Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennraumstruktur für einen Verbrennungsmotor, insbesondere für einen hochverdichteten Verbrennungsmotor. Ferner betrifft die Erfindung einen Verbrennungsmotor mit einer derartigen Brennraumstruktur sowie ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Verbrennungsmotor. Innerhalb der Brennraumstruktur eines Verbrennungsmotors erfolgt die Verbrennung eines eingespritzten Luft-Kraftstoff-Gemisches. Die Brennraumstruktur wird durch einen Zylinderkopf, der auch als Brennraumkalotte bezeichnet wird, einen Zylinder und einen innerhalb des Zylinders angeordneten und dazu relativ bewegbaren Kolben definiert. Zur Verbrennung bewegt sich der Kolben in Richtung des Zylinderkopfes und verdichtet dabei das Luft-Kraftstoff-Gemisch. Bei Erreichen des oberen Totpunkts des Kolbens entzündet eine in dem Zylinderkopf angeordnete Zündkerze oder ein alternatives Zündsystem durch die Erzeugung einer Initialflamme das Luft-Kraftstoff-Gemisch. Typische Brennraumstrukturen weisen eine keil- oder dachförmige Brennraumkalotte und eine weitestgehend flache Kolbenoberfläche auf. Dadurch wird eine tumbleförmige Ladungsbewegung begünstigt und möglichst schnell in kinetische Energie umgesetzt, welche nachhaltig die Flammenausbreitungsgeschwindigkeit erhöht. Ferner ist es bekannt, zwischen dem Zylinderkopf und dem Kolben einen sogenannten Quetschbereich auszubilden. Dieser hat nahe der Zündung im oberen Totpunkt einen strömungsbeeinflussenden Charakter auf das Luft-Kraftstoff-Gemisch. Der Quetschbereich wird dabei aus einer Quetschfläche an der Kolbenoberseite und einer dazu gegenüberliegenden Quetschfläche an der Unterseite des Zylinderkopfes gebildet. Zwischen den Quetschflächen wird das Luft-Kraftstoff-Gemisch während der Aufwärtsbewegung des Kolbens gequetscht, wobei es in Richtung der Zündkerze bzw. des alternativen Zündsystems beschleunigt wird. Dadurch erfolgt eine gleichmäßige Durchwirbelung und Temperaturerhöhung des Luft-Kraftstoff-Gemisches, was die Verbrennung begünstigt. In der Regel verlaufen die Quetschflächen horizontal. Horizontal verlaufende Quetschflächen haben sich jedoch bei hochverdichteten Verbrennungsmotoren aufgrund der hohen Wärmeverluste und der unter Umständen ungünstigen Strömungsverhältnisse infolge kleiner und/oder gegebenenfalls gewinkelter Quetschflächen und des daraus resultierenden Quetschspaltes als nachteilig erwiesen. Je nach Auslegung des Verbrennungsmotors führt dies zu einer starken Klopfbegrenzung und dadurch zu einer Limitierung des möglichen Verdichtungsverhältnisses. Bedingt dadurch ist der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors begrenzt. Zur Umgehung dieser Nachteile geht aus DE 10 2005 061 300 B4 ein Quetschbereich hervor, der aus einer schrägen Quetschfläche am Zylinderkopf und einer dazu korrespondierenden schrägen Quetschfläche am Zylinderkopf gebildet ist. Durch die Anordnung von schrägen Quetschflächen in der Brennraumstruktur können die Strömungsverhältnisse verbessert werden, so dass bei hochverdichteten Verbrennungsmotoren das Verdichtungsverhältnis und damit einhergehend deren Wirkungsgrad erhöht werden kann. Jedoch weisen die aus dem Stand der Technik bekannten schrägen Quetschflächen einen Knick auf. Daraus resultieren weiterhin hohe Wandwärmeverluste, die den Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors begrenzen. Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Brennraumstruktur, einen damit versehenen Verbrennungsmotor sowie ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Verbrennungsmotor zu schaffen, die einen verbesserten Wirkungsgrad aufweisen. Zur Lösung der Aufgabe wird eine Brennraumstruktur, ein Verbrennungsmotor und ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Brennraumstruktur sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart. Die Brennraumstruktur für einen Verbrennungsmotor, insbesondere für einen hochverdichteten Verbrennungsmotor, weist einen Brennraum auf, der durch einen Zylinderkopf, wenigstens einen Zylinder und einen Kolben, der innerhalb des Zylinders bewegbar ist, gebildet ist, wobei der Brennraum eine Zündkerze bzw. ein alternatives Zündsystem aufweist, wobei sich an den Brennraum ein zwischen dem Kolben und dem Zylinderkopf gebildeter Quetschbereich anschließt, der durch eine erste Quetschfläche am Zylinderkopf und einer zweiten Quetschfläche am Kolben gebildet ist, wobei die erste Quetschfläche eine erste Schrägstellung zu einer Zylinderlängsachse einnimmt und die zweite Quetschfläche eine zweite Schrägstellung zu der Zylinderlängsachse einnimmt, wobei die Quetschflächen radialsymmetrisch um die Zylinderlängsachse angeordnet sind und die Quetschflächen eine Oberfläche aufweisen, die durch eine stetig differenzierbare Funktion beschreibbar ist. Da die schrägen Quetschflächen in sich ungewinkelt sind, weisen sie eine strömungstechnisch günstige Form auf. Zudem wird während der Entflammung ein der idealen Kugel nahekommender Brennraum mit geringen Wärmeverlusten der Initialflamme erreicht. Aufgrund der radialsymmetrisch um die Zylinderlängsachse angeordneten Quetschflächen weisen zündungsortferne, normalerweise sehr klopfempfindliche Bereiche des Brennraumes einen hohen Wandkontakt, damit eine gute Kühlung und eine verringerte Klopfneigung auf. Folglich ist mit der Brennraumstruktur ein höheres Verdichtungsverhältnis möglich, so dass der Wirkungsgrad erhöht ist. Ferner wird durch die induzierte Quetschströmung in der Kompressionsphase, also während der Aufwärtsbewegung des Kolbens, der Wandwärmeübergang, man spricht auch vom konvektiven Wandwärmeübergangsteil, erhöht. In der Expansionsphase, also in der Abwärtsbewegung des Kolbens, wird die Flammenausbreitung durch die Sogwirkung in die Quetschflächen hinein nach außen beschleunigt, was wiederum die Klopfunempfindlichkeit steigert. Zudem ist es mit der Brennraumstruktur möglich, den für Ventiltriebsvariabilitäten oder auch VVT-Trieb notwendigen Bauraum im Zylinderkopf zu erhalten, Wandwärmeverluste zu minimieren und trotzdem eine starke tumbe-optimierte, turbulenzreiche und schnelle Verbrennung zu erzielen. Somit ist es für die Umsetzung einer Verdichtungserhöhung nicht zwangsläufig notwendig, tumble-ladungsbewegungsungünstige und thermisch benachteiligte flache Brennraumformen zu wählen. Darüber hinaus zeigt die Brennraumstruktur im Falle eines tumble-basierten Brennverfahrens Vorteile, da die Quetschströmung starke zusätzliche Strömungsanteile erzeugt, die zum entsprechenden Funkenaustrag beziehungsweise zur Stabilisierung der Initialflamme beitragen können. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die die Oberfläche beschreibende Funktion in allen Richtungen stetig differenzierbar. Dadurch weisen die Quetschflächen in alle Richtungen einen gleichmäßigen, ungewinkelten Verlauf und somit eine strömungsgünstige Form auf. in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Brennraum näherungsweise kugelförmig und/oder muldenförmig, insbesondere im Bereich um die Zündkerze bzw. des alternativen Zündsystems, ausgebildet. Bevorzugt ist der Bereich des Brennraumes, der um eine in dem Zylinderkopf eingebrachte Zündkerze (bzw. ein alternatives Zündsystem) beziehungsweise um den Entflammungsort angeordnet ist, kugelförmige und/oder muldenförmig ausgebildet. Durch die kugelförmige Ausführung des Brennraums kommt es nur zu geringen Wandwärmeverlusten der Initialflamme, da die Wände vom Zündort ideal weit entfernt sind. Zudem lässt der kugelförmige Brennraum eine ideale Strömungsentwicklung und Turbulenzgenerierung im kugelförmigen Brennraum zu. Insbesondere bei hochverdichteten Verbrennungsmotoren hat ein kugelförmiger Brennraum einen positiven Einfluss, da die Initialflamme weniger Wandwärmeverluste erleidet. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist wenigstens ein Abschnitt des Brennraumes in dem Kolben ausgebildet. Durch die Integration eines Brennraumabschnittes in dem Kolben kann das Volumen des Brennraumes und damit einhergehend die Menge des eingespritzten Luft-Kraftstoff-Gemisches und somit die Verbrennungsreaktion erhöht werden. Vorteilhaft ist der in dem Kolben ausgebildete Brennraumabschnitt kugelförmig und/oder muldenförmig. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung beträgt ein Anteil des Quetschbereiches an einer Gesamtoberfläche des Kolbens zwischen ca. 40% und ca. 60%. Infolge des großflächigen Quetschbereiches kann eine großflächige Quetschströmung erzeugt werden, so dass in idealisierter Weise eine Turbulenz- und Strömungsgeschwindigkeitserhöhung um den Ort der Zündung stattfindet. Dies ermöglicht es, hohe Verdünnungsraten in Verbindung mit restgasreichen oder mit mageren Brennverfahren sicher zu entflammen. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weisen die Oberflächen der Quetschflächen eine im Wesentlichen kegelförmige Kontur auf. Ferner können die Oberflächen der Quetschflächen eine im Wesentlichen sphärische Kontur aufweisen. Dadurch haben die Quetschflächen bei gegebener Verdichtung eine idealerweise strömungsgünstige Form. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind in dem Zylinderkopf Ventile vorgesehen, wobei die erste Quetschfläche möglichst nahe an die Ventile herangeführt ist. Über die Ventile erfolgt der Einlass des Luft-Kraftstoff-Gemisches sowie der Auslass des Verbrennungsabgases. Bevorzugt sind in dem Zylinderkopf zwei Einlassventile und zwei Auslassventile vorgesehen. Da sich die Quetschfläche möglichst nahe an die Ventile anschmiegt, kann der störende Einfluss von Ventiltaschen so gering wie möglich gehalten werden. Ferner können unnötige Totvolumina sowie strömungs- und kohlenwasserstofftechnisch (HC-technisch) ungünstige, kantige Oberflächenstrukturen, wie es bei Ventiltaschen der Fall ist, vermieden werden, indem die großen und schrägen Quetschflächen an die Ventiltaschen angepasst beziehungsweise integriert sind. Zudem werden dadurch große und in sich ungewinkelte Quetschflächen geschaffen, die strömungstechnisch günstig sind. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umgibt der Quetschbereich den Brennraum. Bevorzugt weisen die Quetschflächen eine sphärische Kontur in Verbindung mit einem kugelförmigen Brennraum auf. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der Quetschbereich wenigstens zwei Quetschbereichsabschnitte mit jeweils einer ersten Quetschfläche und einer zweiten Quetschfläche, die sich an den Brennraum anschließen und einander gegenüberliegend angeordnet sind. Somit ist der Quetschbereich in zwei sich dem Brennraum gegenüberliegenden Quetschbereichsabschnitten unterteilt. Bevorzugt weisen die Quetschflächen eine kegelförmige oder dachähnliche Kontur auf, zwischen denen ein kugelförmiger Brennraum angeordnet ist. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Quetschflächen im Wesentlichen äquidistant zueinander ausgerichtet. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung liegen ein Mittelpunkt der sphärischen Kontur des ersten Quetschfläche und ein Mittelpunkt des sphärischen Kontur der zweiten Quetschfläche auf einer Geraden und ein Radius der ersten Quetschfläche ist kleiner als ein Radius der zweiten Quetschfläche. Vorteilhaft ist die Zündkerze bzw. das alternative Zündsystem in dem Zylinderkopf im Bereich der Zylinderlängsachse angeordnet. Durch die zentrumsnah positionierte Zündkerze bzw. das alternative Zündsystem ist bei einer drall-dominierten oder drall-basierten Ladungsbewegung die Auslenkung des Zündfunkens bei oberen totpunktnahen Zündzeitpunkten begünstigt. Denn im Falle einer drall-dominierten oder drall-basierten Ladungsbewegung wird im Bereich des Brennraumes, insbesondere im Bereich des kugel- und/oder muldenförmigen Brennraumes, die Geschwindigkeit der Drallströmung in der Nähe der Zündung im oberen Totpunkt dadurch erhöht, dass aufgrund der Drehimpulserhaltung bei Abdrängung der Strömungsstrukturen hin zur Zylindermitte die Absolutgeschwindigkeit der Drallströmung steigt. Dies führt zu einer Stabilisierung der Initialflamme, einer Verkürzung des Brennverzuges und zu einer schärferen beziehungsweise präziseren Anfahrbarkeit an die Klopfgrenze. Dies kann, im Vergleich zu flach ausgebildeten Quetschflächen, zur Verbesserung des Vollastverbrauchs beziehungsweise zur moderaten Leistungssteigerung genutzt werden. Zudem ist dadurch eine weitere Steigerung des Verdichtungsverhältnisses möglich, so dass der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors weiter gesteigert wird. Ferner betrifft die Erfindung einen Verbrennungsmotor mit einer Brennraumstruktur nach einer oder mehrerer der voranstehend beschriebenen Ausgestaltungen. Aufgrund seiner schrägen und radialsymmetrisch um die Zylinderlängsachse angeordneten Quetschflächen, deren Oberflächen durch eine stetig differenzierbare Funktion beschreibbar sind, weist der Verbrennungsmotor einen hohen Wirkungsgrad auf.The present invention relates to a combustion chamber structure for an internal combustion engine, in particular for a high-compression internal combustion engine. Furthermore, the invention relates to an internal combustion engine with such a combustion chamber structure and a motor vehicle with such an internal combustion engine. Within the combustion chamber structure of an internal combustion engine, the combustion of an injected air-fuel mixture takes place. The combustion chamber structure is defined by a cylinder head, which is also referred to as a combustion chamber dome, a cylinder and a piston disposed within the cylinder and movable relative thereto. For combustion, the piston moves in the direction of the cylinder head, compressing the air-fuel mixture. Upon reaching the top dead center of the piston, a spark plug arranged in the cylinder head or an alternative ignition system ignites the air-fuel mixture by generating an initial flame. Typical combustion chamber structures have a wedge-shaped or roof-shaped combustion chamber calotte and a largely flat piston surface. As a result, a tumble-shaped charge movement is promoted and converted into kinetic energy as quickly as possible, which increases the flame propagation speed in a sustainable manner. Furthermore, it is known to form a so-called pinch region between the cylinder head and the piston. This has near the ignition at top dead center a flow-influencing character on the air-fuel mixture. The pinch region is formed from a pinch surface on the piston top side and a pinch surface opposite thereto on the underside of the cylinder head. Between the squish surfaces, the air-fuel mixture is squeezed during the upward movement of the piston, being accelerated in the direction of the spark plug and the alternative ignition system. This results in a uniform turbulence and temperature increase of the air-fuel mixture, which favors the combustion. In general, the squish surfaces are horizontal. However, horizontally extending pinch surfaces have proved to be disadvantageous in highly compressed internal combustion engines due to the high heat losses and possibly unfavorable flow conditions due to small and / or optionally angled squish surfaces and the resulting nip. Depending on the design of the internal combustion engine, this leads to a strong knock limitation and thereby to a limitation of the possible compression ratio. Due to this, the efficiency of the internal combustion engine is limited. To circumvent these disadvantages goes out DE 10 2005 061 300 B4 a pinch, which is formed from an oblique pinch surface on the cylinder head and a corresponding oblique pinch surface on the cylinder head. The arrangement of oblique pinch surfaces in the combustion chamber structure, the flow conditions can be improved, so that in high compression internal combustion engines, the compression ratio and, consequently, their efficiency can be increased. However, the known from the prior art oblique Quetschflächen on a kink. This further results in high wall heat losses, which limit the efficiency of the internal combustion engine. It is an object of the invention to provide a combustion chamber structure, an internal combustion engine provided therewith and a motor vehicle having such an internal combustion engine, which have an improved efficiency. To achieve the object, a combustion chamber structure, an internal combustion engine and a motor vehicle having the features of the independent claims is proposed. Advantageous embodiments of the combustion chamber structure are disclosed in the dependent claims. The combustion chamber structure for an internal combustion engine, in particular for a high-compression internal combustion engine, has a combustion chamber which is formed by a cylinder head, at least one cylinder and a piston which is movable within the cylinder, wherein the combustion chamber has a spark plug or an alternative ignition system , wherein adjoining the combustion chamber formed between the piston and the cylinder head squish area, which is formed by a first pinch surface on the cylinder head and a second pinch surface on the piston, the first pinch surface occupies a first inclination to a cylinder longitudinal axis and the second pinch surface a second Inclination to the cylinder axis assumes, wherein the squish surfaces are arranged radially symmetrically about the cylinder longitudinal axis and the squish surfaces have a surface which can be described by a continuously differentiable function. Since the oblique squish surfaces are intrinsically angled, they have a fluidically favorable shape. In addition, during firing, an ideal sphere approaching combustion chamber is achieved with low heat losses of the initial flame. Because of the radially symmetric about the cylinder longitudinal axis arranged Quetschflächen have spark ignition remote, usually very sensitive to knock areas of the combustion chamber high wall contact, so good cooling and a reduced tendency to knock on. Consequently, with the combustion chamber structure, a higher compression ratio is possible, so that the efficiency is increased. Further, by the induced squish flow in the compression phase, ie during the upward movement of the piston, the wall heat transfer, it is also called the convective wall heat transfer member, increased. In the expansion phase, ie in the downward movement of the piston, the flame propagation is accelerated by the suction effect in the Quetschflächen inside out, which in turn Knock insensitivity increases. In addition, it is possible with the combustion chamber structure to maintain the necessary space for valve train variability or VVT drive installation space in the cylinder head, to minimize wall heat losses and still achieve a strong tumbe-optimized, turbulence-rich and fast combustion. Thus, for the implementation of a compression increase, it is not necessarily necessary to select tumble charge unfavorable and thermally disadvantaged flat combustion chamber shapes. In addition, the combustion chamber structure in the case of a tumble-based combustion process shows advantages, since the squish flow generates strong additional flow components, which can contribute to the corresponding spark discharge or to stabilize the initial flame. In an advantageous embodiment, the surface descriptive function is continuously differentiable in all directions. As a result, the squish surfaces in all directions on a uniform, non-angular course and thus a streamlined shape. In a further advantageous embodiment, the combustion chamber is approximately spherical and / or trough-shaped, in particular in the region around the spark plug or of the alternative ignition system. Preferably, the region of the combustion chamber, which is arranged around a introduced in the cylinder head spark plug (or an alternative ignition system) or arranged around the place of ignition, spherical and / or trough-shaped. Due to the spherical design of the combustion chamber, only minor wall heat losses of the initial flame occur, since the walls are ideally far away from the ignition location. In addition, the spherical combustion chamber allows for ideal flow development and turbulence generation in the spherical combustion chamber. In particular, in highly compressed internal combustion engines, a spherical combustion chamber has a positive influence, since the initial flame suffers less wall heat losses. In a further advantageous embodiment, at least a portion of the combustion chamber is formed in the piston. By integrating a combustion chamber section in the piston, the volume of the combustion chamber and concomitantly the amount of the injected air-fuel mixture and thus the combustion reaction can be increased. Advantageously, the combustion chamber section formed in the piston is spherical and / or trough-shaped. In a further advantageous embodiment, a proportion of the squish area on an overall surface of the piston is between about 40% and about 60%. As a result of the large-area pinch region, a large-area squish flow can be generated, so that, ideally, a turbulence and flow velocity increase takes place around the location of the ignition. This makes it possible to reliably ignite high dilution rates in conjunction with restgas-rich or with lean combustion processes. In a further advantageous embodiment, the surfaces of the pinch surfaces have a substantially conical contour. Furthermore, the surfaces of the pinch surfaces may have a substantially spherical contour. As a result, the crimping surfaces have an ideally streamlined shape for a given compression. In a further advantageous embodiment, valves are provided in the cylinder head, wherein the first pinch surface is brought as close as possible to the valves. Through the valves, the inlet of the air-fuel mixture and the outlet of the combustion exhaust gas takes place. Preferably, two intake valves and two exhaust valves are provided in the cylinder head. Since the squish surface conforms as close as possible to the valves, the disturbing influence of valve pockets can be kept as low as possible. Furthermore, unnecessary dead volumes as well as aerodynamically and hydrocarbon-technically (HC-technically) unfavorable, angular surface structures, as is the case with valve pockets, can be avoided by adapting or integrating the large and oblique pinch surfaces to the valve pockets. In addition, large and in itself angled squish surfaces are created, which are favorable in terms of flow. In a further advantageous embodiment, the pinch region surrounds the combustion chamber. Preferably, the pinch surfaces have a spherical contour in conjunction with a spherical combustion chamber. In a further advantageous embodiment, the pinch region comprises at least two pinch region sections, each having a first pinch surface and a second pinch surface, which adjoin the combustion chamber and are arranged opposite one another. Thus, the squish area is divided into two squish area sections opposite to the combustion chamber. Preferably, the pinch surfaces have a conical or roof-like contour, between which a spherical combustion chamber is arranged. In a further advantageous embodiment, the pinch surfaces are aligned substantially equidistantly to each other. In a further advantageous embodiment, a center of the spherical contour of the first pinch surface and a center of the spherical contour of the second pinch surface lie on a straight line and a radius of the first pinch surface is smaller than a radius of the second pinch surface. Advantageously, the spark plug or the alternative ignition system is arranged in the cylinder head in the region of the cylinder longitudinal axis. Due to the centrally positioned spark plug or the alternative ignition system in a spin-dominated or spin-based charge movement, the deflection of the spark is favored at top dead center near ignition. Because in the case of a swirl-dominated or spin-based charge movement is in the region of the combustion chamber, in particular in the region of the spherical and / or trough-shaped combustion chamber, the speed of the swirl flow in the vicinity of the ignition in the upper Dead center thereby increased, that due to the conservation of angular momentum with displacement of the flow structures towards the cylinder center, the absolute velocity of the swirl flow increases. This leads to a stabilization of the initial flame, a shortening of the burning delay and a sharper or more precise approachability to the knock limit. This can be used to improve the full load or moderate power increase compared to flat trained Quetschflächen. In addition, thereby a further increase in the compression ratio is possible, so that the efficiency of the internal combustion engine is further increased. Furthermore, the invention relates to an internal combustion engine having a combustion chamber structure according to one or more of the embodiments described above. Due to its oblique and radially symmetric about the cylinder longitudinal axis arranged Quetschflächen whose surfaces are described by a continuously differentiable function, the internal combustion engine has a high efficiency.
Zudem betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem vorstehend beschriebenen Verbrennungsmotor. Das Kraftfahrzeug weist aufgrund des verwendeten Verbrennungsmotors einen hohen Wirkungsgrad und einen geringen Kraftstoffverbrauch auf. Nachfolgend wird die Brennraumstruktur sowie weitere Merkmale und Vorteile anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen:In addition, the invention relates to a motor vehicle with an internal combustion engine described above. The motor vehicle has a high efficiency and low fuel consumption due to the internal combustion engine used. The combustion chamber structure and further features and advantages will be explained in more detail below with reference to the attached schematic drawings. Hereby show:
1 eine wenigstens teilweise schematische perspektivische Prinzipskizze eines Querschnitts einer Brennraumstruktur gemäß einer ersten Ausführungsform; 1 an at least partially schematic perspective schematic diagram of a cross section of a combustion chamber structure according to a first embodiment;
2 eine wenigstens teilweise schematische Vorderansicht der in 1 dargestellten Prinzipskizze der Brennraumstruktur; 2 an at least partially schematic front view of in 1 illustrated schematic diagram of the combustion chamber structure;
3 eine wenigstens teilweise schematische perspektivische Prinzipskizze eines Querschnitts einer Brennraumstruktur gemäß einer zweiten Ausführungsform; 3 an at least partially schematic perspective schematic diagram of a cross section of a combustion chamber structure according to a second embodiment;
4 eine wenigstens teilweise schematische Vorderansicht der in 3 dargestellten Prinzipskizze der Brennraumstruktur; und 4 an at least partially schematic front view of in 3 illustrated schematic diagram of the combustion chamber structure; and
5 eine wenigstens teilweise schematische weitere Vorderansicht der in 3 dargestellten Prinzipskizze der Brennraumstruktur. 5 an at least partially schematic further front view of in 3 illustrated schematic diagram of the combustion chamber structure.
In den 1 und 2 ist eine Brennraumstruktur 10 gemäß einer ersten Ausführungsform dargestellt, die in einem nicht dargestellten Verbrennungsmotor, insbesondere einem hochverdichteten Verbrennungsmotor, eines Kraftfahrzeugs eingesetzt wird. Die Brennraumstruktur 10 umfasst einen Brennraum 12, der durch einen Zylinderkopf 14, einen Zylinder 16 und einen Kolben 18, der entlang der Zylinderlängsachse L bewegbar ist, gebildet ist. Der Zylinderkopf 14 hat eine vorzugsweise sphärische Kontur mit einem Radius r1 und ist mit einer Zündkerze (bzw. einem alternativen Zündsystem) 20 zum Entflammen des im Brennraum 12 befindlichen und komprimierten Luft-Kraftstoff-Gemisches versehen. Die Zündkerze (bzw. das alternative Zündsystem) 20 ist dabei vorzugsweise zentral entlang der Zylinderlängsachse L im Zylinderkopf 14 angeordnet. Ferner sind in den Zylinderkopf 14 vorzugsweise zwei Einlassventile 22 zum Einlass des Luft-Kraftstoff-Gemisches und zwei Auslassventile 24 zum Auslass des Abgases eingebracht, wobei aufgrund der Schnittdarstellung lediglich ein Einlassventil 22 und ein Auslassventil 24 sichtbar sind. In eine Kolbenoberfläche 26 des Kolbens 18, welche vorzugsweise ebenfalls eine sphärische Kontur mit einem Radius r2 aufweist, ist eine Kolbenmulde 28 eingebracht, die Bestandteil des Brennraumes 12 ist. Die Kolbenmulde 28 weist vorzugsweise eine halbkugelförmige Form auf, so dass der um die Zündkerze (bzw. das alternative Zündsystem) 20 gebildet Brennraum 12 eine näherungsweise kugelförmige Gestalt annimmt. An den Brennraum 12 schließt sich vorzugsweise randseitig ein Quetschbereich 30 an, der durch eine erste Quetschfläche 32 am Zylinderkopf 14 und einer gegenüberliegenden zweiten Quetschfläche 34 am Kolben 18, insbesondere an der Kolbenoberfläche 26, gebildet ist. Vorliegend umgibt der Quetschbereich 30 vorzugsweise den Brennraum 12. Die erste Quetschfläche 32 weist eine erste Schrägstellung zu der Zylinderlängsachse L und die zweite Quetschfläche 34 eine zweite Schrägstellung zu der Zylinderlängsachse L auf. Vorliegend weisen die beiden Quetschflächen 32, 34 eine Oberfläche auf, die durch eine in alle Richtungen stetig differenzierbare Funktion beschreibbar ist. Dadurch weisen die Quetschflächen 32, 34 eine ungewinkelte und eine strömungstechnisch günstige Form auf. Wie in den 1 und 2 ersichtlich ist, weisen die Oberflächen der Quetschflächen 32, 34 beide eine sphärische Kontur auf. Die Quetschflächen 32, 34 sind ferner vorzugsweise radialsymmetrisch um die die Zylinderlängsachse L angeordnet. Der Anteil des Quetschbereichs 30, insbesondere der zweiten Quetschfläche 34, an der Kolbenoberfläche 26 beträgt vorzugsweise etwa zwischen ca. 40% und ca. 60%, so dass die Quetschflächen 32, 34 sehr großflächig ausgebildet sind. Zudem ist die erste Quetschfläche 32 vorzugsweise möglichst nahe an die Ventile 22, 24 herangeführt, um den störenden Einfluss von Ventiltaschen zu vermeiden. Im Folgenden wird die Funktion und Wirkungsweise der Brennraumstruktur 10 näher erläutert. Über die Einlassventile 22 wird das Luft-Kraftstoff-Gemisch in den Brennraum 10 eingeleitet. Der Kolben 18 bewegt sich während der Verdichtungsphase nach oben und komprimiert das eingeleitete Luft-Kraftstoff-Gemisch. Die Quetschflächen 32, 34 werden dabei aufeinander zubewegt, so dass das zwischen den Quetschflächen 32, 34 befindliche Luft-Kraftstoff-Gemisch gequetscht wird. Das Luft-Kraftstoff-Gemisch wird dabei in Richtung der Zündkerze (bzw. des alternativen Zündsystems) 20 beschleunigt, so dass eine gleichmäßige Durchwirbelung und Temperaturerhöhung des Luft-Kraftstoff-Gemisches erfolgt. Dies begünstigt die Verbrennung. Wenn der Kolben 18 den oberen Totpunkt erreicht hat, wie dies in den 1 und 2 dargestellt ist, entzündet die Zündkerze (bzw. das alternative Zündsystem) 20 mit einer Initialflamme das Luft-Kraftstoff-Gemisch. Durch die Verbrennung wird der Kolben 18 nach unten gedrückt. Über die Auslassventile 24 werden die Abgase dann wieder aus dem Brennraum 12 ausgelassen. In den 3 bis 5 ist eine zweite Ausführungsform der Brennraumstruktur 10 gezeigt, die sich von der ersten Ausführungsform in der Ausgestaltung des Quetschbereichs 30 und der Quetschflächen 32, 34 unterscheidet. Der in den 3 bis 5 dargestellte Zylinderkopf 14 weist vorzugsweise ebenfalls zwei Einlassventile 22 und zwei Auslassventile 24 auf, die jedoch vorliegend nicht dargestellt sind. Wie in den 3 bis 5 ersichtlich ist, ist der Quetschbereich 30 vorzugsweise in zwei den Brennraum 12 gegenüberliegende Quetschbereichsabschnitte 36a, 36b unterteilt. Die die Quetschbereichsabschnitte 36a, 36b bildenden Quetschflächen 32, 34 weisen vorzugsweise eine kegelförmige Kontur auf und sind möglichst äquidistant zueinander angeordnet. Der Brennraum 12 ist aufgrund der halbkugelförmigen Kolbenmulde 28 vorzugsweise kugelförmig ausgebildet. Die schrägen, großen und in sich ungewinkelten Quetschflächen 32, 34 sorgen für eine großflächige Quetschströmung, so dass in idealisierter Weise eine Turbulenz- und Strömungsgeschwindigkeitserhöhung um den Ort der Zündkerze (bzw. des alternativen Zündsystems) 20 und somit der Zündung stattfindet. Ferner kommt es durch die kugelförmige Ausführung des Brennraums 12 nur zu geringen Wandwärmeverlusten der Initialflamme, da die Wände vom Zündort ideal weit entfernt sind. Zudem lässt der kugelförmige Brennraum 12 eine ideale Strömungsentwicklung und Turbulenzgenerierung zu. Aufgrund der radialsymmetrisch um die Zylinderlängsachse L angeordneten Quetschflächen 32, 34 weisen zündungsortferne, normalerweise sehr klopfempfindlichen Bereiche des Brennraumes 12 einen hohen Wandkontakt, damit eine gute Kühlung und eine verringerte Klopfneigung auf. Folglich ist mit der Brennraumstruktur 10 ein höheres Verdichtungsverhältnis möglich, so dass ein mit der Brennraumstruktur 10 versehener Verbrennungsmotor einen höheren Wirkungsgrad aufweist.In the 1 and 2 is a combustion chamber structure 10 according to a first embodiment, which is used in an internal combustion engine, not shown, in particular a high-compression internal combustion engine, a motor vehicle. The combustion chamber structure 10 includes a combustion chamber 12 passing through a cylinder head 14 , a cylinder 16 and a piston 18 , which is movable along the cylinder longitudinal axis L, is formed. The cylinder head 14 has a preferably spherical contour with a radius r1 and is equipped with a spark plug (or an alternative ignition system) 20 to ignite the in the combustion chamber 12 provided and compressed air-fuel mixture provided. The spark plug (or the alternative ignition system) 20 is preferably centrally along the cylinder longitudinal axis L in the cylinder head 14 arranged. Further, in the cylinder head 14 preferably two inlet valves 22 to the inlet of the air-fuel mixture and two exhaust valves 24 introduced to the outlet of the exhaust gas, wherein due to the sectional view, only an inlet valve 22 and an exhaust valve 24 are visible. In a piston surface 26 of the piston 18 , which preferably also has a spherical contour with a radius r2, is a piston recess 28 introduced, which is part of the combustion chamber 12 is. The piston recess 28 preferably has a hemispherical shape so that around the spark plug (or the alternative ignition system) 20 formed combustion chamber 12 assumes an approximately spherical shape. To the combustion chamber 12 closes preferably at the edge of a pinch area 30 on, passing through a first squish area 32 on the cylinder head 14 and an opposite second pinch surface 34 on the piston 18 , in particular on the piston surface 26 , is formed. In the present case, the pinch area surrounds 30 preferably the combustion chamber 12 , The first pinch area 32 has a first inclination to the cylinder longitudinal axis L and the second pinch surface 34 a second inclination to the cylinder longitudinal axis L. In the present case, the two squish surfaces 32 . 34 a surface that can be described by a function that can be continuously differentiated in all directions. This shows the squeezing surfaces 32 . 34 an angled and a flow favorable form. As in the 1 and 2 it can be seen, the surfaces of the Quetschflächen 32 . 34 both have a spherical outline. The squeezing surfaces 32 . 34 are further preferably arranged radially symmetrically about the cylinder longitudinal axis L. The proportion of the pinch area 30 , in particular the second pinch surface 34 , on the piston surface 26 is preferably between about 40% and about 60%, so that the Quetschflächen 32 . 34 are formed very large area. In addition, the first pinch surface 32 preferably as close as possible to the valves 22 . 24 introduced to avoid the disturbing influence of valve pockets. The following describes the function and mode of operation of the combustion chamber structure 10 explained in more detail. About the intake valves 22 is the air-fuel mixture in the combustion chamber 10 initiated. The piston 18 moves up during the compression phase and compresses the introduced air-fuel mixture. The squeezing surfaces 32 . 34 are moved towards each other, so that between the squeezing 32 . 34 squeezed air-fuel mixture is located. The air-fuel mixture is thereby in the direction of the spark plug (or the alternative ignition system) 20 accelerated, so that a uniform turbulence and temperature increase of the air-fuel mixture takes place. This favors the combustion. When the piston 18 has reached the top dead center, as in the 1 and 2 is shown ignites the spark plug (or the alternative ignition system) 20 with an initial flame the air-fuel mixture. By burning the piston 18 pressed down. About the exhaust valves 24 the exhaust gases are then returned from the combustion chamber 12 omitted. In the 3 to 5 is a second embodiment of the combustion chamber structure 10 shown, which differs from the first embodiment in the embodiment of the pinch region 30 and the squeezing surfaces 32 . 34 different. The in the 3 to 5 illustrated cylinder head 14 preferably also has two inlet valves 22 and two exhaust valves 24 but not shown here. As in the 3 to 5 is apparent, is the pinch area 30 preferably in two the combustion chamber 12 opposite pinch section sections 36a . 36b divided. The squeezing area sections 36a . 36b forming Quetschflächen 32 . 34 preferably have a conical contour and are arranged as equidistant from each other as possible. The combustion chamber 12 is due to the hemispherical piston recess 28 preferably spherical. The oblique, large and in itself angled squeezing surfaces 32 . 34 provide a large squish flow, so that in an idealized manner, a turbulence and flow rate increase around the location of the spark plug (or the alternative ignition system) 20 and thus the ignition takes place. Furthermore, it comes through the spherical design of the combustion chamber 12 only small wall heat losses of the initial flame, as the walls are ideally far away from the ignition point. In addition, the spherical combustion chamber leaves 12 an ideal flow development and turbulence generation too. Due to the radially symmetrical about the cylinder longitudinal axis L arranged squish surfaces 32 . 34 have spark ignition remote, usually very sensitive to knock areas of the combustion chamber 12 a high wall contact, so good cooling and a reduced tendency to knock on. Consequently, with the combustion chamber structure 10 a higher compression ratio possible, so that one with the combustion chamber structure 10 provided internal combustion engine has a higher efficiency.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
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1010
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BrennraumstrukturCombustion chamber structure
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1212
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Brennraumcombustion chamber
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1414
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Zylinderkopfcylinder head
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1616
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Zylindercylinder
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1818
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Kolbenpiston
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2020
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Zündkerze bzw. alternatives ZündsystemSpark plug or alternative ignition system
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2222
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Einlassventilintake valve
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2424
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Auslassventiloutlet valve
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2626
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Kolbenoberflächepiston surface
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2828
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Kolbenmuldepiston bowl
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3030
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Quetschbereichpinch
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3232
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erste Quetschflächefirst pinch area
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3434
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zweite Quetschflächesecond pinch area
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36a36a
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QuetschbereichsabschnittQuetschbereichsabschnitt
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36b36b
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QuetschbereichsabschnittQuetschbereichsabschnitt
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r1r1
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erster Kugelradiusfirst sphere radius
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r2r2
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zweiter Kugelradiussecond sphere radius
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LL
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Zylinderlängsachsecylinder longitudinal axis
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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DE 102005061300 B4 [0001] DE 102005061300 B4 [0001]
