CN1745232A - 燃料直喷式内燃机 - Google Patents

Abstract

一种燃料直喷式内燃机(E)，其中在压缩冲程中，燃料喷射阀(60)喷射燃料/空气混合物，从而喷射流(63)的外周(63a)可位于活塞(5)的顶部处的空腔(51)中。通过形成在活塞(5)的环周部分(53)处的挤压区域(54)和形成在汽缸盖(3)的顶面(30)上的挤压区域(34)的配合以形成燃烧室(8)，从而活塞(5)的环周部分(53)处生成倾斜挤压(20)，该倾斜挤压(20)朝向喷射中心轴线(L4)斜向上运动并且沿着位于空腔(51)开口的上侧并与之相对的顶面(30)的相对部分(30a)定位。因此，可通过由所述挤压防止或抑制燃料/空气混合物的扩散和分离，来改善燃料消耗率和废气排放。

Description

燃料直喷式内燃机

技术领域

本发明涉及一种火花点火型燃料直喷式内燃机，该内燃机具有暴露于燃烧室的燃料喷射阀和火花塞，其中该燃料喷射阀将燃料喷射到形成在活塞顶表面上的空腔中。

背景技术

迄今为止，作为上述类型的燃料直喷式内燃机，日本专利No.2,936,806中公开的发动机是公知的。在该燃料直喷式内燃机中，燃料被朝向形成在活塞顶表面上的一凹陷的底壁表面倾斜地喷射，并使其流向设在汽缸盖内壁表面中心处的火花塞下方的、限定燃烧室的区域，这样燃料通过螺旋流动的作用以及通过被喷射燃料的惯性和流入空气产生的挤压效应而汽化。因此，聚集在火花塞周围的空气-燃料混合物被充分汽化，从而在火花塞周围产生具有用于保证良好点火性的适当空燃比的空气-燃料混合物。

在上述技术中，利用挤压效应击打从燃料喷射阀喷射到凹陷(对应于空腔)中的燃料，从而使得燃料与螺旋流一起沿着凹陷的底壁表面朝向火花塞下方区域运动，并促使燃料汽化。该挤压进入凹陷且沿着凹陷的底壁表面前进，以将凹陷沟槽内的汽化燃料推出凹陷沟槽并使其在燃烧室中扩散。

在上述类型的内燃机中，可燃的空气-燃料混合物形成在火花塞附近区域中的燃烧室中，空气层形成在其余区域中，从而使得稀薄(1ean)的空气-燃料混合物燃烧，并进行分层燃烧，这种分层燃烧是这样一种方法，其中通过空气层的热绝缘效应而降低由于冷却引起的热损失以提高热效率。在上述类型的内燃机中，当燃料在燃烧室中广泛扩散时，空气层的厚度降低。因此，降低了热绝缘效应从而增加了由于冷却导致的热损失，由此不能完全利用分层或成层燃烧的优点。

在其中燃料喷射进入凹陷或空腔中的内燃机中，从环周区域沿着空腔的整个周边朝向其在活塞顶表面上的中心前进的挤压，可将存在于空腔上部的空气-燃料混合物分成在空腔附近的一部分空气-燃料混合物和在其上部的一部分空气-燃料混合物。在这种情况下，在火花塞附近的这部分空气-燃料混合物变得稀薄到超过可燃范围的程度，从而降低了其可燃性。在极端的情况下，会发生不发火和未经燃烧的空气-燃料混合物被排放，这导致燃料消耗率和废气排放的恶化。

针对上述情况，本发明的主要目的是防止或抑制在燃料直喷式内燃机中由于挤压效应导致空气-燃料混合物的扩散和分离，从而改善燃料消耗率和废气排放。本发明的另一个目的是当空气-燃料混合物从燃料喷射阀喷射时保证良好的可燃性。

发明内容

为了达到所述主要目的，本发明提供了一种燃料直喷式内燃机，其包括在其顶表面具有空腔的活塞、汽缸盖、限定在活塞和汽缸盖之间并具有由汽缸盖的内表面形成的顶面(ceiling suface)的燃烧室、暴露于燃烧室的燃料喷射阀、以及暴露于燃烧室的火花塞，其中该燃料喷射阀将燃料喷射成喷射流，该喷射流具有朝向所述空腔内部的喷射中心轴线，其特征在于：该燃料喷射阀构成为以这样的方式喷射燃料，以使所述喷射流的外周在压缩冲程期间位于所述空腔内；在活塞顶表面的环周区域上形成有在所述空腔的开口的外部的活塞侧挤压区域，该活塞侧挤压区域的一部分从其外周沿着朝向所述喷射中心轴线的方向斜向上倾斜；该顶面具有形成在其上的缸盖侧挤压区域，该缸盖侧挤压区域的一部分从所述顶面的外周沿着朝向喷射中心轴线的方向斜向上倾斜；且活塞侧挤压区域和缸盖侧挤压区域设置为相互配合以产生倾斜挤压，该倾斜挤压在所述环周区域的上方朝向所述喷射中心轴线斜向上定向，并沿着与所述开口相对定位的顶面的相对部分定向。

因此，从燃料喷射阀喷射的喷射流落入空腔中而不流出空腔。由于形成在活塞侧挤压区域和缸盖侧挤压区域之间的倾斜挤压在环周区域的上方朝向喷射中心轴线定向，因此防止或抑制了定向为从空腔内部朝向环周区域的外围的空气-燃料混合物的扩散，从而防止了在整个燃烧室中空气-燃料混合物的广泛扩散。另外，由于倾斜挤压形成了定向为朝向喷射中心轴线斜向上的空气流且该空气流沿着顶面的相对部分流动，因此存在于空腔上方的空气-燃料混合物不会被分离，从而防止了由于发生空气-燃料混合物的分离导致存在于火花塞附近的空气-燃料混合物变得稀薄至超过可燃范围。

因此根据本发明，可获得如下效果。即，由于通过倾斜挤压防止或抑制了空腔中的燃料广泛扩散到整个燃烧室中以及空气-燃料混合物沿着轴向分离，因此保证了良好的可燃性并防止了空气-燃料混合物未经燃烧而被排放，从而改善了燃料消耗率和废气排放。另外，由于在内燃机的整个周围尤其是在空腔周围形成较厚的空气层，因此减少了由于冷却导致的热损失，从而提高了热效率，因而改善了燃料消耗率。由于不必增加空腔的侧壁表面沿轴向方向的高度以防止或抑制空气-燃料混合物从空腔内部沿径向扩散，因此改善了火焰的蔓延，并可以减少空腔的容积。因此，由于容积的减少可增大压缩比，从而改善了热效率并改善了燃料消耗率。

在本发明的燃料直喷式内燃机中，燃料喷射阀可以是以燃料-空气混合物形式喷射所述喷射流的阀，且该燃料喷射阀可以构造为以这样的方式喷射空气-燃料混合物，即，在限定了所述开口的环周区域的内周与所述喷射流的外周之间的距离，在所述环周区域的内周的整个周围基本上一致。

在这种情况下，空气-燃料混合物与喷射流仅包括燃料的情况相比处于易燃的状态。另外，通过使得在环周区域的内周和喷射流的外周之间的距离在其内周的整个周围上基本一致，使得空气-燃料混合物存在于特别是在空腔开口的中心部分中，因而由于倾斜挤压有效地防止或抑制了空气-燃料混合物的扩散或分离。

因此，除了上述效果之外，还获得了以下效果。即，在其中空气-燃料混合物喷射到空腔中的内燃机中，由于喷射流是空气-燃料混合物而改善了可燃性，且由于倾斜挤压而有效地防止和抑制了喷射到空腔中的空气-燃料混合物的扩散和分离。因此，获得了良好的可燃性，并改善了燃料消耗率和废气排放。

优选地，燃料喷射阀设置在沿着所述喷射中心轴线的方向看时与所述开口的中心重合的位置处；且所述火花塞具有比限定所述开口的环周区域的内周更靠近燃料喷射阀的点火部分。

由于该点火部分位于比限定所述开口的内周更靠近位于所述开口中心处的燃料喷射阀的位置，因此与其中点火部分位于比喷射阀更靠近环周区域的位置处的情况相比，点火部分附近的空气-燃料混合物较少受到由倾斜挤压造成的混合物稀薄的效果的影响。

因此，除了上述本发明的效果以外还获得了以下效果。即，由于可以通过减弱使得空气-燃料混合物稀薄的倾斜挤压的效应而使得空气-燃料混合物存在于空腔开口的中心，并使得具有良好可燃性所希望的空燃比的空气-燃料混合物存在于点火部分附近，因此改善了可燃性，从而改善了燃料消耗率和废气排放。

优选地，当活塞位于上止点时火花塞的点火部分位于空腔中，且该点火部分定位成比燃料喷射阀更靠近活塞。

通过该结构，由于燃料喷射阀的喷嘴位于在上止点处的活塞的空腔中，因此它处于更靠近空腔的位置。因此，抑制了空气-燃料混合物的扩散，并且因为点火部分位于在上止点的活塞的空腔中喷嘴的下方，所以它位于更加靠近该空腔的位置处，从而具有从空腔中较低扩散度和良好可燃性的空气-燃料混合物可以存在于点火部分的附近。

结果，除了上述本发明的效果以外还获得了以下效果。即，由于允许因从空腔中较低的扩散度而具有良好可燃性的空气-燃料混合物存在于点火部分的附近，因此改善了可燃性，从而改善了燃料消耗率和废气排放。

优选地，该空腔的底壁表面具有与所述点火部分相对的最深部分。

通过该结构，来自燃料喷射阀的燃料喷射流在空腔的底壁表面被反射后而具有朝向点火部分的速度分量，从而可以使得具有良好可燃性的空气-燃料混合物聚集在点火部分的区域中。

在本说明书中，除非特别指明，术语“向上”表示从活塞下止点朝向其上止点的汽缸轴线方向。术语“径向”表示相对于汽缸轴线的径向方向。术语“平面图”表示沿着汽缸轴线的方向看的视图。

附图说明

图1是根据本发明实施例的燃料直喷式内燃机的剖视图，其活塞位于上止点，其中曲轴箱、汽缸和活塞显示在沿着垂直于曲轴的中心转动轴线并通过汽缸轴线的平面剖取的剖面中，而汽缸盖显示在沿着图3的线I-I剖取的剖面中；

图2是图1中所示的燃料直喷式内燃机的剖视图，且活塞位于上止点，其中汽缸和活塞显示在沿着平行于曲轴的中心转动轴线并通过汽缸轴线的平面剖取的剖面中，而汽缸盖显示在沿着图3的线II-II剖取的剖面中；

图3是沿着图1中箭头III-III方向看的汽缸盖的视图；

图4是沿着图1中箭头IV-IV方向看的活塞的视图；

图5A是处于压缩冲程中的燃料直喷式内燃机的主要部分、沿着与图2相同的平面剖取的剖视图，其中显示了燃料喷射时的状态；

图5B是类似于图5A的视图，但显示了当生成挤压时的状态；

图5C是类似于图5A的视图，但显示了当活塞位于上止点时的状态。

具体实施方式

下面将参照附图描述本发明的实施例。

参见图1和图2，应用本发明的燃料直喷式内燃机E是火花点火型四冲程单缸内燃机。内燃机E包括可转动地支撑曲轴7的曲轴箱1，连接到曲轴箱1的汽缸2，连接到汽缸2上端的汽缸盖3，以及连接到汽缸盖3的上端的缸盖罩盖4。装配在汽缸2的缸膛2a中且能够往复运动的活塞5通过连杆6使曲轴7转动。如图1所示，内燃机E以这样的状态安装在摩托车上，其中相对于曲轴7位于摩托车前部的汽缸2略微向着摩托车的上方倾斜。

在汽缸2和汽缸盖3之间且在活塞5和汽缸盖3之间形成有燃烧室8，这是通过活塞5的往复运动产生容积变化的空间。燃烧室8由顶面30、活塞5的顶表面50和形成在活塞一侧的顶表面50上的开口空腔51的壁表面52来限定，顶面30由汽缸盖一侧上的汽缸盖3的底壁表面构成。

再参见图3，汽缸盖3形成有通过在顶面30上开口的一对进气口31a而与燃烧室8连通的进气通道31，以及通过在顶面30上开口的一排气口32a而与燃烧室8连通的排气通道32。汽缸盖3具有安装在其上的用于分别打开和关闭这对进气口31a的一对进气门9、用于打开和关闭该排气口32a的排气门10、燃料喷射阀60和火花塞70。

燃料喷射阀60具有与汽缸轴线L1基本重合的中心轴线L2，该汽缸轴线L1是燃烧室8的中心轴线。燃料喷射阀60设在顶面30的中心处，这是围绕汽缸轴线L1的区域，且如图5A所示，燃料喷射阀60以喷射流63的形式从喷嘴62a喷射燃料，喷射流63具有朝向空腔51内部定向的喷射中心轴线L4。喷嘴62a在其末端具有回转体形状的引导部分62al，该引导部分62al形成为伸入到燃烧室8中。当引导部分62al由驱动单元驱动且向下运动时，喷射流63从形成在引导部分62al的上部和直径减小部分62b之间的环形喷射端口沿着引导部分62al被喷射。因此，抑制了喷射流63在从前述喷射端口喷出之后的立即扩散，从而扩散角度很小，且喷射流63成形为基本类似一回转体，该回转体具有与中心轴线L2重合的喷射中心轴线L4。

该对进气门9、排气门10和火花塞70关于中心轴线L1围绕燃料喷射阀60沿着周向间隔设置。该对进气门9设在顶面30的进气侧上，该顶面30由基准平面H分为进气侧和相对的排气侧，该基准平面H穿过汽缸轴线L1并平行于曲轴7的中心转动轴线延伸。排气门10设在基准平面H的排气侧上。在火花塞70中，通过电极之间的放电产生火花的点火部分71设在前述排气侧上。

再参见图1和图2，用于与曲轴7的转动同步地打开和关闭进气门9和排气门10的气门操作机构V包括凸轮轴11，该凸轮轴11由汽缸2的径向侧部分可转动地支撑并包括进气凸轮11a和排气凸轮11b。气门操作机构V还包括：固定到汽缸2上的一对支撑轴12(图2中示出了排气凸轮从动件13的支撑轴)；适于与进气凸轮11a接触的进气凸轮从动件；和适于与排气凸轮11b接触的排气凸轮从动件13，这两个凸轮从动件分别由支撑轴12可枢转地支撑。气门操作机构V还包括：与该对进气门9的气门杆的远端相抵靠的进气摇臂15和与排气门10的气门杆的远端相抵靠的排气摇臂16，它们分别由固定到汽缸盖3上的一对摇臂轴14可枢转地支撑；以及一对连杆17，它们适于在其两端分别与前述的进气凸轮从动件和排气凸轮从动件13、进气摇臂15和排气摇臂16相抵靠，用于分别将进气凸轮从动件和排气凸轮从动件13的枢转运动传递到进气摇臂15和排气摇臂16。

通过包括凸轮链轮18和正时链条19的传动机构以曲轴7一半的转速由曲轴7的动力使得凸轮轴11转动。与凸轮轴11一同转动的进气凸轮11a和排气凸轮11b分别使得前述进气凸轮从动件和排气凸轮从动件13枢转，且使得进气凸轮从动件和排气凸轮从动件13枢转导致了进气摇臂15和排气摇臂16分别通过该对连杆17而摆动，从而进气摇臂15和排气摇臂16打开和关闭该对进气门9和所述排气门10，所述气门分别在预定的打开和关闭正时与曲轴7的转动同步地被气门弹簧沿着气门关闭方向推动。

参见图1、图4和图5A，空腔51是具有中心轴线L3的大体圆柱形的凹陷，中心轴线L3与燃料喷射阀60的中心轴线L2重合。空腔51由包括底壁表面52a和周壁表面52b的壁表面52限定。在活塞5的顶表面50上，设在空腔51的开口51a外部的环周部分53(或者在这种情况下是具有大致相等径向宽度的大体环形的环周部分53)形成有活塞侧挤压区域54，该挤压区域54与后面介绍的挤压区域34沿着汽缸轴线的方向(沿着垂直方向)相对或面对。空腔51的开口51a由环周部分53的内周53a限定。在本实施例中，开口51a为大致圆形，其中心在平面图中与喷射中心轴线L4或空腔51的中心轴线L3重合，且开口51a大致位于与汽缸轴线L1正交的正交平面上。

挤压区域54是形成在环周部分53上除了凹陷55和56之外的区域，以避免与进气门9和排气门10发生干涉，且挤压区域54从环周部分53的外周53b朝向喷射中心轴线L4或内周53a向上倾斜。挤压区域54由围绕汽缸轴线L1形成的锥形表面的一部分形成。内周53a定位在与汽缸轴线L1相交的平面上，且在本实施例中，定位在与汽缸轴线L1正交的平面上。

参见图1、图3和图5A，燃烧室8的顶面30形成有缸盖侧挤压区域34，该挤压区域34是沿着垂直方向与环周部分53相对且与下面将介绍的挤压区域54配合产生倾斜挤压20(图5B)的部分。挤压区域34是从顶面30的外周30b朝向喷射中心轴线L4或前述顶面30的中心部分向上倾斜的区域。挤压区域34由沿着周向在环周设置的进气口31a、排气口32a和火花塞70之间间隔设置的区域构成，并由一锥形表面的一些部分形成，该锥形表面形成与挤压区域54的锥形表面相同或基本相同的锥形表面，从而相应地具有相同或基本相同的斜度。

更具体地，挤压区域34相对于基准平面H包括：其中设有进气口31a的进气侧区域34a，其中设有排气口32a的排气侧区域34b，以及延伸跨过进气侧和排气侧从而与基准平面H相交的第一和第二中间区域34c和34d。对应于挤压区域34的挤压区域54包括分别对应于进气侧区域34a、排气侧区域34b、第一中间区域34c和第二中间区域34d的进气侧区域54a、排气侧区域54b、第一中间区域54c和第二中间区域54d。

在其中压缩冲程的后半段中活塞5靠近上止点的过程中，如图5B所示，存在于挤压区域34和54之间的空气由于这两个倾斜的挤压区域34和54的作用而被朝向汽缸轴线L1推动，因此在环周部分53上产生了倾斜挤压20。倾斜挤压20是朝向喷射中心轴线L4的向上气流，该中心轴线L4与汽缸轴线L1大致重合并具有与挤压区域34和54大致相同的斜度。倾斜挤压20变为沿着相对部分30a的气流，该相对部分30a是顶面30的位于开口51a上方并与其相对的部分。

进气侧区域34a和排气侧区域34b、第一中间区域34c和第二中间区域34d分别沿着喷射中心轴线的方向与进气侧区域54a和排气侧区域54b、第一中间区域54c和第二中间区域54d面对且与它们分别成对。挤压区域34的四个区域34a、34b、34c和34d以及挤压区域54的四个区域54a、54b、54c和54d在平面图中以大致交叉的形状设置，因此倾斜挤压20以大致沿着朝向喷射中心轴线L4的四个方向的流的形式产生。

现在参见图2，一部分燃料喷射阀60安装到汽缸盖3上，且燃料喷射阀60的其余部分安装到缸盖罩盖4上。燃料喷射阀60是空气-燃料混合物喷射阀，其将燃料作为由燃料和加压空气形成的空气-燃料混合物朝向燃烧室8中的空腔51喷射。燃料喷射阀60由未示出的电子控制单元控制，从而空气-燃料混合物以预定的喷射正时并以预定的燃料量喷射到燃烧室8中，预定的喷射正时和预定的燃料量根据发动机工作状况，例如发动机E的负载、转速以及进气量来确定。喷射正时在内燃机E的无负载工作或低、中负载工作中在压缩冲程中设定为预定正时以进行分层燃烧，并在内燃机E的高负载工作中在进气冲程中设定为预定正时以进行均匀的燃烧。

燃料喷射阀60包括：第一喷射阀61，其装入形成在缸盖罩盖4中的第一存储缸40中，用于只喷射燃料；和第二喷射阀62，其装入形成在汽缸盖3中的第二存储缸33中的其主要部分中，用于以喷射流63的形式喷射包括从第一喷射阀61喷射的燃料和压缩空气的空气-燃料混合物，喷射流63具有从喷嘴62a朝向空腔51内部定向的喷射中心轴线L4。如图3所示，喷嘴62a设在平面图中开口51a的中心处，即，设在与开口51a的、中心轴线L3所穿过的点重合的位置处。参见图5A，喷射流63以这种方式喷射，使得在开口51a的环周53a和喷射流63的外周63a之间的距离在环周53a的整个长度上大致恒定。

第二喷射阀62的形成在其上端的进气部分62b定位在第一存储缸40中，且其剩余部分定位在第二存储缸33中。形成在直径减小部分62b远端处的喷嘴62a暴露在燃烧室8中，该直径减小部分62b待插入到汽缸盖3的通孔中。第一喷射阀61设置成使其喷嘴61b从进气部分62b连续，从而第一喷射阀61的中心轴线与第二喷射阀62的中心轴线L2重合。

在第一存储缸40、第二喷射阀62的进气部分62b和第一喷射阀61的喷嘴61a之间形成一环形空气空腔44，该空腔44由一对环形密封件41和42以围绕第一和第二喷射阀61和62的方式密封，同时在第一存储缸40和第一喷射阀61之间并靠近空气空腔44且在空气空腔44的上方形成一环形燃料空腔45，该空腔45由密封件42和环形密封件43以围绕第一和第二喷射阀61、62的方式密封。

参见图1和图2，向空气空腔44中供应高压空气。该高压空气被空气泵Pa压缩，该空气泵Pa由从凸轮轴11传递的曲轴7的动力来驱动，并通过压力调节装置将该高压空气设定为高于环境压力的预定恒压。另一方面，将高压燃料供应到燃料空腔45。高压燃料通过电气操作的燃料泵(未示出)被泵送，并通过压力调节装置被设定为高于环境压力的预定恒压。

参见图3和图5C，第二喷射阀62的喷嘴62a的引导部分62al和火花塞70的点火部分71设计为，当活塞5位于上止点时，它们定位在位于底壁表面52a附近位置的空腔51中，底壁表面52a低于内周53a。另外，点火部分71设在低于喷嘴62a的引导部分62al的高度处，该喷嘴62a暴露于燃烧室8中的顶面30的前述中心部分处。另外，在平面图中，点火部分71设在比内周53a更靠近喷嘴62a的位置处且在喷嘴62a和内周53a之间。点火部分71设计为，在最提前的点火正时，其定位在与开口51a或内周53a大致相同的高度处、或在比开口51a略高的位置处。因此，在内燃机E的整个工作范围中最经常使用的低负载和中负载的工作范围内，当点火部分71位于空腔51中时，火花塞70点燃空气-燃料混合物。

如图5C所示，空腔51以这种方式形成，使得在平面图中空腔51与点火部分71重叠的部分比其余部分深，从而使得具有适于良好可燃性的空燃比的空气-燃料混合物存在于空腔51中。为此，底壁表面52a由一倾斜平面构成，该倾斜平面倾斜为使得在平面图中存在点火部分71的一侧相对于中心轴线L3(见图4)或喷射中心轴线L4逐渐变深。由于底壁表面52a由这样的倾斜平面构成，因此从喷嘴62a喷出并在撞击底壁表面52a之后反射的喷射流63具有朝向点火部分71的速度分量，使得具有良好可燃性的空气-燃料混合物聚集在点火部分71的周围。

以下参照图5A、图5B和图5C来描述在执行分层充电操作的工作范围中从燃料喷射阀60喷射的空气-燃料混合物，以及倾斜挤压20。

在图5A中，燃料喷射阀60以这样的方式在从压缩冲程的前半段的后期到后半段的前期的期间中喷射空气-燃料混合物，即，其喷射中心轴线L4与空腔51的中心轴线L3重合。在这种情况下，喷射空气-燃料混合物以使得喷射流63的外周63a在空腔51之内，或者使得在平面图中喷射流63的外周63a在空腔51的开口51a之内。因此，如平面图所示，空气-燃料混合物不会撞击环周部分53，而被引入空腔51的开口51a中，尤其是中心轴线L3附近的中心部分。

由于当活塞5位于上止点时喷嘴62a的引导部分62al位于空腔51中，且引导部分62al在喷射时与其中当活塞5位于上止点时引导部分62al位于空腔51外部的结构相比处于更加靠近空腔51的位置，因此减小了空气-燃料混合物在喷射流63的末端处的扩散，从而抑制了由于扩散导致空气-燃料混合物变薄。

参见图5B，而后当活塞5靠近上止点时，通过两个挤压区域34和54的作用在环周部分53的上方，以与那些挤压区域基本相同的斜度生成朝向喷射中心轴线L4向上倾斜定向的倾斜挤压20。倾斜挤压20防止了空气-燃料混合物(其形状在图中以网纹的形式示意地示出)从空腔51的内部中径向向外扩散，而且还防止了存在于空腔51外部的空气-燃料混合物径向向外扩散。另外，倾斜挤压20沿着顶面30的部分30a流动，因此存在于空腔51的外部和上部以及喷射中心轴线周围的空气-燃料混合物基本不会被倾斜挤压20分离。

随后，在活塞5到达上止点之前(见图5C)，由火花塞70点燃的空气-燃料混合物开始燃烧。由于防止或抑制了空气-燃料混合物在活塞5位于即将点燃的位置时通过倾斜挤压20扩散或分离，因此空气-燃料混合物基本上位于所述空腔中，如图5C中双点划线的网纹所示。具有良好可燃性的空气-燃料混合物存在于点火部分71周围，且当活塞5处于上止点时点火部分71位于比定位在空腔51中的喷嘴62a的引导部分62al低的位置，从而点火部分71在点火时位于更加靠近空腔51的位置。由于这些原因，在空气-燃料混合物的扩散程度相对较小的区域中可保证点火，因此实现了可靠点火。另外，由于当活塞位于上止点时在包括挤压区域54的环周部分53上方基本没有尾气存在，因此防止了爆震的发生。

下面将描述上述结构的实施例的操作和效果。

内燃机E的燃料喷射阀60喷射空气-燃料混合物，从而喷射流63的外周63a在压缩冲程期间位于空腔51内。环形挤压区域54形成在活塞5的环周部分53上，且挤压区域34形成在燃烧室8的顶面30上。通过挤压区域34和35的配合在环周部分53上方生成朝向喷射中心轴线L4斜向上的倾斜挤压20。由于在挤压区域54和挤压区域34之间生成的倾斜挤压20在环周部分53上方朝向与汽缸轴线L2基本重合的喷射中心轴线L4定向，因此防止或抑制了空气-燃料混合物从空腔51朝向环周部分53的外周53b一侧的扩散，从而防止了空气-燃料混合物在整个燃烧室8中大范围扩散。另外，由于倾斜挤压20生成了朝向喷射中心轴线L4向上定向而后沿着顶面30的相对部分30a流动的空气流，因此存在于空腔51上方的空气-燃料混合物不会被分离，从而由于即使当点火时刻与点火部分71位于比开口51a高的位置的时刻重合时也能防止分离的发生，因此防止了存在于火花塞70附近的空气-燃料混合物变薄至超过可燃范围。

结果，保证了良好的可燃性，防止了空气-燃料混合物在未燃烧状态下被排放，从而改善了燃料消耗率和废气排放。另外，实现了在围绕空腔51的燃烧室8的整个周围形成较厚的空气层，这致使降低了由于冷却而产生的热损失从而改善了热效率，由此改善了燃料消耗率。另外，不必为了防止或抑制空气-燃料混合物从空腔51内径向扩散而增加空腔51的壁表面52沿轴向的高度，从而使得在燃烧室中能够进行很好的燃烧，因此能够减小空腔51的容积。因此，热效率能够通过减小容积导致压缩比增加而得到提高，这也有助于改善燃料消耗率。

喷射流63由包括燃料和空气的空气-燃料混合物构成，并且燃料喷射阀60喷射空气-燃料混合物，从而在内周53a和喷射流63的外周63a之间的距离在内周53a的整个周围都是一致的。因此，与其中喷射流63仅由燃料构成的情况相比处于更加可燃状态的空气-燃料混合物，在其中内周53a和喷射流63的外周63a之间的距离在内周53a的整个周围基本相等的情况下被喷射，从而使得空气-燃料混合物尤其是存在于空腔51的开口51a的前述中心处，因此通过倾斜挤压20有效地防止或抑制了空气-燃料混合物的扩散和分离。由于喷射流63由在内燃机E中的空气-燃料混合物构成，其中空气-燃料混合物被喷射进入空腔51中，因此改善了可燃性，且通过倾斜挤压20有效地防止或抑制了喷射进入空腔51的空气-燃料混合物的扩散和分离。因此，保证了优异的可燃性，并改善了燃料消耗率和废气排放。

通过将喷嘴62a设置于在平面图中覆盖开口51a中心的位置处，并且通过将点火部分71设置于在平面图中比内周53a更靠近喷嘴62a的位置处，与其中将点火部分71定位成比喷嘴62a更靠近环周部分53的情况相比，在点火部分71附近的空气-燃料混合物基本不受空气-燃料混合物由于倾斜挤压20而变薄的影响。因此，允许空气-燃料混合物存在于空腔51的开口51a的中心处，且允许具有良好空燃比的空气-燃料混合物存在于点火部分71的附近，同时缓解了空气-燃料混合物因为倾斜挤压20而变薄的影响，由此改善了可燃性并改善了燃料消耗率和废气排放。

由于当活塞5位于上止点处时点火部分71定位在空腔51中，且点火部分71位于比喷嘴62a的引导部分62al低的位置，因此引导部分62al位于更靠近空腔51的位置，从而抑制了空气-燃料混合物的扩散。另外，由于当活塞5位于上止点处时，点火部分71位于比空腔51中的喷嘴62a低的位置，因此其位于更加靠近空腔51的位置。因此，存在于点火部分71附近的空气-燃料混合物从空腔51中扩散的程度较小，从而具有良好的可燃性。因此，改善了可燃性并改善了燃料消耗率和废气排放。

下面将描述其中上述实施例的一些部分被修改的结构。

在上述实施例中，环周部分53由部分锥形表面构成，且当沿着经过与汽缸轴线L1重合的轴线的截面看时，环周部分53在从外周53b到内周53a的范围内沿着径向均匀地倾斜。然而，环周部分53也可以由一部分回转表面构成，在经过上述轴线的截面内，该回转表面靠近内周53a的一侧是倾斜的，而靠近外周53b的一侧不倾斜。或者，环周部分53可以由一部分回转表面构成，该回转表面靠近外周53b的一侧是倾斜的，而靠近内周53a的一侧不倾斜。另外，环周部分53也可以由包括一部分复合倾斜表面的回转表面构成，其中该复合倾斜表面的倾斜角度不连续地增加，或者环周部分53由包括一曲面的回转表面构成，其中该曲面的倾斜角度在经过所述轴线的截面内从外周53b朝向内周53a连续地增加。

在上述实施例中，燃料喷射阀60是空气-燃料混合物喷射阀，且包含燃料和空气的空气-燃料混合物从燃料喷射阀60喷射。然而，也可以采用其中仅有燃料作为喷射流从燃料喷射阀喷射的结构。另外，也可以采用其中包括空气-燃料混合物的喷射流、或仅包括燃料的喷射流从设在喷嘴末端处的喷射端口喷射的结构。

该内燃机可以是多缸内燃机。除了摩托车以外，该内燃机还可以安装在车辆上。该内燃机不仅可以安装在车辆上，也可以安装在舷外马达或其它设备上。

权利要求书

(按照条约第19条的修改)

1、一种燃料直喷式内燃机，包括：活塞(5)，其在顶表面具有空腔(51)；汽缸盖(3)；燃烧室(8)，其限定在活塞(5)和汽缸盖(3)之间并具有由汽缸盖(3)的内表面形成的顶面(30)；燃料喷射阀(60)，其暴露于燃烧室(8)；和火花塞(70)，其暴露于燃烧室(8)，其中，该燃料喷射阀(60)将燃料喷射成喷射流(63)，该喷射流(63)具有朝向所述空腔(51)内部的喷射中心轴线(L4)，其特征在于：

该燃料喷射阀(60)构成为以这样的方式喷射燃料，以使所述喷射流(63)的外周(63a)在压缩冲程期间位于所述空腔(51)内；在所述活塞顶表面的环周区域(53)上形成有在所述空腔(51)的开口(51a)外部的活塞侧挤压区域(54)，所述活塞侧挤压区域(54)的一部分从其外周(53b)沿着朝向所述喷射中心轴线(L4)的方向斜向上倾斜；所述顶面(30)具有形成在其上的缸盖侧挤压区域(34)，该缸盖侧挤压区域(34)的一部分从所述顶面的外周(30b)沿着朝向所述喷射中心轴线(L4)的方向斜向上倾斜；所述活塞侧挤压区域(54)和缸盖侧挤压区域(34)设置为相互配合以产生倾斜挤压(20)，该倾斜挤压(20)在所述环周区域(53)的上方朝向所述喷射中心轴线(L4)斜向上定向，并沿着与所述开口(51a)相对定位的所述顶面(30)的相对部分(30a)定向；且所述燃料喷射阀(60)在其末端部具有喷嘴的引导部分(62a1)，该引导部分(62a1)设置为当活塞(5)位于其上止点位置时定位在所述空腔(51)内。

2、如权利要求1所述的燃料直喷式内燃机，其特征在于，所述燃料喷射阀(60)是以燃料-空气混合物的形式喷射所述喷射流(63)的阀，且所述燃料喷射阀(60)构造成以这样的方式喷射空气-燃料混合物，即，在限定了所述开(51a)的所述环周区域(53)的内周(53a)与所述喷射流(63)的外周(63a)之间的距离，在所述环周区域的所述内周(53a)的整个周围基本上一致。

3、如权利要求1或2所述的燃料直喷式内燃机，其特征在于，所述燃料喷射阀(60)设置在沿着所述喷射中心轴线(L4)的方向看时与所述开口(51a)的中心重合的位置处；且所述火花塞(70)具有比限定所述开口(51a)的环周区域(53)的所述内周(53a)更靠近所述燃料喷射阀(60)的点火部分(71)。

4、如权利要求2所述的燃料直喷式内燃机，其特征在于，当所述活塞(5)位于上止点时火花塞(70)的所述点火部分(71)位于所述空腔(51)中，且所述点火部分(71)定位成比燃料喷射阀(60)更靠近活塞(5)。

5、如权利要求1所述的燃料直喷式内燃机，其特征在于，所述空腔(51)的底壁表面(52a)具有与所述点火部分(71)相对的最深部分。

Claims (5)

1、一种燃料直喷式内燃机，包括：活塞(5)，其在顶表面具有空腔(51)；汽缸盖(3)；燃烧室(8)，其限定在活塞(5)和汽缸盖(3)之间并具有由汽缸盖(3)的内表面形成的顶面(30)；燃料喷射阀(60)，其暴露于燃烧室(8)；和火花塞(70)，其暴露于燃烧室(8)，其中，该燃料喷射阀(60)将燃料喷射成喷射流(63)，该喷射流(63)具有朝向所述空腔(51)内部的喷射中心轴线(L4)，其特征在于：

该燃料喷射阀(60)构成为以这样的方式喷射燃料，以使所述喷射流(63)的外周(63a)在压缩冲程期间位于所述空腔(51)内；在所述活塞顶表面的环周区域(53)上形成有在所述空腔(51)的开口(51a)外部的活塞侧挤压区域(54)，所述活塞侧挤压区域(54)的一部分从其外周(53b)沿着朝向所述喷射中心轴线(L4)的方向斜向上倾斜；所述顶面(30)具有形成在其上的缸盖侧挤压区域(34)，该缸盖侧挤压区域(34)的一部分从所述顶面的外周(30b)沿着朝向所述喷射中心轴线(L4)的方向斜向上倾斜；且所述活塞侧挤压区域(54)和所述缸盖侧挤压区域(34)设置为相互配合以产生倾斜挤压(20)，该倾斜挤压(20)在所述环周区域(53)的上方朝向所述喷射中心轴线(L4)斜向上定向，并沿着与所述开口(51a)相对定位的所述顶面(30)的相对部分(30a)定向。

2、如权利要求1所述的燃料直喷式内燃机，其特征在于，所述燃料喷射阀(60)是以燃料-空气混合物的形式喷射所述喷射流(63)的阀，且所述燃料喷射阀(60)构造成以这样的方式喷射空气-燃料混合物，即，在限定了所述开口(51a)的所述环周区域(53)的内周(53a)与所述喷射流(63)的外周(63a)之间的距离，在所述环周区域的所述内周(53a)的整个周围基本上一致。

3、如权利要求1或2所述的燃料直喷式内燃机，其特征在于，所述燃料喷射阀(60)设置在沿着所述喷射中心轴线(L4)的方向看时与所述开口(51a)的中心重合的位置处；且所述火花塞(70)具有比限定所述开口(51a)的环周区域(53)的所述内周(53a)更靠近所述燃料喷射阀(60)的点火部分(71)。

4、如权利要求2所述的燃料直喷式内燃机，其特征在于，当所述活塞(5)位于上止点时火花塞(70)的所述点火部分(71)位于所述空腔(51)中，且所述点火部分(71)定位成比燃料喷射阀(60)更靠近活塞(5)。

5、如权利要求1所述的燃料直喷式内燃机，其特征在于，所述空腔(51)的底壁表面(52a)具有与所述点火部分(71)相对的最深部分。

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