DE19838868C2 - Internal combustion engine with spark ignition - Google Patents

Internal combustion engine with spark ignition

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Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit Fremdzündung und zumindest einem hin- und hergehenden Kolben, mit einer etwa im Bereich der Kolbenachse angeordneten Zündein­ richtung und mindestens einer Kraftstoffeinbringungseinrichtung pro Zylinder zur direkten Kraftstoffeinbringung zur Kolbenachse hin, sowie mit zumindest einem eine Drallströmung im Brennraum erzeugenden Einlaßkanal, wobei die Oberfläche des Kolbens eine die Drall­ bewegung der Zylinderladung unterstützende, asymmetrische, bogenförmige erste Leitrippe mit einer - in Richtung der Kolbenachse betrachtet - konkaven inneren und einer konvexen äußeren Strömungsleitfläche aufweist, deren innere Strömungsleitfläche zur Zündeinrichtung gerichtet ist, und deren Anfangsbereich einen größeren Abstand zur Zündeinrichtung aufweist als deren Endbereich.The invention relates to an internal combustion engine with spark ignition and at least one and outgoing pistons, with an ignition arranged approximately in the region of the piston axis direction and at least one fuel delivery device per cylinder for direct Fuel introduction to the piston axis, and with at least one swirl flow in the combustion chamber generating inlet channel, the surface of the piston having a swirl Asymmetric, curved first guide rib supporting the movement of the cylinder charge with a - viewed in the direction of the piston axis - a concave inner and a convex has outer flow guide surface, the inner flow guide surface to the ignition device is directed, and the initial area is a greater distance from the ignition device as their end area.

Ständig steigende Anforderungen an den Kraftstoffverbrauch und die Reduktion der Abgas­ emissionen, insbesondere der Kohlenwasserstoffe, erfordern den Einsatz neuer Technologien im Bereich der Verbrennungskraftmaschinen. Durch den heute üblichen Einsatz einer exter­ nen Gemischbildung bei Otto-Motoren, wie z. B. durch die Verwendung einer Saugrohrein­ spritzung oder eines Vergasers, strömt ein Teil des in den Brennraum und Zylinder ein­ gesaugten Gemisches während der Ventilüberschneidungsphase, wenn Auslaß- und Einlaß­ ventil gleichzeitig offen sind, in den Auspufftrakt der Brennkraftmaschine. Ein nicht unerheb­ licher Teil der meßbaren unverbrannten Kohlenwasserstoffe im Auspufftrakt stammt auch von Gemischteilen, die sich während der Verbrennung in Ringspalten oder wandnahen Bereichen, wo keine Verbrennung stattfindet, aufhalten. Zu diesen genannten Punkten kommt die notwendige Homogenisierung der Zylinderladung bei einem annähernd stöchiometrischen Mischungsverhältnis von Kraftstoff und Luft hinzu, welches eine sichere und aussetzerfreie Verbrennung sicherstellt. Dies bedingt eine Regelung der Motorlast mit Hilfe eines Drossel­ organes zur Begrenzung der insgesamt angesaugten Gemischmenge (Quantitätsregelung).Constantly increasing demands on fuel consumption and the reduction of exhaust gas Emissions, especially of hydrocarbons, require the use of new technologies in the field of internal combustion engines. Through the usual use of an external NEN mixture formation in Otto engines, such as. B. by using a suction pipe injection or a carburetor, some of it flows into the combustion chamber and cylinder sucked mixture during the valve overlap phase when outlet and inlet valve are open at the same time in the exhaust tract of the internal combustion engine. A not insignificant Part of the measurable unburned hydrocarbons in the exhaust tract also comes from Mixtures that are in annular gaps or near the wall during combustion, where no combustion takes place. The comes to these points necessary homogenization of the cylinder charge with an approximately stoichiometric Mixing ratio of fuel and air is added, which is a safe and dropout-free Ensures combustion. This requires regulation of the engine load using a throttle organs for limiting the total amount of mixture sucked in (quantity control).

Diese Drosselung der Ansaugströmung führt zu einem thermodynamischen Verlust, der den Kraftstoffverbrauch der Verbrennungskraftmaschine erhöht. Das Potential zur Verbrauchs­ reduzierung der Verbrennungskraftmaschine bei Umgehung dieser Drosselung kann auf etwa 20% geschätzt werden.This throttling of the intake flow leads to a thermodynamic loss that the Fuel consumption of the internal combustion engine increases. The potential for consumption reduction of the internal combustion engine by circumventing this throttling can be reduced to approximately 20% can be estimated.

Um diese Nachteile zu verhindern bzw. zu vermindern, werden schon seit langem Versuche unternommen, fremdgezündete Verbrennungskraftmaschinen ungedrosselt zu betreiben und den Kraftstoff erst nach Beendigung der Luftansaugung wie bei einer selbstzündenden Brennkraftmaschine innerhalb des Brennraums und Zylinders oder einer unmittelbar ange­ schlossenen Mischkammer einzubringen.Attempts have long been made to prevent or reduce these disadvantages undertaken to operate spark ignition internal combustion engines unthrottled and the fuel only after the air intake has ended, as with a self-igniting Internal combustion engine within the combustion chamber and cylinder or a directly attached closed mixing chamber.

Dabei sind grundsätzlich drei Gemischbildungssysteme zu unterscheiden:
There are basically three mixture formation systems:

  • - Flüssigkeitshochdruckeinspritzung- High pressure liquid injection
  • - Luftunterstützte Kraftstoff-Einbringung - Air-assisted fuel delivery  
  • - Gemischeinblasung.- mixture injection.

Aus SAE 780699 ist ein Verfahren bekannt, bei dem der Kraftstoff mittels einer Hochdruck­ einspritzdüse direkt in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt wird. Die notwendige Zeit für die Aufbereitung des Gemisches begrenzt den zeitlichen Minimalabstand zwischen Einspritzzeitpunkt und Zündzeitpunkt. Es ist ein hohes Druckniveau für den Ein­ spritzvorgang notwendig, um einerseits kurze Einspritzzeiten und andererseits eine gute Zerstäubung des Kraftstoffes mit entsprechend kleinem Tropfenspektrum zu erhalten. Die Aufbereitung und Dosierung des Kraftstoffes findet gleichzeitig statt. Um nur ein örtlich be­ grenztes Gebiet mit brennbarem Kraftstoff-Luftgemisch zu erhalten ist es andererseits not­ wendig, erst sehr spät im Motorzyklus den Kraftstoff einzubringen (ggf. erst während der Kompression kurz vor der Zündung), um die Zeit für die Ausbreitung und Verdünnung des Gemisches in der Brennraumluft zu begrenzen. Die Forderungen nach genügend früher Ein­ spritzung für vollständige Kraftstoffverdampfung und möglichst später Einspritzung zur Auf­ rechterhaltung der Gemischschichtung stehen daher im Gegensatz zueinander. Die Ent­ wicklungsbemühungen müssen somit darauf gerichtet sein, einerseits die charakteristische Zeit für die Gemischaufbereitung zu verkürzen und andererseits die charakteristische Zeit der Aufrechterhaltung der gewünschten Gemisch-Schichtung zu verlängern.A method is known from SAE 780699 in which the fuel is produced by means of a high pressure injector is injected directly into the combustion chamber of the internal combustion engine. The The time required for the preparation of the mixture limits the minimum time interval between injection timing and ignition timing. It is a high pressure level for the one Injection process necessary to ensure short injection times on the one hand and good injection times on the other To obtain atomization of the fuel with a correspondingly small drop spectrum. The The preparation and metering of the fuel takes place simultaneously. To be a local On the other hand, it is necessary to preserve a limited area with a combustible air / fuel mixture nimble to bring in the fuel very late in the engine cycle (possibly only during the Compression just before ignition) to the time for the spread and thinning of the Limit the mixture in the combustion chamber air. The demands for an early enough Injection for complete fuel evaporation and later possible injection to open The maintenance of the mixture stratification therefore contradicts each other. The Ent Development efforts must therefore focus on the one hand, the characteristic Shorten the time for the mixture preparation and on the other hand the characteristic time of the Prolong the maintenance of the desired mixture stratification.

Aus SAE 940188 ist das Prinzip eines Einspritzventils bekannt, welches einen kegelförmigen Einspritzstrahl mit hoher Zerstäubungsgüte des Kraftstoffes erzielt. Durch Änderung des Kraftstoffdruckes und des Brennraumgegendruckes kann der Kegelwinkel des Einspritzstrahls beeinflußt werden. Eine charakteristische Eigenschaft derartiger Einspritzdüsen ist die Ver­ besserung der Zerstäubungsgüte mit steigendem Einspritzdruck. Diese gewünschte Abhängigkeit führt jedoch zu ebenfalls steigenden Geschwindigkeiten des Einspritzstrahls von bis zu 100 m/s und somit zu einem hohen Impuls des in den Brennraum eintretenden Kraftstoff-Sprays. Demgegenüber weist die Luftströmung im Brennraum, selbst bei starker einlaßgenerierter Drall- oder Tumblebewegung mit maximal ca. 25-30 m/s nur einen deut­ lich geringeren Impuls auf, weshalb der Einspritzstrahl in einer ersten Phase des Eintritts in den Brennraum nur unwesentlich von der Brennraumströmung beeinflußt wird.The principle of an injection valve is known from SAE 940188, which is a conical one Injection jet achieved with high atomization quality of the fuel. By changing the Fuel pressure and the combustion chamber back pressure can be the cone angle of the injection jet to be influenced. A characteristic property of such injectors is the Ver Improvement of the atomization quality with increasing injection pressure. This desired However, dependency also leads to increasing speeds of the injection jet of up to 100 m / s and thus to a high impulse of the entering the combustion chamber Fuel sprays. In contrast, the air flow in the combustion chamber shows, even with a strong one inlet-generated swirl or tumble movement with a maximum of approx. 25-30 m / s only one sign Lich lower impulse, which is why the injection jet in a first phase of entering the combustion chamber is only slightly influenced by the combustion chamber flow.

Es stellt sich unter diesen Voraussetzungen die Aufgabe, aus dem Einspritzstrahl eine örtlich begrenzte Gemischwolke zu erzeugen, diese von der Mündung des Einspritzventiles in die Nähe der Zündkerze zu transportieren und das Gemisch innerhalb der Wolke weiter mit Brennraumluft zu vermischen. Dabei sind folgende Punkte wesentlich:
Under these conditions, the task arises of generating a locally limited mixture cloud from the injection jet, transporting it from the mouth of the injection valve into the vicinity of the spark plug and further mixing the mixture within the cloud with combustion chamber air. The following points are essential:

  • - Die Gemischwolke muß insbesondere bei niedrigen Motorlasten deutlich abgegrenzt bleiben und sich aus thermodynamischen Gründen sowie zur Reduzierung der Emissio­ nen unverbrannter Kohlenwasserstoffe möglichst in der Mitte des Brennraumes befinden.- The mixture cloud must be clearly delimited, especially at low engine loads stay and look for thermodynamic reasons as well as to reduce emissio unburned hydrocarbons should be in the middle of the combustion chamber if possible.
  • - Die Verdünnung des eingeblasenen Gemisches auf ein vorzugsweise stöchiometrisches Luftverhältnis muß in der vergleichsweise kurzen Zeitspanne zwischen Einspritzzeit­ punkt und Zündzeitpunkt erfolgen. - The dilution of the blown mixture to a preferably stoichiometric Air ratio must be in the comparatively short period between the injection time point and ignition timing.  
  • - An der Zündkerze sollte eine geringe mittlere Strömungsgeschwindigkeit und gleichzei­ tig ein hohes Turbulenzniveau herrschen, um die Entflammung der Gemischwolke durch den Zündfunken zu begünstigen.- At the spark plug should have a low average flow speed and at the same time There is a high level of turbulence to prevent the mixture cloud from igniting to favor the ignition spark.

Bei der Gestaltung eines geeigneten Brennverfahrens für einen direkteinspritzenden Ottomo­ tor sind neben den Charakteristiken der Einspritzstrahlausbreitung auch die zur Verfügung stehenden Brennraumabmessungen zu berücksichtigen. Für PKW-Ottomotoren typische Hubräume des Einzelzylinders führen zu Bohrungsdurchmessern von ca. 65 bis 100 mm, wobei sich der Kolbenhub in der gleichen Größenordnung bewegt.When designing a suitable combustion process for a direct-injection Ottomo In addition to the characteristics of the injection jet spread, the gates are also available standing combustion chamber dimensions. Typical for car gasoline engines Displacements of the single cylinder lead to bore diameters of approx. 65 to 100 mm, the piston stroke is of the same order of magnitude.

Bei einer Anordnung des Einspritzventils im Zylinderkopf in einer maximal ca. 70° zur Zy­ linderachse geneigten Position steht dem Einspritzstrahl im Falle einer späten Einspritzung kurz vor dem Zündzeitpunkt eine freie Ausbreitungsstrecke von max. 50-60 mm zu Verfü­ gung, bevor der Einspritzstrahl auf die gegenüberliegende Brennraumwand (zumeist die Kol­ benoberfläche) auftrifft. In Anbetracht der genannten Ausbreitungsgeschwindigkeiten des Einspritzstrahls muß daher ein Auftreffen zumindest eines Teils des Kraftstoff-Sprays auf der Kolbenoberfläche erwartet werden. Die Gestaltung der Brennrauminnenströmung sollte daher diesen Vorgang der Wandbenetzung berücksichtigen.With an arrangement of the injection valve in the cylinder head in a maximum of about 70 ° to the Zy Lower axis inclined position is the injection jet in the event of a late injection shortly before the ignition point, a free propagation distance of max. 50-60 mm available before the injection jet hits the opposite combustion chamber wall (usually the col surface). In view of the speeds of propagation mentioned The injection jet must therefore strike at least part of the fuel spray on the Piston surface are expected. The design of the internal combustion chamber flow should therefore take this process of wall wetting into account.

Zur Formung der Gemischwolke und zur Aufbereitung des Kraftstoff-Sprays können folgende Effekte genutzt werden:
The following effects can be used to form the mixture cloud and to prepare the fuel spray:

  • - Umlenkung des hohen Impulses des Einspritzstrahls zur Zündkerze mit Hilfe der Kol­ benoberfläche.- Redirection of the high pulse of the injection jet to the spark plug using the Kol surface.
  • - Hoher Einspritzdruck zur Verbesserung der Zerstäubung und damit zur Beschleunigung der direkten Verdampfung des Kraftstoff-Sprays vor der Wandberührung.- High injection pressure to improve atomization and thus to accelerate the direct evaporation of the fuel spray before touching the wall.
  • - Erzeugung eines erhöhten Turbulenzniveaus im Bereich des Einspritzstrahls durch die Brennrauminnenströmung.- Generation of an increased level of turbulence in the area of the injection jet by the Internal combustion chamber flow.
  • - Beschleunigung der Wandfilmverdampfung durch Erzeugung einer hohen Strömungsge­ schwindigkeit am benetzten Bereich der Kolbenoberfläche.- Acceleration of the wall film evaporation by generating a high flow rate speed at the wetted area of the piston surface.

Alle durch die Brennrauminnenströmung erzielbaren Maßnahmen setzen die Generierung eines hohen Ladungsbewegungsniveaus beim Einlaßvorgang voraus. Diese hohen Strö­ mungsgeschwindigkeiten sollten möglichst lange während der Ansaug- und Kompressi­ onsphase erhalten bleiben oder sogar während der Kompression verstärkt werden. Diese For­ derung läßt sich am sinnvollsten durch eine einlaßgenerierte Drall- oder Tumblebewegung der Brennraumluft erreichen. Eine Drallbewegung (Rotation um die Zylinderachse) stellt die stabilste Strömungsstruktur in Zylinder dar, was zur geringsten Dissipation der Bewegungs­ energie während der Kompression führt. Durch Ausbildung einer gegenüber dem Zylinder­ durchmesser kleineren Kolbenmulde läßt sich während der Kompression aufgrund der Drall­ erhaltung eine Zunahme der Rotationsgeschwindigkeit des Drallwirbels erzielen. All measures that can be achieved by the internal flow of the combustion chamber set the generation a high level of charge movement during the intake process. These high currents Speed should be as long as possible during intake and compression ons phase are maintained or even intensified during compression. This For The most sensible change is through an inlet-generated swirl or tumble movement Reach combustion air. A swirl movement (rotation around the cylinder axis) represents the most stable flow structure in cylinders, resulting in the least dissipation of the movement energy during compression. By forming one opposite the cylinder diameter smaller piston bowl can be during compression due to the twist conservation achieve an increase in the rotational speed of the swirl vortex.  

Ein einlaßgenerierter Tumblewirbel (Rotation um eine zur Kurbelwelle parallele Achse) zeigt einerseits eine Beschleunigung der Rotation durch die Verkleinerung der Querschnittsfläche während der Kompression. Andererseits ist der Tumblewirbel im Vergleich zum Drall insta­ biler und neigt zum Zerfall in komplexere Sekundärwirbel. In der Endphase der Kompression ist bei genügend flachem Ventilwinkel (eines typischen Vierventil-Brennraums) ein starker Zerfall des Tumblewirbels in kleinere stochastisch verteilte Wirbel zu beobachten.An inlet generated tumble vortex (rotation about an axis parallel to the crankshaft) shows on the one hand an acceleration of the rotation by reducing the cross-sectional area during compression. On the other hand, the tumble vortex is insta compared to the swirl cheaper and tends to disintegrate into more complex secondary vertebrae. In the final stage of compression is a strong one with a sufficiently flat valve angle (a typical four-valve combustion chamber) The tumble vertebra decays into smaller stochastically distributed vertebrae.

Aus der AT 001 392 U1 ist eine Brennkraftmaschine mit Fremdzündung und zumindest einem hin- und hergehenden Kolben mit einer Kolbenmulde bekannt, welche die einlaßgene­ rierte Drallströmung bei der Aufwärtsbewegung des Kolbens beschleunigt. Die Kolbenmulde ist dabei asymmetrisch gestaltet und weist einen Einlaufbereich mit zunehmender Mulden­ tiefe, einen Zentralbereich mit maximaler Muldentiefe und einen Auslaufbereich mit abneh­ mender Muldentiefe auf. Zwischen dem Auslaufbereich und dem Einlaufbereich ist auf der Seite einer Kraftstoffeinbringungseinrichtung eine keilförmige Einschnürung vorgesehen. Die Form der Kolbenmulde bewirkt, daß einerseits ein Auftreffen der Kraftstoffstrahlen in Richtung der mittig angeordneten Zündkerze umgelenkt wird, und andererseits die Fallströ­ mung während der Kompression durch die Kolbenmuldenform derart umgelenkt und be­ schleunigt wird, so daß im Auftreffbereich der Kraftstoffstrahlen eine auf die Zündkerze gerichtete Strömung mit hoher Geschwindigkeit erreicht wird. Das Turbulenzniveau reicht allerdings nicht aus, um bei jeder Drehzahl eine sichere Entflammung des Kraftstoffes sicher zu stellen.AT 001 392 U1 is an internal combustion engine with spark ignition and at least a reciprocating piston with a piston recess known which the inlet genes gated swirl flow accelerates when the piston moves upwards. The piston bowl is designed asymmetrically and has an inlet area with increasing troughs deep, a central area with maximum trough depth and an outlet area with decreasing diminishing trough depth. Between the outlet area and the inlet area is on the A wedge-shaped constriction is provided on the side of a fuel introduction device. The Shape of the piston bowl causes on the one hand an impact of the fuel jets in Direction of the centrally located spark plug is deflected, and on the other hand, the falling currents tion deflected and compressed during the compression by the piston recess shape is accelerated so that in the area of impact of the fuel jets on the spark plug directional flow is achieved at high speed. The level of turbulence is enough however, not to ensure safe ignition of the fuel at any speed to deliver.

Aus der JP 7-102976 A ist eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art mit einer einzigen bogenförmigen Leitrippe bekannt, welche die Drallströmung in den Bereich der mittig angeordneten Zündkerze lenkt. Der Kraftstoff wird dabei in einen von den konkaven Leitflächen der Leitrippen begrenzten, muldenförmigen Bereich der Kolbenstirnfläche durch eine am Rand des Brennraumdaches angeordnete Einspritzdüse eingespritzt. Durch die seitli­ che Einspritzung zur Zylinderachse hin werden die Kraftstoffteilchen allerdings über die Lei­ trippe hinweggeschleudert und in einen durch eine konvexe Leitfläche der Leitrippe und den Kolbenrand begrenzten Bereich abgelenkt. Die abgelenkten Kraftstoffteilchen müssen erst wieder durch die Drallströmung in den Bereich der Zündkerze geführt werden, wobei ein relativ langer, sich über einen Winkelbereich von mehr als 180° erstreckender Strömungsweg entlang des Kolbenrandes zurückgelegt werden muß. Dies bewirkt, daß die abgelenkten Kraft­ stoffteilchen erst zu einem relativ späten Zeitpunkt im Bereich der Zündkerze eintreffen und für die Entflammung des Gemisches nicht mehr zur Verfügung stehen. Dies wirkt sich nach­ teilig für die Kohlenwasserstoffemissionen und für den Kraftstoffverbrauch aus.From JP 7-102976 A is an internal combustion engine of the type mentioned with a single arcuate guide rib known, which the swirl flow in the area of centrally located spark plug steers. The fuel turns into one of the concave ones Guide surfaces of the guide ribs delimit the trough-shaped area of the piston end face an injection nozzle arranged at the edge of the combustion chamber roof is injected. By the side The fuel particles are injected towards the cylinder axis via the Lei thrown away and into one through a convex guide surface of the guide rib and the Deflected piston rim limited area. The deflected fuel particles must first again through the swirl flow into the area of the spark plug, with a relatively long flow path extending over an angular range of more than 180 ° must be covered along the piston rim. This causes the distracted force material particles arrive in the area of the spark plug at a relatively late point in time and are no longer available to ignite the mixture. This has an effect partly for hydrocarbon emissions and for fuel consumption.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Zerstäubung und Entflammung des Kraftstoffes bei einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art zu verbessern.The object of the present invention is atomization and ignition of the fuel in an internal combustion engine of the type mentioned to improve.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Oberfläche des Kolbens eine die Drall­ bewegung der Zylinderladung unterstützende, asymmetrische, bogenförmige zweite Leitrippe mit einer konkaven inneren und einer konvexen äußeren Strömungsleitfläche aufweist, deren innere Strömungsleitfläche zur Zündeinrichtung gerichtet ist, und deren Anfangsbereich einen größeren Abstand zur Zündeinrichtung aufweist als deren Endbereich, daß die erste und zweite Leitrippe voneinander beabstandet sind und die zweite Leitrippe zumindest teilweise um die erste Leitrippe, vorzugsweise um deren Endbereich, herumgeführt ist, und daß die äußere Strömungsleitfläche der ersten Leitrippe und die innere Strömungsleitfläche der zweiten Leitrippe zumindest in einem der Kraftstoffeinbringungseinrichtung bezüglich der Kol­ benachse gegenüberliegenden Bereich eine rinnenartige Verengung bilden.According to the invention this is achieved in that the surface of the piston has a swirl Movement of the cylinder charge, asymmetrical, arch-shaped second guide rib  having a concave inner and a convex outer flow guide surface, the inner flow guide surface is directed to the ignition device, and its initial area one has a greater distance from the ignition device than its end region that the first and second Guide rib are spaced apart and the second guide rib at least partially around the first guide rib, preferably around its end region, and that the outer Flow guide surface of the first guide rib and the inner flow guide surface of the second Guide rib at least in one of the fuel introduction device with respect to the col benaxial opposite area form a groove-like constriction.

Dadurch werden über die erste Leitrippe hinaus radial nach außen abgelenkte Kraftstoffteilchen von der zwei­ ten Leitrippe im Bereich der Verengung aufgefangen. Ein Teil der Drallströmung wird gezielt durch die rinnenartige Verbindung geführt, und reißt die vagabundierenden Kraftstoffteilchen in Richtung Zündeinrichtung mit. Durch die beschleunigte Drallströmung, welche besonders durch die zweite Leitrippe zur Zündeinrichtung geführt ist, gelangen die Kraftstoffteilchen nach sehr kurzer Zeit in den Bereich der Zündeinrichtung und können noch zur Entflammung des Kraftstoffes beitragen. Eine besonders gute Strömungsführung in dem Zündbereich wird erreicht, wenn die Krümmung zumindest einer Leitrippe zum Endbereich hin zunimmt. Vor­ zugsweise weist dabei der Endbereich der ersten Leitrippe einen kleineren Abstand zur Zündeinrichtung auf als der Endbereich der zweiten Leitrippe.This will Fuel particles deflected radially outward beyond the first guide rib from the two th guide rib in the area of the constriction. Part of the swirl flow is targeted passed through the gutter-like connection, and tears the stray fuel particles towards the ignition device. Due to the accelerated swirl flow, which is special the fuel particles pass through the second guide rib to the ignition device after a very short time in the area of the ignition device and can still ignite of fuel. A particularly good flow guidance in the ignition area is achieved when the curvature of at least one guide rib increases towards the end region. Before the end region of the first guide rib preferably has a smaller distance from it Ignition device on as the end region of the second guide rib.

Zur erhöhten Beschleunigung der Drallströmung für einen schnellen Transportes des Gemi­ sches in den Zündbereich kann weiters vorgesehen sein, daß der Anfangsbereich zumindest einer Leitrippe, vorzugsweise der zweiten Leitrippe, im Bereich des Kolbenrandes angeordnet ist.For increased acceleration of the swirl flow for a quick transport of the Gemi It can also be provided in the ignition area that the initial area at least a guide rib, preferably the second guide rib, arranged in the region of the piston rim is.

Um gleichzeitig ein hohes Turbulenz- und Strömungsniveau zur Gemischaufbereitung und zum Gemischtransport im Zündbereich zu erhalten, ist vorgesehen, daß zumindest im Endbe­ reich der ersten Leitrippe deren innere Strömungsleitfläche zur Kraftstoffeinbringungsein­ richtung hin gerichtet ist. Dabei liegt vorteilhafterweise die Oberfläche des Kolbens teilweise auf der der Kurbelwelle zugewandten Seite einer von der Kolbenkante aufgespannten Ebene.To simultaneously maintain a high level of turbulence and flow for mixture preparation and to obtain mixture transport in the ignition area, it is provided that at least in the end range of the first guide rib, its inner flow guide surface for fuel introduction direction is directed. The surface of the piston is advantageously partially on the side facing the crankshaft of a plane spanned by the piston edge.

Die Kolbenstirnfläche kann muldenartige Vertiefungen aufweisen, wobei der Muldenboden nicht eben sein muß und auch eine leichte Bombierung in Richtung der Zündeinrichtung auf­ weisen kann.The piston face can have trough-like depressions, the trough bottom does not have to be level and also has a slight crown in the direction of the ignition device can point.

In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist vorgesehen, daß die innere Strömungsleitfläche zumindest einer Leitrippe eine Hinterschneidung von vorzugsweise 0° bis 30°, gemessen zu einer Kolbenachsenparallelen, aufweist. Durch die Hinterschneidung werden schwere Ge­ mischteile eingefangen und durch die hohen Tangentialgeschwindigkeiten der Drallströmung rasch abgedampft.In a preferred embodiment it is provided that the inner flow guide surface an undercut of preferably 0 ° to 30 °, measured to at least one guide rib a piston axis parallel. Due to the undercut, heavy Ge mixed parts captured and by the high tangential speeds of the swirl flow evaporated quickly.

Die Leitrippen selbst können äußerst schlank gehalten sein, wobei beispielsweise die Stärke s der Leitrippen so gewählt wird, daß gilt: 0,05 . D < s < 0,13 . D, wobei D der Kolbendurchmes­ ser ist. Die geringe Stärke der Leitrippen verhindert eine übermäßige Materialanhäufung im Brennraumbereich. The guide ribs themselves can be kept extremely slim, for example the thickness s the guide ribs are selected so that the following applies: 0.05. D <s <0.13. D, where D is the piston diameter it is. The low thickness of the guide ribs prevents excessive material accumulation in the Combustion chamber area.  

Zur Erhaltung eines hohen Strömungsniveaus im Brennraum ist es weiters vorteilhaft, wenn der minimale Abstand zwischen der äußeren Strömungsleitfläche im Endbereich der ersten Leitrippe und der inneren Strömungsleitfläche der zweiten Leitrippe zwischen 0,05 . D und 0,25 . D liegt, wobei D der Kolbendurchmesser ist. Die Gemischaufbereitung nach der Kraft­ stoffeinbringung wird weiters begünstigt, wenn der Abstand zwischen den äußeren Strö­ mungsleitflächen der ersten und zweiten Leitrippe - gemessen in einer durch die Kolbenachse verlaufenden Motorhochebene quer zur Längsachse der Kraftstoffeinbringungseinrichtung, in welcher vorzugsweise die Kurbelwellenachse liegt - zwischen 0,35 . D und 0,75 . D beträgt, wobei D der Kolbendurchmesser ist. Um eine optimale Strömungsrückführung zum Zündbe­ reich zu erhalten kann weiters vorgesehen sein, daß der Abstand b zwischen dem Endbereich der zweiten Leitrippe und der Kolbenachse so gewählt wird, daß gilt: 0,1 . D < b < 0,32 . D, wobei D der Kolbendurchmesser ist.To maintain a high flow level in the combustion chamber, it is also advantageous if the minimum distance between the outer flow guide surface in the end region of the first Guide rib and the inner flow guide surface of the second guide rib between 0.05. D and 0.25. D is where D is the piston diameter. Mixture preparation according to strength The introduction of material is also favored if the distance between the outer streams mungsleitflächen the first and second guide rib - measured in one by the piston axis running engine plateau transverse to the longitudinal axis of the fuel introduction device, in which is preferably the crankshaft axis - between 0.35. D and 0.75. D is where D is the piston diameter. For optimal flow return to the Zündbe To get rich can also be provided that the distance b between the end region the second guide rib and the piston axis is selected so that the following applies: 0.1. D <b <0.32. D, where D is the piston diameter.

Um eine gute Gemischaufbereitung und eine hohe Beschleunigung der Drallströmung zu er­ reichen, ist es weiters von Vorteil, wenn der Anfangsbereich der ersten Leitrippe so angeord­ net ist, daß folgende Winkelbeziehung gilt: 170° < α1 < 90°, wobei α1 der um die Kolbenachse gemessene Winkel zwischen einer durch die Kolbenachse und die Mündung der Kraftstoff­ einbringungseinrichtung aufgespannten Bezugsebene einerseits und dem Anfangsbereich der ersten Leitrippe andererseits ist, und wobei die Bezugsebene vorzugsweise normal zur Kur­ belwellenachse liegt. Der Endbereich der ersten Leitrippe sollte dabei in einem Winkelbereich α2 zwischen -30° und -90° liegen, wobei α2 der um die Kolbenachse gemessene Winkel zwischen der Bezugsebene und dem Endbereich der ersten Leitrippe ist.In order to achieve a good mixture preparation and a high acceleration of the swirl flow, it is also advantageous if the starting area of the first guide rib is arranged in such a way that the following angular relationship applies: 170 ° <α 1 <90 °, where α 1 is the order the piston axis is the measured angle between a reference plane spanned by the piston axis and the mouth of the fuel introduction device on the one hand and the initial region of the first guide rib on the other hand, and the reference plane is preferably normal to the shaft axis. The end region of the first guide rib should lie in an angular range α 2 between -30 ° and -90 °, where α 2 is the angle measured around the piston axis between the reference plane and the end region of the first guide rib.

Versuche haben gezeigt, daß eine hohe Tangentialgeschwindigkeit der Drallströmung erreicht werden kann, wenn der Anfangsbereich der zweiten Leitrippe in einem Winkelbereich β1 zwi­ schen 0° und 70° angeordnet ist, wobei β1 der um die Kolbenachse gemessene Winkel zwi­ schen der Bezugsebene und dem Anfangsbereich der zweiten Leitrippe ist. Um eine rasche Rückführung der vagabundierenden Kraftstoffteilchen zum Zündbereich zu erreichen ist weiters vorgesehen, daß der Endbereich der zweiten Leitrippe so angeordnet ist, daß gilt: - 90° < β2 < -160°, wobei β2 der um die Kolbenachse gemessene Winkel zwischen der Bezug­ sebene und dem Endbereich der zweiten Leitrippe ist.Experiments have shown that a high tangential velocity of the swirl flow can be achieved if the initial region of the second guide rib is arranged in an angular range β 1 between 0 ° and 70 °, where β 1 is the angle measured around the piston axis between the reference plane and the Initial area of the second guide rib is. In order to achieve a rapid return of the stray fuel particles to the ignition area, it is further provided that the end area of the second guide rib is arranged such that: - 90 ° <β 2 <-160 °, where β 2 is the angle between the piston axis measured Reference plane and the end region of the second guide rib is.

Insbesondere bei Ausführungsvarianten mit mehreren Einlaßventilen hat es sich als für die Beschleunigung der Drallströmung günstig erwiesen, wenn der Anfangsbereich der ersten Leitrippe unter einem Einlaßventil angeordnet ist. Der Endbereich der zweiten Leitrippe kann sowohl bei Motoren mit einem als auch mit mehreren Einlaßventilen unter einem Einlaßventil angeordnet sein.In particular in the case of design variants with several inlet valves, it has proven to be suitable for the Acceleration of the swirl flow proved beneficial when the initial range of the first Guide rib is arranged under an inlet valve. The end region of the second guide rib can for engines with one as well as with multiple intake valves under one intake valve be arranged.

Die Leitrippen werden in ihrer Höhe vorteilhafterweise der Form der Brennraumdeckfläche angepaßt, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, daß sich die Leitrippen im oberen Totpunkt der Kolbenbewegung bis auf einen Restabstand, vorzugsweise zwischen 1 und 5 mm, der vor­ zugsweise dachförmig ausgebildeten Brennraumdeckfläche annähern und im wesentlichen parallel zu dieser verlaufen. Dabei ist es völlig ausreichend, wenn die maximale Höhe hm der Leitrippen so gewählt wird, daß gilt: 0,07 . D < hm < 0,25 . D, wobei D der Kolbendurchmesser ist. Eine zu starke Erhöhung des Kolbens kann dadurch vermieden werden.The height of the guide ribs is advantageously adapted to the shape of the combustion chamber cover surface, it being preferably provided that the guide ribs in the top dead center of the piston movement come close to a residual distance, preferably between 1 and 5 mm, of the combustion chamber cover surface, which is preferably roof-shaped, and essentially parallel run to this. It is entirely sufficient if the maximum height h m of the guide ribs is selected so that the following applies: 0.07. D <h m <0.25. D, where D is the piston diameter. An excessive increase in the piston can be avoided.

Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to the figures.

Es zeigt:It shows:

Fig. 1 die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine in einem Längsschnitt durch den Kol­ ben nach der Linie I-I in Fig. 2, Fig. 1, the internal combustion engine according to the invention in a longitudinal section through the Kol ben along the line II in Fig. 2,

Fig. 2 eine Draufsicht auf den teilweise geschnittenen Kolben gemäß der Linie II-II in Fig. 1, Fig. 2 is a plan view of the partially sectioned piston according to the line II-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch den Kolben gemäß der Linie III-III in Fig. 2, Fig. 3 shows a longitudinal section through the piston according to the line III-III in Fig. 2,

Fig. 4 eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Kolbens im Längsschnitt ana­ log zu Fig. 3, Fig. 4 shows a variant embodiment of the piston according to the invention in longitudinal section ana log to Fig. 3,

Fig. 5 eine Ausführungsvariante der Erfindung für Brennkraftmaschinen mit drei Ven­ tilen pro Zylinder und Fig. 5 shows an embodiment of the invention for internal combustion engines with three Ven valves per cylinder and

Fig. 6 eine Ausführungsvariante der Erfindung für Brennkraftmaschinen mit zwei Ven­ tilen pro Zylinder. Fig. 6 shows an embodiment of the invention for internal combustion engines with two Ven valves per cylinder.

Funktionsgleiche Teile sind in den Ausführungsvarianten mit gleichen Bezugszeichen verse­ hen.Parts with the same function have the same reference numerals in the design variants hen.

In einem Zylinder 1 ist ein hin- und hergehender Kolben 2 angeordnet. Die Oberfläche 3 des Kolbens 2 bildet zusammen mit der durch den Zylinderkopf 4 dachförmig ausgebildeten Brennraumdeckfläche 5 einen Brennraum 6 aus, in welchen im Bereich der Kolbenachse 7 eine Zündeinrichtung 8 und eine Kraftstoffeinbringungseinrichtung 9 einmündet, deren Mündung 10 sich am Rand des Brennraumes 6 befindet. Die Längsachse der Kraftstoffein­ bringungseinrichtung ist mit 11 bezeichnet. Die Kraftstoffeinbringungseinrichtung 9 ist so angeordnet, daß ein eingespritzter Kraftstoffstrahl 12 zur Kolbenachse 7 gerichtet ist und der Kraftstoffstrahl 12 etwa im Bereich der Brennraummitte im oberen Totpunkt des Kolbens 2 auf dessen Oberfläche 3 auftrifft.A reciprocating piston 2 is arranged in a cylinder 1 . The surface 3 of the piston 2 , together with the combustion chamber cover surface 5 , which is roof-shaped by the cylinder head 4, forms a combustion chamber 6 , in which an ignition device 8 and a fuel introduction device 9 , whose mouth 10 is located at the edge of the combustion chamber 6, open in the region of the piston axis 7 . The longitudinal axis of the fuel introduction device is designated 11. The fuel introduction device 9 is arranged such that an injected fuel jet 12 is directed toward the piston axis 7 and the fuel jet 12 strikes the surface 3 of the piston 2 approximately in the area of the center of the combustion chamber at the top dead center of the piston 2 .

Die Oberfläche des Kolbens 2 weist eine erste Leitrippe 13 und eine zweite Leitrippe 14 auf, wobei beide Leitrippen 13, 14 asymmetrisch und bogenförmig gestaltet sind. Die konkaven, inneren Strömungsleitflächen 15 bzw. 16 der ersten Leitrippe 13 bzw. der zweiten Leitrippe 14 sind dabei - in Richtung der Kolbenachse 7 betrachtet - zur Zündeinrichtung 8 gerichtet. Die äußeren Strömungsleitflächen der ersten Leitrippe 13 bzw. der zweiten Leitrippe 14 sind mit 17 bzw. 18 bezeichnet. Der Anfangsbereich 19 bzw. 20 der ersten Leitrippe 13 bzw. der zweiten Leitrippe 14 liegt im Bereich des Kolbenrandes 2a. Vom Anfangsbereich 19, 20 weg nähert sich die erste Leitrippe 13 und die zweite Leitrippe 14 in stetig zunehmenden, ge­ krümmten Bögen der Zündeinrichtung 8, wobei der Endbereich 21 der ersten Leitrippe 13 einen geringeren Abstand zur Zündeinrichtung 8 aufweist als der Endbereich 22 der zweiten Leitrippe 14. Auf der der Mündung 10 der Kraftstoffeinbringungseinrichtung 9 gegenüber­ liegenden Kolbenseite bildet die äußere Strömungsleitfläche 17 der ersten Leitrippe 13 mit der inneren Strömungsleitfläche 18 der zweiten Leitrippe 14 eine rinnenförmige Verengung 23 aus, wie den Fig. 1 und 2 zu entnehmen ist.The surface of the piston 2 has a first guide rib 13 and a second guide rib 14 , both guide ribs 13 , 14 being designed asymmetrically and in an arc shape. The concave, inner flow guide surfaces 15 and 16 of the first guide rib 13 and the second guide rib 14 are - viewed in the direction of the piston axis 7 - directed towards the ignition device 8 . The outer flow guide surfaces of the first guide rib 13 and the second guide rib 14 are denoted by 17 and 18, respectively. The initial region 19 or 20 of the first guide rib 13 or the second guide rib 14 is in the region of the piston rim 2 a. From the initial area 19 , 20 away the first guide rib 13 and the second guide rib 14 approach the ignition device 8 in continuously increasing, curved arches, the end area 21 of the first guide rib 13 being at a smaller distance from the ignition device 8 than the end area 22 of the second guide rib 14 . On the piston side opposite the mouth 10 of the fuel introduction device 9 , the outer flow guide surface 17 of the first guide rib 13 forms a trough-shaped constriction 23 with the inner flow guide surface 18 of the second guide rib 14 , as can be seen in FIGS . 1 and 2.

Der Anfangsbereich 19 befindet sich in einem Winkel α1 zwischen 90° und 170°, wobei der Winkel α1 von einer die Kolbenachse 7 und die Mündung 10 aufgespannten Bezugsebene 24 weg gemessen wird. Die Bezugsebene 24 kann dabei mit der Motorquerebene 25 zusammen­ fallen, oder zu dieser geneigt sein (Fig. 6).The initial region 19 is at an angle α 1 between 90 ° and 170 °, the angle α 1 being measured away from a reference plane 24 spanning the piston axis 7 and the mouth 10 . The reference plane 24 can coincide with the engine transverse plane 25 or be inclined to it ( FIG. 6).

Der Endbereich 21 der ersten Leitrippe 13 ist so angeordnet, daß gilt: -30° < α2 < -90°, bezo­ gen auf die Bezugsebene 24. Der Anfangsbereich 20 der zweiten Leitrippe 14 befindet sich in einem Winkelbereich β1 zwischen 0 und 70° von der Bezugsebene 24 entfernt. Der Endbe­ reich 22 der zweiten Leitrippe 14 befindet sich auf der Seite der Kraftstoffeinbringungsein­ richtung 9, wobei die Bedingung: -90° < β2 < -160° erfüllt ist. Der Winkel β2 wird dabei von der Bezugsebene 24 zum Endbereich 22 der zweiten Leitrippe 14 gemessen.The end region 21 of the first guide rib 13 is arranged such that the following applies: -30 ° <α 2 <-90 °, with respect to the reference plane 24 . The initial region 20 of the second guide rib 14 is located in an angular range β 1 between 0 and 70 ° from the reference plane 24 . The Endbe range 22 of the second guide rib 14 is located on the side of the fuel injection device 9 , the condition: -90 ° <β 2 <-160 ° being fulfilled. The angle β 2 is measured from the reference plane 24 to the end region 22 of the second guide rib 14 .

Der Endbereich 22 der zweiten Leitrippe 14 weist von der Zündeinrichtung 8 einen Abstand b zwischen 0,1 mal dem Kolbendurchmesser D und 0,32 mal dem Kolbendurchmesser D auf. Die erste Leitrippe 13 und zweite Leitrippe 14 sind - gemessen in einer durch die Kolbenachse 7 verlaufenden Motorhochebene 26 quer zur Längsachse 11 der Kraftstoffeinbringungsein­ richtung 9 - voneinander um einen Wert a zwischen 0,35 mal dem Kolbendurchmesser D und 0,75 mal dem Kolbendurchmesser D beabstandet. Der minimale Abstand c zwischen der äu­ ßeren Strömungsleitfläche 17 im Endbereich 21 der ersten Leitrippe 13 und der inneren Leit­ fläche 16 der zweiten Leitrippe 14 beträgt zwischen 0,05 mal dem Kolbendurchmesser D und 0,25 mal dem Kolbendurchmesser D.The end region 22 of the second guide rib 14 is at a distance b from the ignition device 8 between 0.1 times the piston diameter D and 0.32 times the piston diameter D. The first guide rib 13 and second guide rib 14 are - measured in a motor plane 26 extending through the piston axis 7 transversely to the longitudinal axis 11 of the fuel introduction device 9 - from one another by a value a between 0.35 times the piston diameter D and 0.75 times the piston diameter D. spaced. The minimum distance c between the outer flow guide surface 17 in the end region 21 of the first guide rib 13 and the inner guide surface 16 of the second guide rib 14 is between 0.05 times the piston diameter D and 0.25 times the piston diameter D.

Die erste und zweite Leitrippe 13, 14 können sehr schmal ausgeführt werden, wobei die Dicke s der Leitrippen zwischen 0,05 und 0,12 mal dem Kolbendurchmesser D liegt. Dadurch wird eine übermäßige Materialanhäufung im Brennraumbereich vermieden. Die Höhe der ersten und zweiten Leitrippe 13, 14 ist so gewählt, daß sich die Leitrippen 13, 14 im oberen Tot­ punkt der Kolbenbewegung bis auf einen Restabstand, der zwischen 1 und 5 mm betragen kann, der dachförmigen Brennraumdeckfläche 5 annähern und im wesentlichen parallel zu dieser verlaufen. Die maximale Höhe hm beträgt dabei zwischen 0,07 und 0,25 mal dem Kol­ bendurchmesser D.The first and second guide ribs 13 , 14 can be made very narrow, the thickness s of the guide ribs being between 0.05 and 0.12 times the piston diameter D. This avoids excessive material accumulation in the combustion chamber area. The height of the first and second guide ribs 13 , 14 is selected so that the guide ribs 13 , 14 in the top dead center of the piston movement up to a remaining distance, which can be between 1 and 5 mm, approach the roof-shaped combustion chamber cover surface 5 and essentially parallel run to this. The maximum height h m is between 0.07 and 0.25 times the piston diameter D.

Die erfindungsgemäße Kolbenausbildung ist auf keine bestimmte Ventilzahl beschränkt. Sie eignet sich sowohl für Brennkraftmaschinen mit zwei Einlaßventilen 27 und zwei Auslaßven­ tilen 28, wie in Fig. 2 dargestellt ist, aber auch für Brennkraftmaschinen mit zwei Einlaßven­ tilen 27 und einem einzigen Auslaßventil 28 (Fig. 5), und genauso für Brennkraftmaschinen mit einem Einlaßventil 27 und einem Auslaßventil 28, wie in Fig. 6 dargestellt ist.The piston design according to the invention is not limited to a specific number of valves. It is suitable for both internal combustion engines with two inlet valves 27 and two Auslaßven valves 28 , as shown in Fig. 2, but also for internal combustion engines with two inlet valves 27 and a single outlet valve 28 ( Fig. 5), and also for internal combustion engines with one Inlet valve 27 and an outlet valve 28 , as shown in Fig. 6.

Die Oberfläche 3 des Kolbens 2 kann teilweise auf der der Kurbelwellenachse zugewandten Seite einer durch die Kolbenkante 2a aufgespannten Ebene 29 liegen. Dabei ist es möglich, daß der zwischen den inneren Strömungsleitflächen 15 und 16 der ersten Leitrippe 13 und der zweiten Leitrippe 14 liegende Bereich der Oberfläche 3 als Kolbenmulde ausgebildet ist.The surface 3 of the piston 2 can be partially on the side facing the crankshaft axis lie side of a piston by the edge 2 a plane spanned 29th It is possible that the area of the surface 3 lying between the inner flow guide surfaces 15 and 16 of the first guide rib 13 and the second guide rib 14 is designed as a piston recess.

Ein von der Kraftstoffeinbringungseinrichtung 9 eingespritzter Kraftstoffstrahl 12 trifft etwa im Bereich der Kolbenachse 7 auf die Oberfläche 3 des Kolbens 2 auf. Durch die seitliche Einspritzung kann es vorkommen, daß Kraftstoffteilchen von der Oberfläche zurückprallen und über die erste Leitrippe 13 hinweggeschleudert werden. Sie gelangen dabei in die Veren­ gung 23 hinter der ersten Leitrippe 13, welche von der zweiten Leitrippe 14 begrenzt wird und werden von der in diesem Bereich beschleunigten Drallströmung mitgerissen und zwischen den beiden Leitrippen 13, 14 in den Bereich der Zündeinrichtung 8 zurückgeführt. Durch die besondere Ausbildung der ersten und zweiten Leitrippe 13, 14 müssen die Kraftstoffteilchen dabei einen nur sehr kurzen Strömungsweg zurücklegen, weshalb sie nach einer nur kurzen Verzögerung bei der Zündeinrichtung 8 eintreffen und bei der Entflammung des Kraftstoffes mitwirken können.A fuel jet 12 injected by the fuel introduction device 9 strikes the surface 3 of the piston 2 approximately in the region of the piston axis 7 . Due to the lateral injection, fuel particles may bounce back from the surface and be thrown over the first guide rib 13 . You get into the constriction 23 behind the first guide rib 13 , which is delimited by the second guide rib 14 and are entrained by the swirl flow accelerated in this area and returned between the two guide ribs 13 , 14 in the area of the ignition device 8 . Due to the special design of the first and second guide ribs 13 , 14 , the fuel particles have to cover only a very short flow path, which is why they arrive at the ignition device 8 after a short delay and can participate in the ignition of the fuel.

Wie durch die Strömungspfeile 30 und 31 in Fig. 2, 5 und 6 angedeutet ist, wird die einlaßge­ nerierte Drallströmung durch die Leitrippen 13, 14 unterstützt. Dabei ist sowohl die zwischen äußerer Strömungsleitfläche 17 der ersten Leitrippe 13 und der inneren Strömungsleitfläche 16 der zweiten Leitrippe 14 geführte Strömung 30 als auch die außerhalb der äußeren Strö­ mungsleitfläche 18 der zweiten Leitrippe 14 geführte Strömung 31 in den Bereich der Zündeinrichtung 8 nahe der Kolbenachse 7 geführt.As indicated by the flow arrows 30 and 31 in Fig. 2, 5 and 6, the einlaßge-generated swirl flow is supported by the guide ribs 13 , 14 . Both the flow 30 guided between the outer flow guide surface 17 of the first guide rib 13 and the inner flow guide surface 16 of the second guide rib 14 as well as the flow 31 outside the outer flow guide surface 18 of the second guide rib 14 into the area of the ignition device 8 near the piston axis 7 guided.

Wie in Fig. 4 angedeutet ist, können die inneren Strömungsleitflächen 15 bzw. 16 der ersten Leitrippe 13 bzw. der zweiten Leitrippe 14 um einen Winkel δ der - bezogen auf eine Kolben­ achsenparallele 7a - zwischen 0° und 30° betragen kann, hinterschnitten sein. Dies hat den Vorteil, daß schwerere Gemischteile eingefangen werden und dort durch die hohen Tangenti­ algeschwindigkeiten der Strömungen 30 und 31 rasch abgedampft werden. . As indicated in Figure 4, the inner flow guide can 15 and 16 of the first guide rib 13 and second guide rib 14 by an angle δ of - with respect to a piston axis parallel 7a - can be between 0 ° and 30 °, undercut his. This has the advantage that heavier mixture parts are caught and there are rapidly evaporated by the high Tangenti al speeds of the currents 30 and 31 .

Die besten Ergebnisse werden mit einer dachförmigen Brennraumdeckfläche 5 erzielt, wobei der durch die Einlaßventilachse 27a und die Auslaßventilachse 28a aufgespannte Ventilwinkel γ etwa 10 bis 60° beträgt.The best results are achieved with a roof-shaped combustion chamber top surface 5 , the valve angle γ spanned by the inlet valve axis 27 a and the outlet valve axis 28 a being approximately 10 to 60 °.

Claims (19)

1. Brennkraftmaschine mit Fremdzündung und zumindest einem hin- und hergehenden Kolben (2), mit einer etwa im Bereich der Kolbenachse (7) angeordneten Zündeinrich­ tung (8) und mindestens einer Kraftstoffeinbringungseinrichtung (9) pro Zylinder (1) zur direkten Kraftstoffeinbringung zur Kolbenachse (7) hin, sowie mit zumindest einem eine Drallströmung im Brennraum (6) erzeugenden Einlaßkanal, wobei die Oberfläche (3) des Kolbens (2) eine die Drallbewegung der Zylinderladung unterstützende, asymmetrische, bogenförmige erste Leitrippe (13) mit einer - in Richtung der Kolbenachse (7) betrachtet - konkaven inneren (15) und einer konvexen äußeren Strömungsleitfläche (17) aufweist, deren innere Strömungsleitfläche (15) zur Zündeinrichtung (8) gerichtet ist, und deren Anfangsbereich (19) einen größeren Abstand zur Zündeinrichtung (8) aufweist als deren Endbereich (21), dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (3) des Kolbens (2) eine die Drallbewegung der Zylinderladung unterstützende, asymmetrische, bogenförmige zweite Leitrippe (14) mit einer konkaven inneren (16) und einer konvexen äußeren Strömungsleitfläche (18) aufweist, deren innere Strömungsleitfläche (16) zur Zündeinrichtung (8) gerichtet ist, und deren Anfangsbereich (20) einen größeren Abstand zur Zündeinrichtung (8) aufweist als deren Endbereich (22), daß die erste und zweite Leitrippe (13, 14) voneinander beabstandet sind und die zweite Leitrippe (14) zumindest teilweise um die erste Leitrippe (13), vorzugsweise um deren Endbereich (21), herumgeführt ist, und daß die äußere Strömungsleitfläche (17) der ersten Leitrippe (13) und die innere Strömungsleitfläche (16) der zweiten Leitrippe (14) zumindest in einem der Kraftstoffeinbringungseinrichtung (9) bezüglich der Kolbenachse (7) gegen­ überliegenden Bereich eine rinnenartige Verengung (23) bilden.1. Internal combustion engine with spark ignition and at least one reciprocating piston ( 2 ), with an approximately in the region of the piston axis ( 7 ) arranged Zündeinrich device ( 8 ) and at least one fuel introduction device ( 9 ) per cylinder ( 1 ) for direct fuel introduction to the piston axis ( 7 ), as well as with at least one inlet duct which produces a swirl flow in the combustion chamber ( 6 ), the surface ( 3 ) of the piston ( 2 ) supporting an asymmetrical, arc-shaped first guide rib ( 13 ) which supports the swirl movement of the cylinder charge and which has a direction viewed from the piston axis ( 7 ) - has a concave inner ( 15 ) and a convex outer flow guide surface ( 17 ), the inner flow guide surface ( 15 ) of which is directed towards the ignition device ( 8 ), and whose initial region ( 19 ) is at a greater distance from the ignition device ( 8 ) has as its end region ( 21 ), characterized in that the surface ( 3 ) of the piston ( 2 ) e has the asymmetrical, arc-shaped second guide rib ( 14 ) which supports the swirl movement of the cylinder charge and has a concave inner ( 16 ) and a convex outer flow guide surface ( 18 ), the inner flow guide surface ( 16 ) of which is directed towards the ignition device ( 8 ), and the initial region ( 20 ) is at a greater distance from the ignition device ( 8 ) than its end region ( 22 ), that the first and second guide ribs ( 13 , 14 ) are spaced apart and the second guide rib ( 14 ) is at least partially around the first guide rib ( 13 ), preferably around its end region ( 21 ), and that the outer flow guide surface ( 17 ) of the first guide rib ( 13 ) and the inner flow guide surface ( 16 ) of the second guide rib ( 14 ) in at least one of the fuel introduction device ( 9 ) with respect to the piston axis ( 7 ) form a groove-like constriction ( 23 ) opposite the area. 2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmung zumindest einer Leitrippe (13, 14) zum Endbereich (21, 22) hin zunimmt.2. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the curvature of at least one guide rib ( 13 , 14 ) increases towards the end region ( 21 , 22 ). 3. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Endbe­ reich. (21) der ersten Leitrippe (13) einen kleineren Abstand zur Zündeinrichtung (8) aufweist, als der Endbereich (22) der zweiten Leitrippe (14).3. Internal combustion engine according to one of claims 1 or 2, characterized in that the Endbe rich. ( 21 ) of the first guide rib ( 13 ) has a smaller distance from the ignition device ( 8 ) than the end region ( 22 ) of the second guide rib ( 14 ). 4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anfangsbereich (19, 20) zumindest einer Leitrippe (13, 14), vorzugsweise der zweiten Leitrippe (14), im Bereich des Kolbenrandes angeordnet ist.4. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 3, characterized in that the initial region ( 19 , 20 ) of at least one guide rib ( 13 , 14 ), preferably the second guide rib ( 14 ), is arranged in the region of the piston rim. 5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest im Endbereich (21) der ersten Leitrippe (13) deren innere Strömungsleitfläche (15) zur Kraftstoffeinbringungseinrichtung (9) hin gerichtet ist. 5. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 4, characterized in that at least in the end region ( 21 ) of the first guide rib ( 13 ) whose inner flow guide surface ( 15 ) is directed towards the fuel introduction device ( 9 ). 6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (3) des Kolbens (2) teilweise auf der der Kurbelwelle zugewandten Seite einer von der Kolbenkante (2a) aufgespannten Ebene (29) liegt.6. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 5, characterized in that the surface ( 3 ) of the piston ( 2 ) is partially on the side facing the crankshaft of one of the piston edge ( 2 a) spanned plane ( 29 ). 7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Strömungsleitfläche (15, 16) zumindest einer Leitrippe (13, 14) eine Hinter­ schneidung (δ) von vorzugsweise 0° bis 30°, gemessen zu einer Kolbenachsenparallelen (7a), aufweist.7. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 6, characterized in that the inner flow guide surface ( 15 , 16 ) at least one guide rib ( 13 , 14 ) an undercut (δ) of preferably 0 ° to 30 °, measured to a piston axis parallel ( 7 a). 8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Höhe hm der Leitrippen (13, 14) so gewählt wird, daß gilt: 0,07 . D < hm < 0,25 . D, wobei D der Kolbendurchmesser ist.8. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 7, characterized in that the maximum height h m of the guide ribs ( 13 , 14 ) is selected so that the following applies: 0.07. D <h m <0.25. D, where D is the piston diameter. 9. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke s der Leitrippen (13, 14) 50 gewählt wird, daß gilt: 0,05 . D < s < 0,13 . D, wo­ bei D der Kolbendurchmesser ist.9. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 8, characterized in that the thickness s of the guide ribs ( 13 , 14 ) 50 is selected, that is: 0.05. D <s <0.13. D, where D is the piston diameter. 10. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der minimale Abstand (c) zwischen der äußeren Strömungsleitfläche (17) im Endbereich (21) der ersten Leitrippe (13) und der inneren Strömungsleitfläche (16) der zweiten Leitrippe (14) zwischen 0,05 . D und 0,25 . D liegt, wobei D der Kolbendurchmesser ist.10. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 9, characterized in that the minimum distance (c) between the outer flow guide surface ( 17 ) in the end region ( 21 ) of the first guide rib ( 13 ) and the inner flow guide surface ( 16 ) of the second guide rib ( 14 ) between 0.05. D and 0.25. D is where D is the piston diameter. 11. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (a) zwischen den äußeren Strömungsleitflächen (17, 18) der ersten und zweiten Leitrippe (13, 14) - gemessen in einer durch die Kolbenachse (7) verlaufenden Motorhochebene (26) quer zur Längsachse (11) der Kraftstoffeinbringungseinrichtung (9), in welcher vorzugsweise die Kurbelwellenachse liegt - zwischen 0,35 . D und 0,75 . D beträgt, wobei D der Kolbendurchmesser ist.11. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 10, characterized in that the distance (a) between the outer flow guide surfaces ( 17 , 18 ) of the first and second guide rib ( 13 , 14 ) - measured in a through the piston axis ( 7 ) Engine plane ( 26 ) transverse to the longitudinal axis ( 11 ) of the fuel introduction device ( 9 ), in which the crankshaft axis is preferably - between 0.35. D and 0.75. D is where D is the piston diameter. 12. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand b zwischen dem Endbereich (22) der zweiten Leitrippe (14) und der Kol­ benachse (7) so gewählt wird, daß gilt: 0,1 . D < b < 0,32 . D, wobei D der Kolben­ durchmesser ist.12. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 11, characterized in that the distance b between the end region ( 22 ) of the second guide rib ( 14 ) and the Kol benachse ( 7 ) is selected such that: 0.1. D <b <0.32. D, where D is the piston diameter. 13. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Anfangsbereich (19) der ersten Leitrippe (13) so angeordnet ist, daß folgende Win­ kelbeziehung gilt: 170° < α1 < 90°, wobei α1 der um die Kolbenachse (7) gemessene Winkel zwischen einer durch die Kolbenachse (7) und die Mündung (10) der Kraftstoff­ einbringungseinrichtung (9) aufgespannten Bezugsebene (24) einerseits und dem An­ fangsbereich (19) der ersten Leitrippe (13) andererseits ist, und wobei die Bezugsebene (24) vorzugsweise normal zur Kurbelwellenachse liegt.13. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 12, characterized in that the initial region ( 19 ) of the first guide rib ( 13 ) is arranged such that the following win relationship applies: 170 ° <α 1 <90 °, where α 1 is the order the piston axis ( 7 ) measured angle between a reference plane ( 24 ) spanned by the piston axis ( 7 ) and the mouth ( 10 ) of the fuel introduction device ( 9 ) on the one hand and the initial region ( 19 ) of the first guide rib ( 13 ) on the other, and the reference plane ( 24 ) preferably being normal to the crankshaft axis. 14. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Endbereich (21) der ersten Leitrippe (13) so angeordnet ist, daß gilt: -30° < α2 < -90°, wobei α2 der um die Kolbenachse (7) gemessene Winkel zwischen der Bezugsebene (24) und dem Endbereich (21) der ersten Leitrippe (13) ist.14. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 13, characterized in that the end region ( 21 ) of the first guide rib ( 13 ) is arranged such that the following applies: -30 ° <α 2 <-90 °, where α 2 the Piston axis ( 7 ) measured angle between the reference plane ( 24 ) and the end region ( 21 ) of the first guide rib ( 13 ). 15. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Anfangsbereich (20) der zweiten Leitrippe (14) so angeordnet ist, daß gilt: 0° < β1 < 70°, wobei β1 der um die Kolbenachse (7) gemessene Winkel zwischen der Bezugsebene (24) und dem Anfangsbereich (20) der zweiten Leitrippe (14) ist.15. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 14, characterized in that the initial region ( 20 ) of the second guide rib ( 14 ) is arranged such that: 0 ° <β 1 <70 °, where β 1 is about the piston axis ( 7 ) is the measured angle between the reference plane ( 24 ) and the initial region ( 20 ) of the second guide rib ( 14 ). 16. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 1 S. dadurch gekennzeichnet, daß der Endbereich (22) der zweiten Leitrippe (14) so angeordnet ist, daß gilt: -90° < β2 < - 160°, wobei β2 der um die Kolbenachse (7) gemessene Winkel zwischen der Bezugs­ ebene (24) und dem Endbereich (22) der zweiten Leitrippe (14) ist.16. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 1 S. characterized in that the end region ( 22 ) of the second guide rib ( 14 ) is arranged such that the following applies: -90 ° <β 2 <- 160 °, where β 2 is the order the piston axis ( 7 ) is the measured angle between the reference plane ( 24 ) and the end region ( 22 ) of the second guide rib ( 14 ). 17. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Anfangsbereich (19) der ersten Leitrippe (13) unter einem Einlaßventil (27) angeord­ net ist.17. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 16, characterized in that the initial region ( 19 ) of the first guide rib ( 13 ) is angeord net under an inlet valve ( 27 ). 18. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Endbereich (22) der zweiten Leitrippe (14) unter einem Einlaßventil (27) angeordnet ist.18. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 17, characterized in that the end region ( 22 ) of the second guide rib ( 14 ) is arranged under an inlet valve ( 27 ). 19. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Leitrippen (13, 14) im oberen Totpunkt der Kolbenbewegung bis auf einen Restabstand, vorzugsweise zwischen 1 und 5 mm, der vorzugsweise dachförmig ausge­ bildeten Brennraumdeckfläche (5) annähern und im wesentlichen parallel zu dieser ver­ laufen.19. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 18, characterized in that the guide ribs ( 13 , 14 ) in the top dead center of the piston movement to a remaining distance, preferably between 1 and 5 mm, the roof-shaped combustion chamber top surface ( 5 ) approach and run essentially parallel to this ver.
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