DE2918097A1

DE2918097A1 - Piston for spark ignition IC engine - has recess providing combustion space and spiral inlet to provide vortex movement of mixture

Info

Publication number: DE2918097A1
Application number: DE19792918097
Authority: DE
Inventors: Yoshikazu Ishikawa; Kazuaki Kobayashi
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1978-05-04
Filing date: 1979-05-04
Publication date: 1979-11-08
Also published as: AU4643379A; JPS54145808A

Abstract

The engine has a cylinder head (18) with a dished recess (20) forming the end of the cylinder (14). The inlet and exhaust valvs (22b, 30b) open into this recess. The inlet passage (28) in the head above the valve is spiralled to give the entering mixture a vortex motion. The piston (16) has a crown (52) which is dished outwards to match the recess in the head. A very small gap (S) is left between them at top dead centre. A deeper recess (44) in the centre of the crown of the piston forms the combustion chamber. The valves (22b, 30b) partly overlap this recess.

Description

— ο —- ο -

Kolben für Brennkraftmaschine mit Funkenzündung.Piston for internal combustion engine with spark ignition.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung an einer mit Funkenzündung arbeitenden Brennkraftmaschine mit hin-und hergehendem Kolben und betrifft insbesondere eine Verbesserung der Maschine, um eine stabile Verbrennung des Luft-Brennstoff-Gemischs in der Brennkammer unter schwierigen Verbrennungsbedingungen zu erreichen.The invention relates to an improvement in a spark ignition internal combustion engine with a reciprocating motion Piston and relates in particular to an improvement in the engine to ensure stable combustion of the air-fuel mixture in the combustion chamber under difficult combustion conditions.

In Verbindung mit der Abgas-Emissionskontrolle für Brennkraftmaschinen wurde eine Vielzahl von Techniken entwickelt und vorgeschlagen, um den Emissionsspiegel der schädlichen Bestandteile, wie Stickoxyde (HOx), Kohlemonoxyd (CO) und unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC) zu vermindern. Von diesen schädlichen Bestandteilen kann CO und HC relativ leicht in unschädliche Verbindungen überführt werden, z.B. durch einen Y/ärmereaktor oder einen katalytischen Umwandler. NOx ist jedoch schwierig in eine unschädliche Verbindung umzuwandeln, nachdem es aus der Maschine abgeführt ist und daher ist es erforderlich, die Erzeugung von NOx während der Verbrennung in der Brennkammer der Maschine soweit als möglich zu unterdrücken.In connection with exhaust emission control for internal combustion engines a variety of techniques have been developed and proposed to reduce the emission levels of harmful constituents, such as nitrogen oxides (HOx), carbon monoxide (CO) and unburned hydrocarbons (HC). Of these harmful Constituents, CO and HC can be converted relatively easily into harmless compounds, e.g. by means of a low-energy reactor or a catalytic converter. However, NOx is difficult to convert to a harmless compound after it is discharged from the engine and therefore it is necessary to prevent the generation of NOx during combustion in the combustion chamber the machine as far as possible.

Es ist bekannt, dass die Höhe der Temperatur in der BrennkammerIt is known that the level of temperature in the combustion chamber

die Erzeugung von NOx am stärksten begünstigt, und entsprechend erhöht sich der in der Brennkammer erzeugte G-ehalt an NOx mit einer Erhöhung der maximalen Verbrennungstemperatur. Im Hinblick darauf wurdenin der Hauptsache die folgenden Massnahmen verwendet, um die Erzeugung von NOx während der Verbrennung in der Brennkammer zu vermindern. Eine davon ist, die Maschine mit fetten oder mageren Luft-Brennstoff-Gemischen zu betreiben, die ausserhalb des stöchiometrischen Mischungsverhältnisses liegen. Eine andere Llassnahme ist, einen 'Teil der Abgase als Inertgas mit in die Brennkammer eingeführter Ansaugluft zurück in die Brennkammer aufzugeben, was bekannt ist alsthe generation of NOx is most likely to be fostered, and the content generated in the combustion chamber increases accordingly of NOx with an increase in the maximum combustion temperature. In view of this, the following measures were mainly taken used to reduce the generation of NOx during combustion in the combustion chamber. One of them is the machine operate with rich or lean air-fuel mixtures that are outside the stoichiometric mixing ratio lie. Another omission is 'some' of the exhaust gases as inert gas with intake air introduced into the combustion chamber back to the combustion chamber to abandon what is known as

909845/1030909845/1030

EGE (exhaust gas recirculation) - System. Ferner kann die. "erstere Hassnahme zusammen mit der letzteren Massnahme verwendet werden·EGE (exhaust gas recirculation) system. Furthermore, the. "the former Hate speech used in conjunction with the latter measure will·

Jedoch stehen diese Massnahmen den Problemen*"entggegen, die für eine Störung der stabilen Verbrennung in der Brennkammer verantwortlich sind, was zu einem ungleichförmigen Lauf der Maschine führt. Es wird darauf hingewiesen, dass es jetzt dringend erforderlich ist, zufriedenstellende Maschinenstabilität, Brennstoffwirtschaftlichkeit und Antriebseigenschaften zu erhalten, und zusätzlich eine erhebliche Verminderung eines NOx-Emissionsspiegels zu erreichen, um den strengen Emissions-Kontrollstandard zu erfüllen.However, these measures counteract the problems * "that are responsible for a disturbance of the stable combustion in the combustion chamber, which leads to a non-uniform course of the Machine leads. It should be noted that there is now an urgent need to achieve satisfactory machine stability, Fuel economy and propulsion properties too obtained, and in addition to achieve a significant reduction in NOx emission level to meet the strict emission control standard to meet.

Die Erfindung hat das Ziel die verschiedenen Probleme zu lösen, die bei üblichen Maschinen mit den Erfordernissen der Brenn-The invention aims to solve the various problems which in common machines with the requirements of the burning

indemby doing

kraftmaschine auftreten,/durch eine solche Anordnung der Maschine eine hohe Zündcharakteristik und eine gute Verbrennung des Luft-Brennstoff-G-emischs auch bei magerer Verbrennung oder einem hohen rückgeführten Abgasmenge aufrechterhalten wird.engine occur / by such an arrangement of the machine high ignition characteristics and good combustion of the air-fuel mixture even with lean combustion or a high amount of recirculated exhaust gas is maintained.

Es ist die wesentliche der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, eine verbesserte Brennkraftmaschine mit Funkenzündung zu schaffen, die so ausgebildet ist, dass der Emiüsionsspiegel an schädlichen Anteilen gesenkt v/erden kann, wobei gleichzeitig die verschiedenen Betriebserfordernisse der Maschine berücksichtigt sind.It is the essential task on which the invention is based to create an improved internal combustion engine with spark ignition, which is designed in such a way that the emission level of harmful components can be lowered, and at the same time the various operational requirements of the machine are taken into account.

Es ist eine weitere der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, eine verbesserte Brennkraftmaschine mit Funkenzündung zu schaffen, die so angeordnet ist, dass der IJOx-Emissionsspiegel stark gesenkt werden kann, ohne die LaufStabilität, die Brennstoffwirtschaftlichkeit und die Antriebseigenschaften eines mit dieser Maschine ausgerüsteten Kraftfahrzeugs zu beeinträchtigen. It is a further object of the invention to provide an improved internal combustion engine with spark ignition, which is arranged so that the IJOx emission level can be greatly reduced without affecting running stability or fuel economy and to impair the drive properties of a motor vehicle equipped with this machine.

Es ist ein weiterer Gegenstand der Erfindung, eine verbesserteIt is another object of the invention to provide an improved

909845/1030909845/1030

Brennkraftmaschine mit Funkenzündung zu schaffen, in welcher ein starker Y/irbel des Luft-Brennstoff-Gemischs erzeugt und in die Brennkammer der Maschine eingeführt wird, um eine hohe Zündfähigkeit und eine gute Verbrennung des Luft-Brennstoff-Gemischs in der Brennkammer auch bei magerer Verbrennung oder hoher rückgeführter Abgasmenge aufrechtzuerhalten.To create internal combustion engine with spark ignition, in which a strong vortex of the air-fuel mixture is generated and is introduced into the combustion chamber of the engine to ensure high ignitability and good combustion of the air-fuel mixture to be maintained in the combustion chamber even with lean combustion or a high amount of recirculated exhaust gas.

Noch ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist es, eine verbesserte Brennkraftmaschine mit Funkenzündung zu schaffen, die so angeordnet ist, dass ein Wirbel des Luft-Brennstoff-Gemischs beim Ansaughub erzeugt wird, der auch während des Kompressionshubs aufrechterhalten wird, worauf dann der Wirbel durch die Wirkung ' des ausgepressten Luft-Brennstoff-Gemischs beim Kompressionshub der Maschine verstärkt wird ,/aas Luft-Brennstoff-Gemisch in der Brennkammer ausreichend zu mischen, und dadurch eine gute Zündung und eine schnelle Verbrennung des Luft-Brennstoff-Gemischs in der Brennkammer zu bewirken, um eine gleichförmige Verbrennung des Luft-Brennstoff-Gemischs zu erreichen. -Yet another object of the invention is to provide an improved To create internal combustion engine with spark ignition, which is arranged so that a vortex of the air-fuel mixture is generated during the intake stroke, which is also maintained during the compression stroke, whereupon the vortex through the Effect 'of the compressed air-fuel mixture is increased during the compression stroke of the engine, / aas air-fuel mixture to mix sufficiently in the combustion chamber, and thereby good ignition and rapid combustion of the To cause air-fuel mixture in the combustion chamber, to a uniform combustion of the air-fuel mixture reach. -

Gemäss der Erfindung ist also der Kolben einer Brennkraftmaschine mit Funkenzündung an seinem Kolbenboden mit einer schalenförmigen Einbuchtung so ausgebildet, dass eine ringförmige Wandfläche am Kolben verbleibt. Ein Auspressbereich wird zwischen der ringförmigen Wandfläche des Kolbenbodens und der Fläche eines Zylinderkopfes gebildet, wenn der Kolben an seinem oberen Totpunkt liegt. Der in dem Zylincerkopf ausgebildete Ansaugkanal ist so geformt, dass er einen starken Wirbel des Luft-Brennstoff-Gemischs beim Ansaughub der Maschine erzeugt. Der Wirbel kann durch die Wirkung des aus dem Auspressbereich beim Kompressionshub ausgepressten Luft-Brennstoff-Gemischs so verstärkt werden, dass das Luft-Brennstoff-Gemisch in der Brennkammer ausreichend gemischt wird.According to the invention, the piston is therefore of an internal combustion engine with spark ignition on its piston head with a bowl-shaped indentation formed so that an annular Wall surface remains on the piston. A press-out area is between the annular wall surface of the piston head and the Surface of a cylinder head formed when the piston is on its top dead center. The one formed in the cylinder head The intake duct is shaped in such a way that it creates a strong vortex of the air-fuel mixture on the engine's intake stroke. The vortex can be caused by the action of the extrusion area The air-fuel mixture pressed out during the compression stroke is amplified in such a way that the air-fuel mixture in the combustion chamber is mixed sufficiently.

Diese und weitere Gegenstände, Merkmale und Vorteile der Brennkraftmaschine mit Funkenzündung werden aus der folgenden Be-These and other objects, features and advantages of the internal combustion engine with spark ignition are derived from the following

«0*845/1030«0 * 845/1030

Schreibung deutlich., in welcher anhand der Zeichnungen die" Erfindung an einem Ausführungsbeispiel erläutert wird, und in welcher gleiche Bezugszeichen und Kennzeichen für die gleichen Teile und Elemente in allen Figuren verwendet sind.Writing clearly., In which the "invention is explained using an exemplary embodiment, and in which the same reference numerals and identifiers for the same Parts and elements used in all figures are used.

In den Zeichnungen zeigen:In the drawings show:

Pig. 1 einen Axialschnitt durch den wesentlichen Teil einer bevorzugten Ausführungsform einer Brennkraftmaschine mit Funkenzündung,Pig. 1 shows an axial section through the essential part of a preferred embodiment of an internal combustion engine with spark ignition,

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Zylinderkopf, wie er bei der . Maschine gemä'ss Fig. 1 verwendet wird, gesehen aus Richtung der Mittelachse der Zylinderbohrung der Mas chine,Fig. 2 is a plan view of a cylinder head as it is in the. Machine according to Fig. 1 is used, seen from Direction of the central axis of the cylinder bore of the mas chine,

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie I—I in Fig. 2,3 shows a section along the line I-I in FIG.

Fig. 4 teilweise im Schnitt eine Ansicht der Konstruktion eines sowohl für ein Einlass- als auch ein Auslassventil in der Maschine gemäss Fig. 1 verwendeten Ventilkopfes,Fig. 4 is a partially sectional view showing the construction of a valve head used for both an inlet and an outlet valve in the machine according to FIG. 1,

Fig. 5 schematisch eine Draufsicht, welche die Form der Einlassöffnung der Maschine gemäss Fig. 1 zeigt,Fig. 5 is a schematic plan view showing the shape of the inlet port the machine according to Fig. 1 shows,

Fig. 6 teilweise im Schnitt eine Seitenansicht eines in der Maschine gemäss Fig. 1 verwendeten Kolbens,6 shows a side view, partially in section, of a piston used in the machine according to FIG. 1,

Fig. 7 einen Axialschnitt des Kolbens gemäss Fig. 6,7 shows an axial section of the piston according to FIG. 6,

Fig. 8 eine Draufsicht auf den Kolbenboden des Kolbens gemäss Fig. 6 und 7,8 shows a plan view of the piston head of the piston according to FIGS. 6 and 7,

Fig. 9 eine Schrägansicht auf die Maschine gemäss Fig. 1, welche die Bewegung des Wirbels des Luft-Brennstoff-Ge-r mischs beim Ansaughub der Maschine zeigt, undFIG. 9 is an oblique view of the machine according to FIG. 1, showing the movement of the vortex of the air-fuel Ge-r mischs shows during the intake stroke of the machine, and

Fig.10 eine Schrägansicht der Brennkammer der Maschine gemäss Fig. 9> welche die Bewegung des Wirbels des Luft-Erennstoff-C-emischs beim Kompressionshub der Maschine zeigt.10 an oblique view of the combustion chamber of the machine according to Fig. 9 shows the movement of the vortex of the air-fuel-C-emic shows during the compression stroke of the machine.

Die in Fig. 1-8 einschliesslich gezeigte bevorzugte Ausführungsform einer funkengezündeten Brennkraftmaschine mit hin-The preferred embodiment shown inclusive in Figs. 1-8 a spark-ignited internal combustion engine with

909845/1030909845/1030

und hergehenden Kolben hat ein Maschinengehäuse 10. Das Maschinengehäuse 10 ist zusammengesetzt aus einem Zylinderblock 12, in welchen ein oder mehrere Zylinder 14 ausgebildet sind« Jeder Zylinder hat eine Zylinderbohrung 14a. Wie üblich, ist ein Kolben 16 in jeder Zylinderbohrung 14a hin- und her bewegbar angeordnet. Ein Zylinderkopf 18 ist auf der Oberseite des Zylinderblocks über eine Dichtung (kein B'ezugszeichen) befestigt. Der Zylinderkopf 18 ist mit einer kreisförmigen Vertiefung 20 ausgebildet, deren Wandfläche das eine Ende der Zylinderbohrung 14a verschliesst Eine Brennkammer C, in welcher die Füllung verbrannt wird, ist zwischen der Wandflache der Vertiefung 20 und dem Kolbenboden 16a des Kolbens 16 begrenzteand reciprocating piston has a machine housing 10. The machine housing 10 is composed of a cylinder block 12 in which one or more cylinders 14 are formed, each The cylinder has a cylinder bore 14a. As usual, a piston 16 is arranged to be movable to and fro in each cylinder bore 14a. A cylinder head 18 is on top of the cylinder block attached via a seal (no reference mark). The cylinder head 18 is formed with a circular recess 20, the wall surface of which closes one end of the cylinder bore 14a. A combustion chamber C in which the filling is burned, is between the wall surface of the recess 20 and the piston head 16a of the piston 16 limited

Ein Einlassventil'hat einaaVentilschaft 22a, der verschiebbar in einer im Zylinderkopf 18 befestigten Ventilführung 24 liegt und einen Ventilkopf 22b, der gegen einen am Zylinderkopf 18 befestigten Einlassventilsitz 26 anlegbar ist. Ein in dem Zylinderkopf 18 ausgebildeter Einlasskanal 28 ist über das Einlassventil 22 mit der Brennkammer C verbindbar. Ein Auslassventil 30 hat einen Ventilschaft 30a, der verschiebbar in einer im Zylinderkopf 18 befestigten Ventilführung 32 liegt und einem Ventilkopf 30b, der gegen einen im Zylinder 18 befestigten Auslassventilsitz 34 anlegbar ist. Ein Auslasskanal 36 ist mit der Brennkammer C über das Auslassventil 30 verbindbar. Die Achsen des Einlass- und des Auslassventilschaftes 22a und 30a sind in einem Winkel zwischen 12 - 15 bzw. einem Winkel zwischen 15 und 18 gegen die Mittelachse L der Zylinderbohrung 14a geneigt« Entsprechend können die Bodenwandflächen jedes der Ventilköpfe 22b und 30b des Einlass-bzw. Aus lass vent ils 22 bzw. 30einen Teil der sphärischen Fläche der Vertiefung 20 bilden und sind für Maschinen mit obenliegender lockenwelle anwendbar.An inlet valve has a valve stem 22a which is slidable in a valve guide 24 fastened in the cylinder head 18 and a valve head 22b, which rests against a valve guide 24 on the cylinder head 18 attached inlet valve seat 26 can be applied. An intake port 28 formed in the cylinder head 18 is via the Inlet valve 22 can be connected to combustion chamber C. An exhaust valve 30 has a valve stem 30a which is slidable in a valve guide 32 fastened in the cylinder head 18 and a valve head 30b which can be placed against an exhaust valve seat 34 fastened in the cylinder 18. An exhaust duct 36 can be connected to the combustion chamber C via the outlet valve 30. The axes of the inlet and outlet valve stems 22a and 30a are at an angle between 12-15 and an angle between 15 and 18, respectively, with respect to the central axis L of the cylinder bore 14a inclined «Correspondingly, the bottom wall surfaces of each of the valve heads 22b and 30b of the inlet and Let out the valve 22 and 30 form part of the spherical surface of the recess 20 and are for machines with an overhead curling shaft applicable.

Wie in Fig. 2 gezeigt, ist die Vertiefung 20 des Zylinderkqfes 18 so aujgebildet, dass deren umfang 20a einen Kreis mit den Mittelpunkt O₁ in der Verlängerung der Mittelachse L der Zy-As shown in Fig. 2, the recess 20 of the cylinder head 18 is formed so that its circumference 20a forms a circle with the center O ₁ in the extension of the central axis L of the cylinder

909845/1030 BAD909845/1030 BAD

linderbohrung 14a bildet. Der Durchmesser des Umfangs 20a ist im wesentliehen der gleiche, wie der der Zylinderbohrung 14a. Das Bezugszeichen 38 bezeichnet eine Öffnung, in welcher eine Zündkerze 40 (gezeigt in Pig. 9) so eingesetzt wird, dass die Elektroden in die Brennkammer G dicht an der Mittelachse der ZyIInderbohrung vorspringen. Es wird darauf hingewiesen, dass die Öffnung 38 so dicht als möglich an der Mittelachse 0 der Zylinderbohrungl4 angeordnet wird, um die Verbrennung der Füllung von der Mittelachse der Brennkammer C aus einzuleiten. In diesem Pail münden die Einlass- und die Auslasskanäle 28 bzw. 36 an derselben Seitenfläche 18a des Zylinderkopfes 18, so dass ein sogenannter U-Strom des Gases durch den Ansaug- und den Auspuffhub der Maschine bewirkt wird.Linding bore 14a forms. The diameter of the perimeter 20a is essentially the same as that of the cylinder bore 14a. Reference numeral 38 denotes an opening in which a spark plug 40 (shown in Fig. 9) is inserted so that the Electrodes in the combustion chamber G close to the central axis of the Cylinder bore protrude. It should be noted that the opening 38 is arranged as close as possible to the central axis 0 of the cylinder bore 14 in order to ensure the combustion of the filling to be introduced from the central axis of the combustion chamber C. The inlet and outlet channels 28 or 36 on the same side surface 18a of the cylinder head 18, so that a so-called U-flow of the gas through the intake and the Exhaust stroke of the machine is effected.

Aus.Pig. 3 ist zu ersehen, dass die Wandfläche der Vertiefung 20 des Zylinderkopfes 18 als Teil.einer Kugelfläche einer Kugel mit einem Radius R ausgebildet ist, dessen Mitte auf der Mittelachse L der Zylinderbohrung 14a liegt. Die Vertiefung 20 hat die Form eines Rotationskörpers, dessen Achse in der Mittelachse L der Zylinderbohrung 14a liegt. Die vYandflache der Vertiefung 20 kann eine ebene Pläche sein, d.h. ein Teil einer sphärischen Fläche einer Kugel, deren Radius als unendlich angenommen v/ird. Das Bezugszeichen M.. bezeichnet ein Luft-Brennstoff-Gentisch-Zuführsystem (z.B» einen Vergaser), um in die Brennkammer durch den Ansaugkanal 28 ein Luft-Brennstoff-Gemisch magerer als das stöchiometrische Gemisch aufzugeben, vorzugsweise mit einem Luft-Brennstoff-Verhältnis im Bereich von 16 : 1 bis 17 : 1 oder einem Verhältnis über 17 : Io Das Bezugszeichen Mp bezeichnet ein EGR (Auspuffgasrückführung) - System, welches so aufgebaut und angeordnet ist, dass es, einen Teil der Abgase der Maschine durch den Ansaugkanal/in die Brennkammer G zurückführt.Aus.Pig. 3 it can be seen that the wall surface of the recess 20 of the cylinder head 18 is formed as Teil.einer spherical surface of a sphere with a radius R, the center of which is on the central axis L of the cylinder bore 14a is located. The recess 20 has the shape of a body of revolution, the axis of which is in the central axis L. the cylinder bore 14a is located. The flat surface of the depression 20 can be a flat surface, i.e. part of a spherical surface of a sphere, the radius of which is assumed to be infinite. The reference symbol M .. denotes an air-fuel-gentisch feed system (e.g. a carburetor), in order to get into the combustion chamber through the intake duct 28 an air-fuel mixture leaner than that give up stoichiometric mixture, preferably with an air-fuel ratio in the range of 16: 1 to 17: 1 or a ratio greater than 17: Io. The reference character Mp denotes an EGR (exhaust gas recirculation) system, which is so constructed and arranged to recirculate part of the exhaust gases of the engine through the intake duct / into the combustion chamber G.

In Verbindung mit einer solchen Form der Vertiefung 20 ist die Bodenfläche jedes der ilinlass-und· Auslassventilköpfe 22b und 30b ebenso mit einer Vertiefung 42 ausgebildet, deren V/andflache einen Teil der sphärischen Fläche einer nicht dargestelltenIn connection with such a shape of the recess 20 is the Bottom surface of each of the inlet and outlet valve heads 22b and 30b also formed with a recess 42, the V / andflache part of the spherical surface of a not shown

909845/1030909845/1030

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

Kugel mit einem Radius R bildet, deren Mittelpunkt auf der" Mittelachse ί des Ventilschaft es liegt, wie deutlich in Fig. 4 gezeigt·Forms a sphere with a radius R, the center of which lies on the "central axis ί of the valve stem, as clearly shown in FIG.

Pig. 5 zeigt im einzelnen die Form des Ansaugkanals 28, gesehen im wesentlichen aus Richtung der Mittelachse des Einlassventilschaftes 22a. Wie zu sehen, ist der Ansaugkanal 29 so ausgebildet, dass seine Achse m in Schnecken-oder Spiralform verläuft. Der schneckenförmige Ansaugkanal 28 liegt um die zylindrische Ventilführung 24 für das Einlassventil 22. Es wird darauf hingewiesen, dass die Achse m des Ansaugkanals 28 im wesentlichen dicht an dem Einlassventilsitz 26 einmal unter der Ventilführung 24 umläuft.Pig. 5 shows in detail the shape of the intake duct 28, as seen essentially from the direction of the central axis of the inlet valve stem 22a. As can be seen, the intake channel 29 is designed so that its axis m runs in a helical or spiral shape. The helical suction channel 28 is located around the cylindrical Valve guide 24 for the inlet valve 22. It should be noted that that the axis m of the intake duct 28 is essentially close to the inlet valve seat 26, once under the valve guide 24 revolves.

Pig. 6, 7 und 8 zeigen im einzelnen die Konstruktion des Kolbens 16. Die Oberseite des Kolbenbodens 16a ist konvex und im wesentlichen in der Form der Wandfläehe de Vertiefung 20 ausgebildet und entsprechend in der Form ausgebildet, die einen Teil der sphärischen Fläche einer Kugel mit einem Radius R bildet, und deren Mittelpunkt auf der Mittelachserliegt, wie in Fig. 1 dargestellt, bzw.eine ebene Ausbildung hat. Darüber hinaus bildet die Oberfläche des Kolbenbodens 16a einen Teil eines Rotationskörpers, dessen Achse in der Mittelachse L der Zylinderbohrung 14a liegt.Pig. 6, 7 and 8 show in detail the construction of the piston 16. The top of the piston head 16a is convex and im substantially in the shape of the wall surface de recess 20 formed and correspondingly formed in the shape which forms part of the spherical surface of a sphere with a radius R. forms, and the center of which lies on the central axis, like shown in Fig. 1, or has a flat design. About that addition, the surface of the piston head 16a forms part of a body of revolution, the axis of which is in the central axis L of the Cylinder bore 14a is located.

Der Kolben 16 ist an seinem Kolbenboden 16a mit einer Einbuchtung 44 in Form einer Schale und einesj Rotationskörpers versehen, dessen Achse mit der Mittelachse L der Zylinderbohrung 16a übereinstimmt. Entsprechend ist die Einbuchtung 44 mit einer zylindrischen Seitenv/andfläche 46, einer im wesentlichen ebenen Bodenv/andflache 48 und einer ringförmigen gekrümmten Wandfläche ausgebildet, die die Wandflächen 46 und 48 verbindet. Die zylindrische Seitenwandfläche 46 hat einen Radius r und liegt koaxial mit der äusseren zylindrischen Mantelfläche des Kolbens 16« Es kann aus Fig. 1 entnommen werden, dass das Volumen der Einbuchtung 44 in Übereinstimmung mit dem Kompressionsver-The piston 16 is provided on its piston head 16a with an indentation 44 in the form of a shell and a body of revolution, whose axis coincides with the central axis L of the cylinder bore 16a. Correspondingly, the indentation 44 has a cylindrical side wall surface 46, a substantially flat one Bodenv / andflache 48 and an annular curved wall surface which connects the wall surfaces 46 and 48. The cylindrical side wall surface 46 has a radius r and lies coaxial with the outer cylindrical jacket surface of the piston 16. It can be seen from FIG. 1 that the volume of the indentation 44 in accordance with the compression ratio

909845/1030909845/1030

hältnis ausgewählt'ist, das für die Maschine vorgesehen ist und im wesentlichen dem Volumen des freien Zylinderraumes oder dem Zylindervolumen entspricht, wenn der Kolben im oberen Totpunkt liegt. Der Radius r oder de-r Abstand zwischen der Mitte Op auf der Achse I» und der Fläche 46 der Einbuchtung 44 ist so gewählt, dass der Bereich einer um die Einbuchtung 44 an der Oberfläche des Kolbenbodens 16a verbleibenden ringförmigen Wandfläche 52 bei etwas 50 - 70$ der gesamten Oberfläche des Kolbenbodens oder der durch den Umfang P (!"ig· 8) begrenzten kreisförmigen konvexen Oberfläche liegt, wenn sie auf eine imaginäre Ebene projiziert wird, auf welcher die Mittelachse L rechtwinklig steht. Entsprechend wird einAüspressbereich S durch einen schmalen freien Raum zwischen den Y/andf lachen der Vertiefung und der ringförmigen Wandfläche 52 der Oberfläche des Kolbenbodens gebildet. Dieser Auspressbereich S deckt etwa 50 - 70?s der gesamten Oberfläche des Kolbenbodens 16a. Dabei liegt die Fläche der Vertiefung 20 und die ringförmige Yfandfläche 52 des Kolbenbodens 16a im wesentlichen parallel miteinander und bilden so einen wirksamen Auspressbereich zwischen sich, wenn der Kolben 16 in seinem oberen Totpunkt liegt. Vorzugsweise ist die Höhe des Auspressbereichs S oder der freie Abstand der Fläche der Vertiefung 20 und Ringwandfläche 52 des Kolbenbodens 16a etwa 2,0 mm oder weniger.ratio is selected that is intended for the machine and essentially the volume of the free cylinder space or the Cylinder volume corresponds to when the piston is in top dead center. The radius r or de-r distance between the center Op the axis I »and the surface 46 of the indentation 44 is selected so that the area around the indentation 44 on the Surface of the piston head 16a, the remaining annular wall surface 52 is approximately $ 50-70 of the total surface area of the piston head or the circular convex surface bounded by the perimeter P (! "ig * 8) if it lies on an imaginary Plane is projected on which the central axis L is at right angles. Correspondingly, a pressing area S is represented by a narrow free space between the Y / andf laughs of the depression and the annular wall surface 52 of the surface of the piston crown educated. This press-out area S covers approximately 50-70 microseconds the entire surface of the piston head 16a. The area of the recess 20 and the annular Yfand area 52 of the Piston head 16 a substantially parallel to each other and thus form an effective squeezing area between them when the Piston 16 is in its top dead center. The height of the squeeze-out area S or the free distance is preferably the Area of recess 20 and annular wall surface 52 of piston crown 16a about 2.0 mm or less.

Flache Vertiefungen 54 und 56 sind auf der ringförmigen Wandfläche 52 der Oberfläche des Kolbenbodans ausgebildet, wie aus Figo 8 zu ersehen ist. Die Vertiefung/ist ausgebildet, um eine Störung oder eine Berührung zwischen dem Einlassventilkopf 22b und dem Kolbenboden 16a zu verhindern, und entsprechend ist der Einlassventilkopf 22b in die Vertiefung 54 vorschiebbar· In gleicher 'iV'eise ist die Vertiefung 56 so ausgebildet, dass sie eine Berührung zwischen dem Auslassventilkopf 30 b und dem Kolbenboden 16a verhindert und entsprechend ist der Auslassventilkopf 30b in die Vertiefung 56 verschiebbar,, Selbstverständlich körnen diese Vertief langen auch· weggelassen werden. V/ie aus dem Obengesagten zu ersehen ist, ist die Brennkammer C derShallow depressions 54 and 56 are on the annular wall surface 52 of the surface of the piston crown, as can be seen from FIG. The recess / is formed to a To prevent interference or contact between the inlet valve head 22b and the piston crown 16a, and accordingly is that Inlet valve head 22b can be advanced into recess 54. In the same way, recess 56 is designed so that it a contact between the outlet valve head 30b and the piston crown 16a is prevented and the outlet valve head is corresponding 30b can be displaced into the recess 56. Of course, these recesses can also be left out. V / ie can be seen from the above, the combustion chamber C is the

909645/1030909645/1030

Brennkraftmaschine durch die v/andfläche der Vertiefung 20 des Zylinderkopfes 18, die ringförmige Wandfläche 52 der oberen Fläche des Kolbenbodens und der Wandfläche der sich nach der Oberseite des Kolbenbodens 16a öffnenden schalenförmigen Einbuchtung 44 begrenzte Vorzugsweise sind die die Brennkammer C begrenzenden Flächen so glatt als möglich bearbeitet.Internal combustion engine through the v / and surface of the recess 20 of the cylinder head 18, the annular wall surface 52 of the upper Surface of the piston head and the wall surface of the cup-shaped indentation opening towards the top of the piston head 16a 44 delimited Preferably, the surfaces delimiting the combustion chamber C are machined as smoothly as possible.

Der Betrieb einer so angeordneten Brennkraftmaschine wird anhand der Fig. 9 und 10 erläutert. Beim Ansaughub der Maschine, wenn der Kolben 16 beginnt sich nach unten zu bewegen, und das Einlassventil beginnt sich zu öffnen, wird Ansaugluft durch den Ansaugkanal 28 in Form einer Schnecke in die Brennkammer C eingeleitet, wodurch ein Y/ir bei des Luft-Brennstoff-Gemischs, wie durch einen Pfeil in Fig.9dargestellt, erzeugt wird. Es wird darauf hingewiesen, dass der Ansaugkanal 28 vorzugsweise so ausgebildet ist, dass er einen './irbel mit einem sogenannten Wirbelverhältnis im Bereich von etwa 1,5 ϊ 1 bis 3,0 : 1 erzeugt Mit der Bezeichnung "Wirbelverhältnis" bezeichnet das Ver-The operation of an internal combustion engine arranged in this way is explained with reference to FIGS. 9 and 10. During the suction stroke of the machine, when the piston 16 begins to move downward and the intake valve begins to open, intake air is passed through the intake duct 28 is introduced into the combustion chamber C in the form of a screw, whereby a Y / ir in the air-fuel mixture, as shown by an arrow in Fig. 9 is generated. It it should be noted that the suction channel 28 is preferably designed so that it has a './irbel with a so-called Swirl ratio in the range of about 1.5 ϊ 1 to 3.0: 1 is generated The term "vortex ratio" denotes the

derthe

hältnis einer Kraftkomponente in Richtung/Tangente an eine Ebene, zu welcher die Mittelachse L der Zylinderbohrung rechtwinklig liegt, zu einer Kraftkomponente in Richtung der Mittelachse i» der Zylinderbohrung. Der Ansaugkanal 28 ist nicht auf die Schneckenform beschränkt.Ratio of a force component in the direction / tangent to a plane to which the central axis L of the cylinder bore is at right angles lies, to a force component in the direction of the central axis i »of the cylinder bore. The intake port 28 is not on the Limited snail shape.

Da die Y/andflache der Vertiefung 20 des Zylinderkopfs 18 und die Oberfläche des Kolbenbodens 16a glatt, ohne Unebenheiten ausgebildet sind, um die Brennkammer in Verbindung mit den glatten Zylinderflächen der Zylinderbohrung 14 im wesentlichen in Form eines Rotationskörpers zu begrenzen, ist eine die Wirbelbewegung vermindernde "wirkung dieser V/andflächen sehr klein, und daher kann der V/irbel des Luft-Brennstoff-Gemischs ohne wesentliche Verminderung aufrechterhalten werden. Daraus folgt, dass der beim Ansaughub erzeugte Y/irbel durch die Wirkung seiner kinetischen Energie auch beim Kompressionshub aufrechterhalten bleibt, bei welchem der Kolben 16 ansteigt, wodurch das Luft-Brennstoff-Gemisch weiter um die Mittelachse LSince the Y / andflache of the recess 20 of the cylinder head 18 and the surface of the piston crown 16a is smooth, without bumps, in order to communicate with the combustion chamber smooth cylinder surfaces of the cylinder bore 14 substantially Limiting it in the form of a body of revolution is an effect of these V / and surfaces which reduces the vortex movement small, and therefore the vortex of the air-fuel mixture can be maintained without substantial reduction. From it it follows that the Y / vortex generated during the intake stroke is also maintained during the compression stroke due to the effect of its kinetic energy remains, at which the piston 16 rises, whereby the air-fuel mixture continues around the central axis L.

909845/1030909845/1030

der Zylinderbohrung 14a dreht. ·■ ·of the cylinder bore 14a rotates. · ■ ·

Weian der Kolben 16 weiter auf den oberen Totpunkt zu ansteigt, in welchem der Kolben 16a dem Zylinderkopf 18 genähert ist, wird die z;vischen dem Zylinderkopf 18 und der Ringwand fläche 52 des Kolbenbodens 16a eingepresste Luft mit hoher Geschwindigkeit auf die im Kolbenboden 16a ausgebildete Einbuchtung 44zu ausgepresst. Es wird darauf hingewiesen, dass die Geschwindigkeit des ausgepressten Luft-Brennstoff-Gemischs sehr hoch ist, da der Auspressbereich so gross ist, dass er etwa 50 - 70?£ der oberen Wandfläche des Kolbenbodens 16a einnimmte As the piston 16 continues to rise to the top dead center, in which the piston 16a is approaching the cylinder head 18, the air pressed in between the cylinder head 18 and the annular wall surface 52 of the piston head 16a is at high speed onto the air formed in the piston head 16a Indentation 44 too pressed out. It should be noted that the speed of the compressed air-fuel mixture is very high, since the compression area is so large that it takes up about 50-70 pounds of the upper wall surface of the piston head 16a

Wie aus Pig« 10 zu ersehen, wird das Luft-Brennstoff-Gemisch zuerst infolge der Wirbelung in Drehung versetzet, bevor das Luft-Brennstoff-Gemisch ausgepresst wird, und daher tritt nie der Fall ein, dass das ausgepresste luft-Brennstoff-Gemisch gegeneinander strömt, um die Wirbelwirkung zu vermindern. Zu diesem Zeitpunkt wird die Bewegungsgeschwindigkeit des wirbeis des Luft-Brennstoff-Gemische beschleunigt oder verbessert durch die Wirkung der ausgepressten Luft-Brennstoff-lIischung,As can be seen from Pig «10, the air-fuel mixture becomes first rotated as a result of the vortex before the air-fuel mixture is squeezed out, and therefore never occurs the case that the compressed air-fuel mixture flows against each other in order to reduce the vortex effect. At this point the speed of movement of the wirbeis the air-fuel mixture is accelerated or improved by the action of the compressed air-fuel mixture,

die dann entlang der Zylinderwand 46 der Vertiefung 44 geführt wird βwhich is then guided along the cylinder wall 46 of the recess 44 β

Infolge der Drehbewegung des Luf t-Brennstoff-G-emischs in der Einbuchtung 44 wird in der Nähe der Zündkerze verbleibendes verbranntes Gas wirkungsvoll ausgespült, wodurch eine ausreichende Zündung des frischen, ausreichend durchgerührten und gemischten Luft-Brennstoff-Gemischs erreicht wird. Dadurch wird eine sichere und gleichbleibende Zündung des Luft-Brennstoff-Gemischs auch dann erreicht, wenn das Luft-Brennstoff-Gemisch so mager oder die zurückgeführte Abgasmenge so hoch ist, dass bei konventionellen Brennkraftmaschinen Fehlzündungen auftreten oder die Verbrennung ungleichförmig wird.As a result of the rotation of the air-fuel mixture in the Indentation 44 is remaining near the spark plug burnt gas is effectively flushed out, ensuring adequate ignition of the fresh, sufficiently stirred and mixed air-fuel mixture is achieved. This ensures reliable and constant ignition of the air-fuel mixture even when the air-fuel mixture is reached so lean or the amount of exhaust gas recirculated is so high that misfires occur in conventional internal combustion engines or the combustion becomes uneven.

-dadurch kann infolge der Jirkung der verbesserten ',/irbelbildung im Luft-Brennstoff-Gemiach die durch die Zündung gebildete Flaimnenfront von der Einbuchtung 44 sich über die gesamte Brenn-- as a result of the effect of the improved ', / eddy formation in the air-fuel chamber that formed by the ignition Flaimnenfront from the indentation 44 extends over the entire combustion

90984R/103090984R / 1030

kammer C ausbreiten, wodurch eine gleichförmige Verbrennung des Luft-Brennstoff-Semischs bewirkt wird.chamber C, creating a uniform combustion of the Air-fuel-Semischs is effected.

Versuche haben gezeigt, dass eine stabile Verbrennung in der Brennkammer C erreicht würde, wenn das Luft-Srennstoff-G-emisch etwas magerer als das stöchiometrische Verhältnis, d.h» mit einem 16 : 1 bis 17 : 1 Luft-Brennstoff-Verhältnis, eingestellt war und die EGR-Menge (die Gewichtsprozente der in die Brennkammer zurückgeführten Abgase im Verhältnis zur Ansaugluft) im Bereich von 10 — 15$ lag. Zusätzlich konnte eine stabile Verbrennung auch erreicht werden, wenn das Luft-Brennstoff-Gemisch magerer eingestellt war, und zwar über einem Luft-Brennstoff-Verhältnis von 17 '· 1 und die EGR-Henge noch niedriger als im oben erwähnten Bereich war.Tests have shown that stable combustion in the combustion chamber C would be achieved if the air-fuel mixture was set somewhat leaner than the stoichiometric ratio, ie with a 16: 1 to 17: 1 air-fuel ratio and the EGR amount (the weight percent of the exhaust gases recirculated into the combustion chamber relative to the intake air) was in the range of $ 10-15. In addition, stable combustion could also be achieved when the air-fuel mixture was set leaner, namely above an air-fuel ratio of 17 '· 1 and the EGR ratio was even lower than the above-mentioned range.

Um die Abgasemissionskontrolle zu verbessern, kann die Brennkraftmaschine gemäss der Erfindung- mit einem Oxydationskatalysator-TJmwandler ausgestattet werden, um unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC) und Kohlenmonoxyd (CO) in den aus der Maschine abgeführten Abgasen zu oxydieren. Die Haschine kann ferner mit einem thermischen Reaktor oder einem sogenannten Breiweg-Katalyt—Umwandler zur Oxydation von HC" und CO und zur Verminderung von ITCi.ausgerüstet werden«.In order to improve the exhaust emission control, the internal combustion engine according to the invention with an oxidation catalyst converter Be equipped to keep unburned hydrocarbons (HC) and carbon monoxide (CO) in the out of the machine to oxidize discharged exhaust gases. The machine can also be equipped with a thermal reactor or a so-called Breiweg catalytic converter be equipped for the oxidation of HC "and CO and for the reduction of ITCi."

Wie aus der vorstehenden Abhandlung deutlich wird, kann gemäss der Erfindung eine bessere Zündung und eine stabilere Flammenausbreitung erreicht v/erden, und eine örtliche überstarke Verbrennung in einem bestimmten Abschnitt der Brennkammer tritt nicht auf, und es wird auf diese Weise in dem bestimmten Abschnitt eine Überhitzung und eine überhohe Temperatur und damit die Bildung von ITO in der Brennkammer verhinderte Auf diese Weise wird der Emissionsspiegel an ITOx im Vergleich zu üblichen Brennkraftmaschinen erheblich vermindert, ohne dass der Brennstoffverbrauch der Maschine und die Kraftausgangseharakteristika nachteilig beeinflusst würden.As is clear from the above discussion, according to the invention, better ignition and more stable flame propagation can be achieved reaches v / earth, and local excessive combustion occurs in a certain section of the combustion chamber not on, and in this way there will be an overheating and an excessively high temperature in the certain section and thus on this prevented the formation of ITO in the combustion chamber The ITOx emission level is considerably reduced in comparison to conventional internal combustion engines without reducing fuel consumption of the machine and the force output characteristics would be adversely affected.

909645/1030909645/1030

Claims

Dr. F. Zumstein Sr. - Dr. E. Assrnar.n · D :. R. Ko3rtigs *: orger Dip! .- Phys. R. Holzbauer - Dip! - lng. F. Klingseisen - Dr. F. Zumstein jun.

40/4 / Zi Nissan Motor Co., Ltd., - Yokohama City (Japan)

Patent on sayings:

(1 · j Brennkraftmas chine spark ignition gekennzeic h- net by

- a cylinder head (18) attached to a cylinder block (12) "is attached, which has a cylinder bore (14a),

the cylinder head having a circular recess (20) is formed, the surface of which closes one end of the cylinder bore,

- A reciprocable in the cylinder bore (14a) arranged piston (16), which is formed on its piston head (16a) with an indentation (44) which has the shape of a rotating body and lies coaxially to the piston such that a annular Y / andflache (52) of the circular surface of the piston head remains and a combustion chamber which is essentially in the form of a body of revolution between the wall surface of the recess (20) in the cylinder head (18) and the wall surface of the indentation (41) in the piston is delimited ,

- Arrangements which have a pressing area (S) z // iochen the Area of the recess (20) in the cylinder head (18) and the

BATH ORIGINAL

limit the annular V7andflache (52) on the piston crown (I6a), when the piston (16) is in its top dead center, and

- Arrangements (28) for generating a vortex of the combustion chamber air-fuel supplied during the intake stroke of the machine f-G-emischs "

2. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the region of the annular Wall surface (52) on the piston head (16a) in the range of $ 50-70 the total circular area, which is limited by the circumference (P) of the piston head (16a) when it is on a for Projected central axis of the cylinder bore perpendicular plane will.

3. Internal combustion engine according to claim 2, characterized in that that those who create a vortex

the
Arrangements include an inlet / inlet opening (28) delimiting device which is designed to generate a vortex with a Y / vortex ratio in the range of 1.5 ί 1 to 3.0: 1 «

4. Internal combustion engine according to claim 3, characterized in that that the piston (16) is convex on the annular surface (52) of the piston head (16a), wherein the convex annular surface can protrude into the recess (20) in the cylinder head (18).

5 · Internal combustion engine according to claim 4, characterized that indentation (44) of the piston (16) with a coaxial to the outer cylinder surface of the piston lying, cylindrical .öeitenwandflache (46), one substantially flat bottom wall surface (48) and a curved annular wall surface (50) defining the cylindrical Side v / and surfaces and the substantially flat bottom wall surface connects.

90984^/103090984 ^ / 1030

BAD ORIGINAL BATH ORIGINAL

6. Internal combustion engine according to claim 5, characterized in that ge · - · indicates that the '.Yand surface of the recess (20) in the cylinder head (18) as a part / spherical surface of a Ball is formed, the center of which / the central axis (L) of the cylinder bore (14a).

7ο internal combustion engine according to claim 6, characterized g e ken.nze i chnet that the convex ring surface (52) of the piston crown as part of the spherical surface of a ball is formed, the center of which lies on the central axis (L) of the cylinder bore (14a).

8. Internal combustion engine according to claim 7, characterized by. Inlet and outlet valves (22, 30), each of which has a valve stem (22a, 30a) and a valve head (22b, 30b, which is formed with a bottom surface forming part of the combustion chamber, wherein this bottom surface is provided with a recess (42), which is formed as part of the spherical surface of a ball, the center of which is on the central axis of the valve stem (§2a, 30a) lies.

9 · Internal combustion engine according to claim 8, characterized that the valve stems (22a, 30a) of the inlet and outlet valve (22 and 30, respectively) are at an angle are inclined from 12 - 15 ° or at an angle of 15 - 18 °.

10. Internal combustion engine according to claim 7, characterized marked t that the distance between the wall surface of the recess (20) in the cylinder head (18) and the annular wall surface (52) of the piston head (16a) 2.0 mm or less when the piston is at top dead center.

11. Internal combustion engine according to claim 3, characterized in that the cylinder head (18) has a Has inlet opening and an outlet opening (36) which

A;- * ■'■A; - * ■ '■

can be connected to the combustion chamber, the inlet and Outlet opening on the same side wall surface (18a) of the Zalinder head Open (18) to introduce intake air into the intake opening or to discharge exhaust gases from the outlet opening »

12 «internal combustion engine according to claim 1, characterized by a spark plug · (40) which is arranged so that its electrodes enter the combustion chamber near the area protrude from the central axis (L) of the cylinder bore (l4a).

13. Internal combustion engine according to claim 1, characterized by an air-fuel mixture feed arrangement (M-,) to make the combustion chamber leaner than to feed the stoichiometric mixture.

14ο internal combustion engine according to claim 1, characterized by an exhaust gas recirculation arrangement (Mp) for recirculation part of the exhaust gases from the engine into the combustion chamber.

•0I846/109O• 0I846 / 109O