体积(也就是，图4中的体积Va+Vb+Vc)和上部空间(Va+Vb)间，存在一个最佳体积比的问题。

如果燃烧室3与排气门5之间的空间简单的拓宽，就很难使空腔25的体积比设置成最佳数值。假设这样，发动机的运行状况将大大恶化。

在燃烧室3的排气门5一侧的空间，通过在使位于中心处间隙较大而相应地末端处间隙较小，形成了楔形的火焰扩散空间26。

由于有了火焰扩散空间26，在火花塞6的电极6a为中心的周围，点燃的火焰向燃烧室3的外围扩散，同样扩散到相对狭窄的燃烧室3的端部，使火焰扩散空间与燃烧室3的其它部分没有迟缓现象。这使得均匀燃烧成为可能。

在燃烧室3中位于排气门5一侧，在剖视图中呈明显楔形的上述空间，并没有改变燃烧室3在排气门5一侧的空间的体积，因而带来的优点是，空腔体积比未受任何影响。

由于上述结构，本发明的第一个实例所述缸内喷射式内燃发动机和缸内喷射式内燃发动机的活塞，可有以下优点。

发动机处于低转速或低负荷运行时，空腔25所成的球面形状和空腔25与火花塞6的最佳的相对位置的布置方式，可使吸入的空气和燃油分层分布，即使整个燃烧室内的混合气极稀，也可保证正常点火和燃烧。

当发动机处于低转速或低负荷运行时，燃油的喷射是在压缩冲程进行的。这一情况下，在空腔25内将保持混合气的湍流流动，直至冲程的末段。向空腔25内喷射的燃油保持在空腔25内，不会向腔外扩散，这使得火花塞6周围形成燃油浓区。进一步，吸入的空气层(气流层)可在燃油层周围作湍流态流动，这就促成了空气燃油分层分布。

即使从整个燃烧室3看来，混合气的燃油含量极低时，仍可获得稳定的燃烧状态，从而实现了稀燃运行。

此外，活塞2的进气门侧倾斜上壁2a处，空腔25成向下凸起的球面形，如图2(a)到图2(c)所示，同时具有改进输出功率和耗油量的优点。

空腔25具有的球面形状，使得当活塞2的空腔体积Va一定时，空腔的表面积最小，由此减少了热量损失，提高了燃烧效率。

另外，空腔25成球面形状，促进了产生涡流，换句话说，在燃烧室3中的湍流空气，可容易实现分层燃烧。此外，湍流气流可在燃烧室3的倾斜下壁8a、8b两平面处得到加强。

图9以图表的形式对活塞2具有球面形空腔25与活塞2具有不同形状的空腔25A、25B做了比较。显示了不同形状截面25A和25B对应的耗油量和最大扭矩，所述耗油量和最大扭矩以点A、B表示。在图中，具有球面形态的空腔25的活塞2，耗油量和最大扭矩均得到改善，如C点所示。

活塞2除具有球面形空腔25外，燃烧室3中排气门5一侧的剖视图呈明显楔形的火焰扩散空间26的存在使得最大扭矩有进一步改善，如图中D点所示。

如图10所述，楔形截面的火焰扩散空间26，从整体分布上看，可减少燃油消耗，并减少THC(总的炭氢化合物)的排放量。

在如本发明所述的缸内喷射式内燃发动机中电极6a位于空腔25的燃油浓区，是通过两步构造实现，即火花塞6的安装平面27，以预定长度D1(例如，D1＝2mm)更靠近燃烧室3；火花塞6的电极6a其长度与常规火花塞相比要长。这使火花塞6的电极6a在保证正常点火的同时延长了使用寿命。

上述火花塞6还具有如下优点，以低成本达到可靠的点火目的，这是因为仅仅将电极6a的预定长度设置得比常规火花塞的长一些。

在气缸盖8上，火花塞6的安装部位28周围，有一凸起部分29。尽管火花塞6的下部因预定距离D1较小而伸入燃烧室3，但因凸起部分29的作用，使得火花塞6不直接曝露于燃烧室中。

这使火花塞6的螺纹部分免于积炭或类似沉积物的产生，从而使更换火花塞6的工作效率得以提高。因火花塞6受到凸起部分29的保护，其使用寿命延长了。进一步，施加到火花塞6的热量被凸起部分29分散到气缸盖8，这可使提高耐热能力。

另一方面，因活塞2的空腔25的形成，使活塞2的上部和活塞2的进气门侧倾斜上壁2a的下部都包括在假想的球面25a中，这方便了火花塞6在空腔25中位置的布置。这一结构还促进了湍流气流的形成。

因为喷射阀1、进气门4和假想球面25a的相互位置，设置成当活塞2到达上死点时，喷射阀1的喷嘴和进气门的气门体位于假想球面25a内，在空腔25内形成了浓混合气。

取(Va+Vb)/(Va+Vb+Vc)的比值为0.4到0.6，这里Va代表空腔25的体积，Vb表示当活塞2到达上死点时，空腔25上方的体积，Vc是当活塞2到达上死点时，除空腔25上方的体积外的体积。以便达到耗油量和输出功率都得到改善的良好的平衡状态。

如图5(a)到图5(c)所表示，一个不适当的过大空腔体积比将导致最大扭矩和最大输出功率的减少，而过小的空腔体积比将提高耗油量。然而，最佳的空腔体积比可使耗油量与最大输出功率均得到改善。

如图8所示，最佳的排气间隙(D3＝5到8mm)。可实现高的热效率的燃烧状态，还改善了最大输出功率。

在火花塞6的电极6a接地端与空腔25的表面之间，选取最佳距离D2(例如，D2＝1到2mm)，可得到高的燃烧效率，同时又可避免火花塞6与活塞2之间产生干涉。

气缸盖8的下壁成屋脊形，使得即使在压缩冲程，也可获得强的纵向涡流，并使燃油的喷射在压缩冲程也处于稳定状态。

由于进气门侧倾斜上壁2a和排气门侧倾斜上壁2b被活塞2的顶壁所分割，燃烧室3在进气门侧倾斜下壁8a和排气门侧倾斜下壁8b处可构造成不同的形状。这可使燃烧室3的在进气门4一侧和排气门5一侧的作用分开考虑。

在第一个实例中，楔形的火焰扩散空间的形成，是通过使进气门侧倾斜下壁8a和排气门侧倾斜下壁8b采取相同的倾斜度，而活塞2的排气门侧倾斜上壁2b的倾斜度小于排气门侧倾斜下壁8b。相比之下，楔形火焰扩散空间26的形成，还可通过使活塞2的进气门侧倾斜上壁2a和排气门侧倾斜上壁2b采取相同的倾斜度，而使气缸盖8的排气门侧倾斜下壁8b采取比活塞2的排气门侧倾斜上壁2b大的倾斜度来实现。

以下将说明的是，本发明第一个实例所述的缸内喷射式内燃发动机的三个改进的实施方式。图1、图6、图7和图23到图30说明了第一个改进方式，仅在凹入部分25的形状上与上述第一个实例有所不同。即在第一个改进方式中，凹入部分的形状在剖视图中为矩形，如空腔25A、25B，如图6(a)到图6(c)和图7(a)到图7(b)所示。

下面将对具有空腔25A(25B)的活塞2，作一简要说明。在活塞2的上壁周边部分40，所述周边部分位于进气门4一侧，还有一与活塞2的运动方向相垂直的平面41。此外，一个将吸入气体的导向空腔的部分42，一个上升的气体导向部分43，还有一个平面44，它将所述导向部分和上升部分相连起来，这三部分组成了空腔25A(25B)。

结果是，吸入的气流沿平面41与空腔底壁(即连接平面44)之间的导向部分42平稳流动。其后，在升起部分43处折向上方流动，然后流向火花塞6的附近。这样就形成了湍流。

不管空腔25A(25B)如何安排，缸内喷射式内燃发动机与常规内燃发动机相比，在耗油量和输出功率两方面都要强。

此外，图31到图38说明的是本发明第一个实例所述的缸内喷射式内燃发动机的第二个改进方式，与以前所述的第一个实例的不同之处是在活塞2和空腔25相连处有一凹入部分52，它为火花塞提供了空间。

另一方面，图39到图46说明的是对本发明第一个实例所述缸内喷射式内燃发动机的第三个改进方式，在此改进中，除空腔25外，一个凹入(气门凹入)部分50以保证活塞2与排气门5之间的间隙。

即使拿一个带有第二个改进方式的或第三个改进方式的活塞的缸内喷射式内燃发动机与常规内燃发动机相比，也和上述第一个改进方式一样，在耗油量和输出功率两方面都要强。

(b)第二个实例

下面将说明如本发明第二个实例所述缸内喷射式内燃发动机。图11(a)到图11(c)和图47到图54，是对关键部件活塞所作的简要说明。应注意的是，第二个实例与第一个实例相比，仅在活塞2的凹入部分有所不同，余下的结构是相同的。

在一个这样的缸内喷射式的发动机中，可以根据发动机的转速和(或)负荷情况对燃油喷射的时序加以变化，以此获得高的输出功率和低的耗油量。尤其是当发动机处于低转速或低负荷时，可稀燃运行，这就是通过在压缩冲程喷射燃油来实现低的耗油量。即在压缩冲程喷射燃油并使在空腔25内保持湍流，直至压缩冲程的最后阶段，这样使得在空腔25内，火花塞6的周围形成高浓区，吸入的空气层(气流层)可在燃油层周围作湍流流动。即使整个燃烧室3内的混合气极稀，仍可获得稳定的燃烧状态。

然而，为了实现在压缩冲程喷射燃油，产生稳定燃烧的稀燃运行，有必要对燃烧室3的结构及喷射阀1和火花塞6之间的相对位置、尺寸等作出详细的设定。

在第二个实例中，将对燃烧室3的结构作以下说明。

如图11(a)到图11(c)所示，在进气门4一侧，活塞2上壁上形成一个向下凹入的圆弧形空腔25C。

如图11(c)所示，空腔25C的形状是由二个假想的球面25b、25c组成，它们的中心相邻并位于进气门4一侧的上方，还有一柱面25d，将25b、25c两球面平滑地相连起来。

假想的球面25b、25c的球心，如图11(a)所示，设置在一个与活塞销30成直角的轴的两侧，并距此轴长度相等，方向相反。

连接表面25d为一柱面形状，它的底部将球面25b与25c相互连接起来。由此，在燃烧室3的剖视图中与上述第一个实例的燃烧室剖视图中的形状是相同的。

空腔25C的形状使其具有较大的空腔体积，同时与它的体积相比，其表面积较小。

因此它使得耗油量改善，同时又没有引起热损失的加大，即没有改变输出功率特性。空腔25C形成的球面结构，可产生涡流，换句话说，在燃烧室3内吸入的湍流将被加强。由于如本发明第二个实例所述的缸内喷射式内燃发动机采用了如上所述的结构，从进气门4吸入燃烧室3的气流通过活塞2上的空腔25C形成湍流，喷入这一湍流的燃油可形成燃油高密集流层及周围的湍流层。这里应注意的是，因为假想的球面25b、25c彼此相邻，并沿活塞销30的纵向排列，从气流的方向看它们成球面形空腔，在这一方向上就产生了湍流[见图11(b)]。同第一个实例一样，形成了分层燃烧。

空腔25C的形状及其位置和火花塞6的最佳的相互位置，使得当发动机运行在低转速或低负荷时，吸入的空气和燃油处于增强的层流状态，即使从整个燃烧室看，混合气极稀。因此，保证了点火和燃烧的进行。

当发动机处于低转速或低负荷运行时，燃油的喷射是在压缩冲程进行的。这一情况下，在空腔25C内直至冲程的后阶段仍可保持气体的湍流流动。向空腔25C喷射的燃油保持在空腔25C内，未向腔外扩散，这样使得在火花塞6的周围形成高浓区域。进一步，吸入的空气层(空气层)可在燃油层周围作湍流流动，这就促成了空气燃油混合气的分层分布。

即使从整个燃烧室3看，混合气极稀时，仍可获得稳定的燃烧状态，从而实现了稀燃运行。

此外，上述空腔25C可在提供活塞一个较大的空腔体积的同时，又具有相对较小的表面积。这使得在耗油量得到改善的同时，而输出功率特性没有变化。

应注意的是，如上所述的连接曲面25d，无须限制在柱面的形状范围内，其它形状的表面也有可能将球面25b、25c平滑地连接在一起。

(c)第三个实例说明

下面将对如本发明第三个实例所述的缸内喷射式内燃发动机加以说明，图12简要地描述了它的燃烧室的结构。

如图12所示，这一实例在结构上基本上与第一个实例相同。在一个这样的缸内喷射式的发动机中，可以根据发动机的转速和(或)负荷情况对燃油喷射的时序加以变化，以此获得高的输出功率和低的耗油量。尤其是当发动机处于低转速或低负荷时，可稀燃运行，这就是通过在压缩冲程喷射燃油来实现低的耗油量。即在压缩冲程喷射燃油并在空腔内的火花塞6周围形成燃油高浓层，通过空腔使得在上述流层的周围产生湍流。因而保证了点火顺畅和得到稳定的燃烧状态，即使从整个燃烧室3看来，混合气极稀，仍可获得稳定的燃烧状态。

然而，为了实现通过在压缩冲程喷射燃油，处于稳定燃烧的稀燃运行，有必要对燃烧室3的结构等作出详细的确定。

喷射阀1的喷嘴直接对着燃烧室3的内部，以便将燃油直接喷入燃烧室3。此外，喷射阀1是被控制的，例如，通过一个未说明过的控制单元，以预定的燃油量和预定的时序喷射燃油。

燃油是向着活塞2的空腔25喷射的。空气经进气门4右上方的进气通道9被吸入，在燃烧室与燃油混合，形成了混合气。然后混合气在燃烧室中被火花塞6点燃，接着产生爆炸(产生能量)，燃烧后的气体经排气口10排出。图中的数字7代表气缸体，数字8表示气缸盖。

在第三个实例中，火花塞6的安装位置及其延伸长度，还有空腔的体积比都作了精确设定。在这些地方与第二个实例有所不同。

第三个实例，在组装发动机时，对尺寸的控制或对零件的控制比第一和第二实例更简易。由于燃烧室3的结构没有精确的设定要求，故对发动机的零件的尺寸控制，尤其是对形成燃烧室形状的零件的要求变得简单了，发动机组装时的安装精度的控制也变得简单了。

此外，甚至在发动机处于低转速或低负荷时，仍可促成吸入的空气和燃油分层分布，进而得到正常的点火和燃烧工况，即使整个燃烧室3内的混合气极稀，也是如此。

当发动机处于低转速或负荷时，喷射燃油是在压缩冲程进行的。这种情况下，在空腔25内保持湍流，直至压缩冲程的最后阶段。通过向空腔25喷射燃油，并使燃油保持在空腔25内，而不向腔外扩散，在火花塞6的周围生成燃油高浓度区。此外，吸入的空气在燃油层的周围形成湍流，这样就提高了吸入空气与燃油分层分布。

即使从整个燃烧室3看来，混合气的燃油含量极度的低，仍可获得稳定的燃烧状态，从而实现了稀燃运行。

尽管缺乏对燃烧室3的精确设定，如上所述，在活塞2上形成凹形球面空腔25和活塞2上壁的屋脊形，可带来有利的影响，以下将加以说明。

当空气经位于进气门右上方的进气通道9，进入燃烧室3，气流将向下流向活塞2，然后经导向沿空腔25向上流动，这就形成了一个流动气流(纵向涡流)。通过向流动气流中喷入燃油，就形成了层分布的空气-燃油的混合气。

此外，活塞2的上壁成一山形，并明显沿气缸盖8的屋脊延伸，这样当活塞2处于上升位置时，就减少了活塞2与气缸8之间的空间。其后果是增加了发动机的压缩比，使输出功率有明显提高。

当能满足低的耗油量和高的输出功率这一对相互矛盾的要求，并使它们均处于高的水平上，这样可减少生产成本。

(d)第四个实例说明

下面将对如本发明第四个实例所述的缸内喷射式内燃发动机加以说明，图13是一个剖视简图，描述了作为第四个实例的重要部件燃烧室的结构，而图14是一平面简图，说明的是第四个实例的另一重要部件活塞。

在这第四个实例中，燃烧室3在结构上与所述第一个实例有明显相同。第四个实例与第一个实例结构上的不同之处以下将加以说明。

在一个这样的缸内喷射式的发动机中，可以根据发动机的转速和(或)负荷情况对燃油喷射的时序加以变化，以此获得高的输出功率和低的耗油量。尤其是当发动机处于低转速或低负荷时，可稀燃运行，这就是通过在压缩冲程喷射燃油来实现低的耗油量。即在压缩冲程喷射燃油并使在空腔25内保持湍流，直至压缩冲程的最后阶段，这样使得在空腔25内，火花塞6的周围形成高浓区域，吸入的空气层(空气层)可在燃油层周围作湍流。即使从整个燃烧室3看来，混合气的燃油含量极低，仍可获得稳定的燃烧状态。

然而，为了实现通过在压缩冲程喷射燃油，处于稳定燃烧的稀燃运行，有必要对燃烧室3的结构及喷射阀1和火花塞6之间的相对位置、尺寸等作出详细的设定。

在第四个实例中，对燃烧室3的结构将作以下说明。

在第四个实例中，从活塞2的上壁到气缸盖8的下壁间的间隙，在进气门一侧与排气门一侧有所不同，如图13所示。这样的设定以便使进气门4一侧的间隙a大于排气门5一侧的间隙b。

间隙a与间隙b不等，但并不大，对体积比的影响也不明显，此体积比在第一个实例中作过解释。体积比等于(Va+Vb)/(Va+Vb+Vc)，取值在0.4到0.6之间，于第一个实例相同，这里Va为空腔25的体积；Vb代表进气门侧倾斜下壁8a与进气门侧倾斜上壁2a之间，排气门侧倾斜上壁8b与排气门侧倾斜上壁2b之间和当活塞2到达上死点时，空腔25上方的三部分体积之和；Vc表示进气门侧倾斜下壁8a与进气门侧倾斜上壁2a之间，排气门侧倾斜下壁8b与排气门侧倾斜上壁2b之间，和当活塞2到达上死点时，除空腔25上方外的部分体积。

此外，空腔25仍呈球面形，因为如同在第一个实例中解释的那样，空腔25成球面形可以使空腔的体积Va一定时，空腔的表面积最小。小的空腔表面积，减少了热量损失，使燃烧效率得以提高。

现将进气门一侧的间隙a与排气门一侧间隙b相比较大的原因予以说明。

如在第一个实例中所具体描述的那样，由于燃烧室3的表面积变小，而使热损失减少，燃烧效率得到改善。因而希望在减少燃烧室3的表面积的同时，而不改变其体积和燃烧室3中的体积比。

然而，如前所解释的那样，在缸内喷射式内燃发动机中，输出特性和耗油量是依据活塞2或燃烧室3的结构和体积，或火花塞6的位置等等因素而变化的。如果对第一个实例的燃烧室作重大修改，将产生潜在的问题，即可能会使输出功率特性和耗油量之间的平衡遭到破坏。

这样，为减少表面积而相对第一个实例中的燃烧室3的结构不作明显改动。第四个实例在结构上使得活塞2的进气门侧上壁2a与进气门4的距离与第一个实例相比有所增大，排气门侧上壁2b在位置上和第一个实例相比与排气门5有所靠近。在燃烧室3中，进气门侧间隙a和排气门侧间隙b的相互关系为a＞b。

当采用了这样的结构，活塞2的排气门侧上壁2b的表面积没有明显变化，而进气门侧上壁2a的表面与排气门侧上壁的表面相比，则有较大的变化率。

这是出于考虑到空腔25的大部分都位于进气门一侧，如图14所示。即当活塞2的进气门侧上壁2a向下移动，空腔25的表面积相应减少(当表面以与进气门侧上壁2a成垂直方向主动时，尤其由此)。换句话说，进气门侧上壁2a与排气门侧上壁2b两者之间，因空腔25位于进气门侧，当上壁都沿垂直方向作出变动时，进气门侧上壁2a表面积的变化将大于排气门侧上壁2b。

此外，一个位于活塞2进气门侧上壁2a表面并和气缸盖下壁相对的表面(图14中S1表面)与一个位于排气门侧上壁2b表面并和气缸盖下壁相对的表面(图14中S2表面)相比，由于空腔25的存在，而使前者较小。为了改变进气门侧间隙a和排气门侧间隙b，而保持压缩比与第一个实例中的相等，考虑到第一个实例的基本结构，有必要使进气门侧倾斜上壁2a与进气门4之间的间隙加大一个距离，而排气门侧倾斜上壁2b与排气门5之间的间隙减少一个距离，两距离前者大于后者。换句话说，这二个距离的设定，在进气门4一侧体积加大了，在排气门5一侧体积减少了，两者是平衡的。如果要实现这样的结构，而压缩比与第一个实例的相等，在进气门侧上壁2a到进气门4所增加的距离，应是排气门侧上壁2b到排气门5所减少距离的两倍。

通过设定进气门侧间隙a与排气门侧间隙b，如上所述，燃烧室3的表面积进一步减少。这使得热量损失减少，提高了燃烧效率。

图13和图14中的双点划连线表示活塞2的上壁形状与第一个实例的相同。

由于如本发明第四个实例所述的缸内喷射式内燃发动机具有上述结构，它具有与第一个实例相似的有利因素，一些附加的有利因素将在后面说明。

甚至在发动机处于低转速或低负荷时，仍可促成吸入空气和燃油以分层状态分布，而得到正常的点火和燃烧，即使从整个燃烧室3来看，混合气的燃油含量极低。当发动机处于低转速或负荷时，喷射燃油是在压缩冲程进行的。这种情况下，在空腔25内保持湍流，直至压缩冲程的最后阶段。通过向空腔25喷射燃油，并使燃油保持在空腔25内，而不向腔外扩散，在火花塞6的周围生成燃油高度密集。此外，吸入的空气在燃油层的周围形成湍流，这样就提高了吸入空气与燃油分层分布。

即使从整个燃烧室3看来，混合气的燃油含量极低，仍可获得稳定的燃烧状态，从而实现了稀燃运行。

进气门侧间隙a大于排气门侧间隙b，可以进一步减少燃烧室3的表面积，以使热量损失变小，燃烧效率提高。通过这样的结构，提高了燃烧效率，例如，第四个实例比第一个实例增加2％。

此外，活塞2与燃烧室3的结构，使得进气门侧间隙a和排气门侧间隙b，满足不等式a＞b可以应用于第二个实例中。当第二个具体实例采用这种结构，同样减少了燃烧室3的表面积，如上所述那样，因而减少了热量损失。这可使燃烧效率得以改善。

由于进气门侧上壁2a的面积，所述面积与气缸盖下壁相对，与第一个实例相比较小，进气门侧上壁2a与进气门4的间隙增加的距离可设定的比活塞2要大。其结果，可使热量损失的减少更加显著。

(e)第五个实例说明

下面将对本发明的第三个实例所述的内喷射式内燃发动机加以说明。

如图55所示，在这个缸内喷射式内燃发动机燃烧室的结构上，发动的主体是由一个气缸盖121、一个气缸体123和活塞122，恰当地安装在气缸123A的气缸体123中。

内燃发动机的气缸体121在结构上为一个4-气门内燃发动机气缸盖，其中每一气缸的一侧具有两个位于气缸盖下壁上的进气门，与之相对的一侧则有两个排气门。

在活塞122的上壁与气缸盖的下壁121之间形成了燃烧室127。

通过气缸盖下壁121A上的进气开口124A和排气开口125A，以及燃烧室127，使一个进气通道124与一个排气道125相通，或通过关闭进气门和排气门断开。

燃烧室127的结构如图55、图56和图58所示。它具有一个假想的中心对称平面140，在这一平面中包含了气缸124A的中心轴线142和一个未加说明的曲轴中心轴线，气缸盖下壁121A是由成屋脊形的两下壁组成，其一是进气门侧倾斜下壁并位于假想平面140一侧，另一为排气门侧倾斜下壁位于假想平面140的另一侧。此外，活塞122是由成屋脊形的两上壁组成，一个是位于假想平面140一侧的进气门侧倾斜上壁，另一个是位于假想平面140另一侧的排气门侧倾斜上壁，因此，它们与进气门侧倾斜下壁和排气门侧倾斜下壁相分别对应。

在气缸盖121上，布置有二个位于假想平面140一侧的进气通道124，而假想平面140另一侧对称布置有二个排气道125。

此外，如图55和图58所示，火花塞130位于燃烧室127的中心的顶部，并且位于或靠近假想平面140。

两个进气通道124向气缸盖121右上方伸延，进气通道124的各个进气开口向下并位于假想平面140附近。

为了向燃烧室127提供燃油，一个作为喷射燃油装置H的喷射阀128位于气缸盖侧壁上，并与进气通道124相邻。

喷射阀128的布置是为了使喷嘴开口端经气缸盖121正对燃烧室127，在此燃油可直接喷入燃烧室127。

喷射阀128设计成可控的，例如，在一个未说明的控制单元控制下，燃油可按预定的数量和时序喷射。

在此还须说明的是，用控制单元进行控制，以使在低负荷和低转速时，燃油喷射发生在压缩冲程的后一阶段，在火花塞周围形成一个浓混合气湍流，而当重负荷和高转速范围内，燃油是在吸气冲程的初期喷入的，以便在燃烧室内形成一个均匀的空气-燃油的混合气。

现在对喷射阀128的安装部位加以说明，两个进气通道124是明显向气缸盖右上方伸延排列的，如上所述，以便在两进气通道124的开口124A周围具有充分的空间来安装喷射阀128。

将火花塞130布置在假想平面140上或附近，可带来足够的自由空间，以便调整喷射阀128的安装位置，因此，可使喷射阀128布置在一个能获得最佳燃油喷射的位置上。

虽然没有图纸说明，可通过在安装于气缸盖127上的喷射阀128周围，安装冷却通道，以使将喷入喷射阀128及燃烧室127的燃油得到有效的冷却。

如上所述，活塞122安装在气缸体内。如图55和图56所示，此活塞122具有一个凹入部分122A，它位于屋脊形的升起部分122B上，此部分是由活塞顶部的进气门侧倾斜上壁和排气门侧倾斜上壁所组成。

这个凹入部分122A位于活塞122的顶部，其一部分处在进气开口124A的下方，它的形状是由向下凹进的弧面所成，因而使倾斜上壁的升起部分122B向下受到切削。

这个凹入部分122A位于偏于假想平面140的进气开口124A一侧，如图56的例子所示，其形状为一下凹的球面形。

结果是，当活塞122到达压缩冲程的末端，便形成了一个紧凑的燃烧室127A，它是由包围它的活塞122的凹入部分122A、气缸内壁123A和气缸盖下壁121所组成，如图59所示。

如图55到图57所示，一个垂直方向的涡流进口边，它是凹入部分122A的一段周边，其形状为一个倾斜的并略有弯曲的部分M1，其分布如箭头所示，排气开口125A一侧升起部分避22B的倾斜壁和凹入部分122A两个面的相交在一个角落区域，所述角落区域所起的作用是垂直方向涡流在凹入部分出口的一段周边，其形状是一段尖锐的周边M2，如箭头所指。

凹入部分122A的垂直方向涡流的进口边这一角落区域不如出口边的角落区域那么尖锐。

此外，如图59所示，在活塞122上壁的升起部分122b和排气开口一侧燃烧室127的上方开成一挤压区域122C。

结果是，如图55、图56和图59所示，通过进气通道124吸入的气流向位于气缸123A内的较低位置的活塞122。在活塞122的凹入部分122A处，吸入的气流被竖直涡流入口边的弯曲的周边M1所导向，然后继续沿凹入部分的内壁流动。通过垂直涡进口边的尖锐的周边M2，垂直涡流有效地脱离，向上方流动，这就形成了湍流TF，它也是垂直方向的涡流。

在燃烧室127内，吸入的气流是沿凹入部分122A被驱使而形成湍流TF。

喷射阀128受控于一个末加说明的控制单元，以便燃油以一个预定的数量和时序喷出。

在一台内燃发动机中，例如在4冲程发动机中，进气门在TDC(上死点)前开启，即0°，然后进入吸气冲程，在经TDC点时排气门关闭，也就是0°，在此之前完成的周期即压缩冲程，如图60所示。此后，活塞122下降直至180°其角度是对曲轴转角而言，在此过程中形成湍流TF，如图55和图59所示。燃油经喷射阀128，以预定的数量和喷射时序将燃油喷入湍流TF中，如喷射发生吸气冲程中间或压缩冲程的后阶段。

当到达一个预定的点火时间在TDC即360°前，一个末加说明的点火电路被驱动，通过火花塞130，开始点火(图60中标记△所示)。通过这一点火过程，喷入的燃油被点燃，使得燃烧室127的缸内压力上升。活塞122因而被向下推压，产生动力输出，燃烧冲程进行至接近540°即BDC(下死点)，该角度是对曲轴转角而言的。

靠近曲轴转角480°时，排气门开启，排气冲程一直持续到曲轴转角超过720°，在此，进气门为下一个吸气冲程再次开启，到此完成了4个冲程周期。

在图60中所示的一个实例中，控制4冲程发动机的喷射阀128的喷射时序，可使当发动机处于重负荷或高转速的范围时，喷射阀在一个预定的喷射时间PH，即吸气冲程的初期，喷射燃油，而当发动机处于低负荷或低转速范围时，喷射阀在一个预定的喷射时间PL，即压缩冲程的后阶段，喷射燃油。

在重负荷范围和高转速时，通过提前开始在湍流中进行燃油与空气的混合，还通过在压缩冲程的后阶段破坏流动气流来激励空气-燃油的混合，以此促进燃油混合的均质化，而保证实现稳定而迅速的燃烧。

另一方面，在低负荷和低转速时，燃油喷射例如被推迟到压缩冲程的后阶段，以便等到形成紧凑的燃烧室127A时再喷油。这里，燃油的喷向凹入部分122A，以便燃油被引导分布在火花塞130周围。在火花塞130周围形成了一个加浓燃油湍流，这可得到分层燃烧，因而保证了正常点火。

在此已作了有关4冲程发动机的说明。除4冲程发动机外，还可将本发明用于2冲程汽油发动机。

这种情况，由于发动机本体的结构，一个与上述结构相似的结构可以被采用。

对于2冲程发动机，如图61所示，一个在前的压缩冲程开始于TDC，即0°，一个末加说明的排气门，在曲轴转角靠近90°时开启，从而进入排气冲程，当这一周期靠近曲轴转角为120°时，一个末加说明的进气门开启而进入吸气(排出废气)冲程。

此外，BDC后，曲轴转角在230°稍前一些或邻近这点时，排气门关闭；当曲轴转角在270°稍前一些或邻近这点时，进气门关闭，进入压缩冲程。然后，喷射阀128被驱使，以一个预定的喷射时序，在吸气冲程或压缩冲程喷射燃油。

当一个预定的点火时间在到达TDC之前，一个末加说明的点火被驱动，通过火花塞130，开始点火(图61中标记△所示)。通过这一点火过程，喷入的燃油被点燃，使得燃烧室127的缸内压力上升。活塞122因而被向下推压，产生动力输出。

一个被控制的喷射阀128，例如，可使当发动机处于重负荷或高转速的范围时，喷射阀仅在一个预定的喷射时间PH，即吸气冲程的初期，喷射燃油，而当发动机处于低负荷或低转速范围时，喷射阀仅在一个预定的喷射时间PL，即压缩冲程的后阶段，喷射燃油。

在重负荷范围和高转速时，通过在早期开始在湍流中进行燃油与空气的混合，还通过在压缩冲程的后阶段破坏流动气流来激励空气-燃油的混合，以此促进燃油混合的均质化，而保证实现稳定而迅速的燃烧。

另一方面，在低负荷和低转速时，燃油喷射被推迟到压缩冲程的后阶段，以便等到形成紧凑的燃烧室127A时再喷油。这里，燃油的喷向凹入部分122A，以便燃油被引导分布在火花塞130周围。在火花塞130周围形成了一个加浓燃油湍流，这可得到分层燃烧，因而保证了正常点火。

由于缸内喷射式内燃发动机的燃烧室在结构上是如本发明第五个实例所述的结构，如上所述，在发动机的吸气冲程，空气是经过每个进气道124及与之相对应的进气开口124A，而进入燃烧室127的。

由于喷射阀128布置在使它的喷嘴128A正对燃烧室127的位置，并被一个末加说明的控制单元所控制，燃油可以一个合适的时序喷射，然后与相应的时序吸入的空气混合，因而，形成层状分布的空气-燃油的混合气或均质化的空气-燃油的混合气。

一个从燃烧室127上部流向下部的垂直涡流，经过位于活塞122的凹入部分122A的气流入口边的略有弯曲的周边M1，进入凹入部分122A的内壁，继续沿凹入部分的弓形内壁流动，通过位于倾斜上壁升起部分122B上的角落区域的锐边M2，使气流有效地脱离升起部分122B，在此垂直涡流改变其流动方向，朝向了燃烧室127的上部。

换句话说，进气开口124A布置在气缸盖121上，并位于假想平面140的一侧，凹入部分处于进气开口的下方，面使它们相互对应。吸入的空气流向进气开口124A一侧的气缸壁123A，即凹入部分122A，被凹入部分122A的弧形表面所导向，而后继续在凹入部分122A的弓形表面引导下，变成了向上的气流，并指向了气缸盖下壁121A的中心线，或其附近区域。

因为气缸盖下壁121A为一屋脊形，垂直涡流再次流向进气开口124A一侧的气缸壁123A，而后朝向凹入部分122A，因此，就形成了一个很强的翻转湍流TF。

由于气缸盖121上的位于假想平面140一侧的进气通道124，是垂直向上方伸延的，经过进气通道124进入燃烧室127的气流，被促使向下方并沿进气开口124A一侧的气缸壁123A流动，被引导成很强的向下部流动的气流(朝向活塞122)。使形成强垂直涡变得容易。

此外，须形成一个凹入部分122A，至少存在垂直涡流入口侧的略弯曲的周边M1和垂直涡的出口侧的尖锐的周边M2。

结果是，垂直涡流的出口侧尖锐周边M2的形成，有利于被引导的气流脱离凹入部分122A和沿凹入部分122A的弓开表面流动的气流翻转，气流速度被加强，以便翻转湍流能保持到压缩冲程的后阶段。

其结果，当燃油提供给在压缩冲程形成的紧凑燃烧室127A时，例如，当处于低负荷和低转速时，尤其是进入凹入部分122A，以便燃油流向火花塞130，喷入的燃油保持在凹入部分，火花塞130周围是加浓湍流态混合气，而流入挤压区122C的混合气则是极稀的，在火花塞130周围之外的区域还形成了一个湍流，其特点为分层分布的极稀混合气。通过分层燃烧，尽管从整体看混合气极稀，但仍可实现稳定的燃烧。这就使耗油量得以改善。因此可以避免这样一个不利情况，即燃油进入挤压区域122C一侧，然后作为燃烧不充分的废气排出，相应地使耗油性能变劣或排出气体的恶化。由于形成了垂直涡流进入略弯曲周边M1的进口侧，虽有燃烧热量集中的倾向，但至少在垂直涡进口侧开口边的角落区域不会如此，因而不会形成热量集中点。此外，角落区域的略弯曲的形状，可使活塞上壁的表面积减少。困扰至今的热量损失，如上所述得以减少，从而使发动输出更高的功率。在上述的第五个实例中，对有关形成略弯曲的周边M1的倾斜部分加以说明，如图62(a)所示。然而，倾斜部分并不限制在这一结构。类似的有利因素，如上述的实例，仍可体现，在凹入部分122A的垂直气流的入口侧所成的角落区域，所述角落区域具有热量集中的倾向，去除这一角落，使这倾斜部分所变成的形状减少了活塞122上壁的表面积，例如，通过切销，对倾斜部分作倒角处理，使之成为单一的倾斜壁，如图62(b)所示，还可加工成由多个倾斜壁所组成，并分布在垂直涡流动的方向，或将其加工成倒圆。

在以上所述实例的图纸中，沿内燃发动机曲轴的轴心线方向看，在凹入部分气流入口侧周边的形状，为一尺寸由大到小逐渐过渡到相对端。然而，略弯曲周边也可加工成相等的过渡边。这种情况，可带来如上述实例相类似的有利因素。根据本发明，可设计高压缩比发动机。因此，本发明适用于缸内喷射式内燃发动机，它的工作方式是，由火花塞点火，燃油直接喷入燃烧室燃烧作功。

Claims (22)

1.一种缸内喷射式内燃发动机，包括：

一个具有上顶和下底的燃烧室(3)，其上顶由一个气缸盖(8)的下壁来构成，下底由一个安装在缸内的活塞(2)的上壁所构成；

一个进气阀(4)，布置在所述燃烧室(3)内的所述气缸盖(8)的下壁一侧上；

一个排气阀(5)，布置在所述燃烧室(3)内的所述气缸盖(8)的下壁相对一侧上；

一个进气通道(9)在其下端通过所述进气阀(4)与所述燃烧室(3)相通，以便在所述燃烧室(3)内形成一个纵向涡流；

一个排气通道(10)在其下端通过所述排气阀(5)与所述燃烧室(3)相通，以便将所述燃烧室(3)内的燃烧气体排出；和

一个将燃油直接喷射到所述燃烧室(3)内的喷油阀(1)，本发明的特征是：

所述气缸盖(8)的所述下壁构成所述燃烧室(3)的上壁，所述下壁布置成屋脊形，它是由一个进气阀侧倾斜下壁(8a)构成所述一侧，而所述相对一侧则由排气阀侧倾斜下壁(8b)所构成；

一个火花塞(6)布置在所述燃烧室(3)的脊形上壁的顶部附近；

所述活塞(2)的所述上壁构成所述燃烧室(3)的下壁，所述上壁布置成屋脊形，它具有一个进气阀侧倾斜上壁(2a)，一个排气阀侧倾斜上壁(2b)以及一将所述进气阀侧倾斜上壁(2a)和所述排气阀侧倾斜上壁(2b)相互分割的峰脊，上述进气阀侧倾斜上壁(2a)和排气阀侧倾斜上壁(2b)分别与所述进气阀侧倾斜下壁(8a)和所述排气阀侧倾斜下壁(8b)相对应；

所述活塞(2)的所述进气阀侧倾斜上壁(2a)具有一个凹入部分(25；25A-25C)，该凹入部分从所述进气阀侧倾斜上壁(2a)延伸到所述排气阀侧倾斜上壁(2b)并越过所述峰脊。

2.一种如权利要求1所述的缸内喷射式内燃发动机，其特征是，当所述活塞(2)靠近上死点时，所述喷油阀(1)，直接向所述凹入部分(25；25A-25C)喷射燃油。

3.一种如权利要求1所述的缸内喷射式内燃发动机，其特征是，所述凹入部分(25；25C)的形状，在横剖面上的形状是沿进入燃烧室(3)的空气气流的方向呈一段圆弧形。

4.一种如权利要求1所述的缸内喷射式内燃发动机，其特征是，所述凹入部分(25)其形状为一球面形。

5.一种如权利要求1所述的缸内喷射式内燃发动机，其特征是：所述活塞(2)具有一个平坦的部分(41)，它的形状平坦，其位置在所活塞(2)的所述上壁上，并至少位于所述进气阀一侧的周边部分处；所述凹入部分(25A；25B)结构如下：

一个流入部分(42)其形状为从所述平坦部分(41)缓慢下降，以便使进入燃烧室(3)的气流被导入所述凹入部分(25A；25B)；

一个上升部分(43)平滑地向上延伸，以便流入所述凹入部分(25A；25B)的气流在其引导下从所述凹入部分流向所述火花塞(6)的附近；和一个连接部分(44)平滑地连接到所述流入部分(42)和所述上升部分(43)上，其形状大体上为一平坦的表面。

6、一种如权利要求1所述的缸内喷射式内燃发动机，其特征是，所述凹入部分(25C)其形成方式为，在所述活塞(2)的所述进气阀侧倾斜上壁上，有两个球面部分(25b，25c)，它们的球心相互偏离，一个连接柱面(25d)将所述两球面(25b，25c)圆滑地连接起来。

7、一种如权利要求6所述的缸内喷射式内燃发动机，其特征是，所述两个球面部分(25b，25c)的所述球心的位置，在所述活塞(2)的俯视图中可作如下描述，所述两球心相互偏离并对称一平面，即所述两球心距所述平面距离相等而方向相反，所述平面的延伸面与所述活塞(2)的轴销相垂直，且包含所述活塞(2)的轴心线。

8.一种如权利要求1所述的缸内喷射式内燃发动机，其特征是，所述凹入部分(25；25C)其形状为一个假想球面(25a-25c)的一部分，所述假想球面(25a-25c)的球心位于所述活塞(2)的上方，且处在所述进气阀(4)一侧，以便所述活塞(2)的所述峰脊和所述活塞(2)的所述进气阀侧倾斜上壁(2a)的较低端均包含于所述假想球面(25a-25c)上。

9.一种如权利要求8所述的缸内喷射式内燃发动机，其特征是，当所述活塞(2)靠近上死点时，一个所述燃油喷射阀(1)的喷嘴和一个所述进气阀(4)的阀芯都包含于所述假想球面(25a-25c)内。

10.一种如权利要求8所述的缸内喷射式内燃发动机，其特征是，当所述活塞(2)靠近上死点时，一个所述火花塞(6)的电极(6a)的接地端，包含于所述凹入部分(25；25A-25C)内。

11.一种如权利要求10所述的缸内喷射式内燃发动机，其特征是，所述火花塞(6)的布置方式为，当所述活塞(2)靠近所述上死点时，所述火花塞(6)的电极(6a)的接地端靠近所述凹入部分(25；25A-25C)内表面。

12.一种如权利要求10所述的缸内喷射式内燃发动机，其特征是，所述火花塞(6)的布置方式为，所述火花塞(6)的轴心线与气缸轴心线(CL)以一个预定的夹角相倾斜，且偏向所述排气阀一侧。

13.一种如权利要求1所述的缸内喷射式内燃发动机，其特征是，当所述活塞(2)位于上死点时，在所述排气阀(5)和所述活塞(2)的所述排气侧倾斜上壁(2b)之间存在一个最小间隙，其数值设定在5mm到8mm之间。

14.一种如权利要求1所述的缸内喷射式内燃发动机，其特征是，当所述活塞(2)位于上死点时，一个位于所述排气阀(5)附近区域的所述排气阀侧倾斜下壁(8b)和所述活塞(2)的所述排气阀倾斜上壁(2b)之间所形成的间隙设定的数值设置成小于位于所述进气阀(4)的附近区域的所述进气阀侧倾斜下壁(8a)和所述活塞(2)的所述进气阀侧倾上壁(2a)之间的间隙值。

15.一种如权利要求1所述的缸内喷射式内燃发动机，其特征是，在所述气缸盖(8)的所述排气阀倾斜下壁(8b)和所述活塞(2)的所述排气阀侧倾斜上壁(2b)之间存在这样一关系，即它们之间的距离，在指向所述燃烧室(3)中心的方向上，是逐渐加大的，在所述活塞(2)位于上死点时，形成一个火焰扩散空间，其形状在横剖面上呈楔形。

16.一种如权利要求15所述的缸内喷射式内燃发动机，其特征是，所述活塞(2)的所述进气阀侧倾斜上壁(2a)和所述活塞(2)的所述排气阀侧倾斜上壁(2b)具有相同的斜度；所述气缸盖(8)的所述排气阀侧倾斜下壁(8b)的斜度则大于所述活塞(2)的所述排气阀侧倾斜上壁(2b)的斜度。

17.一种如权利要求15所述的缸内喷射式内燃发动机，其特征是，所述气缸盖(8)的所述进气阀侧倾斜下壁(8a)和所述气缸盖(8)的所述排气阀侧倾斜下壁(8b)具有相同的斜度；所述活塞(2)的所述排气阀侧倾斜上壁(2b)的斜度则小于所述气缸盖(8)的所述排气阀侧倾斜下壁(8b)的斜度。

18.一种如权利要求1所述的缸内喷射式内燃发动机，其所述燃烧室的体积特征是，当所述活塞(2)位于上死点时，有这样一个体积比，即所述凹入部分(25；25A-25C)的内壁和所述气缸盖(8)的所述下壁且处于所述凹入部分(25；25A-25c)上方的区域之间的体积，与当所述活塞(2)位于上死点时整个燃烧室(3)的体积之比，其取值范围在0.4和0.6之间。

19.一种如权利要求1所述的缸内喷射式内燃发动机，其特征是，所述进气通道(9)具有这样一个结构特点，即经所述进气阀(4)，进入所述燃烧室(3)的空气气流形成一个纵向涡流，且流向所述活塞(2)的所述上壁。

20.一种如权利要求19所述的缸内喷射式内燃发动机，其特征是，所述进气通道(9)布置在一个假想平面的一侧，所述假想平面包含了气缸中心轴线(CL)和曲轴中心轴线，所述进气通道(9)在所述气缸盖(8)中沿所述假想平面的一侧，垂直向上延伸。

21.一种如权利要求1所述的缸内喷射式内燃发动机，其特征是，在所述活塞(2)的所述排气阀侧倾斜上壁(2b)上，邻近所述凹入部分(25；25A-25C)的区域，开有沟槽(50)，以便在所述排气阀侧倾斜上壁和所述排气阀(5)之间提供空间。

22.一种如权利要求1所述的缸内喷射式内燃发动机，其特征是，

所述进气通道(9)与所述燃烧室(3)相通，以便在所述燃烧室内形成一个纵向涡流；

所述燃油喷射阀(1)具有这样一个结构，即在压缩冲程喷射燃油，可使进入所述燃烧室(3)的空气-燃油混合气与理想空燃比相比较稀，或在吸气冲程喷射燃油，可使进入所述燃烧室(3)的空气-燃油混合气与理想空燃比相等；

而所述燃油喷射阀(1)在布置上有这样的特点，即当所述活塞(2)靠近上死点时，燃油直接喷入所述凹入部分(25；25A-25C)。

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