直接燃料喷射的火花点火式内燃机

摘要

当燃料随着活塞到达压缩冲程的上止点(TDC)而从燃料喷射阀的喷嘴喷出时，经由活塞顶部所限定的凹面将喷嘴所喷射的燃料引导到达火花塞的电极。控制单元被设置为控制燃料喷射阀和火花塞。该控制单元被构造为在给定条件下实施：控制燃料喷射阀以在压缩冲程的上止点(TDC)之前的时刻开始燃料喷射以及在压缩冲程的上止点(TDC)之后的时刻结束燃料喷射；和控制火花塞以在上止点(TDC)之后的时刻实施点火。

权利要求

1.一种直接燃料喷射的火花点火式内燃机，包括：

气缸；

通向气缸的至少一个进气道；

自气缸延伸的至少一个排气道；

活塞，其在轴向上可移动地容纳于气缸内从而在该气缸内限定出燃烧室，该燃烧室可经由进气阀和排气阀分别与进气道和排气道相连接；

燃料喷射阀，具有暴露于燃烧室的燃料喷嘴；

火花塞，具有暴露于燃烧室的电极；

一种结构，其中当燃料随着活塞到达压缩冲程的上止点而从燃料喷射阀的喷嘴喷出时，经由活塞的顶部将喷嘴所喷射的燃料引导到达火花塞的电极；和用于控制燃料喷射阀和火花塞的控制单元，其被构造成在给定条件下实施：控制燃料喷射阀以在压缩冲程的上止点(TDC)之前的时刻开始燃料喷射以及在压缩冲程的上止点(TDC)之后的时刻结束燃料喷射，即，以经过上止点(TDC)的方式执行燃料喷射；

控制火花塞以在上止点(TDC)之后的时刻实施点火，

其中，所述的给定条件是需要增加废气温度的条件。

2.根据权利要求1所述的直接燃料喷射的火花点火式内燃机，其中，燃料喷射阀布置在燃烧室的一个侧部处，以在燃烧室内沿着向下倾斜的方向从喷嘴喷射燃料，火花塞布置在燃烧室的顶板的大致中心位置处，其中当燃料随着活塞到达压缩冲程的上止点(TDC)而从燃料喷嘴喷出时，所喷射的燃料被引向活塞的顶部并由该顶部反射，然后被引向火花塞的电极。

3.根据权利要求2所述的直接燃料喷射的火花点火式内燃机，其中，活塞的顶部形成有凹槽，该凹槽具有凹底面，从燃料喷射阀所喷射的燃料撞击该凹底面从而被反射向火花塞的电极。

4.根据权利要求2所述的直接燃料喷射的火花点火式内燃机，其中，活塞的顶部形成有凹槽，该凹槽具有椭圆形的凹底面，当活塞到达压缩冲程的上止点(TDC)时，该凹底面的其中一个焦点位于燃料喷射阀的喷嘴上，另一个焦点位于火花塞的电极上。

5.根据权利要求1所述的直接燃料喷射的火花点火式内燃机，其中，燃料喷射阀布置在燃烧室的一个侧部处，以在燃烧室内沿着内下倾斜的方向从喷嘴喷射燃料，火花塞布置在燃烧室的顶板的大致中心位置处，其中活塞的顶部形成有凸圆形表面，该凸圆形表面被成形为当活塞到达压缩冲程的上止点(TDC)时允许从燃料喷射阀所喷射的燃料在到达火花塞的电极之前在凸圆形表面上流动。

6.根据权利要求1所述的直接燃料喷射的火花点火式内燃机，其中，燃料喷射阀布置在燃烧室的一个侧部处，以在燃烧室内沿着向下倾斜的方向从喷嘴喷射燃料，火花塞布置在燃烧室的顶板的大致中心位置处，其中活塞的顶部形成有凸圆形表面，该凸圆形表面被成形为当活塞到达压缩冲程的上止点(TDC)时允许从燃料喷射阀所喷射的燃料撞击该凸圆形表面以使该燃料向火花塞的电极反射。

7.根据权利要求6所述的直接燃料喷射的火花点火式内燃机，其中，凸圆形表面构成在活塞顶部中形成的凹槽的底面。

8.根据权利要求7所述的直接燃料喷射的火花点火式内燃机，其中，控制单元被构造成在燃料喷射期间增加待喷射燃料的压力。

9.根据权利要求6所述的直接燃料喷射的火花点火式内燃机，其中，凸圆形表面上涂覆有抗油膜。

10.根据权利要求6所述的直接燃料喷射的火花点火式内燃机，其中，中心线“F”把相对于凸圆形表面的倾度限定为约10°至约50°范围内的角“θ”，该中心线是由锥形膨胀的燃料喷束所限定的虚中心线，而该燃料喷束在燃料喷射期间保持从燃料喷射阀的喷嘴喷射。

11.根据权利要求1所述的直接燃料喷射的火花点火式内燃机，其中，从喷射开始定时至压缩冲程的上止点(TDC)的时间以及从压缩冲程的上止点(TDC)至燃料喷射结束定时的时间相等。

12.一种直接燃料喷射的火花点火式内燃机，包括：

一种结构，其中当燃料随着活塞到达压缩冲程的上止点(TDC)而从燃料喷射阀的喷嘴喷出时，通过由活塞顶部所限定的凹面将喷嘴所喷射的燃料引导到达火花塞的电极；和用于控制燃料喷射阀和火花塞的控制单元，其被构造成在给定条件下实施：控制燃料喷射阀以在压缩冲程的上止点(TDC)之前的时刻开始燃料喷射并在压缩冲程的上止点(TDC)之后的时刻结束燃料喷射；

控制火花塞以在上止点(TDC)之后的时刻实施点火，

其中，所述的给定条件是需要增加废气温度的条件。

13.一种用于控制直接燃料喷射的火花点火式内燃机的操作的方法，该内燃机包括：气缸；通向气缸的至少一个进气道；自气缸延伸的至少一个排气道；活塞，其在轴向上可移动地容纳于气缸内从而在该气缸内限定出燃烧室，该燃烧室可经由进气阀和排气阀分别与进气道和排气道相连接；燃料喷射阀，具有暴露于燃烧室的燃料喷嘴；火花塞，具有暴露于燃烧室的电极；一种结构，其中当燃料随着活塞到达压缩冲程的上止点(TDC)而从燃料喷射阀的喷嘴喷出时，经由活塞的顶部将喷嘴所喷射的燃料引导到达火花塞的电极，所述的方法包括在给定条件下实施的如下步骤：控制燃料喷射阀以在压缩冲程的上止点(TDC)之前的时刻开始燃料喷射以及在压缩冲程的上止点(TDC)之后的时刻结束燃料喷射；和控制火花塞以在上止点(TDC)之后的时刻实施点火，

其中，所述的给定条件是需要增加废气温度的条件。

说明书

直接燃料喷射的火花点火式内燃机

发明领域

[0001] 本发明总体上涉及一种直接燃料喷射的火花点火式内燃机，更具体地说，涉及一种具有根据发动机的操作条件来控制燃料喷射定时和点火定时的控制系统的类型的发动机。

背景技术

[0002] 为了阐明本发明的任务，将简要描述两种上述类型的公知发动机，迄今它们已被提出或已经在实际中得到使用，并且日本公开专利申请2001-336467和2003-113717示出了这两种发动机。

[0003] 前者描述了一种措施，其中当内燃机的排气系统中的催化转化器没有充分受热时，在压缩冲程中实施燃料喷射，同时点火定时相对于压缩冲程的上止点(TDC)被延迟。

[0004] 后者描述另一种措施，其中在压缩冲程的过程中，从每个燃料喷射器所喷射的燃料由活塞顶部反射以将该燃料引向火花塞的电极。实际上，活塞的顶部成形为促进这种燃料反射。

[0005] 像在本领域所公知的，为了在发动机冷启动之后加速或促进催化转化器的活化作用，优选增加废气的温度，并且为了减少废气中的碳氢化合物(HC)，优选大大地延迟点火定时。但是，如果点火定时太延迟，发动机的燃烧稳定性就降低，因此点火定时的延迟具有不可避免的局限性。这样，特别当发动机没有充分暖机时，难以获得稳定的燃烧。实际上，基于稳定燃烧所确定的受限点火定时相对提前，因此，通常实际上不能实现点火定时的充分延迟。

[0006] 在专利申请2003-113717所公开的措施中，活塞的顶部具有凹槽，该凹槽的底面构成椭圆形的凹面。该凹面还成形为，当燃料从燃料喷射阀喷出时具有位于火花塞的电极上的焦点(focus)。然而，在压缩冲程中的燃料喷射之前的时间内，活塞的移动速度很高，因此实际上，活塞凹槽的凹底面的焦点保持在火花塞的电极上的时间非常短。这样，发动机的燃烧稳定性在燃料喷射期间受到严重影响。

[0007] 所以，本发明的目的是提供一种直接燃料喷射的火花点火式内燃机，该内燃机没有上述的缺陷。

[0008] 从下文的描述将清楚，根据本发明，实际采取下列措施来解决上述缺陷。

[0009] 也即，当发动机处于预定的操作状态、例如刚在冷启动之后的状态时，因此进行控制使得在压缩冲程的上止点(TDC)之前的时刻开始燃料喷射以及在压缩冲程的上止点(TDC)之后的时刻结束燃料喷射，在压缩冲程的上止点(TDC)之后的时刻实施所喷射燃料的点火。此外，活塞顶部成形为，当活塞到达压缩冲程的上止点(TDC)时，通过所述顶部将燃料喷射器所喷射的燃料反射以将其引向火花塞的电极。

[0010] 根据本发明的第一方面，提供一种直接燃料喷射的火花点火式内燃机，其包括：气缸；通向气缸的至少一个进气道；自气缸延伸的至少一个排气道；活塞，其在轴向上可移动地容纳于气缸内从而在该气缸内限定出燃烧室，该燃烧室可经由进气阀和排气阀分别与进气道和排气道相连；燃料喷射阀，具有暴露于燃烧室中的燃料喷嘴；火花塞，具有暴露于燃烧室中的电极；一种结构，其中当燃料随着活塞到达压缩冲程的上止点而从燃料喷射阀的喷嘴喷出时，经由活塞的顶部将喷嘴所喷射的燃料引导到达火花塞的电极；和用于控制燃料喷射阀和火花塞的控制单元，其被构造成在给定条件下实施：控制燃料喷射阀以在压缩冲程的上止点(TDC)之前的时刻开始燃料喷射以及在压缩冲程的上止点(TDC)之后的时刻结束燃料喷射，即，以经过上止点(TDC)的方式执行燃料喷射；控制火花塞以在上止点(TDC)之后的时刻实施点火，其中，所述的给定条件是需要增加废气温度的条件。

[0011] 根据本发明的第二方面，提供一种直接燃料喷射的火花点火式内燃机，该内燃机包括一种结构，其中，当燃料随着活塞到达压缩冲程的上止点(TDC)而从燃料喷射阀的喷嘴喷出时，经由活塞顶部所限定的凹面将燃料喷射阀的喷嘴所喷射的燃料引导到达火花塞的电极；和用于控制燃料喷射阀和火花塞的控制单元，其被构造成在给定条件下实施：控制燃料喷射阀以在压缩冲程的上止点(TDC)之前的时刻开始燃料喷射并在压缩冲程的上止点(TDC)之后的时刻结束燃料喷射；控制火花塞以在上止点(TDC)之后的时刻实施点火，其中，所述的给定条件是需要增加废气温度的条件。

[0012] 根据本发明的第三方面，提供一种用于直接燃料喷射的火花点火式内燃机的操作方法，该内燃机包括：气缸；通向气缸的至少一个进气道；自气缸延伸的至少一个排气道；活塞，其在轴向上可移动地容纳于气缸内从而在该气缸内限定出燃烧室，该燃烧室可经由进气阀和排气阀分别与进气道和排气道相连接；燃料喷射阀，具有暴露于燃烧室中的燃料喷嘴；火花塞，具有暴露于燃烧室中的电极；一种结构，其中当燃料随着活塞到达压缩冲程的上止点(TDC)而从燃料喷射阀的喷嘴喷出时，经由活塞的顶部将喷嘴所喷射的燃料引导到达火花塞的电极，所述的方法包括在给定条件下实施的如下步骤：控制燃料喷射阀以在压缩冲程的上止点(TDC)之前的时刻开始燃料喷射以及在压缩冲程的上止点(TDC)之后的时刻结束燃料喷射；和控制火花塞以在上止点(TDC)之后的时刻实施点火，其中，所述的给定条件是需要增加废气温度的条件。

[0013] 根据本发明的第四方面，提供一种直接燃料喷射的火花点火式内燃机，包括：气缸；通向气缸的至少一个进气道；自气缸延伸的至少一个排气道；活塞，其在轴向上可移动地容纳于气缸内从而在该气缸内限定出燃烧室，该燃烧室可经由进气阀和排气阀分别与进气道和排气道相连接；燃料喷射阀，具有暴露于燃烧室的燃料喷嘴；火花塞，具有暴露于燃烧室的电极；一种结构，其中当燃料随着活塞到达压缩冲程的上止点而从燃料喷射阀的喷嘴喷出时，经由活塞的顶部将喷嘴所喷射的燃料引导到达火花塞的电极；和用于控制燃料喷射阀和火花塞的控制单元，其被构造成在给定条件下实施：控制燃料喷射阀以在压缩冲程的上止点(TDC)之前的时刻开始燃料喷射以及在压缩冲程的上止点(TDC)之后的时刻结束燃料喷射，即，以经过上止点(TDC)的方式执行燃料喷射；控制火花塞以在上止点(TDC)之后的时刻实施点火，其中，燃料喷射阀布置在燃烧室的一个侧部处，以在燃烧室内沿着向下倾斜的方向从喷嘴喷射燃料，火花塞布置在燃烧室的顶板的大致中心位置处，其中当燃料随着活塞到达压缩冲程的上止点(TDC)而从燃料喷嘴喷出时，所喷射的燃料被引向活塞的顶部并由该顶部反射，然后被引向火花塞的电极，活塞的顶部形成有凹槽，该凹槽具有椭圆形的凹底面，当活塞到达压缩冲程的上止点(TDC)时，该凹底面的其中一个焦点位于燃料喷射阀的喷嘴上，另一个焦点位于火花塞的电极上。

[0014] 附图的简要说明

[0015] 图1所示为燃料喷射开始和结束定时以及点火定时的特征图，它们实际应用于本发明的发动机中；

[0016] 图2所示为活塞的一个操作周期的曲线图，该曲线图根据活塞位置以及相应的燃烧室体积相对于曲柄角的变化绘制；

[0017] 图3为曲线图，其示出了燃烧室内的较大气流在各种发动机速度下的流速的变化；

[0018] 图4为曲线图，其示出了燃烧室内的较小气流在各种发动机速度下的流速的变化；

[0019] 图5为本发明的直接燃料喷射的火花点火式内燃机的必要部分的剖视图；

[0020] 图6为本发明的直接燃料喷射的火花点火式内燃机的平面图；

[0021] 图7为本发明发动机的整体构造的示意图；

[0022] 图8所示为活塞到达压缩冲程的上止点(TDC)时活塞、火花塞和燃料喷射阀之间的位置关系；

[0023] 图9所示为所喷射燃料被引向活塞顶部上所形成的凹槽的底面时的一个角度；

[0024] 图10为活塞的平面图，其示出了形成于活塞顶部上的凹槽的底面，该底面涂布有抗油膜；

[0025] 图11类似于图8，但其所示为本发明的变型。

具体实施方式

[0026] 在下文，将参照附图详细描述本发明。

[0027] 为了易于理解，下文的描述中采用诸如右、左、上、下、向右等之类的各种方向术语。然而，这些术语必须仅相对于一幅或多幅附图来理解，这些附图中示出了相应的部分或部件。

[0028] 参照图5-7，其示出了本发明的直接燃料喷射的火花点火式内燃机。

[0029] 图5和6示出了一个气缸2和与该气缸2关联的多个部件，图7示出了本发明发动机的整体构造。从图7可以看出，发动机为直列四缸的类型。

[0030] 从图5和6可以看出，特别是图5，在气缸体1中所形成的气缸2内，具有滑动地容纳于其中的活塞3，该活塞3具有顶部(没有标出)。这样，燃烧室5限定在气缸2中气缸盖4与活塞3顶部之间。在所示的实施例中，燃烧室5为单坡屋顶型。

[0031] 气缸盖4安装并紧固于气缸体1上并具有形成于其中的两个进气道7和两个排气道9。

[0032] 从图6和7可以看出，进气道7装配有各自的进气阀6，排气道9装配有各自的排气阀8。这四个阀6和8在发动机的操作状态下以公知的方式打开和关闭。

[0033] 就是说，在所示的本发明实施例中，为每个气缸2提供两个进气阀6和两个排气阀8。

[0034] 从图5可以理解的是，在燃烧室5的顶板(ceiling)的中心部处，设置有火花塞10，该火花塞10具有伸入燃烧室5内的电极10a，如图所示。

[0035] 如图所示，在所示的实施例中，隔板11位于每个进气道7中并沿着每个进气道7延伸以将进气道7分成上下进气通道，以便在发动机的某一操作状态下增强进气滚流。下进气通道的上游端装备有可操作以打开和关闭通道的滚流控制阀12。

[0036] 像在本领域所公知的，当滚流控制阀12将下进气通道关闭时，进气滚流增强，当打开该通道时，进气滚流变弱。

[0037] 如果需要，可去除滚流控制阀12，或采用公知的涡流控制阀取代滚流控制阀12。

[0038] 在气缸盖4的两个进气道7下方，更确切地说，在两个进气道7之间的中间位置下方的位置处，布置有燃料喷射阀15，该燃料喷射阀15具有暴露于燃烧室5的燃料喷嘴15a。

[0039] 如图5所示，燃料喷射阀15布置在进气阀6附近的燃烧室5一侧。从该附图可以看出，燃料喷射阀15的位置为使燃料从喷嘴15a向下倾斜地喷入燃烧室5内。

[0040] 此外，从图6可以看出，燃料喷射阀15布置成沿着与活塞3所保持的活塞销(未示出)垂直的方向从喷嘴15a喷出燃料。

[0041] 回到图5，活塞3的顶部具有朝单坡屋顶型燃烧室5的顶板突出的突出区域，并且从图6也可看出，矩形凹槽16形成于活塞3的顶部。

[0042] 从图5可以理解的是，矩形凹槽16的底面16a形成具有较大曲率半径的圆形凹面。

[0043] 也即，从该附图可以看出，当活塞3的顶部由虚平面剖开时，矩形凹槽16的底面16a显示为柔和曲线，所述的虚平面包括下文提及的虚中心轴“F”(见图8)并垂直于活塞
3所保持的活塞销延伸，所述的虚中心轴“F”由燃料喷射阀15的喷嘴15a所喷射的燃料喷束限定。同时，当活塞3的顶部由另一虚平面剖开时，底面16a显示为在相对深部处侧向延伸的直线，该另一虚平面与活塞销平行地延伸。

[0044] 而且，从图6看出，矩形凹槽16具有左直边和右矩形部，该左直边以直角面向燃料喷射阀15的喷嘴15a，该右矩形部定位于火花塞10的电极10a下方。

[0045] 从图8可看出，在本发明中，当燃料喷射阀15的喷嘴15a所喷射的燃料喷束随着活塞3到达压缩冲程的上止点(TDC)而被引向矩形凹槽16的底面16a并由该底面16a反射时，由喷射和反射的燃料喷束所限定的虚中心轴“F”被引向火花塞10的电极10a。

[0046] 也就是说，在本发明中，除了在上止点(TDC)时燃料喷射阀15、火花塞10和活塞3之间的位置关系之外，还要最佳地考虑这些元件15、10和3的形状和位置。

[0047] 从图7可看出，本发明实际应用的发动机为直列四缸类型。

[0048] 来自四个气缸的八个排气道9置入排气通道21内并与之相连。

[0049] 在排气通道21的下游部，安装有用于净化废气的催化转化器22，并且在催化转化器22和与该变换器22最接近的排气道9之间的排气通道21的一部分中，布置有空燃比传感器(也即，氧传感器)23。

[0050] 来自四个气缸的八个进气道7置入进气通道24内并与其相连。

[0051] 在进气通道24的上游部，布置有电控节流阀25，该节流阀的打开程度由输送于此的指令信号控制。

[0052] 废气再循环通道(EGR通道)26在上述排气通道21与进气通道24之间延伸，并具有接近进气通道24的EGR阀27，如图所示。

[0053] 真空型促动器(actuator)29同时打开或关闭总共为八个的滚流控制阀12，负压经由电磁阀28从进气通道24引入该促动器内。

[0054] 来自燃料泵31的调压燃料经由压力调节器32和燃料通道33供至总共为四个的燃料喷射阀15。这样，每个燃料喷射阀15一接到指令信号(脉冲信号)就打开以便从喷嘴15a将给定量的燃料喷入燃烧室5内。所喷射的燃料量对应于阀15保持开着的时间。

[0055] 总共为四个的火花塞10与点火线圈34相连。

[0056] 为了控制燃料喷射定时、燃料喷射量、点火定时等，采用控制单元35，该控制单元35是包括CPU(中央处理单元)、RAM(随机存储器)、ROM(只读存储器)以及输入和输出接口的微型计算机。

[0057] 如图7所示，信息信号从加速程度传感器30、曲柄角传感器36、上述空燃比传感器23、冷却水温度传感器37等供至控制单元35。这些传感器30、36、23和37分别检测加速踏板的受压程度、发动机的曲柄角、空燃比和发动机冷却水的温度。

[0058] 在下文，将参照附图、特别是图7和8描述本发明的发动机操作。

[0059] 为了易于理解，将开始描述这样一种状态，当已经完成发动机的暖机时，也即例如当已表明发动机冷却水的温度高于80℃时，所述状态确定。

[0060] 在这种情况下，发动机实施层状燃烧操作和均匀燃烧操作。

[0061] 也即，在预定的低速低载荷操作范围内，选择正常的层状燃烧操作。更具体地说，在该范围内，滚流控制阀12关闭并在压缩冲程的适当时刻实施燃料喷射，在正好到达压缩冲程的上止点(TDC)之前的时刻，实施所喷射燃料的点火。在该操作模式中，在到达压缩冲程的上止点(TDC)之前完成燃料喷射。

[0062] 从图8看出，在压缩冲程的给定时间内，给定量的燃料从燃料喷射阀15的喷嘴15a喷向活塞3的矩形凹槽16。这样，通过在凹槽16周围作用进气滚流以产生层状空燃混合物，这样将所喷射的燃料引向火花塞10，然后通过火花塞10点火。借助于这个，实施具有更小空燃比的层状燃烧操作。

[0063] 同时，在预定的高速高载荷操作范围内，选择正常的均匀燃烧操作。也即，在该范围内，滚流控制阀保持为开着的并在进气冲程的适当时刻实施燃料喷射，在正好到达压缩冲程的上止点(TDC)之前的“MBT”(最大转距时的最小点火提前角)时刻，进行所喷射燃料的点火。在该操作模式中，因此所喷射的燃料被促使在气缸2内产生均匀空燃混合物，因此发动机通常以化学计算的空燃比进行操作。

[0064] 同时，但发动机冷却水的温度仍显示为低于80℃，也即，当发动机的暖机还没有完成时，选择所谓的TDC喷射模式，以便促进催化转化器22的温度升高(或激活)并且减少废气中的HC(碳氢化合物)的量。

[0065] 在该TDC喷射操作模式中，如图1所示，燃料喷射被控制为在正好到达压缩冲程的上止点(TDC)之前的“ITS”(下文指的是“喷射开始定时”)时刻开始并在正好到达压缩冲程的上止点(TDC)之后的“ITE”(下文指的是“点火结束定时”)时刻结束。也即，燃料喷射穿过压缩冲程的上止点(TDC)继续。

[0066] 在TDC喷射操作模式中，在压缩冲程的上止点(TDC)之后的“ADV”时刻实施所喷射燃料的点火。更具体地说，在从喷射开始定时“ITS”延迟约15°至约20°曲柄角的“ADV”时刻实施点火。

[0067] 在所延迟的“D”时间中，燃料喷束由活塞3的凹槽16的底面16a反射并带至火花塞10的电极10a从而在火花塞10的电极10a周围产生空燃混合气团。这样，可确保混合气团点火和燃烧，这就产生混合物的层状燃烧。在该燃烧模式中，平均空燃比被控制为化学计量值。

[0068] 在图1中，基准“BDC”表示的是活塞3的下止点。

[0069] 根据本发明，喷射开始定时“ITS”设定在发动机的预定曲柄角处，点火结束定时“ITE”根据喷射开始定时“ITS”和所喷射燃料的量(或燃料喷射时间)设定。当然，两个定时“ITS”和“ITE”可因此被确定为相对于所喷射的燃料量具有距上止点(TDC)的相等时间。

[0070] 图8示出了发动机的一种状态，其中活塞3到达压缩冲程的上止点(TDC)。

[0071] 从该附图和图1可看出，在这个状态下，燃料保持喷入燃烧室5内。在这个状态下，活塞3到达气缸2中的最高位置，因此这种位置关系使得燃料喷射阀15的喷嘴15a沿着倾斜的方向被引向活塞3的凹槽16的底面16a。所以，促使来自喷嘴15a的燃料喷束倾斜地撞击在凹槽16的底面16a上并由该底面16a反射至火花塞10的电极10a。

[0072] 要注意的是，如图8和9所示，上述的虚中心线“F”由喷射阀15的喷嘴15a所喷射的锥形膨胀的燃料喷束限定。如这些图所示，沿着虚中心轴“F”行进的燃料在底面16a上被反射之后被引向火花塞10的电极10a。

[0073] 如图9所示，在本发明中，虚中心轴“F”限定相对于底面16a的“θ”倾角，该角度优选为约10°至约50°。

[0074] 注意，当锥形膨胀的燃料喷束在图6的平面图中示出时，该喷束以扇形表示，该扇形的弓形前边缘指向电极10a。

[0075] 像上文所描述的，在本发明中，在正好到达压缩冲程的上止点(TDC)之前的“ITS”时刻至正好穿过该上止点(TDC)的上止点(TDC)之后的“ITE”时刻连续实施燃料喷射。

[0076] 因此，在燃料喷射期间，活塞3仅移动一点。这意味着在燃料喷射过程中，喷射阀15的喷嘴15a、活塞3的凹槽16的底面16a和火花塞10的电极10a之间的位置关系基本未变，这样，燃料喷束的反射方式在燃料喷射期间基本保持不变。

[0077] 因此，通过这种燃料喷射和反射，可确保所希望的空燃混合气团在火花塞10的电极10a周围产生。

[0078] 当喷射开始定时“ITS”和喷射结束定时“ITE”如上文已经提及地设定为距压缩冲程的上止点(TDC)的时间相等，活塞3的位置变化在燃料喷射期间最小，这促进了所希望的空燃混合气团在火花塞10的电极10a周围的形成。

[0079] 如果希望，在TDC喷射操作模式中，通过控制压力调节器32，从每个燃料喷射阀15的喷嘴15a所喷射的燃料的压力可设定为比在正常的层状或均匀燃烧操作模式中高。当采用这个措施，来自阀15的喷嘴15a的燃料喷束的冲击力增加并且应该更确保了燃料喷束在凹槽16的底面16a上的反射，这样，有效减少所不希望的燃料粘附于底面16a的情况。此外，通过这种措施，可以减少燃料喷射时间并因此可大量减少燃料喷射期间活塞3的移动。

[0080] 如上所述，在本发明中，当发动机没有充分暖机时，实际执行所谓的TDC喷射操作模式。采周这个模式，借助于活塞3顶部的唯一形状，可在火花塞10的电极10a周围产生所希望的空燃混合气团。

[0081] 根据下面的描述，本发明的上述有利特征将会更清楚。

[0082] 图2为发动机的一个操作周期的曲线图，该曲线图依照活塞3位置以及相应的燃烧室5体积相对于曲柄角的变化。

[0083] 从该曲线图可以看出，活塞位置和燃烧室体积相对于每单位曲柄角的变化示出了接近活塞3的半个冲程的角坐标上的最大值，并示出了下止点(BDC)附近的角坐标上的最小值以及上止点(TDC)附近的角坐标上的最小值。

[0084] 要注意，在根据本发明所实施的TDC喷射操作的上止点(TDC)附近，活塞位置和燃烧室体积仅发生小变化。换句话说，在上止点(TDC)附近，可以产生几乎不受活塞3的移动影响的稳定区域。

[0085] 在活塞3的进气冲程中，产生一些诸如涡流、滚流等之类的较大气流，这种气流还残存直到压缩冲程的初始阶段。像在本领域所公知的，当活塞3接近以及到达令燃烧室5体积最小的上止点(TDC)时，这种较大气流迅速被破坏或消失。

[0086] 图3示出了燃烧室内的较大气流在各种发动机速度下的流速的变化的曲线图。从该曲线图可以理解的是，在进气冲程中，产生各种滚流和/涡流。但是，该气流在活塞3到达压缩冲程的上止点(TDC，也即以360°曲柄角)之前迅速被破坏或消失。这意味着，根据本发明，来自燃料喷射阀15的喷嘴15a的燃料喷束基本不受这种较大气流的影响，并因此，所喷射的燃料喷束可在火花塞10的电极10a周围产生所希望的空燃混合气团。

[0087] 同时，当活塞3接近压缩冲程的上止点(TDC)时，对较大气流的破坏致使形成迅速出现的较小气流。

[0088] 图4示出了燃烧室内的较小气流在各种发动机速度下的流速的变化的曲线图。从该曲线图可以理解的是，正好到达上止点(TDC)之前，较小气流的流速迅速增加。如本领域所公知的，较小气流的流速的迅速增加有助于激励火花塞10的电极10a下方的燃烧室5区域。

[0089] 上文已经提到，在燃料喷射过程中，燃料喷射阀15的喷嘴15a、活塞凹槽16的底面16a和火花塞10的电极10a之间的位置关系基本未变。这样，燃料喷束反射方式在燃料喷射期间基本保持不变，这有利于在火花塞10的电极10a周围形成所希望的空燃混合气团。

[0090] 在下文，将描述本发明的变型。

[0091] 如果希望，活塞3的矩形凹槽16的底面16a可具有椭圆形的凹面，当活塞3到达上止点(TDC)时，该凹面的其中一个焦点在燃料喷射阀15的喷嘴15a上，另一个焦点位于火花塞10的电极10a上。在这个变型中，所喷射的偏离虚中心轴“F”的任何燃料喷束可以通过该椭圆形的凹底面16a向电极10a反射。

[0092] 如果希望，从图10可看出，凹槽16的底面16a可用诸如聚四氟乙烯(PTFE)等之类的抗油膜41局部或整体地涂敷。采用这个措施，可以使底面16a上所不希望的燃料粘附最少。

[0093] 如果希望，凹槽16的底面16a可具有图11所示的形状。

[0094] 也即，在这个变型中，底面16a还可以被成形为，当活塞3到达上止点(TDC)时使燃料喷射阀15的喷嘴15a所喷射的燃料沿着底面16a平滑地滑动从而到达火花塞10的电极10a。为了实现所喷射燃料的这种平滑行进，底面16a包括前端部(或左端部)16b、后端部(或右端部)16c和在前端部16b和后端部16c之间延伸的凸圆主部16d。更具体地说，底面16a被构造和成形为，当活塞3到达上止点(TDC)时使前端部16b平行于上述虚中心轴“F”地延伸，并且同时使后端部16c靠近于火花塞10的电极10a地定位。而且在该变型中，由于活塞3的凹槽16的底面16a的独特形状，可以在火花塞10的电极10a周围产生所希望的空燃混合气团。

[0095] 2004年7月26日提交的日本专利申请2004-216747以及2004年8月3日提交的日本专利申请2004-226236在此引入作为参考。

[0096] 虽然上文已经根据本发明的实施例描述了本发明，但本发明不限于上述的这个实施例。本领域技术人员按照上文的描述可以对该实施例进行各种变型和修改。