DE10144683A1 - Four-stroke engine with spark injection divides fuel from air troughs by raised head part to give air tumbling movement for flank flows and combined stream into fuel trough. - Google Patents

Four-stroke engine with spark injection divides fuel from air troughs by raised head part to give air tumbling movement for flank flows and combined stream into fuel trough.

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Abstract

The raised part (40) of the piston head sweeps round part of the trough (34) so the air flow entering the air trough (36) executes a tumbling movement (64) and forms two flank flows (68). The flank flows are so circumferentially directed that they meet where the fuel jet enters the fuel trough (34) so their combined flow (70) reaches the trough (34) as shown. The fuel trough (34) is deepest in the sectional plane where fuel jet, inlet channel, outlet channel and center longitudinal axis intersect so as to give a trough rim (34) of 6 mm relative the raised part (40). In this same intersection plane a tangent of the fuel trough walling makes 60 deg with the center axis of the trough rim opposite the raised part (40). The fuel trough (34) has a maximum diameter of 36 mm at right angles to the intersection plane specified.

Description

Die Erfindung betrifft eine direkteinspritzende Viertakt-Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a direct-injection four-stroke internal combustion engine according to the Preamble of claim 1.

Zum Erzeugen eines geeigneten Gemisches aus Luft und Kraftstoff in einem Brennraum einer Viertakt-Brennkraftmaschine mit direkter Einspritzung ist es bekannt, spezielle Tumble- oder Drallströmung erzeugende Einlaßkanäle vorzusehen und Kolbenböden mit entsprechenden Mulden und Leitrippen auszubilden. Bei einer Drallströmung rotiert eine Zylinderladung beispielsweise aufgrund der Einlaßkanalgebung um die Zylinderachse, während bei einer Tumbleströmung eine Rotation um eine zu einer der Kurbelwelle parallelen Achse zu beobachten ist. To generate a suitable mixture of air and fuel in a combustion chamber A four stroke direct injection internal combustion engine is known to be special To provide tumble or swirl flow inlet channels and piston crowns with to form corresponding troughs and guide ribs. With a swirl flow one rotates Cylinder charge, for example, due to the intake duct around the cylinder axis, while with a tumble flow, rotation about one to one of the crankshaft parallel axis can be observed.

So beschreiben die DE 197 13 030 A1, die DE 197 13 029 A1 und die DE 197 13 028 A1 jeweils eine Viertakt-Brennkraftmaschine mit Fremdzündung und direkter Einspritzung, wobei eine Kolbenoberfläche eines jeden Kolbens eines Zylinders jeweils eine H-förmige, T-förmige oder U-förmige Leitrippenanordnung aufweist. This is how DE 197 13 030 A1, DE 197 13 029 A1 and DE 197 13 028 A1 describe a four-stroke internal combustion engine with spark ignition and direct injection, wherein a piston surface of each piston of a cylinder has an H-shaped, Has T-shaped or U-shaped guide rib arrangement.

Aus der EP 0 639 703 A1 und der EP 0 694 682 A1 ist jeweils eine weitere Ausführungsfarm einer Brennkraftmaschine mit direkter Einspritzung bekannt, bei welcher durch die Ausformung der Einlaßkanäle eine Drallströmung im Zylinderraum erzeugt wird. Die Kolbenoberfläche weist hier eine ausgeprägte Mulde mit umgebender Quetschfläche auf, wobei die Mulde derart exzentrisch angeordnet ist, daß die zentral im Brennraum befindliche Zündkerze und das radial angeordnete Einspritzventil sich jeweils am Muldenrand befindet. Der Kraftstoff wird gezielt gegen den zu diesem Zweck ausgeformten Muldenrand gespritzt. Die Kolbenoberfläche hat hier also die Aufgabe, den Kraftstoffstrahl in erster Linie zu zerstäuben. Der Drallströmung kommt die Aufgabe zu, den zerstäubt von der Mulde abprallenden Kraftstoff zur Zündkerze zu transportieren. EP 0 639 703 A1 and EP 0 694 682 A1 each contain another Execution farm of an internal combustion engine with direct injection known, at which has a swirl flow in the cylinder space due to the shape of the inlet channels is produced. The piston surface has a pronounced trough with a surrounding one Squeeze surface, the trough being arranged eccentrically so that the central in Combustion chamber located spark plug and the radially arranged injection valve each located at the edge of the trough. The fuel is targeted against that for this purpose molded molded rim edge. The piston surface therefore has the task of Atomize fuel jet in the first place. The swirl flow has the task to transport the atomized fuel bouncing off the trough to the spark plug.

Aus der EP 0 558 072 A1 ist eine weitere Ausführungsform eines Motors bekannt, in welchem durch die Form und Anordnung der Einlaßkanäle eine umgekehrte Tumble- Bewegung der Brennraumströmung erzeugt wird, die durch eine schanzenartige Ausformung der Kolbenoberfläche verstärkt wird. Diese Kolbenoberfläche dient gleichzeitig der Umlenkung des Einspritzstrahls zur Zündkerze, die in der Zylindermitte angeordnet ist. Einspritzstrahl und Brennraumströmung streichen so in gleicher Richtung über die Kolbenoberfläche. Der Einspritzstrahl bzw. die daraus nach der Umlenkung am Kolben entstehende Gemischwolke kann sich jedoch nach dem Auftreffen auf die Zylinderkopfwand nahe der Zündkerze in alle Richtungen nahezu ungehindert ausbreiten. Ein Bemühen um eine möglichst starke Konzentration der Gemischwolke nach der Umlenkung am Kolben ist daher nicht erkennbar. Ferner erzeugt die auf der Kolbenoberfläche ausgebildete Schanze unter den Auslaßventilen eine Quetschfläche. Diese erzeugt zwar während der Kompression des Motors kurz vor dem oberen Totpunkt eine gewünschte zusätzliche Strömungsbewegung. Diese kehrt sich jedoch nach Durchlaufen des Totpunktes um, was zu einem Auseinanderreißen der während der Kompression aufgebauten Gemischkonzentration führt. A further embodiment of a motor is known from EP 0 558 072 A1, in which due to the shape and arrangement of the inlet channels Movement of the combustion chamber flow is generated by a hill-like Forming the piston surface is reinforced. This piston surface serves at the same time the deflection of the injection jet to the spark plug, which is in the middle of the cylinder is arranged. The injection jet and combustion chamber flow move in the same direction over the piston surface. The injection jet or the resulting after the deflection on However, the resulting mixture cloud can change after hitting the Cylinder head wall near the spark plug in almost all directions spread. An effort for a concentration of the mixture cloud as strong as possible after the deflection on the piston is therefore not recognizable. Furthermore, the generated on the Piston surface formed ski jump under the exhaust valves a squeeze area. Although this generates shortly before top dead center during the compression of the engine a desired additional flow movement. However, this is reversing Going through the dead center around, causing a tear apart during the Compression build-up mixture concentration leads.

Alle diese Anordnungen haben ferner den Nachteil, daß nicht über einen gesamten Kennfeldbereich einer Viertakt-Brennkraftmaschine eine optimale Gemischbildung erfolgt. All of these arrangements also have the disadvantage that they do not cover an entire Map area of a four-stroke internal combustion engine an optimal mixture formation he follows.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine der o. g. Art mit verbesserten Kolben zur Verfügung zu stellen, wobei die obengenannten Nachteile überwunden werden. The present invention has for its object an internal combustion engine o. g. To provide type with improved pistons, the above Disadvantages are overcome.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Viertakt-Brennkraftmaschine der o. g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. This object is achieved by a four-stroke internal combustion engine of the above. Kind with the features characterized in claim 1 solved. advantageous Embodiments of the invention are specified in the dependent claims.

Dazu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß sich die Erhebung derart in Umfangsrichtung um einen Teil der Kraftstoffmulde herum erstreckt, daß die Luftströmung beim Eintritt in die Luftmulde eine Tumbleströmung sowie zwei Flankenströmungen ausbildet, wobei letztere derart in Umfangsrichtung gerichtet sind, daß sich die Flankenströmungen im Bereich des Eintritts des Kraftstoffstrahls in die Kraftstoffmulde treffen und eine resultierende Strömung in die Kraftstoffmulde hinein ausbilden. For this purpose, it is provided according to the invention that the elevation is such Extends circumferentially around part of the fuel well that the Air flow when entering the air well one tumble flow and two Forms flank flows, the latter being directed in the circumferential direction in such a way that the flank flows in the area of the entry of the fuel jet into the Hit the fuel trough and a resulting flow into the fuel trough form.

Dies hat den Vorteil, daß eine verbesserte Abstimmung einer doppelmuldigen Kolbengeometrie hinsichtlich Gemischtransport und Gemischaufbereitung bei einem tumbleunterstützten Direkteinspritzer erzielt wird. Laufruhe und Verbrauch sind damit für verschiedene Motoren besser reproduzierbar. This has the advantage that improved coordination of a double-minded Piston geometry with regard to mixture transport and mixture preparation in one tumble assisted direct injection is achieved. Smooth running and consumption are therefore for different motors more reproducible.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist in einer Schnittebene, welche die Einspritzdüse, den Einlaßkanal, den Auslaßkanal und die Mittellängsachse schneidet, die Kraftstoffmulde eine maximale Tiefe bzgl. einem der Erhebung gegenüberliegenden Kraftstoffmuldenrand von 6 mm auf, die Luftmulde eine maximale Tiefe bezüglich einem der Erhebung gegenüberliegenden Luftmuldenrand von 3,18 mm auf und die Luftmulde eine maximale Tiefe bezüglich der Erhebung von 6,38 mm auf. Ferner schließt eine Tangente einer Kraftstoffmuldenwandung an einem der Erhebung gegenüberliegenden Kraftstoffmuldenrand mit der Mittellängsachse einen Winkel von 60 Grad ein, eine Tangente einer Luftmuldenwandung an einem der Erhebung gegenüberliegenden Luftmuldenrand mit der Mittellängsachse einen Winkel von 62,4 Grad ein, eine Tangente einer Kraftstoffmuldenwandung an der Erhebung mit der Mittellängsachse einen Winkel von 14,1 Grad ein und eine Tangente einer Luftmuldenwandung an der Erhebung mit der Mittellängsachse einen Winkel von 52 Grad ein. In einer Schnittebene, welche die Einspritzdüse, den Einlaßkanal, den Auslaßkanal und die Mittellängsachse schneidet, ist ein tiefster Punkt der Kraftstoffmulde von der Mittellängsachse 9,5 mm entfernt und die Erhebung ausgehend von einem tiefsten Punkt der Kraftstoffmulde auf einem Kreisabschnitt mit einem Radius von 18,3 mm ausgebildet. In einer Richtung senkrecht zur Schnittebene weist die Kraftstoffmulde einen maximalen Durchmesser von 36 mm und die Luftmulde einen maximalen Durchmesser von 69,1 mm auf. In a preferred embodiment has in a sectional plane which the Injector, the inlet channel, the outlet channel and the central longitudinal axis intersects Fuel trough a maximum depth with respect to an opposite of the elevation Fuel well edge of 6 mm, the air well a maximum depth with respect to one the air trough edge of 3.18 mm opposite the elevation and the air trough a maximum depth with respect to the elevation of 6.38 mm. Furthermore, one closes Tangent of a fuel trough wall on one opposite the elevation Fuel trough edge with the central longitudinal axis an angle of 60 degrees, one Tangent of an air trough wall on one opposite the elevation Air trough edge with the central longitudinal axis an angle of 62.4 degrees, a tangent a fuel well wall at the elevation with the central longitudinal axis an angle of 14.1 degrees and a tangent of an air trough wall at the elevation with the Central longitudinal axis an angle of 52 degrees. In a sectional plane, which the Injector, the inlet channel, the outlet channel and the central longitudinal axis intersects a deepest point of the fuel trough from the central longitudinal axis 9.5 mm away and the Elevation from a lowest point of the fuel trough on one Circular section formed with a radius of 18.3 mm. In one direction perpendicular the fuel bowl has a maximum diameter of 36 mm at the cutting plane and the air trough has a maximum diameter of 69.1 mm.

Weitere Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, sowie aus der nachstehenden Beschreibung der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen. Diese zeigen in Further features, advantages and advantageous configurations of the invention result from the dependent claims, as well as from the following description of the Invention with reference to the accompanying drawings. These show in

Fig. 1 einen Teil einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Viertakt-Brennkraftmaschine in schematischer Schnittansicht, Fig. 1 shows part of a preferred embodiment of an inventive four-stroke internal combustion engine in a schematic sectional view,

Fig. 2 eine bevorzugte Ausführungsform eines Kolbens für eine erfindungsgemäße Viertakt-Brennkraftmaschine in perspektivischer Ansicht, Fig. 2 shows a preferred embodiment of a piston for an inventive four-stroke internal combustion engine in a perspective view;

Fig. 3 den Kolben gemäß Fig. 2 in Aufsicht, Fig. 3 shows the piston according to Fig. 2 in top view,

Fig. 4 den Kolben gemäß Fig. 2 in einer Schnittansicht entlang Linie A-A von Fig. 3, wobei die Linie A-A eine Schnittebene definiert, welche die Einspritzdüse, den Einlaßkanal, den Auslaßkanal und die Mittellängsachse schneidet, Fig. 4, which intersects the piston according to Fig. 2 in a sectional view along line AA of Fig. 3, the line defining a AA section plane, the injection nozzle, the inlet channel, the outlet channel and the central longitudinal axis,

Fig. 5 den Kolben gemäß Fig. 2 in einer Schnittansicht entlang Linie B-B von Fig. 3, Fig. 5 shows the piston according to Fig. 2, in a sectional view taken along line BB of Fig. 3

Fig. 6 den Kolben gemäß Fig. 2 in einer Schnittansicht entlang Linie C-C von Fig. 3 und Fig. 6 shows the piston according to Fig. 2 in a sectional view along line CC of Fig. 3 and

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht des Kolbens gemäß Fig. 2 mit schematischer Darstellung der Strömungsverhältnisse der Luftströmung. FIG. 7 is a perspective view of the piston according to FIG. 2 with a schematic representation of the flow conditions of the air flow.

Die in Fig. 1 dargestellte bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Viertakt-Brennkraftmaschine umfaßt einen Kolben 10 mit Kolbenboden 12, welcher in einem Zylinder 14 auf- und abbewegbar ist, einen Einlaßkanal 16, einen Auslaßkanal 18 sowie eine Zündkerze 20. Mittels einer Einspritzdüse 22 ist Kraftstoff in einem Einspritzstrahl 24 in Richtung einer Einspritzachse 25 einspritzbar. Durch den Einlaßkanal 16 strömt Frischluft als Luftstrom 26 in Form einer Tumbleströmung in einen Brennraum 28 ein. Im Einlaßkanal ist ein Trennblech 30 sowie eine Schaltklappe 32 angeordnet, welche wahlweise einen Teil des Einlaßkanals 16 verschließt. The preferred embodiment of a four-stroke internal combustion engine according to the invention shown in FIG. 1 comprises a piston 10 with a piston crown 12 , which can be moved up and down in a cylinder 14 , an inlet duct 16 , an outlet duct 18 and a spark plug 20 . Fuel can be injected in an injection jet 24 in the direction of an injection axis 25 by means of an injection nozzle 22 . Fresh air flows through the inlet duct 16 as an air flow 26 in the form of a tumble flow into a combustion chamber 28 . In the inlet duct, a partition plate 30 and a switching flap 32 are arranged, which optionally closes part of the inlet duct 16 .

Im Kolbenboden 12 ist eine Kraftstoffmulde 34 sowie eine Luftmulde 36 ausgebildet. Der Kolben 10 definiert eine Mittellängsachse 38. Wie sich unmittelbar aus Fig. 1 ergibt, ist die Einspritzdüse 22 einlaßkanalseitig und unterhalb des Einlaßkanals 16 angeordnet. Es können dabei auch zwei oder mehr Einlaß- bzw. Auslaßkanäle 16, 18 vorgesehen sein. Diese sind dann beispielsweise mit getrennten Einlaßkanalabschaltungen ausgebildet. Die Mulden 33, 36 sowie die Anordnung der Ein- und Auslaßkanäle 16, 18 wie auch der Einspritzdüse 22 ist dabei erfindungsgemäß derart gewählt, daß sich eine Tumbleströmung in Verbindung mit entgegen gesetzt gerichteten Flankenströmungen ergibt. Die Anordnung bei mehreren Auslaßkanälen 18 ist vorzugsweise siamesisch. A fuel well 34 and an air well 36 are formed in the piston crown 12 . The piston 10 defines a central longitudinal axis 38 . As can be seen directly from FIG. 1, the injection nozzle 22 is arranged on the inlet channel side and below the inlet channel 16 . Two or more inlet and outlet channels 16 , 18 can also be provided. These are then designed, for example, with separate inlet duct shutdowns. The troughs 33 , 36 and the arrangement of the inlet and outlet channels 16 , 18 and also the injection nozzle 22 are selected according to the invention in such a way that a tumble flow results in connection with opposing flank flows. The arrangement with a plurality of outlet channels 18 is preferably Siamese.

Fig. 1 veranschaulicht vorbestimmte Strömungsverhältnisse bei einem erfindungsgemäßen Kolben 10 mit Doppelmulde 34, 36, welche von einer Erhebung 40 voneinander abgetrennt werden. Einspritzstrahl 24 und Luftströmung 26 treten von entgegengesetzten Richtungen in die Doppelmulde 34, 36 ein, werden von der Erhebung 40 abgelenkt und vermischen sich oberhalb dieser und bilden in entsprechender Weise ein zündfähiges Gemisch am Zündort der Zündkerze 20. Die Geometrie der Mulden 34, 36 und der Erhebung 40 sowie die exakte Abstimmung der Erhebungsflankenwinkel wie auch die Lage des Einspritzwinkels des Kraftstoffes beeinflussen dabei ganz entscheidend die Gemischbildung. Fig. 1 illustrates predetermined flow conditions in a piston 10 according to the invention with the double trough 34, 36, which are separated from each other by a survey 40th Injection jet 24 and air flow 26 enter the double well 34 , 36 from opposite directions, are deflected by the elevation 40 and mix above it and correspondingly form an ignitable mixture at the ignition location of the spark plug 20 . The geometry of the troughs 34 , 36 and the elevation 40 as well as the exact coordination of the elevation flank angles as well as the position of the injection angle of the fuel have a decisive influence on the mixture formation.

Die Fig. 2 bis 6 veranschaulichen eine bevorzugte Ausführungsform einer Geometrie eines Kolbenbodens 12 für eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine. Die Kraftstoffmulde 34 ist über einen Teil ihres Umfangs von der Erhebung 40 umgeben, welche die Luftmulde 36 von der Kraftstoffmulde 34 abtrennt. Die Erhebung verläuft dabei im wesentlichen in Umfangsrichtung. Die wesentlichen Parameter der Geometrie der Ausgestaltung des Kolbenbodens 12 in Form der Doppelmulde 34, 36 ergibt sich insbesondere aus Fig. 4. Fig. 4 stellt eine Ansicht in einer Schnittebene dar, welche die Einspritzdüse 22, den Einlaßkanal 16, den Auslaßkanal 18 und die Mittellängsachse 38 schneidet. In dieser Schnittebene ergeben sich folgende Parameter:
Die Kraftstoffmulde 34 weist eine maximale Tiefe bzgl. einem der Erhebung 40 gegenüberliegenden Kraftstoffmuldenrand 42 von 6 mm auf. Die Luftmulde 36 weist eine maximale Tiefe bezüglich einem der Erhebung 40 gegenüberliegenden Luftmuldenrand 44 von 3,18 mm und bzgl. der Erhebung 40 von 6,38 mm auf. Der Kolbenboden 12 definiert eine Ebene 46, welche senkrecht zur Mittellängsachse 38 steht (Schnittlinie A-A in Fig. 3). Mit dieser Ebene 46 schließt eine Tangente 48 einer Kraftstoffmuldenwandung an einem der Erhebung 40 gegenüberliegenden Kraftstoffmuldenrand mit der Mittellängsachse 38 einen Winkel von 30 Grad ein, d. h. mit der Mittellängsachse schließt diese Tangente 48 einen Winkel von 60 Grad ein. Eine Tangente 50 einer Luftmuldenwandung an einem der Erhebung 40 gegenüberliegenden Luftmuldenrand schließt mit der Ebene 46 einen Winkel von 27,6 Grad ein, d. h. diese Tangente 50 schließt mit der Mittellängsachse 38 einen Winkel von 62,4 Grad ein. Eine Tangente 52 einer Kraftstoffmuldenwandung an der Erhebung 40 schließt mit der Mittellängsachse 38 einen Winkel von 14,1 Grad ein. Eine Tangente 54 einer Luftmuldenwandung an der Erhebung 40 schließt mit der Ebene 46 einen Winkel von 38 Grad ein, d. h. diese Tangente 54 schließt mit der Mittellängsachse 38 einen Winkel von 52 Grad ein. Ein tiefster Punkt der Kraftstoffmulde 34 ist in einem Abstand 56 von 9,5 mm von der Mittellängsachse 38 entfernt ausgebildet. Die Erhebung 40 ist ausgehend von dem tiefsten Punkt der Kraftstoffmulde 34 auf einem Kreisabschnitt mit einem Radius 58 von 18,3 mm ausgebildet. Die Kraftstoffmulde 34 weist in einer Richtung senkrecht zu der Schnittebene einen maximalen Durchmesser 60 von 36 mm auf (Fig. 3). Die Luftmulde 36 weist in einer Richtung senkrecht zu der Schnittebene, welche die Einspritzdüse, den Einlaßkanal, den Auslaßkanal und die Mittellängsachse schneidet, einen maximalen Durchmesser 62 von 69,1 mm auf. Durch die Ausbildung der Erhöhung 40 ist die Luftmulde 36 bananenförmig bzw. in Form eines Teilringes und die Kraftstoffmulde 34 teilweise umgebend ausgebildet.
Figs. 2 to 6 illustrate a preferred embodiment of a geometry of a piston head 12 for an internal combustion engine according to the invention. The fuel trough 34 is surrounded over part of its circumference by the elevation 40 , which separates the air trough 36 from the fuel trough 34 . The survey runs essentially in the circumferential direction. The essential parameters of the geometry of the configuration of the piston crown 12 in the form of the double recess 34 , 36 result in particular from FIG. 4. FIG. 4 shows a view in a sectional plane, which shows the injection nozzle 22 , the inlet channel 16 , the outlet channel 18 and the Central longitudinal axis 38 intersects. The following parameters result in this section plane:
The fuel trough 34 has a maximum depth of 6 mm with respect to a fuel trough edge 42 opposite the elevation 40 . The air trough 36 has a maximum depth of 3.18 mm with respect to an air trough edge 44 opposite the elevation 40 and 6.38 mm with respect to the elevation 40 . The piston crown 12 defines a plane 46 which is perpendicular to the central longitudinal axis 38 (section line AA in FIG. 3). With this plane 46 , a tangent 48 of a fuel well wall at an edge of the fuel well opposite the elevation 40 encloses an angle of 30 degrees with the central longitudinal axis 38 , ie this tangent 48 includes an angle of 60 degrees with the central longitudinal axis. A tangent 50 of an air trough wall on an air trough edge opposite the elevation 40 encloses an angle of 27.6 degrees with the plane 46 , ie this tangent 50 encloses an angle of 62.4 degrees with the central longitudinal axis 38 . A tangent 52 of a fuel trough wall on the elevation 40 encloses an angle of 14.1 degrees with the central longitudinal axis 38 . A tangent 54 of an air trough wall on the elevation 40 encloses an angle of 38 degrees with the plane 46 , ie this tangent 54 encloses an angle of 52 degrees with the central longitudinal axis 38 . A lowest point of the fuel trough 34 is formed at a distance 56 of 9.5 mm from the central longitudinal axis 38 . The elevation 40 is formed starting from the lowest point of the fuel trough 34 on a circular section with a radius 58 of 18.3 mm. The fuel trough 34 has a maximum diameter 60 of 36 mm in a direction perpendicular to the cutting plane ( FIG. 3). The air trough 36 has a maximum diameter 62 of 69.1 mm in a direction perpendicular to the cutting plane which intersects the injection nozzle, the inlet duct, the outlet duct and the central longitudinal axis. Due to the formation of the elevation 40 , the air trough 36 is designed banana-shaped or in the form of a partial ring and the fuel trough 34 is partially surrounded.

Diese besondere geometrische Gestaltung des Kolbenbodens 12 bzw. der Mulden 34, 36 mit Erhöhung 40 ist bzgl. Verbrauch, Emission und Laufstabilität optimiert. Ferner stellt sich eine aus Fig. 7 ersichtliche, besonders vorteilhafte Strömungskombination ein. Beim Auftreffen der Luftströmung in die Luftmulde 36 wird die Luftströmung in eine Tumbleströmung 64 und zwei Flankenströmungen 68 aufgeteilt. Die Flankenströmungen 68 verlaufen im wesentlichen in Umfangsrichtung der Luftmulde 36 folgend in entgegengesetzter Richtung und treffen am Eintrittspunkt des Kraftstoffstrahls in die Kraftstoffmulde aufeinander, so daß sich eine in die Kraftstoffmulde 34 gerichtete resultierende Strömung 70 ergibt. Diese resultierende Strömung 70 unterstützt den Transport der Kraftstoffmasse zur Zündkerze und bewirkt durch die zusätzliche Turbulenz eine günstigere Aufbereitung des in diesem Bereich fetten Gemisches. Der Vorteil der so konstruierten Sekundärluftführung in die Kraftstoffmulde 34 ist somit eine Verbesserung bzgl. Verbrauch, Emission und Laufstabilität. Ferner bildet die dargestellte Geometrie des Kolbenbodens eine minimierte Kolbenoberfläche, so daß ein geringer Wärmeverlust für ein besseres Durchbrennen der Flamme im Brennraum sicher stellt. Diese minimierte Kolbenoberfläche beeinflußt daher den Verbrauch und die Emissionen günstig. This particular geometric design of the piston crown 12 or the troughs 34 , 36 with an increase 40 is optimized with regard to consumption, emissions and running stability. Furthermore, a particularly advantageous flow combination that can be seen in FIG. 7 is established. When the air flow strikes the air trough 36 , the air flow is divided into a tumble flow 64 and two flank flows 68 . The flank flows 68 run essentially in the circumferential direction following the air trough 36 in the opposite direction and meet at the point of entry of the fuel jet into the fuel trough, so that a resulting flow 70 directed into the fuel trough 34 results. This resulting flow 70 supports the transport of the fuel mass to the spark plug and, due to the additional turbulence, brings about a more favorable preparation of the mixture rich in this area. The advantage of the secondary air duct constructed in this way into the fuel trough 34 is thus an improvement in terms of consumption, emissions and running stability. Furthermore, the geometry of the piston head shown forms a minimized piston surface, so that a low heat loss ensures a better burning of the flame in the combustion chamber. This minimized piston surface therefore has a favorable effect on consumption and emissions.

Insbesondere wesentlich ist die Gestaltung der Geometrie der Kraftstoffmulde 34, wie aus Fig. 4 ersichtlich. Ausgehend von der Erhebung 40 in Richtung Kraftstoffmuldenrand 42 weist die Kraftstoffmulde 34 im Querschnitt einen Radius 72 von 10,75 mm und daran anschließend einen Radius 74 von 32,5 mm auf. The design of the geometry of the fuel trough 34 is particularly important, as can be seen from FIG. 4. Starting from the elevation 40 in the direction of the fuel bowl edge 42 , the fuel bowl 34 has a radius 72 of 10.75 mm in cross section and then a radius 74 of 32.5 mm.

Claims (12)

1. Viertakt-Brennkraftmaschine mit Fremdzündung, direkter Einspritzung eines Kraftstoffes mit einer Einspritzdüse (22) mittels eines Einspritzstrahls (24) in einen Brennraum (28), wenigstens einem eine Luftströmung (26) in den Brennraum leitenden Einlaßkanal (16) mit Einlaßventil, wenigstens einem Auslaßkanal (18) mit Auslaßventil, wobei Einlaßventil und Auslaßventil an gegenüberliegenden Seiten des Brennraumes (28) angeordnet sind und die Einspritzdüse (22) einlaßventilseitig angeordnet ist, und einem Kolben (10), welcher einen Kolbenboden (12) sowie eine sich in Bewegungsrichtung des Kolbens (10) erstreckende Mittellängsachse (38) aufweist, wobei der Kolbenboden (12) eine Kraftstoffmulde (34) und eine Strömungs- bzw. Luftmulde (36) aufweist, die von einer Erhebung (40) des Kolbenbodens (12) voneinander getrennt sind, welche einen höchsten Punkt des Kolbenbodens (12) ausbildet, wobei der Einspritzstrahl (24) in die Kraftstoffmulde (34) an einer der Erhebung (40) gegenüberliegenden Seite und die Luftströmung (26) in entgegengesetzter Richtung bezüglich des Einspritzstrahles (24) in die Luftmulde (36) an einer der Erhebung (40) gegenüberliegenden Seite eintritt, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Erhebung (40) derart in Umfangsrichtung um einen Teil der Kraftstoffmulde (34) herum erstreckt, daß die Luftströmung (26) beim Eintritt in die Luftmulde (36) eine Tumbleströmung (64) sowie zwei Flankenströmungen (68) ausbildet, wobei letztere derart in Umfangsrichtung gerichtet sind, daß sich die Flankenströmungen (68) im Bereich des Eintritts des Kraftstoffstrahls (24) in die Kraftstoffmulde (34) treffen und eine resultierende Strömung (70) in die Kraftstoffmulde (34) hinein ausbilden. 1. Four-stroke internal combustion engine with spark ignition, direct injection of a fuel with an injection nozzle ( 22 ) by means of an injection jet ( 24 ) into a combustion chamber ( 28 ), at least one air duct ( 26 ) into the combustion chamber leading inlet channel ( 16 ) with inlet valve, at least an outlet duct ( 18 ) with an outlet valve, the inlet valve and outlet valve being arranged on opposite sides of the combustion chamber ( 28 ) and the injection nozzle ( 22 ) being arranged on the inlet valve side, and a piston ( 10 ) which has a piston head ( 12 ) and a piston in the direction of movement of the piston ( 10 ) extending central longitudinal axis ( 38 ), the piston crown ( 12 ) having a fuel trough ( 34 ) and a flow or air trough ( 36 ), which are separated from one another by an elevation ( 40 ) of the piston crown ( 12 ) , which forms a highest point of the piston crown ( 12 ), the injection jet ( 24 ) into the fuel trough ( 34 ) on one side opposite the elevation ( 40 ) and the air flow ( 26 ) in the opposite direction with respect to the injection jet ( 24 ) enters the air trough ( 36 ) on a side opposite the elevation ( 40 ), characterized in that the elevation ( 40 ) extends in the circumferential direction around part of the fuel trough ( 34 ) in such a way that the air flow ( 26 ) forms a tumble flow ( 64 ) and two flank flows ( 68 ) as it enters the air trough ( 36 ), the latter being directed in the circumferential direction in this way are that the flank flows ( 68 ) meet in the area of the entry of the fuel jet ( 24 ) into the fuel trough ( 34 ) and form a resulting flow ( 70 ) into the fuel trough ( 34 ). 2. Viertakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Schnittebene, welche die Einspritzdüse (22), den Einlaßkanal (16), den Auslaßkanal (18) und die Mittellängsachse (38) schneidet, die Kraftstoffmulde (34) eine maximale Tiefe bzgl. einem der Erhebung (40) gegenüberliegenden Kraftstoffmuldenrand (42) von 6 mm aufweist. 2. Four-stroke internal combustion engine according to claim 1, characterized in that in a sectional plane which intersects the injection nozzle ( 22 ), the inlet channel ( 16 ), the outlet channel ( 18 ) and the central longitudinal axis ( 38 ), the fuel trough ( 34 ) a maximum Depth with respect to a fuel trough edge ( 42 ) opposite the elevation ( 40 ) of 6 mm. 3. Viertakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Schnittebene, welche die Einspritzdüse (22), den Einlaßkanal (16), den Auslaßkanal (18) und die Mittellängsachse (38) schneidet, die Luftmulde (36) eine maximale Tiefe bezüglich einem der Erhebung (40) gegenüberliegenden Luftmuldenrand (44) von 3,18 mm aufweist. 3. Four-stroke internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that in a sectional plane which intersects the injection nozzle ( 22 ), the inlet channel ( 16 ), the outlet channel ( 18 ) and the central longitudinal axis ( 38 ), the air trough ( 36 ) has a maximum depth of 3.18 mm with respect to an air trough edge ( 44 ) opposite the elevation ( 40 ). 4. Viertakt-Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Schnittebene, welche die Einspritzdüse (22), den Einlaßkanal (16), den Auslaßkanal (18) und die Mittellängsachse (38) schneidet, die Luftmulde (36) eine maximale Tiefe bezüglich der Erhebung (40) von 6,38 mm aufweist. 4. Four-stroke internal combustion engine according to at least one of the preceding claims, characterized in that in a sectional plane which intersects the injection nozzle ( 22 ), the inlet channel ( 16 ), the outlet channel ( 18 ) and the central longitudinal axis ( 38 ), the air trough ( 36 ) has a maximum depth with respect to the elevation ( 40 ) of 6.38 mm. 5. Viertakt-Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Schnittebene, welche die Einspritzdüse (22), den Einlaßkanal (16), den Auslaßkanal (18) und die Mittellängsachse (38) schneidet, eine Tangente (48) einer Kraftstoffmuldenwandung an einem der Erhebung gegenüberliegenden Kraftstoffmuldenrand (42) mit der Mittellängsachse (38) einen Winkel von 60 Grad einschließt. 5. Four-stroke internal combustion engine according to at least one of the preceding claims, characterized in that in a sectional plane which intersects the injection nozzle ( 22 ), the inlet channel ( 16 ), the outlet channel ( 18 ) and the central longitudinal axis ( 38 ), a tangent (48 ) a fuel trough wall on an opposite fuel trough edge ( 42 ) with the central longitudinal axis ( 38 ) encloses an angle of 60 degrees. 6. Viertakt-Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Schnittebene, welche die Einspritzdüse (22), den Einlaßkanal (16), den Auslaßkanal (18) und die Mittellängsachse (38) schneidet, eine Tangente (50) einer Luftmuldenwandung an einem der Erhebung (40) gegenüberliegenden Luftmuldenrand (44) mit der Mittellängsachse (38) einen Winkel von 62,4 Grad einschließt. 6. Four-stroke internal combustion engine according to at least one of the preceding claims, characterized in that in a sectional plane which intersects the injection nozzle ( 22 ), the inlet channel ( 16 ), the outlet channel ( 18 ) and the central longitudinal axis ( 38 ), a tangent ( 50 ) an air trough wall at an air trough edge ( 44 ) opposite the elevation ( 40 ) with the central longitudinal axis ( 38 ) encloses an angle of 62.4 degrees. 7. Viertakt-Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Schnittebene, welche die Einspritzdüse (22), den Einlaßkanal (16), den Auslaßkanal (18) und die Mittellängsachse (38) schneidet, eine Tangente (52) einer Kraftstoffmuldenwandung an der Erhebung (40) mit der Mittellängsachse (38) einen Winkel von 14,1 Grad einschließt. 7. Four-stroke internal combustion engine according to at least one of the preceding claims, characterized in that in a sectional plane which intersects the injection nozzle ( 22 ), the inlet channel ( 16 ), the outlet channel ( 18 ) and the central longitudinal axis ( 38 ), a tangent ( 52 ) a fuel trough wall on the elevation ( 40 ) with the central longitudinal axis ( 38 ) encloses an angle of 14.1 degrees. 8. Viertakt-Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Schnittebene, welche die Einspritzdüse (22), den Einlaßkanal (16), den Auslaßkanal (18) und die Mittellängsachse (38) schneidet, eine Tangente (54) einer Luftmuldenwandung an der Erhebung (40) mit der Mittellängsachse (38) einen Winkel von 52 Grad einschließt. 8. Four-stroke internal combustion engine according to at least one of the preceding claims, characterized in that in a sectional plane which intersects the injection nozzle ( 22 ), the inlet channel ( 16 ), the outlet channel ( 18 ) and the central longitudinal axis ( 38 ), a tangent ( 54 ) an air trough wall on the elevation ( 40 ) with the central longitudinal axis ( 38 ) encloses an angle of 52 degrees. 9. Viertakt-Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Schnittebene, welche die Einspritzdüse (22), den Einlaßkanal (16), den Auslaßkanal (18) und die Mittellängsachse (38) schneidet, ein tiefster Punkt der Kraftstoffmulde (34) von der Mittellängsachse (38) 9,5 mm entfernt ausgebildet ist. 9. Four-stroke internal combustion engine according to at least one of the preceding claims, characterized in that in a sectional plane which intersects the injection nozzle ( 22 ), the inlet channel ( 16 ), the outlet channel ( 18 ) and the central longitudinal axis ( 38 ), a lowest point Fuel trough ( 34 ) is formed 9.5 mm away from the central longitudinal axis ( 38 ). 10. Viertakt-Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Schnittebene, welche die Einspritzdüse (22), den Einlaßkanal (16), den Auslaßkanal (18) und die Mittellängsachse (38) schneidet, die Erhebung (40) ausgehend von einem tiefsten Punkt der Kraftstoffmulde (34) auf einem Kreisabschnitt mit einem Radius (58) von 18,3 mm ausgebildet ist. 10. Four-stroke internal combustion engine according to at least one of the preceding claims, characterized in that in a sectional plane which intersects the injection nozzle ( 22 ), the inlet channel ( 16 ), the outlet channel ( 18 ) and the central longitudinal axis ( 38 ), the elevation ( 40 ) starting from a lowest point of the fuel trough ( 34 ) on a circular section with a radius ( 58 ) of 18.3 mm. 11. Viertakt-Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffmulde (34) in einer Richtung senkrecht zu einer Schnittebene, welche die Einspritzdüse (22), den Einlaßkanal (16), den Auslaßkanal (18) und die Mittellängsachse (38) schneidet, einen maximalen Durchmesser (60) von 36 mm aufweist. 11. Four-stroke internal combustion engine according to at least one of the preceding claims, characterized in that the fuel trough ( 34 ) in a direction perpendicular to a sectional plane which the injection nozzle ( 22 ), the inlet channel ( 16 ), the outlet channel ( 18 ) and the central longitudinal axis ( 38 ) cuts, has a maximum diameter ( 60 ) of 36 mm. 12. Viertakt-Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftmulde (36) in einer Richtung senkrecht zu einer Schnittebene, welche die Einspritzdüse (22), den Einlaßkanal (16), den Auslaßkanal (18) und die Mittellängsachse (38) schneidet, einen maximalen Durchmesser (62) von 69,1 mm aufweist. 12. Four-stroke internal combustion engine according to at least one of the preceding claims, characterized in that the air trough ( 36 ) in a direction perpendicular to a sectional plane which the injection nozzle ( 22 ), the inlet channel ( 16 ), the outlet channel ( 18 ) and the central longitudinal axis ( 38 ) cuts, has a maximum diameter ( 62 ) of 69.1 mm.
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