DE102015202361A1 - Reciprocating internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

Die Hubkolben-Brennkraftmaschine (10) ist versehen mit mindestens einem Zylinder (16), der eine Umfangswand (18) und eine Zylinderdeckwand (20) aufweist, und einem in dem Zylinder (16) auf- und abbewegbaren Kolben (22) mit einem Kolbenboden (24), wobei die Umfangswand (18) des Zylinders (16) sowie dessen Zylinderdeckwand (20) und der Kolbenboden (24) einen Brennraum (26) bilden. Ferner weist die Hubkolben-Brennkraftmaschine (10) Mittel (36) zum Einlassen eines gasförmigen Mediums in den Brennraum (26), Mittel (38) zum Auslassen eines gasförmigen Mediums aus dem Brennraum (26), Mittel (40) zum längs einer Einspritzstrahlachse (42) erfolgenden Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum (26) und Mittel (54) zum Zünden des Kraftstoff-Gas-Gemisches im Brennraum (26) auf. In dem Kolbenboden (24) ist zur Unterstützung des Entstehens und des Aufrechterhaltens einer Tumble-Strömung (72) des Kraftstoff-Gas-Gemisches innerhalb des Brennraums (26) eine Mulde (62) mit einer Muldenoberfläche (63) ausgebildet. Die Form der Muldenoberfläche (63) ist als Teil einer Außenfläche eines länglichen, im Wesentlichen rotationssymmetrischen Körpers ausgebildet, der eine Längsachse aufweist, die die Rotationsachse (64) des Körpers bildet und die quer zur Auf- und Abbewegung (70) des Kolbens (22) ausgerichtet ist. Die Rotations- bzw. Längsachse (64) des rotationssymmetrischen Körpers verläuft quer zur Kraftstoff-Einspritzstrahlachse (42).The reciprocating internal combustion engine (10) is provided with at least one cylinder (16) having a peripheral wall (18) and a cylinder cover wall (20) and a piston (22) movable up and down in the cylinder (16) with a piston head (24), wherein the peripheral wall (18) of the cylinder (16) and the cylinder cover wall (20) and the piston head (24) form a combustion chamber (26). Further, the reciprocating internal combustion engine (10) comprises means (36) for introducing a gaseous medium into the combustion chamber (26), means (38) for discharging a gaseous medium from the combustion chamber (26), means (40) along an injection jet axis ( 42) taking place injecting fuel into the combustion chamber (26) and means (54) for igniting the fuel-gas mixture in the combustion chamber (26). A trough (62) with a trough surface (63) is formed in the piston head (24) to assist in the formation and maintenance of a tumble flow (72) of the fuel gas mixture within the combustion chamber (26). The shape of the well surface (63) is formed as part of an outer surface of an elongated, substantially rotationally symmetric body having a longitudinal axis which forms the axis of rotation (64) of the body and transverse to the upward and downward movement (70) of the piston (22 ) is aligned. The rotational or longitudinal axis (64) of the rotationally symmetrical body extends transversely to the fuel injection beam axis (42).

Description

Die Erfindung betrifft eine Hubkolben-Brennkraftmaschine und insbesondere eine Hubkolben-Brennkraftmaschine, in deren Brennraum während des Einbringens von Kraftstoff und Gas (insbesondere Luft) sowie während des Verdichtens des Kraftstoff-Gas-Gemisches eine Tumble-Strömung entsteht und diese aufrechterhalten wird.The invention relates to a reciprocating internal combustion engine and in particular a reciprocating internal combustion engine, in the combustion chamber during the introduction of fuel and gas (in particular air) and during the compression of the fuel-gas mixture, a tumble flow is created and maintained.

Es ist bekannt, den Kolbenboden im Brennraum eines Zylinders einer Hubkolben-Brennkraftmaschine mit einer speziell ausgebildeten Mulde zu versehen, die das einströmende Gas mit dem eingespritzten Kraftstoff möglichst homogen vermischt, und zwar unter Entstehung einer möglichst für die Vermischung und Verbrennung effektiven turbulenten Strömung. Die im Stand der Technik bekannten Mulden von Kolbenböden sind im Allgemeinen asymmetrisch ausgebildet und weisen asymmetrisch angeordnete Prall- bzw. Umlenkflächen auf, an denen das einströmende Gas mit dem eingebrachten Kraftstoff unter plötzlicher Veränderung der Strömungsrichtung entlangströmt. It is known to provide the piston crown in the combustion chamber of a cylinder of a reciprocating internal combustion engine with a specially formed trough, which mixes the incoming gas as homogeneously as possible with the injected fuel, with the formation of an effective possible for mixing and combustion turbulent flow. The wells of piston bottoms known in the prior art are generally asymmetrical in design and have asymmetrically arranged impact or deflecting surfaces along which the inflowing gas flows along with the introduced fuel under a sudden change in the flow direction.

Beispiele für verschiedene Muldenformen in den Böden der Kolben von Hubkolben-Brennkraftmaschinen sind in DE 103 54 682 A1 , EP 0 937 890 A2 , EP 0 997 622 A1 , WO 01/49996 A1 und US 2003/0056748 A1 beschrieben.Examples of different trough shapes in the bottoms of pistons of reciprocating internal combustion engines are in DE 103 54 682 A1 . EP 0 937 890 A2 . EP 0 997 622 A1 . WO 01/49996 A1 and US 2003/0056748 A1 described.

Aus DE 10 2012 103 195 A1 ist ein Kolben für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine mit einer napfförmigen, hinsichtlich einer Hochachse symmetrischen oder mit einer elliptischen Form bekannt.Out DE 10 2012 103 195 A1 is a piston for a reciprocating internal combustion engine with a cup-shaped, symmetrical with respect to a vertical axis or known with an elliptical shape.

Aufgabe der Erfindung ist, die Muldenform von Kolben für Hubkolben-Brennkraftmaschinen im Hinblick auf eine Verbesserung der Homogenisierung des Kraftstoff-Gas-Gemisches im Brennraum während der Einbringung des Kraftstoffs und des Gases und der Verdichtung dieses Kraftstoff-Gas-Gemisches im Brennraum zu verbessern.The object of the invention is to improve the trough shape of piston for reciprocating internal combustion engines with a view to improving the homogenization of the fuel-gas mixture in the combustion chamber during the introduction of the fuel and the gas and the compression of this fuel-gas mixture in the combustion chamber.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung eine Hubkolben-Brennkraftmaschine vorgeschlagen, die versehen ist mit

  • – mindestens einem Zylinder, der eine Umfangswand und eine Zylinderdeckwand aufweist,
  • – einem in dem Zylinder auf- und abbewegbaren Kolben mit einem Kolbenboden,
  • – wobei die Umfangswand des Zylinders sowie dessen Zylinderdeckwand und der Kolbenboden einen Brennraum bilden,
  • – Mittel zum Einlassen eines gasförmigen Mediums in den Brennraum,
  • – Mittel zum Auslassen eines gasförmigen Mediums aus dem Brennraum,
  • – Mittel zum längs einer Einspritzstrahlachse erfolgenden Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum und
  • – Mittel zum Zünden des Kraftstoff-Gas-Gemisches im Brennraum,
  • – wobei in dem Kolbenboden zur Unterstützung des Entstehens und des Aufrechterhaltens einer Tumble-Strömung des Kraftstoff-Gas-Gemisches innerhalb des Brennraums eine Mulde mit einer Muldenoberfläche ausgebildet ist.
To solve this problem, a reciprocating internal combustion engine is proposed with the invention, which is provided with
  • At least one cylinder having a peripheral wall and a cylinder cover wall,
  • A piston which can be moved up and down in the cylinder and has a piston head,
  • - Wherein the peripheral wall of the cylinder and the cylinder cover wall and the piston crown form a combustion chamber,
  • Means for introducing a gaseous medium into the combustion chamber,
  • Means for discharging a gaseous medium from the combustion chamber,
  • - Means for taking place along an injection axis of injection of fuel into the combustion chamber and
  • Means for igniting the fuel gas mixture in the combustion chamber,
  • - Wherein formed in the piston head to support the emergence and maintenance of a tumble flow of the fuel-gas mixture within the combustion chamber, a trough with a trough surface.

Bei dieser Hubkolben-Brennkraftmaschine ist erfindungsgemäß vorgesehen,

  • – dass die Form der Muldenoberfläche als Teil der Außenfläche eines länglichen, im Wesentlichen rotationssymmetrischen Körpers ausgebildet ist, der eine Längsachse aufweist, die die Rotationsachse des Körpers bildet und die quer zur Auf- und Abbewegung des Kolbens ausgerichtet ist, und
  • – dass die Rotations- bzw. Längsachse des rotationssymmetrischen Körpers quer zur Kraftstoff-Einspritzstrahlachse verläuft.
In this reciprocating internal combustion engine, the invention provides
  • - That the shape of the well surface is formed as part of the outer surface of an elongated, substantially rotationally symmetrical body having a longitudinal axis which forms the axis of rotation of the body and which is aligned transversely to the up and down movement of the piston, and
  • - That the rotational or longitudinal axis of the rotationally symmetrical body is transverse to the fuel injection jet axis.

Die erfindungsgemäße Hubkolben-Brennkraftmaschine ist mit mindestens einem Zylinder versehen, der üblicherweise in einem Motorblock mit Zylinderkopf ist. In dem bzw. in jedem Zylinder ist auf- und abbewegbar ein Kolben mit einem Kolbenboden angeordnet. Die Umfangswand des Zylinders sowie dessen Zylinderdeckwand (als Teil des Zylinderkopfes) und der Kolbenboden bilden den Brennraum des Zylinders.The reciprocating internal combustion engine according to the invention is provided with at least one cylinder, which is usually in an engine block with cylinder head. In the or in each cylinder is movable up and down a piston arranged with a piston crown. The peripheral wall of the cylinder and the cylinder top wall (as part of the cylinder head) and the piston crown form the combustion chamber of the cylinder.

Ferner weist die erfindungsgemäße Hubkolben-Brennkraftmaschine Mittel zum Einlassen eines gasförmigen Mediums, insbesondere von Luft, in den Brennraum sowie Mittel zum Auslassen eines gasförmigen Mediums, nämlich der Verbrennungsgase, aus dem Brennraum auf. Bei diesen Mitteln handelt es sich im Regelfall um Einlass- und Auslassventile, von denen pro Zylinder mindestens eins vorgesehen ist. In den Brennraum wird über ein weiteres Mittel Kraftstoff eingespritzt, und zwar längs einer Einspritzstrahlachse. Zumeist erfolgt dies über einen Einspritzkanal, der in den Brennraum einmündet. Schließlich weist die erfindungsgemäße Hubkolben-Brennkraftmaschine pro Zylinder Mittel zum Zünden des Kraftstoff-Gas-Gemisches im Brennraum auf.Furthermore, the reciprocating internal combustion engine according to the invention comprises means for introducing a gaseous medium, in particular air, into the combustion chamber and means for discharging a gaseous medium, namely the combustion gases, from the combustion chamber. These means are usually intake and exhaust valves, of which at least one is provided per cylinder. Fuel is injected into the combustion chamber via another means, along an injection jet axis. This is usually done via an injection channel, which opens into the combustion chamber. Finally, the reciprocating internal combustion engine according to the invention per cylinder has means for igniting the fuel-gas mixture in the combustion chamber.

Für eine möglichst homogene Verbrennung des Kraftstoff-Gas-Gemisches im Brennraum ist es von Vorteil, wenn der Kraftstoff möglichst gleichmäßig mit dem gasförmigen Medium vermischt ist. Damit dies erreicht wird, wird im Regelfall dafür Sorge getragen, dass das einströmende gasförmige Medium innerhalb des Brennraums möglichst turbulent strömt. Hier haben sich im Stand der Technik im Regelfall zwei Strömungsprinzipien bewährt, nämlich neben einer Drall-Strömung auch eine sogenannte Tumble-Strömung, bei der das einströmende gasförmige Medium eine Art Walze mit horizontal ausgerichteter Achse bildet. Genauer gesagt ist die Achse der Walze quer zur Hubbewegung des Kolbens ausgerichtet.For a homogeneous combustion of the fuel-gas mixture in the combustion chamber, it is advantageous if the fuel is mixed as evenly as possible with the gaseous medium. For this to be achieved, care is generally taken to ensure that the incoming gaseous medium flows as turbulently as possible within the combustion chamber. Here, two flow principles have proven successful in the prior art, namely in addition to a swirl flow and a so-called tumble flow, in which the inflowing gaseous medium forms a kind of roller with horizontally oriented axis. More specifically, the axis of the roller is aligned transversely to the stroke movement of the piston.

Damit sich nun diese sogenannte Tumble-Strömung innerhalb des Brennraums ausbildet und möglichst bis zur maximalen Verdichtung des Kraftstoff-Gas-Gemisches aufrechterhalten bleibt, weist der Kolbenboden eine Mulde mit einer speziell geformten Muldenoberfläche auf.In order for this so-called tumble flow to form within the combustion chamber and, if possible, to be maintained up to the maximum compression of the fuel-gas mixture, the piston crown has a depression with a specially shaped depression surface.

Erfindungsgemäß ist nun die Muldenoberfläche derart ausgeformt, dass sie einen Teil der Außenfläche eines länglichen, im Wesentlichen rotationssymmetrischen Körpers bildet. Bevorzugt handelt es sich bei diesem Körper um einen Ellipsoiden, einen Zylinder oder eine ballige Tonne. Die Längsachse des Körpers bildet dabei zugleich auch dessen Rotationssymmetrieachse. Darüber hinaus ist nun erfindungsgemäß die Längsachse bzw. Rotationssymmetrieachse des Körpers derart ausgerichtet, dass sie sowohl quer zur Hubbewegung des Kolbens als auch im Wesentlichen quer zur Kraftstoff-Einspritzstrahlachse verläuft.According to the invention, the trough surface is now shaped such that it forms part of the outer surface of an elongate, substantially rotationally symmetrical body. This body is preferably an ellipsoid, a cylinder or a spherical barrel. At the same time, the longitudinal axis of the body also forms its rotational symmetry axis. Moreover, according to the invention, the longitudinal axis or rotational symmetry axis of the body is now aligned such that it extends both transversely to the stroke movement of the piston and substantially transversely to the fuel injection beam axis.

Durch die erfindungsgemäße Form der Muldenoberfläche ist in besonders vorteilhafter Weise gewährleistet, dass sich im Brennraum eine Tumble-Strömung ausbildet. Die im Stand der Technik bekannten im Wesentlichen asymmetrisch ausgeformten Mulden werden also erfindungsgemäß durch eine symmetrisch ausgebildete Muldenoberfläche ersetzt. Dies wird erfindungsgemäß erreicht, indem die Muldenoberfläche als Teil einer Außenfläche eines länglichen, im Wesentlichen rotationssymmetrischen Körpers ausgebildet ist. Dadurch wird erreicht, dass die Tumble-Strömung intensiver geformt und länger aufrechterhalten bleibt. Durch den Einsatz moderner Injektoren für die Einbringung von Luft in den Brennraum und infolge höherer Einspritzdrücke wird bei Einsatz der erfindungsgemäßen Mulde eine bessere Zerstäubung erzielt als dies bisher möglich war. Aus diesem Grund reicht eine kürzere Einspritzlänge zur Gemischbildung und Mitführung der kleineren Tröpfchen in der Gasströmung, wobei die quer zur Kraftstoff-Einspritzstrahlachse (und zur Gaseinströmrichtung) ausgerichtete Längs- bzw. Rotationssymmetrieachse des über einen Teil seiner Außenfläche die Form der Muldenoberfläche bildenden Körpers trotz kürzerer Länge des Kraftstoff-Einspritzstrahls eine gute Gemischaufbereitung ergibt. Mit dem erfindungsgemäßen Konzept ist es daher möglich, das Gas und den Kraftstoff quer zur Längs- bzw. Rotationssymmetrieachse der Muldenoberfläche einzubringen, und zwar mit dem Vorteil, dass die Tumble-Strömung intensiviert und länger aufrechterhalten wird.The inventive shape of the trough surface ensures in a particularly advantageous manner that forms a tumble flow in the combustion chamber. The known in the prior art substantially asymmetrically shaped troughs are therefore replaced according to the invention by a symmetrically formed trough surface. This is inventively achieved by the trough surface is formed as part of an outer surface of an elongated, substantially rotationally symmetrical body. This ensures that the tumble flow is more intense and sustained longer. Through the use of modern injectors for the introduction of air into the combustion chamber and as a result of higher injection pressures, a better atomization is achieved when using the trough according to the invention than was hitherto possible. For this reason, a shorter injection length is sufficient for mixture formation and entrainment of the smaller droplets in the gas flow, wherein the longitudinal or rotational symmetry axis of the body forming the shape of the well surface transverse to the fuel injection beam axis (and the gas inflow direction) is shorter despite shorter Length of the fuel injection jet gives a good mixture preparation. With the inventive concept, it is therefore possible to introduce the gas and the fuel transversely to the longitudinal or rotational symmetry axis of the trough surface, with the advantage that the tumble flow is intensified and maintained longer.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der rotationssymmetrische Körper im Wesentlichen ellipsoid oder zylindrisch oder ballig ist und somit die Muldenoberfläche als Teil der Außenfläche eines Ellipsoiden, eines Zylinders oder einer balligen Tonne ausgebildet ist.In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the rotationally symmetrical body is substantially ellipsoidal or cylindrical or spherical and thus the trough surface is formed as part of the outer surface of an ellipsoid, a cylinder or a spherical barrel.

Alternativ kann es von Vorteil sein, wenn die Muldenoberfläche die Form der Oberfläche einer Rinne aufweist, deren Tiefe und/oder Breite zu den beiden gegenüberliegenden axialen Enden hin abnimmt.Alternatively, it may be advantageous if the trough surface has the shape of the surface of a groove whose depth and / or width decreases towards the two opposite axial ends.

Wie bereits oben erwähnt, ist die Kraftstoff-Einspritzstrahlachse quer zur Symmetrieachse der Mulde gerichtet. Es ist zweckmäßig, wenn die Kraftstoff-Einspritzstrahlachse in einem Winkel von mindestens 20°, vorzugsweise von mindestens 25° zur Radialerstreckung von Zylinder bzw. Kolben ausgerichtet ist. Der Kraftstoff kann also unter einem relativ flachen Winkel zur Radialerstreckungsebene von Zylinder bzw. Kolben eingebracht werden. Grundsätzlich ist der Winkel ein spitzer Winkel und beträgt somit zwischen 0° und 90°.As already mentioned above, the fuel injection jet axis is directed transversely to the axis of symmetry of the trough. It is useful if the fuel injection beam axis is aligned at an angle of at least 20 °, preferably at least 25 ° to the radial extent of cylinder or piston. The fuel can thus be introduced at a relatively shallow angle to the radial plane of extension of cylinder or piston. Basically, the angle is an acute angle and is thus between 0 ° and 90 °.

In weiterer zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das gasförmige Medium in einer Einlassströmungsrichtung in den Brennraum einströmt und dass die Einlassströmungsrichtung im Wesentlichen ebenfalls quer zur Längsachse bzw. Rotationsachse des die Muldenoberfläche definierenden rotationssymmetrischen Körpers verläuft.In a further expedient embodiment of the invention, it can be provided that the gaseous medium flows into the combustion chamber in an inlet flow direction and that the inlet flow direction likewise runs essentially transversely to the longitudinal axis or rotational axis of the rotationally symmetrical body defining the depression surface.

Typischerweise ist der Kolbenboden mit je nach Seitenansicht betrachtet im Wesentlichen trapezförmigen Erhebungen versehen. Hierdurch entstehen zwei geneigte Schrägflächen mit einem Firstbereich zwischen diesen Schrägflächen. Die Schrägflächen liegen dabei den Einlass- bzw. den Auslassventilen gegenüber und weisen Quetschflächen auf. Dementsprechend ist auch die Zylinderdeckwand an ihrer dem Brennraum zugewandten Unterseite mit zwei geneigten Dachschrägen und einem Firstbereich zwischen diesen versehen, wobei in den beiden Dachschrägen Einlass- und Auslassventile angeordnet sind.Typically, the piston crown is provided with substantially trapezoidal elevations when viewed from the side view. This results in two inclined inclined surfaces with a ridge area between these inclined surfaces. The inclined surfaces lie opposite the inlet and the outlet valves and have pinch surfaces. Accordingly, the cylinder cover wall is also provided on its underside facing the combustion chamber with two sloping sloping roofs and a ridge region between them, inlet and outlet valves being arranged in the two sloping roofs.

Die Mulde ist bei dem zuvor genannten Typ von Kolbenboden zentrisch im Firstbereich angeordnet, wobei ihre Rotationsachsenlänge bzw. die Rotationsachse des die Muldenoberfläche bildenden Rotationskörpers mit über ihre Länge konstantem, jeweils gleichem Abstand zu den Schrägflächen des Kolbenbodens angeordnet ist. Die Rotationsachse der Mulde ist somit angenähert diametral und gleichgerichtet mit dem Firstbereich, d. h., dass sie im Wesentlichen durch das Zentrum des über die Rotationsachsenlänge betrachtet größten Querschnitts des Rotationskörpers verläuft.In the aforementioned type of piston crown, the depression is arranged centrically in the ridge region, its rotation axis length or the rotation axis of the rotation body forming the depression surface being arranged at a constant distance from the oblique surfaces of the piston crown over its length. The axis of rotation of the trough is thus approximately diametrically and rectified with the ridge region, i. h., That it extends substantially through the center of the considered over the rotation axis length largest cross-section of the rotating body.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung betrifft diese eine Hubkolben-Brennkraftmaschine, die versehen ist mit

  • – mindestens einem Zylinder, der eine Zylinderwand aufweist,
  • – einem in dem Zylinder auf- und abbewegbaren Kolben mit einem Kolbenboden,
  • – wobei durch die Zylinderwand, den Kolbenboden und einer diesem gegenüberliegenden Zylinderdecke mit zwei schrägliegenden Dachwänden und einem Firstbereich zwischen diesen ein Brennraum gebildet ist,
  • – mindestens einer Einlassöffnung mit Einlassventilen in der einen Dachwand der Zylinderdecke zum Einlassen von Luft in den Brennraum in einer Einströmrichtung und mindestens einer Auslassöffnung mit Auslassventil in der anderen Dachwand der Zylinderdecke,
  • – mindestens einer Zündeinheit,
  • – einem in den Brennraum einmündenden Kraftstoff-Einspritzkanal zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum längs einer Einspritzstrahlachse und
  • – einer in den Kolbenboden ausgebildeten Mulde zur Unterstützung des Entstehens und Aufrechterhaltens einer Tumble-Strömung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in dem Brennraum,
  • – wobei die Mulde im Wesentlichen als Teil eines auf eine Rotationsachse bezogenen rotationssymmetrischen Körpers ausgeformt ist,
  • – wobei die Rotationsachse quer zur Einspritzstrahlachse sowie im Wesentlichen quer zur Einströmrichtung der Luft in den Brennraum und ferner quer zur Hubbewegung des Kolbens verläuft.
In a preferred embodiment of the invention, this relates to a reciprocating internal combustion engine, which is provided with
  • At least one cylinder having a cylinder wall,
  • A piston which can be moved up and down in the cylinder and has a piston head,
  • Wherein a combustion chamber is formed by the cylinder wall, the piston head and a cylindrical ceiling opposite thereto with two sloping roof walls and a ridge area between them,
  • At least one inlet opening with inlet valves in the one roof wall of the cylinder ceiling for introducing air into the combustion chamber in an inflow direction and at least one outlet opening with outlet valve in the other roof wall of the cylinder ceiling,
  • - at least one ignition unit,
  • - An opening into the combustion chamber fuel injection channel for injecting fuel into the combustion chamber along an injection jet axis and
  • A trough formed in the piston head to assist in the creation and maintenance of a tumble flow of the fuel-air mixture in the combustion chamber,
  • Wherein the trough is substantially formed as part of a rotationally symmetrical body related to a rotational axis,
  • - Wherein the axis of rotation is transverse to the injection axis and substantially transverse to the direction of flow of air into the combustion chamber and further transverse to the stroke of the piston.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im Einzelnen zeigen dabei:The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment and with reference to the drawing. In detail, they show:

1 schematisch eine Ansicht eines Längsschnitts durch einen Zylinder einer Hubkolben-Brennkraftmaschine mit angrenzenden Konstruktionseinheiten, 1 1 is a schematic view of a longitudinal section through a cylinder of a reciprocating internal combustion engine with adjacent structural units;

2 eine Draufsicht auf den Kolbenboden des Kolbens im Zylinder gemäß 1 und 2 a plan view of the piston head of the piston in the cylinder according to 1 and

3 eine Schnittansicht durch den Kolben entlang der Linie III-III der 2. 3 a sectional view through the piston along the line III-III of 2 ,

1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Hubkolben-Brennkraftmaschine 10, die einen Motorblock 12 mit darauf montiertem Zylinderkopf 14 aufweist. Der Zylinder 16 wird gebildet von einer Umfangswand 18 und einer Zylinderdeckwand 20. In dem Zylinder 16 befindet sich ein Kolben 22, der mittels eines Pleuels 23 und einer (nicht dargestellten) Kurbelwelle innerhalb des Zylinders 16 auf- und abbewegbar ist. Die Oberseite des Kolbens 22 wird von dem Kolbenboden 24 gebildet, der zusammen mit der Umfangswand 18 und der Zylinderdeckwand 20 einen Brennraum 26 bildet. Im Zylinderkopf 14 sind ein Luft-Zuführkanal 28 und ein Verbrennungsgas-Abführkanal 30 ausgebildet. Beide Kanäle münden in den Brennraum 26 und lassen sich wahlweise von jeweils mindestens einem Einlassventil 32 bzw. Auslassventil 34 verschließen. Die Kanäle 28 und 30 sowie Ventile 32 und 34 bilden einerseits Mittel 36 zum Einlassen eines gasförmigen Mediums in den Brennraum 26 bzw. Mittel 38 zum Auslassen von gasförmigem Medium aus dem Brennraum 26. 1 shows a longitudinal section through a reciprocating internal combustion engine 10 holding an engine block 12 with cylinder head mounted on it 14 having. The cylinder 16 is formed by a peripheral wall 18 and a cylinder cover wall 20 , In the cylinder 16 there is a piston 22 using a connecting rod 23 and a crankshaft (not shown) within the cylinder 16 can be moved up and down. The top of the piston 22 is from the piston crown 24 formed, which together with the peripheral wall 18 and the cylinder cover wall 20 a combustion chamber 26 forms. In the cylinder head 14 are an air supply channel 28 and a combustion gas discharge passage 30 educated. Both channels open into the combustion chamber 26 and can be optionally from at least one inlet valve 32 or exhaust valve 34 close. The channels 28 and 30 as well as valves 32 and 34 on the one hand form means 36 for introducing a gaseous medium into the combustion chamber 26 or means 38 for discharging gaseous medium from the combustion chamber 26 ,

Ferner ist die Hubkolben-Brennkraftmaschine 10 pro Zylinder 16 mit einem Mittel 40 zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum 26 versehen. Der Kraftstoff wird dabei längs einer Einspritzstrahlachse 42 über einen in den Brennraum 26 einmündenden Einspritzkanal 44 eingespritzt.Further, the reciprocating internal combustion engine 10 per cylinder 16 with a means 40 for injecting fuel into the combustion chamber 26 Mistake. The fuel is doing along an injection axis 42 over one into the combustion chamber 26 opening injection channel 44 injected.

Wie ferner insbesondere anhand von 1 zu erkennen ist, ist die Unterseite 46 der Zylinderdeckwand 20 dachförmig ausgebildet und mit zwei gegeneinander geneigten Dachschrägen 48, 50 und einem Firstbereich 52 versehen. Im Firstbereich 52 ist ein Mittel 54 zum im Brennraum 26 erfolgenden Zünden des Kraftstoff-Luft-Gemisches angeordnet.Further, in particular with reference to 1 to recognize is the bottom 46 the cylinder cover wall 20 roof-shaped and with two mutually inclined sloping roofs 48 . 50 and a ridge area 52 Mistake. In the ridge area 52 is a means 54 to the combustion chamber 26 Successful ignition of the fuel-air mixture arranged.

Dementsprechend weist der Kolbenboden 24 ebenfalls eine erhabene, dachförmige Gestalt auf, die mit zwei Schrägflächen 56, 58 und einem Firstbereich 60 zwischen diesen versehen ist.Accordingly, the piston crown 24 also a raised, roof-shaped figure, with two inclined surfaces 56 . 58 and a ridge area 60 between them is provided.

Wie in 1 gezeigt, kann der Kraftstoff-Einspritzstrahl unter einem relativ flachen Winkel von beispielsweise 20° oder mehr in den Brennraum 26 eintreten. Dieser Kraftstoff vermischt sich mit der in den Brennraum 26 eingelassenen Luft in homogener Weise, was nachfolgend erläutert wird.As in 1 shown, the fuel injection jet at a relatively shallow angle, for example, 20 ° or more in the combustion chamber 26 enter. This fuel mixes with the in the combustion chamber 26 admitted air in a homogeneous manner, which is explained below.

Die Besonderheit der Hubkolben-Brennkraftmaschine 10 gemäß 1 besteht in der Ausbildung des Kolbenbodens 24, wie es in den 2 und 3 gezeigt ist. Im Firstbereich 60 weist der Kolbenboden 24 eine Mulde 62 auf, die eine Muldenoberfläche 63 nach Art einer Teilfläche eines länglichen rotationssymmetrischen Körpers aufweist, dessen Längsachse 64 die Rotationssymmetrieachse bildet. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Rotationskörper im Wesentlichen ein Ellipsoid, so dass die Mulde 62 zu ihren axial gegenüberliegenden Enden 66, 68 hin hinsichtlich der Breite und der Tiefe abnimmt. Am tiefsten und am breitesten ist also die Mulde 62 in ihrer Mitte zwischen den beiden axialen Enden 66, 68. Die Ausrichtung der Längs- bzw. Rotationssymmetrieachse 64 des Körpers bzw. der Mulde 62 zur Kraftstoff-Einspritzstrahlachse 42 (siehe 2) ist rechtwinklig. Die Längs- bzw. Rotationssymmetrieachse 64 verläuft ferner quer zur Hub- bzw. Auf- und Abbewegung 70 des Kolbens 22 (siehe 3). Auch die in den Brennraum 26 einströmende Luft strömt im Wesentlichen quer zur Muldenlängserstreckung, also quer zur Längs- bzw. Rotationssymmetrieachse 64 ein. Die spezielle Muldenform nach Art eines Teils der Außenfläche einer balligen Tonne bzw. eines Teils der Außenfläche eines Ellipsoiden macht es auf Grund der hohen Einspritzdrücke und der modernen Injektorentechnik möglich, innerhalb des Brennraums 26 eine Homogenisierung des Kraftstoff-Luft-Gemisches durch Konservierung einer intensiven Tumble-Strömung 72 (siehe 1) über einen möglichst langen Zeitraum zu erzielen. Die verbesserte Homogenisierung des Kraftstoff-Luft-Gemisches infolge der Entstehung der intensiven Tumble-Strömung und deren Aufrechterhaltung während des Verdichtungsprozesses führt zu einer gleichmäßigen Verbrennung und damit zu einer Verbesserung des Verbrennungsprozesses, was die Effektivität der Hubkolben-Brennkraftmaschine verbessert und den Schadstoffanteil in den Verbrennungsgasen reduziert.The peculiarity of the reciprocating internal combustion engine 10 according to 1 consists in the formation of the piston crown 24 as it is in the 2 and 3 is shown. In the ridge area 60 points the piston crown 24 a hollow 62 on top, which is a trough surface 63 has the nature of a partial surface of an elongate rotationally symmetrical body whose longitudinal axis 64 forms the rotational symmetry axis. In this embodiment, the rotational body is substantially an ellipsoid, so that the trough 62 to their axially opposite ends 66 . 68 decreases in width and depth. The deepest and widest is the hollow 62 in their middle between the two axial ends 66 . 68 , The orientation of the longitudinal or rotational symmetry axis 64 of the body or the trough 62 to the fuel injection jet axis 42 (please refer 2 ) is rectangular. The longitudinal or rotational symmetry axis 64 also runs transversely to the lifting or up and down movement 70 of the piston 22 (please refer 3 ). Also in the combustion chamber 26 inflowing air flows essentially transversely to the longitudinal extension of the trough, ie transversely to the longitudinal or rotational symmetry axis 64 one. Due to the high injection pressures and the modern injector technology, the special trough shape in the manner of a part of the outer surface of a crowned barrel or of a part of the outer face of an ellipsoid makes it possible within the combustion chamber 26 a homogenization of the fuel-air mixture by preserving an intense tumble flow 72 (please refer 1 ) for as long as possible. The improved homogenization of the fuel-air mixture due to the formation of the intensive tumble flow and maintaining it during the compression process leads to a uniform combustion and thus to an improvement of the combustion process, which improves the efficiency of the reciprocating internal combustion engine and the pollutant content in the combustion gases reduced.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Hubkolben-Brennkraftmaschine Reciprocating internal combustion engine
1212
Motorblock block
1414
Zylinderkopf cylinder head
1616
Zylinder cylinder
1818
Umfangswand peripheral wall
2020
Zylinderdeckwand Cylinder cover wall
2222
Kolben piston
2323
Pleuel pleuel
2424
Kolbenboden piston crown
2626
Brennraum combustion chamber
2828
Luft-Zuführkanal Air supply channel
3030
Verbrennungsgas-Abführkanal Combustion gas discharge
3232
Einlassventil intake valve
3434
Auslassventil outlet valve
3636
Mittel zum Einlassen von Gas in den Brennraum Means for introducing gas into the combustion chamber
3838
Mittel zum Auslassen Means to omit
4040
Mittel zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum Means for injecting fuel into the combustion chamber
4242
Kraftstoff-Einspritzstrahlachse Fuel injection jet axis
4444
Einspritzkanal Injection channel
4646
Unterseite des Zylinderkopfs Bottom of the cylinder head
4848
Dachschräge an der Unterseite der Zylinderkopfs Roof slope at the bottom of the cylinder head
5050
Dachschräge an der Unterseite des Zylinderkopfs Roof slope at the bottom of the cylinder head
5252
Firstbereich First area
5454
Mittel zum Zünden Means for igniting
5656
Schrägfläche auf dem Kolbenboden Sloping surface on the piston crown
5858
Schrägfläche auf dem Kolbenboden Sloping surface on the piston crown
6060
Firstbereich First area
6262
Mulde trough
6363
Muldenoberfläche trough surface
6464
Längsachse bzw. Rotationssymmetrieachse des die Muldenoberfläche bildenden Körpers Longitudinal axis or rotational symmetry axis of the body surface forming the body surface
6666
axiales Ende der Mulde axial end of the trough
6868
axiales Ende der Mulde axial end of the trough
7070
Auf- und Abbewegung des Kolbens Up and down movement of the piston
7272
Tumble-Strömung Tumble flow

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (9)

Hubkolben-Brennkraftmaschine mit – mindestens einem Zylinder (16), der eine Umfangswand (18) und eine Zylinderdeckwand (20) aufweist, – einem in dem Zylinder (16) auf- und abbewegbaren Kolben (22) mit einem Kolbenboden (24), – wobei die Umfangswand (18) des Zylinders (16) sowie dessen Zylinderdeckwand (20) und der Kolbenboden (24) einen Brennraum (26) bilden, – Mittel (36) zum Einlassen eines gasförmigen Mediums in den Brennraum (26), – Mittel (38) zum Auslassen eines gasförmigen Mediums aus dem Brennraum (26), – Mittel (40) zum längs einer Einspritzstrahlachse (42) erfolgenden Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum (26) und – Mittel (54) zum Zünden des Kraftstoff-Gas-Gemisches im Brennraum (26), – wobei in dem Kolbenboden (24) zur Unterstützung des Entstehens und des Aufrechterhaltens einer Tumble-Strömung (72) des Kraftstoff-Gas-Gemisches innerhalb des Brennraums (26) eine Mulde (62) mit einer Muldenoberfläche (63) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, – dass die Form der Muldenoberfläche (63) als Teil einer Außenfläche eines länglichen, im Wesentlichen rotationssymmetrischen Körpers ausgebildet ist, der eine Längsachse aufweist, die die Rotationsachse (64) des Körpers bildet und die quer zur Auf- und Abbewegung (70) des Kolbens (22) ausgerichtet ist, und – dass die Rotations- bzw. Längsachse (64) des rotationssymmetrischen Körpers quer zur Kraftstoff-Einspritzstrahlachse (42) verläuft.Reciprocating internal combustion engine with - at least one cylinder ( 16 ), which has a peripheral wall ( 18 ) and a cylinder cover wall ( 20 ), - one in the cylinder ( 16 ) reciprocating piston ( 22 ) with a piston bottom ( 24 ), - whereby the peripheral wall ( 18 ) of the cylinder ( 16 ) as well as its cylinder cover wall ( 20 ) and the piston crown ( 24 ) a combustion chamber ( 26 ), - means ( 36 ) for introducing a gaseous medium into the combustion chamber ( 26 ), - Medium ( 38 ) for discharging a gaseous medium from the combustion chamber ( 26 ), - Medium ( 40 ) to along an injection jet axis ( 42 ) injection of fuel into the combustion chamber ( 26 ) and - means ( 54 ) for igniting the fuel-gas mixture in the combustion chamber ( 26 ), - wherein in the piston head ( 24 ) to aid in the creation and maintenance of a tumble flow ( 72 ) of the fuel-gas mixture within the combustion chamber ( 26 ) a trough ( 62 ) with a trough surface ( 63 ), characterized in that - the shape of the trough surface ( 63 ) is formed as part of an outer surface of an elongated, substantially rotationally symmetrical body, which has a longitudinal axis which is the axis of rotation ( 64 ) of the body and the transverse to the up and down movement ( 70 ) of the piston ( 22 ), and - that the rotational or longitudinal axis ( 64 ) of the rotationally symmetrical body transversely to the fuel injection jet axis ( 42 ) runs. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der rotationssymmetrische Körper im Wesentlichen ellipsoid oder zylindrisch oder ballig ist und somit die Muldenoberfläche (63) als Teil der Außenfläche eines Ellipsoiden, eines Zylinders (16) oder einer balligen Tonne ausgebildet ist.Reciprocating internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the rotationally symmetrical body is substantially ellipsoidal or cylindrical or spherical and thus the trough surface ( 63 ) as part of the outer surface of an ellipsoid, a cylinder ( 16 ) or a spherical barrel is formed. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Muldenoberfläche (63) die Form der Oberfläche einer Rinne aufweist, deren Tiefe und/oder Breite zu den beiden gegenüberliegenden axialen Enden hin abnimmt.Reciprocating internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that the well surface ( 63 ) has the shape of the surface of a groove whose depth and / or width decreases towards the two opposite axial ends. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoff-Einspritzstrahlachse (42) in einem spitzen Winkel zur Radialerstreckung von Zylinder (16) bzw. Kolben (22) ausgerichtet ist.Reciprocating internal combustion engine according to one of claims 1 to 3, characterized in that the fuel injection jet axis ( 42 ) at an acute angle to the radial extent of cylinder ( 16 ) or piston ( 22 ) is aligned. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das gasförmige Medium in einer Einlassströmungsrichtung in den Brennraum (26) einströmt und dass die Einlassströmungsrichtung im Wesentlichen ebenfalls quer zur Längsachse bzw. Rotationsachse des die Muldenoberfläche (63) definierenden rotationssymmetrischen Körpers verläuft.Reciprocating internal combustion engine according to one of claims 1 to 4, characterized in that the gaseous medium in an inlet flow direction in the combustion chamber ( 26 ) and that the inlet flow direction is also substantially transverse to the longitudinal axis or axis of rotation of the well surface ( 63 ) defining rotationally symmetrical body runs. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderdeckwand (20) an ihrer dem Kolben (22) gegenüberliegenden Unterseite zwei geneigte Dachschrägen (48, 50) mit einem Firstbereich (52) zwischen diesen aufweist und dass die Mittel (36, 38) zum Einlassen und zum Auslassen von gasförmigem Medium in den bzw. aus dem Brennraum (26) in den Dachschrägen (48, 50) der Zylinderdeckwand (20) angeordnet sind.Reciprocating internal combustion engine according to one of claims 1 to 5, characterized in that the cylinder cover wall ( 20 ) at its the piston ( 22 ) opposite underside two inclined roof pitches ( 48 . 50 ) with a ridge area ( 52 ) between them and that the funds ( 36 . 38 ) for introducing and discharging gaseous medium into and out of the combustion chamber ( 26 ) in the roof slopes ( 48 . 50 ) of the cylinder cover wall ( 20 ) are arranged. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenboden (24) eine dachförmige erhabene Oberseite aufweist, die zwei geneigte Schrägflächen (56, 58) und einen Firstbereich (52) zwischen diesen Schrägflächen (56, 58) aufweist, und dass die Mulde (62) zentrisch im Firstbereich (60) der Oberseite des Kolbenbodens (24) mit über ihre Rotationsachsenlänge konstantem jeweils gleichem Abstand zu den Schrägflächen (56, 58) angeordnet ist.Reciprocating internal combustion engine according to one of claims 1 to 6, characterized in that the piston head ( 24 ) has a roof-shaped raised top, the two inclined inclined surfaces ( 56 . 58 ) and a ridge area ( 52 ) between these inclined surfaces ( 56 . 58 ), and that the trough ( 62 ) centric in the ridge area ( 60 ) of the top of the piston crown ( 24 ) with the same distance from the inclined surfaces ( 56 . 58 ) is arranged. Hubkolbe-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenboden (24) eine dachförmig erhabene Oberseite aufweist, die zwei geneigte Schrägflächen (56, 58) und einen Firstbereich (52) zwischen diesen Schrägflächen (56, 58) aufweist, und dass die Rotationsachse (64) der Mulde (62) angenähert in Höhe des Mittelpunkts des größten Querschnitts des die Muldenoberfläche (63) definierenden Rotationskörpers und gleichgerichtet mit der Längserstreckung des Firstbereichs (60) verläuft.Reciprocating internal combustion engine according to one of claims 1 to 6, characterized in that the piston head ( 24 ) has a roof-shaped raised top, the two inclined inclined surfaces ( 56 . 58 ) and a ridge area ( 52 ) between these inclined surfaces ( 56 . 58 ), and that the axis of rotation ( 64 ) of the trough ( 62 ) approximately at the level of the midpoint of the largest cross section of the trough surface ( 63 ) and rectified with the longitudinal extent of the ridge region ( 60 ) runs. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 6 und 8 oder 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die geneigten Schrägflächen (56, 58) der Oberseite des Kolbenbodens (24) den Dachschrägen (48, 50) der Zylinderdeckwand (20) paarweise gegenüberliegen.Reciprocating internal combustion engine according to claim 6 and 8 or 7 and 8, characterized in that the inclined inclined surfaces ( 56 . 58 ) of the top of the piston crown ( 24 ) the roof slopes ( 48 . 50 ) of the cylinder cover wall ( 20 ) in pairs opposite.
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