DE10144683B4

DE10144683B4 - Four-stroke internal combustion engine with direct injection

Info

Publication number: DE10144683B4
Application number: DE10144683A
Authority: DE
Inventors: Dr. Stiebels Bernd; Oliver Fladung; Marc Schweizer; Feitse Ebus
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2001-09-11
Filing date: 2001-09-11
Publication date: 2013-10-24
Anticipated expiration: 2021-09-12
Also published as: DE10144683A1

Abstract

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.Four-cycle internal combustion engine with spark ignition, direct injection of a fuel with an injection nozzle (22) by means of an injection jet (24) in a combustion chamber (28), at least one an air flow (26) into the combustion chamber inlet passage (16) with inlet valve, at least one outlet channel (18) with exhaust valve, wherein inlet valve and exhaust valve are arranged on opposite sides of the combustion chamber (28) and the injection nozzle (22) is arranged inlet valve side, and a piston (10) having a piston head (12) and in the direction of movement of the piston (10) has extending central longitudinal axis (38), wherein the piston head (12) has a fuel well (34) and an air trough (36), which are separated from a bump (40) of the piston head (12), which forming a highest point of the piston crown (12), wherein the injection jet (24) in the fuel well (34) at one of the elevation (40) opposite lying side and the air flow (26) in the opposite direction with respect to the injection jet (24) in the air trough (36) at one of the elevation (40) opposite side occurs, characterized in that the elevation (40) in the circumferential direction about a part the fuel trough (34) extends around, that the air flow (26) forms a Tumbleströmung (64) and two flank flows (68) upon entry into the air well (36), the latter being directed in the circumferential direction, that the flank flows (68) in the region of the entry of the fuel jet (24) into the fuel trough (34) and form a resulting flow (70) into the fuel trough (34) into it.

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.For generating a suitable mixture of air and fuel in a combustion chamber of a four-stroke internal combustion engine with direct injection, it is known to provide special tumble or swirl flow generating inlet ducts and form piston crowns with corresponding wells and baffles. In a swirling flow, a cylinder charge rotates about the cylinder axis, for example, due to the intake passage, while in a tumble flow rotation about an axis parallel to the crankshaft is 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.So describe the DE 197 13 030 A1 , the DE 197 13 029 A1 and the DE 197 13 028 A1 each a spark-ignition, direct-injection four-cycle internal combustion engine, wherein a piston surface of each piston of a cylinder has an H-shaped, T-shaped or U-shaped baffle arrangement, respectively.

Aus der EP 0 639 703 A1 und der EP 0 694 682 A1 ist jeweils eine weitere Ausführungsform 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.From the EP 0 639 703 A1 and the EP 0 694 682 A1 In each case a further embodiment of an internal combustion engine with direct injection is known, in which by the formation of the intake ports, a swirl flow is generated in the cylinder chamber. The piston surface here has a pronounced depression with a surrounding squish surface, the depression being arranged eccentrically such that the spark plug located centrally in the combustion chamber and the radially arranged injection valve are located respectively at the edge of the depression. The fuel is injected selectively against the molded for this purpose bowl edge. The piston surface has here so the task to atomize the fuel jet in the first place. The swirling flow has the task of transporting the atomized fuel from 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.From the EP 0 558 072 A1 another embodiment of an engine is known in which the shape and arrangement of the inlet channels, a reverse tumble motion of the combustion chamber flow is generated, which is reinforced by a ski-like formation of the piston surface. This piston surface also serves to deflect the injection jet to the spark plug, which is arranged in the center of the cylinder. Injection jet and combustion chamber flow stroke in the same direction over the piston surface. However, the injection jet or the mixture cloud resulting therefrom after deflection on the piston can spread in all directions almost unhindered after hitting the cylinder head wall near the spark plug. An effort to maximize the concentration of the mixture cloud after the deflection of the piston is therefore not recognizable. Further, the jump formed on the piston surface creates a nip under the exhaust valves. While this generates during the compression of the engine shortly before top dead center, a desired additional flow movement. However, this reverses after passing through the dead center, resulting in a tearing apart of the mixture concentration built up during the compression.

Die AT 001 257 U1 zeigt einen Kolben einer Brennkraftmaschine, dessen Kolbenstirnfläche eine Leitrippenanordnung aufweist. Dadurch soll die Ausbildung und Aufrechterhaltung einer Tumbleströmung unterstützt werden und das Entstehen von Sekundärströmungen verhindert oder reduziert werden.The AT 001 257 U1 shows a piston of an internal combustion engine whose piston end face has a Leitrippenanordnung. This should support the formation and maintenance of a tumble flow and prevent or reduce the emergence of secondary flows.

Aus der JP 10317974 A ist ein Kolben einer Brennkraftmaschine bekannt, der eine Aushöhlung besitzt. In dieser Aushöhlung wird eingespritzter Kraftstoff durch Zusammenwirken mit einer Tumbleströmung konzentriert und so in die Nähe einer Zündkerze gebracht. Weiter besitzt der Kolben eine vertiefte Stelle, um das Verdichtungsverhältnis zu reduzieren.From the JP 10317974 A a piston of an internal combustion engine is known which has a cavity. In this cavity, injected fuel is concentrated by interaction with a tumble flow, bringing it near a spark plug. Further, the piston has a recessed location to reduce the compression ratio.

Die Druckschrift von Stiebels et al.: Werkzeuge für die Entwicklung des FSI-Motors von Volkswagen in Motorische Verbrennung – Aktuelle Probleme und moderne Lösungsansätze (5. Tagung), 13./14.03.2001, Seiten 483 bis 500 – ISSN ISBN 3-931901-17-3 zeigt eine Brennkraftmaschine mit einem Kolben, der eine Erhebung aufweist. Dadurch wird die Ausbildung einer Tumbleströmung begünstigt.The publication by Stiebels et al .: Tools for the development of the FSI engine of Volkswagen in Combustion - Current Problems and Modern Approaches (5th Meeting), 13./14.03.2001, pages 483 to 500 - ISSN ISBN 3-931901 Fig. 17-3 shows an internal combustion engine with a piston having a boss. This promotes the formation of a tumble flow.

In der AT 001 974 U1 ist eine Brennkraftmaschine mit Flankenströmungen im Brennraum beschrieben. Die Ausbildung der Flankenströmungen wird durch eine Erhebung auf der brennraumseitigen Oberfläche eines Kolbens erreicht.In the AT 001 974 U1 is an internal combustion engine with flank currents in the combustion chamber described. The formation of the flank flows is achieved by a survey on the combustion chamber side surface of a piston.

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 optimum mixture formation does not take place over an entire map range of a four-stroke internal combustion engine.

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 is based on the object, an internal combustion engine o. G. To provide art with improved piston, the above-mentioned 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 o. G. Art solved with the features characterized in claim 1. 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 survey extends in the circumferential direction around a portion of the fuel bowl around, that the air flow forms a Tumbleströmung and two flank flows when entering the air well, the latter being directed in the circumferential direction, that the flank flows in the area the entry of the fuel jet into the fuel well and form a resulting flow into the fuel well into it.

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 tuning of a double-bore piston geometry with respect to mixture transport and mixture preparation is achieved with a tumble-assisted direct-injection engine. Smoothness and consumption are thus better reproducible for different engines.

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, in a cutting plane which intersects the injector, intake port, exhaust passage and center longitudinal axis, the fuel bowl has a maximum depth with respect to a 6mm fuel bowl rim facing the elevation, the air cavity having a maximum depth opposite one of the elevation 3.18 mm air well rim and the air cavity a maximum depth with respect to the elevation of 6.38 mm. Further, a tangent of a Kraftstoffmuldenwandung at one of the collection opposite fuel trough edge with the central longitudinal axis at an angle of 60 degrees, a tangent Luftmuldenwandung at one of the collection opposite Luftmuldenrand with the central longitudinal axis an angle of 62.4 degrees, a tangent of a Kraftstoffmuldenwandung to the Elevation with the central longitudinal axis an angle of 14.1 degrees and a tangent of a Luftmuldenwandung at the elevation with the central longitudinal axis an angle of 52 degrees. In a sectional plane intersecting the injector, intake passage, exhaust passage and center longitudinal axis, a lowest point of the fuel well is 9.5 mm from the central longitudinal axis and the projection is from a lowest point of the fuel run on a circular section having a radius of 18 , 3 mm formed. In a direction perpendicular to the cutting plane, the fuel bowl has a maximum diameter of 36 mm and the air cavity 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 inFurther features, advantages and advantageous embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims, and from the following description of the invention with reference to the accompanying drawings. These show in

1 einen Teil einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Viertakt-Brennkraftmaschine in schematischer Schnittansicht, 1 a part of a preferred embodiment of a four-stroke internal combustion engine according to the invention in a schematic sectional view,

2 eine bevorzugte Ausführungsform eines Kolbens für eine erfindungsgemäße Viertakt-Brennkraftmaschine in perspektivischer Ansicht, 2 A preferred embodiment of a piston for a four-stroke internal combustion engine according to the invention in a perspective view,

3 den Kolben gemäß 2 in Aufsicht, 3 according to the piston 2 in supervision,

4 den Kolben gemäß 2 in einer Schnittansicht entlang Linie A-A von 3, wobei die Linie A-A eine Schnittebene definiert, welche die Einspritzdüse, den Einlaßkanal, den Auslaßkanal und die Mittellängsachse schneidet, 4 according to the piston 2 in a sectional view along line AA of 3 wherein the line AA defines a cutting plane which intersects the injector, the intake port, the exhaust port and the central longitudinal axis,

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

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

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

Die in 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.In the 1 illustrated preferred embodiment of a four-stroke internal combustion engine according to the invention comprises a piston 10 with piston bottom 12 which is in a cylinder 14 can be moved up and down, an inlet channel 16 , an outlet channel 18 and a spark plug 20 , By means of an injection nozzle 22 is fuel in an injection jet 24 in the direction of an injection axis 25 injected. Through the inlet channel 16 fresh air flows as airflow 26 in the form of a tumble flow into a combustion chamber 28 one. In the inlet channel is a separating plate 30 as well as a switching flap 32 arranged, which optionally a part of the inlet channel 16 closes.

Im Kolbenboden 12 ist eine Kraftstoffmulde 34 sowie eine Luftmulde 36 ausgebildet. Der Kolben 10 definiert eine Mittellängsachse 38. Wie sich unmittelbar aus 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.In the piston bottom 12 is a fuel well 34 as well as an air well 36 educated. The piston 10 defines a central longitudinal axis 38 , As is immediately apparent 1 results is the injector 22 inlet channel side and below the inlet channel 16 arranged. There may also be two or more inlet and outlet channels 16 . 18 be provided. These are then formed, for example, with separate inlet channel shutdowns. The hollows 33 . 36 as well as the arrangement of the inlet and outlet channels 16 . 18 as well as the injector 22 is inventively chosen such that there is a Tumbleströmung in conjunction with oppositely directed flank currents. The arrangement with several outlet channels 18 is preferably thai.

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. 1 illustrates predetermined flow conditions in a piston according to the invention 10 with double trough 34 . 36 which from a survey 40 be separated from each other. Injection jet 24 and airflow 26 enter from opposite directions in the double trough 34 . 36 a, be from the survey 40 deflected and mixed above this and form in a similar manner an ignitable mixture at the ignition of the spark plug 20 , The geometry of the hollows 34 . 36 and the survey 40 as well as the exact tuning of the elevation flank angle as well as the position of the injection angle of the fuel affect quite decisively the mixture formation.

Die 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 4. 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 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 (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.The 2 to 6 illustrate a preferred embodiment of a geometry of a piston crown 12 for an internal combustion engine according to the invention. The fuel well 34 is about part of its scope from the survey 40 Surrounded by the air well 36 from the fuel well 34 separates. The survey is essentially in the circumferential direction. The essential parameters of the geometry of the design of the piston crown 12 in the form of the double trough 34 . 36 especially results 4 , 4 represents a view in a sectional plane which the injection nozzle 22 , the inlet channel 16 , the outlet channel 18 and the central longitudinal axis 38 cuts. The following parameters result in this section plane:
The fuel well 34 has a maximum depth with respect to one of the survey 40 opposite fuel bowl rim 42 of 6 mm. The air well 36 has a maximum depth with respect to one of the survey 40 opposite air trough edge 44 of 3.18 mm and with respect to the survey 40 of 6.38 mm. The piston bottom 12 defines a level 46 , which are perpendicular to the central longitudinal axis 38 stands (section line AA in 3 ). With this level 46 closes a tangent 48 a Kraftstoffmuldenwandung at one of the survey 40 opposite fuel bowl edge with the central longitudinal axis 38 an angle of 30 degrees, ie with the central longitudinal axis closes this tangent 48 an angle of 60 degrees. A tangent 50 a Luftmuldenwandung at one of the survey 40 opposite air trough edge closes with the plane 46 an angle of 27.6 degrees, ie this tangent 50 closes with the central longitudinal axis 38 an angle of 62.4 degrees. A tangent 52 a Kraftstoffmuldenwandung at the survey 40 closes with the central longitudinal axis 38 an angle of 14.1 degrees. A tangent 54 a Luftmuldenwandung at the survey 40 closes with the plane 46 an angle of 38 degrees, ie this tangent 54 closes with the central longitudinal axis 38 an angle of 52 degrees. A deepest point of the fuel well 34 is at a distance 56 of 9.5 mm from the central longitudinal axis 38 remotely trained. The assessment 40 is starting from the lowest point of the fuel trough 34 on a circular section with a radius 58 formed by 18.3 mm. The fuel well 34 has a maximum diameter in a direction perpendicular to the cutting plane 60 from 36 mm to ( 3 ). The air well 36 has a maximum diameter in a direction perpendicular to the cutting plane which intersects the injector, the intake port, the exhaust port and the central longitudinal axis 62 of 69.1 mm. By training the increase 40 is the air well 36 Banana-shaped or in the form of a partial ring and the fuel bowl 34 partially formed surrounding.

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 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 special geometric design of the piston crown 12 or the hollows 34 . 36 with increase 40 Optimized for fuel consumption, emission and running stability. Furthermore, one turns out 7 apparent, particularly advantageous flow combination. When the air flow hits the air intake 36 the air flow becomes a tumble flow 64 and two flank currents 68 divided up. The flank currents 68 Run substantially in the circumferential direction of the air well 36 following in the opposite direction and meet at the entry point of the fuel jet in the fuel tank on each other, so that one in the fuel tank 34 directed resulting flow 70 results. This resulting flow 70 supports the transport of the fuel mass to the spark plug and causes by the additional turbulence a more favorable treatment of the rich in this area mixture. The advantage of the so constructed secondary air duct in the fuel tank 34 is thus an improvement in terms of consumption, emission and running stability. Furthermore, the illustrated geometry of the piston crown 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 influence on consumption and emissions.

Insbesondere wesentlich ist die Gestaltung der Geometrie der Kraftstoffmulde 34, wie aus 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.In particular, the design of the geometry of the fuel well is essential 34 , like out 4 seen. Starting from the survey 40 in the direction of the fuel bowl rim 42 has the fuel well 34 in cross-section a radius 72 of 10.75 mm and then a radius 74 of 32.5 mm.

Claims

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 ) in a combustion chamber ( 28 ), at least one air flow ( 26 ) in the combustion chamber conducting inlet channel ( 16 ) with inlet valve, at least one outlet channel ( 18 ) with exhaust valve, wherein inlet valve and exhaust valve on opposite sides of the combustion chamber ( 28 ) are arranged and the injection nozzle ( 22 ) is arranged inlet valve side, and a piston ( 10 ), which has a piston head ( 12 ) as well as in the direction of movement of the piston ( 10 ) extending central longitudinal axis ( 38 ), wherein the piston head ( 12 ) a fuel trough ( 34 ) and a flow or air trough ( 36 ) of a survey ( 40 ) of the piston crown ( 12 ) separated from each other, which a highest point of the piston crown ( 12 ), wherein the injection jet ( 24 ) in the fuel well ( 34 ) in one of the surveys ( 40 ) opposite side and the air flow ( 26 ) in the opposite direction with respect to the injection jet ( 24 ) in the air well ( 36 ) in one of the surveys ( 40 ) opposite side, characterized in that the survey ( 40 ) in the circumferential direction around a part of the fuel trough ( 34 ) that the air flow ( 26 ) when entering the air well ( 36 ) a tumble flow ( 64 ) as well as two flank currents ( 68 ), the latter being directed in the circumferential direction in such a way that the flank flows ( 68 ) in the region of the entry of the fuel jet ( 24 ) in the fuel well ( 34 ) and a resulting flow ( 70 ) in the fuel well ( 34 ).

Four-stroke internal combustion engine according to claim 1, characterized in that in a sectional plane which the injection nozzle ( 22 ), the inlet channel ( 16 ), the outlet channel ( 18 ) and the central longitudinal axis ( 38 ) cuts, the fuel well ( 34 ) a maximum depth with respect to one of the survey ( 40 ) opposite fuel trough edge ( 42 ) of 6 mm.

Four-stroke internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that in a sectional plane which the injection nozzle ( 22 ), the inlet channel ( 16 ), the outlet channel ( 18 ) and the central longitudinal axis ( 38 ) cuts, the air well ( 36 ) a maximum depth with respect to one of the survey ( 40 ) opposite air trough edge ( 44 ) of 3.18 mm.

Four-stroke internal combustion engine according to at least one of the preceding claims, characterized in that in a sectional plane which the injection nozzle ( 22 ), the inlet channel ( 16 ), the outlet channel ( 18 ) and the central longitudinal axis ( 38 ) cuts, the air well ( 36 ) a maximum depth with respect to the survey ( 40 ) of 6.38 mm.

Four-stroke internal combustion engine according to at least one of the preceding claims, characterized in that in a sectional plane which the injection nozzle ( 22 ), the inlet channel ( 16 ), the outlet channel ( 18 ) and the central longitudinal axis ( 38 ) intersects a tangent ( 48 ) a Kraftstoffmuldenwandung at one of the collection opposite fuel trough edge ( 42 ) with the central longitudinal axis ( 38 ) includes an angle of 60 degrees.

Four-stroke internal combustion engine according to at least one of the preceding claims, characterized in that in a sectional plane which the injection nozzle ( 22 ), the inlet channel ( 16 ), the outlet channel ( 18 ) and the central longitudinal axis ( 38 ) intersects a tangent ( 50 ) of a Luftmuldenwandung at one of the survey ( 40 ) opposite air trough edge ( 44 ) with the central longitudinal axis ( 38 ) includes an angle of 62.4 degrees.

Four-stroke internal combustion engine according to at least one of the preceding claims, characterized in that in a sectional plane which the injection nozzle ( 22 ), the inlet channel ( 16 ), the outlet channel ( 18 ) and the central longitudinal axis ( 38 ) intersects a tangent ( 52 ) a Kraftstoffmuldenwandung at the survey ( 40 ) with the central longitudinal axis ( 38 ) includes an angle of 14.1 degrees.

Four-stroke internal combustion engine according to at least one of the preceding claims, characterized in that in a sectional plane which the injection nozzle ( 22 ), the inlet channel ( 16 ), the outlet channel ( 18 ) and the central longitudinal axis ( 38 ) intersects a tangent ( 54 ) a Luftmuldenwandung at the survey ( 40 ) with the central longitudinal axis ( 38 ) includes an angle of 52 degrees.

Four-stroke internal combustion engine according to at least one of the preceding claims, characterized in that in a sectional plane which the injection nozzle ( 22 ), the inlet channel ( 16 ), the outlet channel ( 18 ) and the central longitudinal axis ( 38 ), a lowest point of the fuel trough ( 34 ) from the central longitudinal axis ( 38 ) 9.5 mm away.

Four-stroke internal combustion engine according to at least one of the preceding claims, characterized in that in a sectional plane which the injection nozzle ( 22 ), the inlet channel ( 16 ), the outlet channel ( 18 ) and the central longitudinal axis ( 38 ), the survey ( 40 ) starting from a lowest point of the fuel trough ( 34 ) on a circular section with a radius ( 58 ) of 18.3 mm is formed.

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 cutting plane, which the injection nozzle ( 22 ), the inlet channel ( 16 ), the outlet channel ( 18 ) and the central longitudinal axis ( 38 ) cuts, a maximum diameter ( 60 ) of 36 mm.

Four-stroke internal combustion engine according to at least one of the preceding claims, characterized in that the air intake ( 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, a maximum diameter ( 62 ) of 69.1 mm.