CN205422968U - 一种缸内喷射式发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种缸内喷射式发动机，其能够抑制活塞刚性的降低和重量的增加，同时还能够高效地将从缸内喷射阀喷射的燃料送入形成于活塞顶面的凹部内，并在火花塞周围集中所需的燃料。其具有容纳于气缸内的活塞(2)、缸内喷射阀(9)、火花塞(4)和在活塞顶面形成的凹部(10)，凹部(10)夹持活塞(2)的轴心O而设置于一侧的凹部起始端(A2)和另一侧的凹部终止端(A1)之间，与连接凹部(10)中的凹部起始端(A2)和凹部终止端(A1)并通过轴心O的起始与终止端之间的中心线(j2)正交的方向上的宽度最宽的最大宽度部(Wmax)，位于与轴心O相比在凹部起始端(A2)一侧，从最大宽度部(Wmax)至凹部终止端(A1)的距离，设定为比至凹部起始端(A2)的距离短。其还具有：沿着凹部起始端(A2)一侧的端缘具有起始端一侧的曲线区间(12)，沿着凹部终止端(A1)一侧的端缘与起始端一侧的曲线区间(12)相比曲线半径较大的终止端一侧的曲线区间(13)。

Description

一种缸内喷射式发动机

技术领域

本实用新型涉及一种用于向气缸内直接喷射燃料的缸内喷射式发动机。

背景技术

在具有向气缸内直接喷射燃料的缸内喷射阀的缸内喷射式汽油发动机中，例如，有一种汽油发动机，其进行如下控制，在高负载区域中，向气缸内导入均质理论空燃比的混合气而进行均质燃烧，而在低负载区域中，将气缸内分成燃料较浓的可燃混合气层和燃料较稀薄或者基本上仅有空气的稀薄混合气层而进行分层稀薄燃烧(分层燃烧)。

当分层燃烧时，利用伴随活塞的下降而产生的气缸内的气流，来防止汽油和空气的均质混合，控制气流使可燃混合气层在压缩冲程后期集中在火花塞周围，稀薄混合气层集中在离活塞顶面较近的一侧。

然而，在专利文献1中，公开了一种在活塞顶面偏向进气阀一侧的位置上，形成平面图为正圆形的凹部(碗形)的技术。当活塞在上止点附近时，朝向气缸内的缸内喷射阀的喷射轴线指向该凹部的内部。

在该活塞中，当均质燃烧时，新鲜空气从一个气缸所具备的一对进气口被导入气缸内，产生一种为较强的纵向旋转的涡流的滚流。燃料在进气冲程中被喷射入气缸内，该燃料以滚流的方式在气缸内扩散，实现了气缸内混合气的均质化。

另外，当分层稀薄燃烧时，在设置于开口内的空气控制阀的控制下，新鲜空气仅仅从一对进气口中的一个进气口被导入气缸内，滚流的成分被相对地减弱，同时沿着水平方向的涡流即旋流被增强。

而且，在压缩冲程的后半段，从缸内喷射阀向活塞顶部的凹部喷射的燃料，随着凹部内的旋流向燃烧室顶部的火花塞一侧移动，在火花塞周围形成易于点燃的可燃混合气层。

【专利文献1】日本专利文献特开平11-210551号公报

实用新型所要解决的技术问题

如上述实例，在缸内喷射式汽油发动机中，需要将从缸内喷射阀喷射出的燃料平稳地导入至火花塞周围，并在其火花塞周围形成易于点燃的混合气。

然而，缸内喷射阀喷射出的燃料的喷射区域若相对于从缸内喷射阀的喷射口朝向活塞轴心(平面图为中心)方向渐渐扩散为扇形的形状，如上述形成平面图为正圆形的凹部的话，其燃料的喷射区域不落入凹部内，达到比凹部边缘更加外侧的位置。

这种情况下，燃料逸散到凹部之外的外径侧，在火花塞周围无法集中所需燃料。因此，成为使其产生爆震或因沉积增加等而使其产生早燃的原因，故不理想。

另外，与燃料喷射区域对应的凹部范围无条件扩大与活塞刚性的降低有关。还有，为了弥补其刚性的降低，如果齿顶面即从顶环槽到活塞顶面的部分变厚，就会引起活塞的重量增加。

因此，本实用新型的课题是抑制活塞刚性的降低和重量的增加，同时还能够高效地将从缸内喷射阀喷射的燃料送入形成于活塞顶面的凹部内，并在火花塞周围集中所需的燃料。

实用新型内容

为解决上述课题，本实用新型采用一种缸内喷射式发动机，其具有容纳于气缸内的活塞；向所述气缸内直接喷射燃料的缸内喷射阀；配置于所述缸盖一侧的火花塞；形成于活塞顶面，从所述缸内喷射阀喷射出的燃料指向的凹部，所述活塞的凹部，夹持活塞的轴心而设置于所述缸内喷射阀所在的一侧的凹部起始端和另一侧的凹部终止端之间，在与连接所述凹部的所述凹部起始端和所述凹部终止端并通过所述轴心的起始与终止端之间的中心线正交的方向上的宽度最宽的最大宽度部，沿着所述起始与终止端之间的中心线而位于与所述轴心相比所述凹部起始端一侧，沿着所述起始与终止端之间的中心线而从所述最大宽度部至所述凹部终止端的距离，设定为比从所述轴心至所述凹部起始端的距离短。

所述活塞的凹部，由沿着所述凹部起始端一侧的端缘具有起始端一侧的曲线区间，沿着所述凹部终止端一侧的端缘具有与所述起始端一侧的曲线区间相比曲线半径相对较大的终止端一侧的曲线区间构成。

在这些构成中，所述终止端一侧的曲线区间，具有比所述凹部起始端和所述凹部终止端之间的距离的2分之1还长的半径的部分；所述起始端一侧的曲线区间，具有比所述凹部起始端和所述凹部终止端之间的距离的2分之1还短的半径的部分。另外，在这些构成中，在所述终止端一侧的曲线区间的两端，分别连接有与所述终止端一侧的曲线区间的曲线半径相比相对较小的侧方曲线区间。此时，所述侧方曲线区间，具有比所述凹部起始端和所述凹部终止端之间的距离的2分之1还短的半径的部分。

另外，在所述起始端一侧的曲线区间的两端，分别连接有随着远离所述凹部起始端而渐渐地远离所述起始与终止端之间的中心线的安装区间。

这些构成中，所述终止端一侧的曲线区间是由单一曲线半径构成的曲线，所述终止端一侧的曲线区间的圆弧的中心，配置为与在1个冲程中从所述缸内喷射阀喷射的燃料的开始吹入时的燃料的倾斜方向的喷射中心线和所述凹部的底面的交点相比，在所述凹部起始端一侧。

另外，所述终止端一侧的曲线区间是由单一曲线半径构成的曲线，所述终止端一侧的曲线区间的圆弧的中心，配置为与喷射边缘线和所述凹部的端缘的交点相比，在所述凹部起始端一侧，所述喷射边缘线表示相对于和所述起始与终止端之间的中心线正交的喷射宽度方向、从所述缸内喷射阀喷射的燃料的喷射区域边缘。

另外，这些构成中，使在1个冲程中从所述缸内喷射阀喷射的燃料的开始吹入时的燃料的倾斜方向的喷射中心线和所述凹部的底面的交点P位于最大宽度部。

实用新型效果

本实用新型，在活塞顶面形成的凹部夹持活塞的轴心而设置于一侧的凹部起始端和另一侧的凹部终止端之间，连接凹部中的凹部起始端和凹部终止端并通过轴心的起始与终止端之间的中心线正交的方向上的宽度最宽的最大宽度部，位于沿着起始与终止端之间的中心线与轴心相比在凹部起始端一侧，沿着起始与终止端之间的中心线从最大宽度部至凹部终止端的距离，设定为比从轴心至凹部起始端的距离短。因此，活塞顶的凹部范围不会过度变大，成为足够接受从缸内喷射阀喷射出的燃料所需的范围。

因此，抑制活塞刚性的降低和重量的增加，同时还能够高效地将从缸内喷射阀喷射的燃料送入形成于活塞顶面的凹部内，并在火花塞周围集中所需的燃料。

附图说明

图1示出本实用新型的一实施方式的活塞，其中，图1(a)是平面图，图1(b)是图1(a)的B-B截面图，图1(c)是图1(a)的C-C截面图。

图2是表示相同实施方式的活塞的斜视图。

图3是表示容纳相同实施方式的活塞的发动机的气缸内部的截面图。

图4是表示相同实施方式的活塞的平面图以及与缸内喷射阀的位置关系的正面示意图。

图5(a)～(e)表示决定活塞顶面的凹部形状的顺序的平面图。

图6(a)～(c)是表示活塞顶面的凹部的详细构造的平面图。

图7表示其他实施方式的活塞的平面图以及与缸内喷射阀的位置关系的正面示意图。

图8表示其他实施方式的活塞的平面图以及与缸内喷射阀的位置关系的正面示意图。

图9是活塞的要部扩大截面图。

符号说明

1气缸

2活塞

2a活塞裙部

2b活塞凸台部

2c冷却通道

3燃烧室

4火花塞

5进气口

6排气口

7进气阀

8排气阀

9缸内喷射阀

10凹部

11底面

12起始端一侧的曲线区间

13终止端一侧的曲线区间

14倒角部

15垂直部

16终止端一侧的圆角部

17起始端一侧的圆角部

18直线部(安装区间)

19侧方曲线区间

21，23凹槽

22始端一侧的周缘部

24终止端一侧的周缘部

25侧方顶面

26侧方周缘部

27活塞顶面

具体实施方式

下面，基于附图对本实用新型的一实施方式进行说明。本实施方式是缸内喷射式汽车用四冲程汽油发动机以及用于该发动机的活塞。图1以及图2是表示活塞的详细构造的图，图3是表示该发动机所具备的1个气缸中燃烧室3的主要部件以及发动机的构成的图。在图3中，仅仅表示与本实用新型直接相关的构件等，省略了其他构件等的图示。另外，在图3中，虽然只表示了一个气缸1，但发动机既可以是单气缸，也可以是具有多个气缸1的多气缸。

如图3所示，在发动机的气缸1内容纳有活塞2。由气缸1的内壁面以及活塞2的顶面等形成燃烧室3。另外，在气缸1中，具有将空气导向燃烧室3的进气口5，将来自于燃烧室3的尾气排出的排气口6以及从缸盖侧沿着气缸的轴线，即，沿着气缸的轴向而向下配置的火花塞4等。另外，火花塞的方向并不仅限于此。

在气缸1中，具有向燃烧室3内直接喷射燃料的缸内喷射阀9。缸内喷射阀9，配置于燃烧室3内靠近上方的周缘部且位于进气口5的开口附近。如图3所示，缸内喷射阀9的燃料喷射方向，随着其喷射中心线j0从燃烧室3的周缘部向中央靠近，渐渐地接近活塞头(活塞2的顶面)的倾斜方向。下面，将该燃料的喷射中心线j0称为倾斜方向的喷射中心线j0。将该倾斜方向的喷射中心线j0作为中心，燃料从缸内喷射阀9的喷射口喷出并以扇形的形状均匀扩散。

在本实施方式中，一个气缸具有两个进气口5。在各个进气口5中，分别设置有用来开闭通往燃烧室3的开口部的进气阀7。另外，一个气缸具有两个排气口6。在两个排气口6中，分别设置有用来开闭通往燃烧室3的开口部的排气阀8。这些进气阀7以及排气阀8，通过设置于缸盖侧的凸轮轴的旋转，以规定的时间来开闭进气口5、排气口6。

进气阀7和排气阀8、火花塞4、缸内喷射阀9、以及其他的发动机工作时所需要的设备，通过设置于搭载有该发动机的车辆所具备的电子控制单元(ElectronicControlUnit)的控制机构来控制。

另外，在本实施方式中，能够选择性地控制进气阀5的开闭时间，例如，使一个进气阀5和另一个进气阀5的开闭时间相同或者互不相同。另外，能够选择性地控制排气阀6的开闭时间，例如，使一个排气阀6和另一个排气阀6的开闭时间相同或者互不相同。

通过对这些阀和燃料喷射时刻的控制，例如，在高负载区域中，能够向燃烧室3内导入理论空燃比的均质混合气而进行均质燃烧，在低负载区域中，能够将燃烧室3内分成燃料较浓的可燃混合气层和燃料较稀薄或者基本上仅有空气的稀薄混合气层，从而进行分层稀薄燃烧(分层燃烧)。

缸内喷射阀9配置于两个进气阀7之间。缸内喷射阀9，配置为至少在活塞2处于上止点付近的状态时，使倾斜方向的喷射中心线j0指向比活塞2的轴心O略微靠近缸内喷射阀9的部分。在图3中所示的符号P，表示在从1个冲程中的缸内喷射阀9喷射的燃料开始吹入时，倾斜方向的喷射中心线j0和活塞头的交点。在这里，活塞2的轴心O与火花塞4所在的气缸1的气缸轴心一致。

如图1以及图2所示，活塞2，在活塞头一侧形成为圆柱状或者圆筒状，并且在侧方下部的一对活塞裙部2a与活塞裙部2a之间具有活塞凸台部2b。另外，在周缘部，在沿着圆周方向的整个圆周上具有环状的空间即冷却通道2c。

在活塞2的外周面上，具备容纳有活塞环2d的槽2e。在本实施方式中，对应于3个活塞环2d形成有3个槽2e。与最靠近活塞头一侧的槽2e相比更靠近顶面一侧的部分为齿顶面。

在活塞头上，形成有可以使从缸内喷射阀9喷射出的燃料指向的凹部10。凹部10设置于活塞顶面上。

凹部10，夹持活塞2的轴心O而设置于一侧即缸内喷射阀9一侧的凹部起始端A2和另一侧即缸内喷射阀9的相反一侧的凹部终止端A1之间。

如图4所示，沿着连接凹部起始端A2和凹部终止端A1并通过活塞2的轴心O而与该轴心O正交的起始与终止端之间的中心线j2，从轴心O至凹部终止端A1的距离L1，设定为比从轴心O至凹部起始端A2的距离L2短。另外，起始与终止端之间的中心线j2，在平面图上位于与活塞凸台部2b的轴线方向正交的方向上。

凹部起始端A2的位置，以从缸内喷射阀9的喷射口位置J’沿着轴心O向下仅相距距离L11的正下方的位置J作为基准，位于与该正下方的位置J相比仅相距距离L3的轴心O的一侧。凹部起始端A2被设定为使来自缸内喷射阀9的燃料的喷射区域容纳于凹部10的底面11内。另外，正下方的位置J，位于从活塞2的边缘仅相距距离L4的内侧。

凹部终止端A1的位置，设定在接触到凹部10的底面11的燃料被导入凹部终止端A1一侧，与该凹部终止端A1的端壁接触而向火花塞4一侧转向，并且能够在火花塞4周围形成较浓的燃料层的位置。在本实施方式中，凹部终止端A1的位置为使活塞2的轴心O、起始与终止端之间的中心线j2和活塞2的端缘的交点A3，大致以1：2的比例内分的点，但是该内分比率可以根据活塞2的直径和燃料的喷射压力、其他以及发动机的规格来适当地确定。

另外，活塞2的凹部10，沿着凹部起始端A2一侧的端缘具有起始端一侧的曲线区间12，沿着凹部终止端A1一侧的端缘具有与起始端一侧的曲线区间12相比曲线半径相对较大的终止端一侧的曲线区间13。

终止端一侧的曲线区间13，具有比凹部起始端A2和凹部终止端A1之间的距离L1+L2的2分之1还长的半径r-1的部分。另外，起始端一侧的曲线区间12，具有比凹部起始端A2和凹部终止端A1之间的距离L1+L2的2分之1还短的半径r-3的部分。

在本实施方式中，起始端一侧的曲线区间12、终止端一侧的曲线区间13，是分别由单一的曲线半径r-3、r-1构成的曲线区间(R3，R1)，但也可以使该曲线区间的半径在中间变化。只是，在曲线中间不存在断点等，并且，曲率应连续变化，不存在曲率不连续的部分为佳。此时，起始端一侧的曲线区间12，在整个区间内，半径比距离L1+L2的2分之1短为佳。同样，终止端一侧的曲线区间13，在整个区间内，半径比距离L1+L2的2分之1长为佳。

在终止端一侧的曲线区间13的两端，分别连接有与终止端一侧的曲线区间13的曲线半径r-1相比相对较小的曲线半径r-2的侧方曲线区间19。侧方曲线区间19，具有比距离L1+L2的2分之1短的半径r-2的部分。

在本实施方式中，侧方曲线区间19的曲线半径r-2被设定为与起始端一侧的曲线区间12的曲线半径r-3相同。如果将侧方曲线区间19的曲线半径r-2和起始端一侧的曲线区间12的曲线半径r-3设定为相同，则在制造时易于加工。但是，也可以将该曲线半径r-2和曲线半径r-3设定为不同。

另外，在本实施方式中，侧方曲线区间19，是由单一的曲线半径r-2构成的曲线区间(R2)，但也可以使该曲线区间的半径在中间变化。只是，在曲线中间不存在断点等，并且，曲率应连续变化，不存在曲率不连续的部分为佳。此时，侧方曲线区间19，在整个区间内，半径比距离L1+L2的2分之1短为佳。

在起始端一侧的曲线区间12的两端，分别连接有随着远离凹部起始端A2而渐渐地远离起始与终止端之间的中心线j2的安装区间18。在本实施方式中，安装区间18由直线型的直线部(U1)构成。另外，安装区间18并不限定于直线部，也可以是由足够大的半径构成的弧形(圆弧形)。

安装区间18，由起始端一侧的曲线区间12的端部和侧方曲线区间19的端部连接构成。安装区间18，相对于和起始与终止端之间的中心线j2正交的喷射宽度方向，与表示从缸内喷射阀9喷射的燃料的喷射区域的边缘的喷射边缘线j1平行。在平面图中，从缸内喷射阀9喷射的燃料的喷射区域，是在图1(a)中以角度α表示的喷射边缘线j1内的扇形的区域。

但是，也可以将由该直线部构成的安装区间18配置成不与喷射边缘线j1平行，相互间形成很小的角度。只是，安装区间18位于与喷射边缘线j1相比的外侧为佳。另外，只要安装区间18沿着喷射边缘线j1，安装区间18的一部分或者全部，也可以由无断点的平滑的曲线构成。此时，为了使燃料能够平稳地导入侧方曲线区间19一侧，包含于安装区间18的曲线为其曲线半径比起始端一侧的曲线区间12或终止端一侧的曲线区间13、侧方曲线区间19大的圆弧形状为佳。

如本实施方式，在终止端一侧的曲线区间13由单一曲线半径r-1构成的曲线的情况下，终止端一侧的曲线区间13的圆弧的中心O1，配置于与在1个冲程中从缸内喷射阀9喷射的燃料的开始吹入时(压缩冲程后期，例如，压缩上止点前40CA)的燃料的倾斜方向的喷射中心线j0和凹部10的底面11的交点P相比，仅相距距离L8的凹部起始端A2一侧。图中的符号L5为沿着轴心O和中心O1间的起始与终止端之间的中心线j2方向的距离。

另外，终止端一侧的曲线区间13的圆弧的中心O1，配置于与喷射边缘线j1和凹部10的端缘的交点C之间的中点C₀相比，仅相距距离L8-L9的凹部起始端A2一侧。在这里，距离L9为沿着交点P和中点C₀间的起始与终止端之间的中心线j2方向的距离。

在起始端一侧的曲线区间12为由单一曲线半径r-3构成的曲线的情况下，起始端一侧的曲线区间12的圆弧的中心O3，配置于与倾斜方向的喷射中心线j0和凹部10的底面11的交点P相比，仅相距距离L8+L6的凹部起始端A2一侧。起始端一侧的曲线区间12的圆弧的中心O3，配置于与喷射边缘线j1和凹部10端缘的交点C之间(参照从图中的起始与终止端之间的中心线j2的距离W3)的中点C₀相比，仅相距距离L8-L9+L6的凹部起始端A2一侧。在这里，距离L6为沿着中心O1和中心O3间的起始与终止端之间的中心线j2方向的距离。

交点C为侧方曲线区间19和喷射边缘线j1的交点。另外，通过交点P并夹持和起始与终止端之间的中心线j2正交的直线，在交点C所在一侧的相反一侧存在最大宽度部Wmax。最大宽度部Wmax位于侧方曲线区间19内，为相对于和起始与终止端之间的中心线j2正交的喷射宽度方向，凹部10的宽度最宽的位置。

最大宽度部Wmax，沿着起始与终止端之间的中心线j2而位于与轴心O相比靠近凹部起始端A2一侧，沿着起始与终止端之间的中心线j2，从最大宽度部Wmax至凹部终止端A1的距离，设定为比从轴心O至凹部起始端A2的距离还短。

图中的符号B1为终止端一侧的曲线区间13和侧方曲线区间19的连接点，符号B2为成为最大宽度部Wmax的位置，符号B3为侧方曲线区间19和安装区间18的连接点，符号B4为安装区间18和起始端一侧的曲线区间12的连接点。夹持各个连接点的两侧区间的线之间，相互间连接点上的切线方向一致，无断点而平滑地连接。

另外，交点P、中点C₀和最大宽度部Wmax的位置，也可以沿着起始与终止端之间的中心线j2的方向互相一致。例如，可以考虑以下方式，在3个点当中，交点P和中点C₀的位置在沿着起始与终止端之间的中心线j2的方向上一致的方式，最大宽度部Wmax和交点P的位置在沿着起始与终止端之间的中心线j2的方向上一致的方式，最大宽度部Wmax和中点C₀的位置在沿着起始与终止端之间的中心线j2的方向上一致的方式，或者，3个点的位置在沿着起始与终止端之间的中心线j2的方向上全部一致的方式。只是，从将喷射出的燃料高效地捕捉到具有限定的面积的凹部10内的观点考虑，交点P的位置和最大宽度部Wmax的位置在沿着起始与终止端之间的中心线j2的方向上一致为佳。

另外，如图1以及图2所示，活塞2，在凹部10的周围具有用于防止进排气阀7、8的干涉的凹形的凹槽21、23。另外，活塞2，沿着进气阀7一侧的周缘具有起始端一侧的周缘部22，沿着排气阀8一侧的周缘具有终止端一侧的周缘部24。

另外，在活塞2的朝向所述喷射宽度方向的周缘上，具有倾斜的侧方顶面25和与轴心垂直的面方向的侧方周缘部26。侧方周缘部26，与气缸1的上壁面相对，形成有从燃烧室3内的周缘部向中央排出燃料的挤气区。

在凹部10和凹槽23之间、凹部10和侧方顶面25之间，具有与轴心O垂直的面方向的活塞顶面27。另外，根据规格，也可以不设置活塞顶面27。

如图9的截面图所示，凹部10的端缘，在凹部终止端A1一侧，从活塞顶面27朝向底面11依次具有倒角部14、垂直部15、终止端一侧的圆角部16。该结构被采用在终止端一侧的曲线区间13和侧方曲线区间19的全部区间内。终止端一侧的圆角部16，设置在中心角α1(α1＝90°)、高度B的范围内，以连接底面11和垂直部15。如图9的截面图所示，垂直部15，在与轴心O平行的任意截面中，形成为与轴心O平行。

在图9中，符号Q1为凹部10的底面11和终止端一侧的圆角部16的连接点。在该连接点Q1，底面11的平坦面和终止端一侧的圆角部16的曲面之间为无断点的平滑连接。符号Q2为终止端一侧的圆角部16和垂直部15的连接点。在该连接点Q2，垂直部15的圆筒状面和终止端一侧的圆角部16的曲面之间也为无断点的平滑连接。符号Q3以及符号Q4为由横向尺寸C1、纵向尺寸C2构成的倒角部14的起始点与终止点。该横向尺寸C1、纵向尺寸C2，只要能够充分确保垂直部15的高度A，就可以自由地设定。

从缸内喷射阀9喷射出的燃料，在接触到凹部10的底面11之后，到达终止端一侧的曲线区间13。或者，到达安装区间18和侧方曲线区间19，且沿着该安装区间18和侧方曲线区间19而移动，到达终止端一侧的曲线区间13。在这里，燃料沿着与平坦的底面11平滑地连接的终止端一侧的圆角部16上升，沿着垂直部15而被引导至与轴心O平行的方向，并被平稳地导入火花塞4一侧。

在这里，如图9所示，将连接起始端一侧的周缘部22的顶面和终止端一侧的周缘部24的顶面的活塞2的中立线f1为分界，凹部10的底面11位于下方(曲柄一侧)，而活塞顶面27位于上方(缸盖侧)。终止端一侧的圆角部16，在与中立线f1相比上方的位置与垂直部15相连接。中立线f1为根据压缩高度(活塞凸台部2b的中心，即，从活塞销的中心至活塞2的肩部的距离)算出的基准面。由于将终止端一侧的圆角部16和垂直部15在与中立线f1相比上方的位置进行连接，故可以使终止端一侧的圆角部16的曲线半径R1变得更大，还可以向火花塞4一侧平稳地引导燃料。

从中立线f1至活塞顶面27的高度h2，设定为比从中立线f1至凹部10的底面11的高度h3低。从凹部10的底面11至活塞顶面27的高度h1为高度h2和高度h3之和。

由于并没有将垂直部15和活塞顶面27之间的棱线部设置成弧形，由C面构成的倒角部14构成了该棱线部，故可以将垂直部15沿着活塞2的轴心形成为更宽的区域。这是因为假如将棱线部设置为弧形，则不能充分确保垂直部15的长度(朝向轴心方向的长度)。另外，通过将棱线部设置为弧形，可以使气流沿着该弧形部的圆弧而流动，但通过设置成由C面构成的倒角部14，气流分层并容易被供给到火花塞附近。

另外，通过以倒角部14来构成棱线部，能够使凹部10的深度(相当于所述高度h1)变浅，并可以不再需要将齿顶面增厚等用于确保刚性的各种对策。另外，若凹部10较浅，则可充分确保与冷却通道2c的隔离部。

另外，在凹部起始端A2一侧和安装区间18一侧，凹部10的端缘，由连接底面11和起始端一侧的周缘部22以及凹槽21的起始端一侧的圆角部17构成，起始端一侧的圆角部17设置在中心角α2(α2＜90°)的范围。

在本实施方式中，虽然将终止端一侧的圆角部16的曲线半径R1和起始端一侧的圆角部17的曲线半径R2设定为相同，但从确保活塞构件的刚性的观点考虑，起始端一侧的圆角部17的曲线半径R2设定为比终止端一侧的圆角部16的曲线半径R1小为佳。另外，曲线半径R1和曲线半径R2的数値和大小关系，并不限定于所述实施方式。

在图9中，符号Q5为凹部10的底面11和起始端一侧的圆角部17的连接点。在该连接点Q5，底面11的平坦面和起始端一侧的圆角部17的曲面为无断点的平滑连接。符号Q6为起始端一侧的圆角部17和起始端一侧的周缘部22的连接点。符号Q7为将起始端一侧的圆角部17延长至形成中心角α2＝90°的虚拟点。在符号Q6所表示的起始端一侧的圆角部17和起始端一侧的周缘部22的连接点的棱线部上，也可以设置由C面构成的倒角部。

凹部终止端A1的位置，若为与凹部10的底面11接触的燃料与该凹部终止端A1的端壁接触而向火花塞4一侧转换方向，并在火花塞4周围可形成较浓的燃料层的位置，则可自由地设定。

在凹部终止端A1一侧的端壁上，设置垂直部15和终止端一侧的圆角部16、倒角部14的效果，并不限定于所述实施方式的凹部10的平面形状，通过凹部10的端壁，可以在需要将从缸内喷射阀9喷射的燃料平稳地导向靠近火花塞4的空间的各种活塞2上发挥作用。例如，在具有平面图为正圆形的凹部10的活塞2上也可以采用。

如上所述，由于将形成于活塞头的凹部10夹持着活塞2的轴心O而设置于一侧的凹部起始端A2和另一侧的凹部终止端A1之间，将从轴心O至凹部终止端A1的距离L1设定为比从轴心O至凹部起始端A2的距离L2短，并且，沿着凹部起始端A2一侧的端缘具有起始端一侧的曲线区间12，沿着凹部终止端A1一侧的端缘具有与起始端一侧的曲线区间12相比曲线半径相对较大的终止端一侧的曲线区间13，故不必使活塞头的凹部10范围过大，能够将凹部10设定在用来接受从缸内喷射阀9喷射的燃料所需的足够的范围内。这是因为将终止端一侧的曲线区间13的半径设为相对较大，而将起始端一侧的曲线区间12的半径设为相对较小。

另外，由于在终止端一侧的曲线区间13的两侧具有与该终止端一侧的曲线区间13相比曲线半径相对较小的侧方曲线区间19，因此在火花塞4的正下方付近，可以确保凹部10的范围更宽，还能够高效地捕捉来自缸内喷射阀9的燃料。

此外，在起始端一侧的曲线区间12的两侧，具有沿着喷射边缘线j1的安装区间18，将该安装区间18作为喷射边缘线j1的外侧，故能够高效地捕捉来自缸内喷射阀9的燃料而不使其逸散到凹部10之外，并且将燃料经过安装区间18、侧方曲线区间19而引导至终止端一侧的曲线区间13。

因此，不仅可以将凹部10的范围限制在所需的最小范围内，抑制活塞2刚性的降低和重量的增加，同时还能够高效地将从缸内喷射阀9喷射的燃料送入活塞2的凹部10内，并在火花塞4周围集中所需的燃料。

另外，由于将凹部10的范围限制在所需最小范围内，所以没有必要增大齿顶面的厚度。在这一点上，也可以抑制活塞2的刚性降低和重量的增加。另外，由于可充分确保凹部10的端缘和活塞2的边缘之间的隔离部，因此也可以抑制设置有冷却通道2c的部分的刚性降低。

图5以及图6是表示本实用新型中的凹部10的设计步骤以及作用效果的示意图。

首先，在图5(a)所示的活塞头的平面图中，缸内喷射阀9的正下方位置J和在燃料开始吹入时的倾斜方向的喷射中心线j0以及活塞头的交点P取决于发动机的规格。

如图5(b)所示，凹部10，夹持着活塞2的轴心O而设置于缸内喷射阀9一侧的凹部起始端A2和缸内喷射阀9的相反一侧的凹部终止端A1之间。在这里，如图5(b)所示，若将凹部10的形状设为以往的正圆形(曲线半径r-0)，则该正圆的半径为凹部起始端A2和凹部终止端A1之间的距离的2分之1。然而，若凹部10为正圆形，则图5(b)所示的区域S1在较广的范围内存在于凹部10之外。另外，由于从喷射边缘线j1向外侧伸出的区域S2的存在，使凹部10的面积白白增大，效率低下。

因此，如图5(c)所示，在本实用新型中，使凹部终止端A1一侧的曲线半径(终止端一侧的曲线区间13的曲线半径r-1)大于凹部起始端A2和凹部终止端A1之间的距离的2分之1。据此，可以将所述区域S1缩小至区域S1’。

然而，根据该曲线半径r-1，在凹部10的侧方，与活塞2的边缘之间的隔离部T1变小。因此，在终止端一侧的曲线区间13的两侧，设置了与该终止端一侧的曲线区间13相比曲线半径r-2相对较小的侧方曲线区间19。据此，如图5(d)所示，可以确保较宽的隔离部T1如隔离部T1’。

在这里，终止端一侧的曲线区间13和侧方曲线区间19的连接点B1，可以从起始与终止端之间的中心线j2确保距离W1，在活塞轴心O付近，可以从起始与终止端之间的中心线j2确保距离W2(W2＞W0)。

然后，如图5(e)所示，使凹部起始端A2一侧的曲线半径(起始端一侧的曲线区间12的曲线半径r-3)小于凹部起始端A2和凹部终止端A1之间的距离的2分之1。结果，在终止端一侧配置有曲线半径相对较大的终止端一侧的曲线区间13，在起始端一侧配置有曲线半径相对较小的起始端一侧的曲线区间12。

而且，将侧方曲线区间19的端部和起始端一侧的曲线区间12的端部，通过沿着表示从缸内喷射阀9喷射的燃料的喷射区域边缘的喷射边缘线j1的安装区间18进行连接。

据此，如图6(a)所示，与以往采用正圆形的凹部的情况相比，在与交点P相比凹部终止端A1一侧能够使凹部10扩大相当于区域V1的部分，在与交点P相比凹部起始端A2一侧能够使凹部10缩小相当于区域V2的部分。

另外，如图6(b)所示，通过使燃料开始吹入时的倾斜方向的喷射中心线j0和活塞头的交点P位于连接符号B2位置间的最大宽度部Wmax内，能够高效地将燃料捕捉到凹部10内。

此外，如图6(c)所示，当考虑以连接喷射边缘线j1与凹部10的端缘的交点C之间的线段和连接凹部起始端A2与凹部终止端A1的线段为对角线的四边形的情况下，与起始端一侧的内角α2相比终止端一侧的内角α1变大的这一点，也是一个在将燃料高效地捕捉到凹部10内的方面有效的因素。

这在考虑以连接符号B2位置间的最大宽度部Wmax的线段和连接凹部起始端A2与凹部终止端A1的线段为对角线的四边形的情况下也相同。

最大宽度部Wmax，沿着起始与终止端之间的中心线j2而位于与轴心O相比凹部起始端A2一侧，由于沿着起始与终止端之间的中心线j2，从最大宽度部Wmax至凹部终止端A1的距离，与从轴心O至凹部起始端A2的距离相比设定为较短，故当考虑以连接符号B2位置间的最大宽度部Wmax的线段和连接凹部起始端A2与凹部终止端A1的线段为对角线的四边形的情况下，与图6(c)的实例相同，终止端一侧的内角α1变得比起始端一侧的内角α2大。

图7表示其他实施方式，图8表示另一个其他的实施方式。

在图7的实施方式中，将凹部起始端A2一侧的起始端一侧的曲线区间12的曲线半径r-3设定为比侧方曲线区间19的曲线半径r-2小。在这里，虽然喷射边缘线j1与凹部10的端缘的交点C之间的中点C₀与交点P一致，但是可以自由地设定中点C₀和交点P是否一致。

另外，在图8的实施方式中，与图7的实施方式相比，略微增大了凹部起始端A2一侧的起始端一侧的曲线区间12的曲线半径r-3，并将安装区间18的朝向配置为相对于喷射边缘线j1倾斜的方向。安装区间18和喷射边缘线j1虽不交差，但它们的延长线，在凹部10以外的区域以较小的角度交差。即使通过这样的安装区间18的方式，也可以将燃料引导至侧方曲线区间19。只是，从凹部起始端A2一侧朝向凹部终止端A1一侧，使安装区间18和喷射边缘线j1渐渐地变窄为佳。

在这些实施方式中，从缸内喷射阀9喷射的燃料的喷射形态在倾斜方向的喷射中心线j0周围均匀分布，以及，倾斜方向的喷射中心线j0与起始与终止端之间的中心线j2在平面图上一致的前提下，将包含凹部10的活塞2的形状作为夹持起始与终止端之间的中心线j2的对象，但根据燃料喷射的形态、缸内喷射阀9的位置，也可以考虑将包含凹部10的活塞2的形状设为非夹持起始与终止端之间的中心线j2的对象的实施方式。

Claims (9)

1.一种缸内喷射式发动机，其特征在于，具有：

容纳于气缸内的活塞；

向所述气缸内直接喷射燃料的缸内喷射阀；

配置于所述气缸的缸盖一侧的火花塞；和

形成于活塞顶面、从所述缸内喷射阀喷射出的燃料指向的凹部，

所述活塞的凹部，夹持活塞的轴心而设置于所述缸内喷射阀所在的一侧的凹部起始端和另一侧的凹部终止端之间；

在与连接所述凹部的所述凹部起始端和所述凹部终止端并通过所述轴心的起始与终止端之间的中心线正交的方向上的宽度最宽的最大宽度部，沿着所述起始与终止端之间的中心线而位于与所述轴心相比所述凹部起始端一侧，

沿着所述起始与终止端之间的中心线而从所述最大宽度部至所述凹部终止端的距离，设定为比从所述轴心至所述凹部起始端的距离短。

2.如权利要求1所述的缸内喷射式发动机，其特征在于，所述活塞的凹部，沿着所述凹部起始端一侧的端缘具有起始端一侧的曲线区间，沿着所述凹部终止端一侧的端缘具有与所述起始端一侧的曲线区间相比曲线半径相对较大的终止端一侧的曲线区间。

3.如权利要求2所述的缸内喷射式发动机，其特征在于，所述终止端一侧的曲线区间，具有比所述凹部起始端和所述凹部终止端之间的距离的2分之1还长的半径的部分；所述起始端一侧的曲线区间，具有比所述凹部起始端和所述凹部终止端之间的距离的2分之1还短的半径的部分。

4.如权利要求2所述的缸内喷射式发动机，其特征在于，在所述终止端一侧的曲线区间的两端，分别连接有与所述终止端一侧的曲线区间的曲线半径相比相对较小的侧方曲线区间。

5.如权利要求4所述的缸内喷射式发动机，其特征在于，所述侧方曲线区间，具有比所述凹部起始端和所述凹部终止端之间的距离的2分之1还短的半径的部分。

6.如权利要求2所述的缸内喷射式发动机，其特征在于，在所述起始端一侧的曲线区间的两端，分别连接有随着远离所述凹部起始端而渐渐地远离所述起始与终止端之间的中心线的安装区间。

7.如权利要求2所述的缸内喷射式发动机，其特征在于，所述终止端一侧的曲线区间是由单一曲线半径构成的曲线，所述终止端一侧的曲线区间的圆弧的中心，配置为与在1个冲程中从所述缸内喷射阀喷射的燃料的开始吹入时的燃料的倾斜方向的喷射中心线和所述凹部的底面的交点相比，在所述凹部起始端一侧。

8.如权利要求2所述的缸内喷射式发动机，其特征在于，所述终止端一侧的曲线区间是由单一曲线半径构成的曲线，所述终止端一侧的曲线区间的圆弧的中心，配置为与喷射边缘线和所述凹部的端缘的交点相比，在所述凹部起始端一侧，所述喷射边缘线表示相对于和所述起始与终止端之间的中心线正交的喷射宽度方向、从所述缸内喷射阀喷射的燃料的喷射区域边缘。

9.如权利要求7或8所述的缸内喷射式发动机，其特征在于，使在1个冲程中从所述缸内喷射阀喷射的燃料的开始吹入时的燃料的倾斜方向的喷射中心线和所述凹部的底面的交点P位于最大宽度部。