DE3511837C1

DE3511837C1 - Reciprocating piston internal combustion engine

Info

Publication number: DE3511837C1
Application number: DE19853511837
Authority: DE
Inventors: Jordan Dipl.-Ing. 8900 Augsburg Gentscheff
Original assignee: MAN B&W Diesel GmbH
Current assignee: MAN B&W Diesel GmbH
Priority date: 1985-03-30
Filing date: 1985-03-30
Publication date: 1986-11-27
Also published as: NL8600774A; FI861178A0; NL193286B; FI861178A; NO861250L; FI80763B; FR2579669B1; NO163874B; NO163874C; NL193286C; FI80763C; FR2579669A1

Abstract

In a reciprocating piston internal combustion engine its cylinder bores are reduced in the area of the combustion chamber by an annular projection on the cylinder head. In order to permit immersion into the internal space of the annular projection on the compression stroke, the pistons are designed as stepped pistons. The diameter of the fire land on the stepped piston and the diameter of the inside wall on the annular projection are matched to one another in such a way that the fire land, on the upwards stroke of the stepped piston, after immersion into the internal space of the annular projection forms a clearance fit with this with minimum annular clearance and together with the bottom edge on the annular projection projecting radially inwards and a transverse surface on the stepped piston located on the bottom end of the fire land and the wall of the bottom cylinder bore area defines a fresh air buffer space. During the further upwards stroke of the piston the cubic capacity of the fresh air buffer space is reduced, as a result of which the air enclosed in this is compressed to a pressure always in excess of that prevailing in the combustion chamber and in the final stage of the piston stroke also in excess of the ignition pressure. In addition in this process some of the air enclosed in the fresh air buffer space is pumped by way of the annular gap forming a severe restriction into the combustion chamber. The latter at the same time provides for intensive cooling of the wall parts defining the combustion chamber and for intensive swirling of the combustion air enclosed in the combustion chamber.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenbrennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a reciprocating internal combustion engine according to the preamble of claim 1.

Aus dem japanischen Abstract JP-57-129 236(A) ist ein einen abgesetzten Teil der Zylinderwand bildender, den Verbrennungsraum seitlich begrenzender ringförmiger Einsatz bekannt, in dessen Bohrung der abgesetzte Teil eines Kolbens beim Aufwärtshub eintaucht. Die Seitenwand dieses abgesetzten Teiles des Kolbens bildet dabei mit der kreisringförmigen Stirnseite seines unteren, nicht abgesetzten Teiles, der Zylinderseitenwand und der Unterseite des ringförmigen Einsatzes einen Kompressionsraum. In diesem wird bei Kolbenaufwärtsbewegung Luft verdichtet, die über den Spalt zwischen abgesetztem Kolbenteil und Seitenwand des ringförmigen Einsatzes hindurch in den Verbrennungsraum einströmt. Diese einströmende Luft soll Verbrennungsrückstände am Eindringen zu den Gleitflächen der Zylinderwand hindern. Nachdem das Einpressen der Luft in den Verbrennungsraum ausdrücklich auf den Kompressionshub beschränkt bleibt, ist der gewünschte Effekt mit der dort gezeigten Anordnung allenfalls unvollständig erreichbar. Wenn das Volumen des ringförmigen Kompressionsraumes bei Erreichen des oberen Totpunktes gegen Null geht, wird bei der Kolbenabwärtsbewegung in der sich dabei vergrößernden, vorher als Kompressionsraum dienenden Kammer eine Sogwirkung einsetzen, die die bei der Verbrennung entstehenden Partikel geradezu durch den Spalt zu den Gleitflächen zieht. Beim nächsten Kolbenaufwärtshub könnten diese günstigstenfalls wieder aufgewirbelt werden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hubkolbenbrennkraftmaschine derart weiterzubilden, daß während des Kompressionshubes hochverdichtete Luft zur Verwirbelung der Verbrennungsluft in den Brennraum eingepreßt wird und daß während des Arbeitshu-From the Japanese abstract JP-57-129 236 (A) is a detached part of the cylinder wall forming, Known the combustion chamber laterally delimiting annular insert, in the bore of the stepped Part of a piston dips on the upstroke. The side wall of this stepped part of the piston forms with the circular end face of its lower, non-offset part, the cylinder side wall and a compression space on the underside of the annular insert. This is when the piston moves upwards Air is compressed through the gap between the offset piston part and the side wall of the annular insert flows through into the combustion chamber. This incoming air is said to be combustion residues prevent penetration of the sliding surfaces of the cylinder wall. After the Air in the combustion chamber is expressly restricted to the compression stroke is the desired one Effect with the arrangement shown there is at best incompletely achievable. When the volume of the annular When the compression chamber approaches zero when the top dead center is reached, the piston moves downwards a suction effect in the enlarged chamber, which was previously used as a compression space insert the particles created during combustion through the gap to the sliding surfaces pulls. With the next piston upstroke, these could ideally be whirled up again. The invention is based on the object of a reciprocating internal combustion engine to develop in such a way that highly compressed air to swirl the combustion air into the combustion chamber during the compression stroke is pressed in and that during the working

bes weiterhin hochverdichtete Luft in den Brennraum eingepreßt wird, um das Eindringen fester Verbrennungsrückstände in den Bereich der Zylinderlaufflächen und das Durchdringen von Verbrennungsgasen zum Kurbelgehäuse zu verhindern sowie die Abgasbewegung in Richtung Auslaß zu unterstützen.besides, highly compressed air is forced into the combustion chamber to prevent solid combustion residues from entering in the area of the cylinder running surfaces and the penetration of combustion gases for To prevent the crankcase and to support the exhaust gas movement in the direction of the outlet.

Dabei soll gleichzeitig eine stabile Lage der .Kompressionsringe gewährleistet sein, um ein Flattern oder Pumpen derselben zu vermeiden.At the same time, the compression rings should be in a stable position be guaranteed to avoid fluttering or pumping the same.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.In a device of the generic type, this object is achieved by the characterizing features of patent claim 1 solved.

Dabei wird ein — im weiter oben beschriebenen Stand der Technik als »Kompressionsraum« bezeichneter — Frischluftpuffraum durch die axiale Bemessung des Feuersteges eines Stufenkolbens und die axiale Bemessung eines den Brennraum seitlich begrenzenden Ringvorsprungs im Verhältnis zum Kolbenhub s,p ausgelegt, daß in ihm ein Druck erzeugt wird, der jederzeit über dem im Verbrennungsraum herrschenden Druck liegt. Dadurch strömt durch einen eine starke Drossel bildenden Ringspalt sowohl beim Kolbenaufwärtshub nach Eintauchen des Feuersteges in den Ringvorsprung als auch beim Kolbenabwärtshub bis zur Freigabe des Frischluftpufferraumes fortwährend hochkomprimierte Frischluft in den Verbrennungsraum ein. Beim Kompressionshub bewirkt diese Frischluft eine intensive Verwirbelung der bereits im Brennraum befindlichen Luft. Die dadurch verbesserte Verbrennung ermöglicht eine Reduzierung der Ladeluftmenge um bis zu 20%, was sich insbesondere im sonst durch Luftmangel gekennzeichneten Teillastgebiet positiv auswirkt.* Die im Frischluftpufferraum eingeschlossene, hochkomprimierte Luft bildet insbesondere beim Arbeitshub eine wirksame Sperre gegen das Eindringen fester Verbrennungsrückstände in den Bereich der Gleitflächen der Zylinderwand und gegen das Durchtreten von Verbrennungsgasen zum Kurbelgehäuse. Dadurch wird das dort befindliche Schmieröl vor Verunreinigungen und Versäuerung geschützt und der Verschleiß an den Gleitflächen erheblich reduziert. Der oberste Kolbenring wird durch den im Frischluftpufferraum herrschenden Druck stabil gegen die untere Flanke der ihn aufnehmenden Ringnut gedrückt. Ein Flattern der Kolbenringe und ein Pumpen von Schmieröl in Richtung Verbrennungsraum wird somit unterbunden, womit der Schmierölverbrauch reduziert wird. Die sich bei Kolbenabwärtsbewegung bei Freigabe des Frischluftpufferraumes schlagartig entspannende restliche Luft bewirkt bei gleichzeitig öffnenden Auslaßventilen eine das Äusschieben begünstigende Beschleunigung der Verbrennungsgase in Richtung zum Auslaß.In this case, a “compression space” is referred to in the prior art described above - Fresh air buffer space through the axial dimensioning of the top land of a stepped piston and the axial dimensioning an annular projection laterally delimiting the combustion chamber in relation to the piston stroke s, p, that a pressure is generated in it which is always above the pressure prevailing in the combustion chamber lies. As a result, it flows through an annular gap that forms a strong throttle both during the piston upward stroke after dipping the top land into the ring projection and also during the piston downstroke until the release of the Fresh air buffer room continuously injects highly compressed fresh air into the combustion chamber. During the compression stroke this fresh air causes an intensive swirling of the air already in the combustion chamber Air. The resulting improved combustion enables the amount of charge air to be reduced by up to 20%, which has a particularly positive effect in the partial load area, which is otherwise characterized by a lack of air Highly compressed air enclosed in fresh air buffer space forms a particularly during the working stroke effective barrier against the penetration of solid combustion residues into the area of the sliding surfaces of the Cylinder wall and against the passage of combustion gases to the crankcase. This is how it becomes there The lubricating oil located is protected from contamination and acidification and the wear and tear on the sliding surfaces considerably reduced. The top piston ring is created by the pressure in the fresh air buffer space pressed stably against the lower flank of the annular groove receiving it. A flutter of the piston rings and a Pumping of lubricating oil in the direction of the combustion chamber is thus prevented, thus reducing the consumption of lubricating oil is reduced. Which is when the piston moves downwards when the fresh air buffer space is released Suddenly relaxing rest of the air causes the exhaust valves to open at the same time favoring acceleration of the combustion gases in the direction of the outlet.

Aus der US-PS 44 74 147 ist ein den oberen Teil einer Zylinderbohrung verengender, im Querschnitt L-förmiger Ring bekannt. Dieses als Feuerring dienende Bauteil soll Ablagerungen im Bereich des Feuersteges des Kolbens durch mechanisches Abkratzen beseitigen. Ein Einpressen von Luft aus einem Frischluftpufferraum durch einen eine Drossel bildenden Ringspalt in den Brennraum ist dort nicht vorgesehen. Ablagerungen können bei jener Anordnung nur beseitigt werden, wenn der Ringeinsatz mit seiner Innenkante sehr nahe am Feuersteg entlangstreift. Ein derart enges Spiel'birgt die Gefahr eines Kolbenfressers in sich. Die abgestreiften Rückstände würden dort außerdem nicht aus dem Laufflächenbereich herausbefördert, sondern sich lediglich oberhalb des ersten Kolbenringes sammeln.
Nachstehend ist die erfindungsgemäße Lösung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert, Darin zeigt.From US-PS 44 74 147 a the upper part of a cylinder bore narrowing, in cross-section L-shaped ring is known. This component, which serves as a fire ring, is intended to remove deposits in the area of the piston top land by mechanical scraping. Forcing air from a fresh air buffer space through an annular gap forming a throttle into the combustion chamber is not provided there. With this arrangement, deposits can only be removed if the inner edge of the ring insert brushes along very close to the top land. Such a tight play harbors the risk of piston seizure. In addition, the stripped residues would not be conveyed out of the running surface area there, but would only collect above the first piston ring.
The solution according to the invention is explained below with reference to the exemplary embodiments shown in the drawings.

F i g. 1 schematisiert ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung mit einer Darstellung des Stufenkolbens und des Zylinderkopfes im kalten Zustand, F i g. 1 schematically shows a first exemplary embodiment of the solution according to the invention with a representation of the stepped piston and the cylinder head when cold,

F i g. 2 den Stufenkolben und den Zylinderkopf von F i g. 1 im betriebswarmen Zustand,F i g. 2 shows the stepped piston and the cylinder head from FIG. 1 when at operating temperature,

F i g. 3—5 schematisiert den Zylinderkopf von F i g. 1 und den zugehörigen Stufenkolben in verschiedenen Phasen während eines Aufwärtshubes,F i g. 3-5 schematically depicts the cylinder head of FIG. 1 and the associated stepped piston in different phases during an upstroke,

F i g. 6 schematisiert ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung mit einer Darstellung des Stufenkolbens und des Zylinderkopfes im kalten Zustand, F i g. 6 schematically shows a second exemplary embodiment of the solution according to the invention with a representation of the stepped piston and the cylinder head when cold,

F i g. 7 den Stufenkolben und den Zylinderkopf von F i g. 6 im betriebswarmen Zustand undF i g. 7 shows the stepped piston and the cylinder head from FIG. 6 when at operating temperature and

Fig.8 schematisiert einen erfindungsgemäßeh Stufenkolben beim Arbeitshub in einer Lage kurz nach dessen Austritt aus dem Ringvorsprung am Zylinderkopf. 8 schematically shows a stepped piston according to the invention during the working stroke in a position shortly after its exit from the annular projection on the cylinder head.

In den Figuren sind als Teile einer Hubkolbenbrennkraftmaschine ein Zylinder bzw. eine Zylinderbuchse mit 1, dessen bzw. deren Zylinderbohrung mit 2 und ein in dieser arbeitender Stufenkolben mit 3 bezeichnet. Die Zylinderbohrung 2 ist oben durch einen Zylinderkopf 4 begrenzt und im Bereich des Brennraumes 5 durch die Innenwand 6 eines am Zylinderkopf 4 angeformten Ringvorsprungs 7 verengt. Der Zylinderkopf 4 sitzt mit der ringförmigen Unterkante 8 des Ringvorsprungs 7 gasdicht auf der oberen Stirnfläche 9 des Zylinders bzw. der Zylinderbuchse 1 auf. Der Brennraum 5 wird außer von der Innenwand 6 des Ringvorspruhgs 7 oben von der Bodenfläche 10 des Zylinderkopfes 4 und der Außenflache 11 des Kolbenbodens 12 am Stufenkolben 3 begrenzt. Die Zylinderbohrung 2 besteht demnach aus einem oberen, durch die Innenwand des Ringvorsprungs 7 am Zylinderkopf 4 verengten Zylinderbohrungsbereich und einem dem gegenüber dem Durchmesser größeren, im Zylinder bzw. der Zylinderbuchse 1 angeordneten unteren Zylinderbohrungsbereich 13. Der Stufenkolben 3 weist einen Feuersteg 14 auf, der im Durchmesser kleiner als der restliche Teil des Stufenkolbens 3 und koaxial zu letzterem angeordnet ist sowie unter an einer ringförmigen Querfläche 15 endet. Etwas axial zum Triebwerksraum beabstandet von letzterer schließt sich das Kolbenringpaket des Stufenkolbens 3 mit den verschiedenen, in Ringnuten sitzenden Kolbenr ringen 16 an.In the figures, a cylinder or a cylinder liner is denoted by 1, its cylinder bore is denoted by 2 and a stepped piston working in this is denoted by 3 as parts of a reciprocating piston internal combustion engine. The cylinder bore 2 is delimited at the top by a cylinder head 4 and is narrowed in the region of the combustion chamber 5 by the inner wall 6 of an annular projection 7 formed on the cylinder head 4. The cylinder head 4 sits with the annular lower edge 8 of the annular projection 7 in a gas-tight manner on the upper end face 9 of the cylinder or the cylinder liner 1. In addition to the inner wall 6 of the ring projection 7, the combustion chamber 5 is delimited at the top by the bottom surface 10 of the cylinder head 4 and the outer surface 11 of the piston head 12 on the stepped piston 3. The cylinder bore 2 accordingly consists of an upper cylinder bore area narrowed by the inner wall of the annular projection 7 on the cylinder head 4 and a lower cylinder bore area 13 arranged in the cylinder or cylinder liner 1, which is larger than the diameter. The stepped piston 3 has a top land 14 which is smaller in diameter than the remaining part of the stepped piston 3 and is arranged coaxially to the latter and ends at an annular transverse surface 15 below. The piston ring assembly of the stepped piston 3 with the various piston rings 16 seated in annular grooves adjoins the latter, somewhat axially spaced from the latter.

Entsprechend einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung (siehe F i g. 1 bis 5) sind der Feuersteg 14 am Stufenkolben 3 und die Innenwand 6 des Ringvorsprungs 7 am Zylinderkopf 4 so aneinander angepaßt hergestellt, daß dann, wenn sich die Teile 7 und 14 im betriebswarmen Zustand befinden, der Feuersteg 14 während eines Kplbenaufwärtshubes nach Eintauchen in den Ringvorsprung 7 und solange es sich darin bewegt, mit der Innenwand 6 des letzteren einem minimalen Ringspalt mit zumindest annähernd gl^ichbleibender Größe und außerdem zusammen mit der radial einwärts vorstehenden Unterkante 8 des Einsatzstückes 5 sowie der am unteren Ende des Feuersteges 14 befindlichen Querfläche 15 am Stufenkolben 3 und der Wand des unteren Zylinderbohrungsbereiches 13 einen Frischluftpufferraum 17 begrenzt. Wie die Figurenfolge von F i g. 3 nach F i g. 5 zeigt, in der verschiedene Stellungen des Stufenkolbens 3 bei einem Kornpressionshub in bezug auf den Ringvorsprung 7 am ZylinderkopfAccording to a first embodiment of the solution according to the invention (see FIGS. 1 to 5) are the Top land 14 on the stepped piston 3 and the inner wall 6 of the annular projection 7 on the cylinder head 4 so against one another made adapted so that when the parts 7 and 14 are at operating temperature, the top land 14 during a cap upstroke after immersion in the annular projection 7 and as long as it moves therein, with the inner wall 6 of the latter one minimal annular gap with at least approximately the same size and also together with the radial inwardly protruding lower edge 8 of the insert 5 and the transverse surface 15 located at the lower end of the top land 14 on the stepped piston 3 and the Wall of the lower cylinder bore area 13 delimits a fresh air buffer space 17. Like the sequence of figures from F i g. 3 according to FIG. 5 shows in the various positions of the stepped piston 3 during a compression stroke with respect to the annular projection 7 on the cylinder head

4 dargestellt sind, wird der mit Luft gefüllte, zunächst nach oben offene ringförmige Bereich um den Feuersteg 14 in jenem Moment (siehe F i g. 3) zur Bildung des Frischluftpufferraumes 17 geschlossen, in dem der Stufenkolben 3 mit seinem Feuersteg 14 in den Innenraum des Ringvorsprungs 7 eintaucht. Während des weiteren Kolbenaufwärtsganges (siehe dessen Bewegungsablauf von F i g. 3 über F i g. 4 nach F i g. 5) verkleinert sich der Rauminhalt des Frischluftpufferraumes 17, wodurch die in letzterem eingeschlossene Luft auf einen immer über dem im Brennraum 5 herrschenden und im Endstadium des Kolbenhubes auch über dem Zünddruck liegenden Druck komprimiert und zumindest ein Teil derselben über den eine starke Drossel bildenden, minimalen Ringspalt 18 in den Brennraum 5 eingepumpt wird. Letzteres ist in Fig.4 durch Pfeile angedeutet. Diese dabei mit hoher Geschwindigkeit in den Brennraum einströmende Luft sorgt für eine intensive Kühlung der den Brennraum 5 begrenzenden Wände und außerdem für eine intensive Verwirbelung der bereits im Brennraum 5 befindlichen Luft. Der besagte Ringspalt 18 zwischen dem Feuersteg 14 am Stufenkolben 3 und der Innenwand 6 des Ringvorsprungs 7 weist eine Größe auf, die zwischen etwa 0,5 und 1,5 Promille des Kolbendurchmessers liegt.4, the air-filled, initially open at the top, annular area around the top land 14 closed at that moment (see FIG. 3) to form the fresh air buffer space 17 in which the stepped piston 3 with its top land 14 dips into the interior of the annular projection 7. During the rest Piston upward gear (see its sequence of movements from FIG. 3 via FIG. 4 to FIG. 5), the Volume of the fresh air buffer space 17, whereby the air trapped in the latter is always over that prevailing in the combustion chamber 5 and also above the ignition pressure in the final stage of the piston stroke Pressure is compressed and at least part of it above the minimum that forms a strong throttle Annular gap 18 is pumped into the combustion chamber 5. The latter is indicated in Figure 4 by arrows. These Air flowing into the combustion chamber at high speed ensures intensive cooling of the Combustion chamber 5 delimiting walls and also for an intensive swirling of the already in the combustion chamber 5 located air. Said annular gap 18 between the top land 14 on the stepped piston 3 and the inner wall 6 of the annular projection 7 has a size between approximately 0.5 and 1.5 per thousand of the piston diameter lies.

Der Ringvorsprung 7 ist wie aus den Figuren ersichtlich, an den Kühlkreislauf des Zylinderkopfes 4 angeschlossen. As can be seen from the figures, the annular projection 7 is connected to the cooling circuit of the cylinder head 4.

Der Zylinderkopf 4 mit dem angeformten Ringvorsprung 7 und der Stufenkolben 3 weisen nach ihrer Herstellung im kalten Zustand eine wie aus F i g. 1 ersichtliche Form auf. Dabei besitzt der Feuersteg 14 des Stufenkolbens 3 eine sich vom unteren, bei der Querfläche 15 beginnenden Ende bis zur Außenfläche 11 des Kolbenbodens 12 hin geringfügig verjüngende Form mit in Achsrichtung geradlinig bzw. leicht gekrümmter Kontur. Diese Krümmung ist in F i g. 1 übertrieben groß dargestellt. Angepaßt hieran besitzt auch die Innenwand 6 am Ringvorsprung 7 nach der Herstellung des Zylinderkopfes 4 eine sich vom unteren, bei Unterkante 8 beginnenden Ende zur Bodenfläche 10 des Zylinderkopfes 4 hin verjügende, ebenfalls geradlinig bzw. leicht einwärts gekrümmte Kontur.The cylinder head 4 with the molded-on annular projection 7 and the stepped piston 3 have after their manufacture in the cold state one as shown in FIG. 1 visible form. The top land 14 of the stepped piston has 3 one from the lower end beginning at the transverse surface 15 to the outer surface 11 of the piston head 12 slightly tapering shape with a straight or slightly curved contour in the axial direction. This curvature is shown in FIG. 1 shown exaggerated. The inner wall is also adapted to this 6 on the ring projection 7 after the production of the cylinder head 4 one from the lower, at lower edge 8 beginning end towards the bottom surface 10 of the cylinder head 4 tapering, also straight or slightly inwardly curved contour.

Bei Aufheizung auf die Betriebstemperatur nehmen diese Teile durch temperaturbedingte Ausdehnung die in F i g. 2 dargestellte Form ein, wobei sich der minimale Ringspalt 18 in der weiter vorn bereits angegebenen Größenordnung einstellt.When heated to the operating temperature, these parts take the temperature-related expansion in Fig. 2, the minimum annular gap 18 being in the one already indicated above Adjusts the order of magnitude.

Bei einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung wird ein dem gegenüber geringfügig abweichender Weg beschritten.In a second embodiment of the solution according to the invention, the opposite is slight took a different path.

Auch hier wird der Stufenkolben 3 so hergestellt, daß der Feuersteg 14 im kalten Zustand eine sich vom unteren bei der Querfläche 15 beginnenden Ende zur Außenfläche 11 des Kolbenbodens 12 hin verjüngende Form mit in Achsrichtung gesehen geradlinig bzw. leicht konvex gekrümmter Kontur aufweist (siehe Fig.6). Auch der Zylinderkopf 4 wird so hergestellt, daß der an ihm angeformte Ringvorsprung im kalten Zustand eine Form besitzt, bei der dessen Innenwand 6 ebenfalls eine sich vom unteren, bei der Unterkante 8 beginnenden Ende zur Bodenfläche 10 des Zylinderkopfes 4 hin sich geringfügig verjüngt, so daß diese in Achsrichtung gesehen eine geradlinige oder leicht paraboloidisch gekrümmte Kontur aufweist. Auch dies ist aus F i g. 6 ersichtlich, wobei diesbezüglich darauf hinzuweisen ist, daß die Abweichung von der Zylinderform auch dort übertrieben groß dargestellt ist, um sie überhaupt zeich-Here, too, the stepped piston 3 is manufactured in such a way that the top land 14 extends from the lower one in the cold state at the transverse surface 15 beginning end tapering towards the outer surface 11 of the piston head 12 Has shape with a straight or slightly convex curved contour seen in the axial direction (see Fig. 6). The cylinder head 4 is also manufactured in such a way that the annular projection formed on it in the cold state has a Has a shape in which the inner wall 6 thereof also has a shape starting from the lower edge 8 at the lower edge The end towards the bottom surface 10 of the cylinder head 4 tapers slightly so that it is seen in the axial direction has a straight or slightly paraboloidally curved contour. This is also from FIG. 6 can be seen, it should be pointed out in this regard that the deviation from the cylindrical shape is also there is exaggerated in order to be drawn at all.

nerisch aufzeigen zu können.to be able to show nerically.

Generell sind dabei in diesem zweiten Fall der Feuersteg 14 und die Innenwand 6 des Ringvorsprunges 7 am Zylinderkopf 4 so aneinander angepaßt, daß dann, wenn der Stufenkolben 3 und der Zylinderkopf 4 sich im betriebswarmen Zustand befinden, der Feuersteg 14 und die Innenwand 6 am Ringvorsprung 7 aufgrund ihrer durch die Betriebswärme bedingte Ausdehnung eine solche Form haben (siehe F i g. 7), bei der der Feuersteg 14 während eines Kolbenaufwärtshubes nach Eintauchen in den Innenraum des Ringvorsprungs 7In this second case, the top land 14 and the inner wall 6 of the annular projection 7 are generally on Cylinder head 4 adapted to one another so that when the stepped piston 3 and the cylinder head 4 are at operating temperature State are the top land 14 and the inner wall 6 on the annular projection 7 due to their the expansion caused by the operating heat have a shape (see FIG. 7) in which the top land 14 during an upward stroke of the piston after dipping into the interior of the annular projection 7

a) zunächst eine Spielpassung mit minimalem Ringspalt 19 bildet und zusammen mit der radial einwärts vorstehenden Unterkante 8 des Ringvorsprunges 7 sowie der am unteren Ende des Feuersteges 14 befindlichen Querfläche 15 am Stufenkolben 3 und der Wand des unteren Zylinderbohrungsbereiches 13 einen Frischluftpufferraum 20 begrenzt, dessen Rauminhalt sich beim weiteren Aufwärtshub des Stufenkolbens 3 verkleinert, wodurch die eingeschlossene Luft auf einen immer über dem im Brennraum herrschenden und im Endstadium des Kolbenhubes auch über dem Zünddruck liegenden Druck komprimierbar und zumindest ein Teil derselben über den eine starke Drossel bildenden Ringspalt 19 in den Brennraum 5 einpumpbar ist, unda) initially forms a clearance fit with a minimal annular gap 19 and together with the radially inward protruding lower edge 8 of the ring projection 7 and that at the lower end of the top land 14 located transverse surface 15 on the stepped piston 3 and the wall of the lower cylinder bore area 13 delimits a fresh air buffer space 20, the volume of which is reduced during the further upward stroke of the stepped piston 3, whereby the trapped air is always higher than that prevailing in the combustion chamber and in the final stage of the piston stroke is also compressible and at least above the ignition pressure a part of the same can be pumped into the combustion chamber 5 via the annular gap 19 which forms a large throttle is and

b) am Ende des Kolbenhubes mit seinem kolbenbodenseitigen Endbereich an der Innenwand 6 des Ringvorsprunges 7 zwecks vollständiger Absperrung der vorher gegebenen Durchlaßverbindung zwischen Frischluftpufferraum 20 und Brennraum 5 zur Anlage kommt.b) at the end of the piston stroke with its piston crown-side end region on the inner wall 6 of the Ring projection 7 for the purpose of completely blocking the previously given passage connection comes to rest between fresh air buffer space 20 and combustion chamber 5.

Der nach Eintauchen des Feuersteges 14 in den Innenraum des Ringvorsprunges 7 gegebene Ringspalt 19 besitzt wegen seiner leichten Keilform in Achsrichtung zwar keine gleichbleibende, aber im Mittel, bezogen auf die Eintauchtiefe, etwa zwischen 0,5 und 1,5 Promille des Kolbendurchmessers liegende Größe.The annular gap 19 given after the top land 14 has dipped into the interior of the annular projection 7 Due to its slight wedge shape in the axial direction, it does not have a constant, but on average, based on the immersion depth, approximately between 0.5 and 1.5 per thousand of the piston diameter.

Auch in diesem zweiten Fall ist der Ringvorsprung 7 am Zylinderkopf 4 an dessen Kühlkreislauf angeschlossen. In this second case, too, the annular projection 7 on the cylinder head 4 is connected to its cooling circuit.

Der Stufenkolben 3 ist in den dargestellten Beispielen einstückig ausgebildet. Er kann jedoch auch mehrteilig ausgebildet sein und insbesondere im Bereich seines Feuersteges 14 aus einem besonders hitzebeständigen Material bestehen.The stepped piston 3 is formed in one piece in the examples shown. However, it can also consist of several parts be formed and in particular in the area of its top land 14 from a particularly heat-resistant Material.

Der am Zylinderkopf 4 angeformte Ringvorsprung 7 besitzt eine solche axiale Baulänge, daß sich dessen Unterkante 8 in Einbaulage an einer solchen Stelle in bezug auf die Kolbenhubbewegung befindet, bei der der Eintritt des Feuersteges 14 in den Innenraum des Ringvorsprungs 7 während eines Kolbenaufwärtshubes und damit ein Schließen des Frischluftpufferraumes 17 bzw. 20 in einem Bereich von etwa 20 bis 160° kW vor dem oberen Totpunkt (OT) des Stufenkolbens 3 erfolgt. In Fig.8 ist ein solcher Fall beispielhaft dargestellt. Dort beginnt der Eintritt des Feuersteges 14 in den Innenraum des Ringvorsprungs 7 etwa bei 150° kW vor OT. Dargestellt ist in F i g. 8 die Phase eines Kolbenabwärtshubes kurz nach Austritt des Feuersteges 14 aus dem Ringvorsprung 7. Durch Pfeile 21 ist dabei die Restdruckentspannung der vorher im Frischluftpufferraum 17 bzw. 20 eingeschlossenen Luft auf das momentan im Zylinderraum herrschende Druckniveau angedeutet. Letzteres verhindert, wie bereits eingangs erwähnt, einThe annular projection 7 formed on the cylinder head 4 has such an axial length that its lower edge 8 is in the installed position at such a point with respect to the piston stroke movement at which the entry of the top land 14 in the interior of the annular projection 7 during an upward piston stroke and thus a closing of the fresh air buffer space 17 or 20 in a range of about 20 to 160 ° kW before top dead center (TDC) of the stepped piston 3 takes place. Such a case is shown by way of example in FIG. there the entry of the top land 14 into the interior of the annular projection 7 begins at about 150 ° kW before TDC. It is shown in FIG. 8 shows the phase of a piston downward stroke shortly after the top land 14 emerges from the Annular projection 7. Arrows 21 indicate the residual pressure relaxation that was previously in the fresh air buffer space 17 or 20 indicated air to the momentary prevailing pressure level in the cylinder space. As already mentioned at the beginning, the latter prevents a

Eindringen von Verbrennungsrückständen in den in dieser Phase der Kolbenbewegung oben offenen Ringraum
zwischen dem Feuersteg 14 und der Innenwand 6 des
Ringvorsprungs 7.Penetration of combustion residues into the annular space, which is open at the top in this phase of the piston movement
between the top land 14 and the inner wall 6 of the
Ring projection 7.

Hierzu 4 Blatt ZeichnungenFor this purpose 4 sheets of drawings

1010

1515th

2020th

2525th

3030th

3535

4040

4545

5050

5555

6060

6565

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Claims

Patent claims:

1. Reciprocating internal combustion engine, the cylinder bores of which are limited at the top by a cylinder head and narrowed in the area of the combustion chamber compared to a cylinder bore area adjoining below are, and their pistons, in order to immerse them in the narrowed cylinder bore area to enable the compression stroke, are designed as stepped pistons and in the area of the top land have a smaller diameter than the narrowed cylinder bore area, the top land on the stepped piston and the inner wall of the annular projection on the cylinder head as are made to match that in the operating temperature of these parts of the top land during the piston stroke after immersion in the interior of the ring projection and as long as it is moves in it, with its inner wall a minimal annular gap and also together with the radial inwardly protruding lower edge on the ring projection and the one at the lower end of the top land radially outward adjoining transverse surface on the stepped piston and the wall of the lower cylinder bore area delimits a fresh air buffer space, the volume of which decreases with the further stroke of the stepped piston, characterized in that, that the narrowed cylinder bore area through the inner wall (6) of one on the cylinder head (4) molded ring projection (7) is formed, which is gas-tight on the upper end face (9) of a cylinder (1) is seated and in terms of its axial extent relative to the top land (14) is dimensioned on the stepped piston (3) so that the air trapped in the fresh air buffer space (17) on one always above that prevailing in the combustion chamber (5) and also above that in the final stage of the piston stroke the ignition pressure lying pressure is compressible, with a part of the same over the a strong throttle forming annular gap (18) can be pumped into the combustion chamber (5) and another part only when released of the fresh air buffer space (17) through the piston head (12) during the piston downward movement in the working stroke is relaxing.

2. Reciprocating internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the top land (14) on the stepped piston (3) after its manufacture in the cold state from the lower end to the Piston crown slightly tapering shape with a straight or slightly convex curve in the axial direction Has contour that further the inner wall (6) on the annular projection (7) in the cold state also a shape that tapers slightly from the other end to the inner end with in the axial direction has a straight or slightly concave contour, and that the top land (14) on the stepped piston (3) and the inner wall (6) on the annular projection (7) are adapted to one another so that then, when the stepped piston (3) and the annular projection (7) are at operating temperature, the Top land (14) and the inner wall (6) of the annular projection (7) due to the operating heat conditional expansion during the piston stroke after immersion of the top land (14) in the interior of the annular projection (7) form an annular gap (19) which protrudes from the radially inwardly protruding Lower edge (8) on the ring projection (7) in the further

The upward stroke of the stepped piston (3) is narrowed in a wedge shape in its direction of movement and the top land (14) at the end of the piston upward stroke with its piston crown-side end region on the inner wall (6) of the annular projection (7) for the purpose of completely blocking the previously given passage connection comes to rest between the fresh air buffer space (20) and the combustion chamber (5).

3. Reciprocating internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the after immersion of the top land (14) given into the interior of the annular projection (7) on the cylinder head (4) Annular gap (18) has a size between about 0.5 and 1.5 per thousand of the piston diameter.

4. Reciprocating internal combustion engine according to one of claims 1 or 2, characterized in that after the top land (14) has dipped into the interior of the annular projection (7) on the cylinder head (4) given, slightly wedge-shaped annular gap (19) on average a size of approximately between 0.5 and 1.5 per thousand of the piston diameter.

5. Reciprocating internal combustion engine according to one of claims 1 or 2, characterized in that the annular projection (7) on the cylinder head (4) has such an axial length that the top land (14) during an upward piston stroke about 20 to 160 ° kW before TDC in the Interior of the annular projection (7) is immersed and thus from this point in time the fresh air buffer space (17 or 20) is limited.