SE533053C2

SE533053C2 - Piston of an internal combustion engine

Info

Publication number: SE533053C2
Application number: SE0801388A
Authority: SE
Inventors: Leif Hansson
Original assignee: Scania Cv Ab
Priority date: 2008-06-13
Filing date: 2008-06-13
Publication date: 2010-06-15
Also published as: SE0801388L

Description

533 D53 SAMIVIANFATTNING AV UPPFINNINGEN Ett första syftet med föreliggande uppﬁnning är att tillhandahålla en kolv med en kolv- grop som effektivt motverkar att oförbränt bränsle träñfar kolvens cylindervägg. Ett annat syﬁe är tillhandahålla en kolvgrop som möjliggör en mycket god blandning av luﬁ och bränsle innan bränslet antänds. Ett ytterligare syfte är att tillhandahålla en kolvgrop som är utformad så att väsentligen allt insprutat bränsle förångas innan det träffar kolv- gropens ytor. 533 D53 SUMMARY OF THE INVENTION A first object of the present invention is to provide a piston with a piston pit which effectively counteracts unburned fuel penetrating the cylinder wall of the piston. Another stitch is to provide a piston pit that allows a very good mix of lu ﬁ and fuel before the fuel is ignited. A further object is to provide a piston pit which is designed so that substantially all of the injected fuel is evaporated before it hits the surfaces of the piston pit.

Det första syftet uppnås med kolven av det inledningsvis nämnda slaget vilken känne- tecknas av de särdrag som anges i patentkravets 1 kännetecknande del. Under slutske- det av bränsleinsprutningsprocessen då kolven börjar förﬂytta sig nedåt friläggs cylin- derväggen. Det är härvid en risk att cylinderväggen träffas av oförbränt bränsle. Ett kantparti med omväxlande konkava och konvexa områden som är förbundna med rätlin- jiga områden uppvisar en trappstegsliknande form. En kantyta hos en kolvgrop med en sådan form förhindrar effektivt rörelser av bränsleblandningen radiellt utåt då kolven pressas nedåt i cylindern. Risken att cylinderväggen trälfas av oforbränt bränsle och sotpartiklar är därmed relativt liten. Företrädesvis innefattar kantpartiet ett område med en rätlinjig sträckning som bildar en vinkel av högst 10° men med fördel högst 5° mot den centrala axeln. Det rätlinjiga området har således en mer eller mindre väsentligen parallell sträckning med den centrala axeln. Ett sådant område bildar en väsentligen vertikal väggyta i kolvgropen vilken effektivt motverkar rörelser av bränsleblandningen radiellt utåt då kolven pressas nedåt i cylindern under en förbränningsprocess. Det rät- linjiga området reducerar därvid även bildandet av sot på cylinderns väggyta.The first object is achieved with the piston of the kind mentioned in the introduction, which is characterized by the features stated in the characterizing part of claim 1. At the end of the fuel injection process when the piston begins to move downwards, the cylinder wall is exposed. There is a risk that the cylinder wall will be hit by unburned fuel. An edge portion with alternating concave and convex areas connected by rectilinear areas has a step-like shape. An edge surface of a piston pit with such a shape effectively prevents movements of the fuel mixture radially outwards when the piston is pressed downwards in the cylinder. The risk of the cylinder wall being threshed by unburned fuel and soot particles is thus relatively small. Preferably, the edge portion comprises an area with a rectilinear stretch which forms an angle of at most 10 ° but advantageously at most 5 ° towards the central axis. The rectilinear region thus has a more or less substantially parallel extension with the central axis. Such an area forms a substantially vertical wall surface in the piston pit which effectively counteracts movements of the fuel mixture radially outwards when the piston is pressed downwards in the cylinder during a combustion process. The rectilinear area thereby also reduces the formation of soot on the wall surface of the cylinder.

Enligt en föredragen utföringsforrn av föreliggande uppfinning har nämnda konvext formade områden har en krökningsradie som är högst 3 mm. Kolven är således försedd med en kolvgrop som har ett kantparti som innefattar konvext formade områden med relativt små krökningsradier. De konvext formade områdena bildar därvid relativt skar- pa utskjutande kanter på kantpartiets yta. Med sådana skarpa kanter skapas lokalt en riklig turbulens av luﬁen då den strömmar förbi de konvexa områdena. Denna rikliga turbulens av luften resulterar i att en mycket god blandning av luft och bränsle erhålls i anslutning till de konvexa områdena. Mängden sotpartiklar i avgaserna reduceras där- med avsevärt. Även halten av kolväten i avgaserna kan reduceras genom en sådan god blandning av luft och bränsle. 533 053 Enligt en föredragen utföringsform av föreliggande uppﬁnning har nämnda konkavt formade område även en krökningsradie som är högst 3 mm. Kolvgropens kantparti har således även försetts med åtminstone ett men företrädesvis två konkavt formade områ- den som har relativt små krökningsradier. Med sådana relativt skarpa konkava områden skapasäven en riklig lokal turbulens .av luften då den strömmar förbi de konkava områ- dena. Därmed tillhandahålls en ytterligare förbättrad blandning av luft och bränsle innan bränslet antänds. Mängden sotpartiklar i avgaserna blir därmed lägre och halten av kolväten i avgaserna reduceras ytterligare. Företrädesvis har nämnda konvexa områden och nämnda konkava område en krökningsradie som är högst 2 mm. De konvexa områ- dena och det konkava området är här ännu skarpare. Därmed erhålls en ännu rikligare turbulent strömning i anslutning till de konvexa områdena och det konkava området. Ur blandningssynpunkt bör de konvexa områdena och det konkava området ha en så liten krökningsradie som möjligt. Ornrådena utsätts dock för mycket stora påfrestningar un- der förbränningsprocesserna. Av hållfasthetsskäl bör därför inte områdenas kröknings- radier underskrida en lägsta acceptabel gräns. Andra konkava och konvexa ornråden i övriga delar av kolvgropen kan även förses med en krökningsradie som är lika med eller mindre än 2 mm för att ytterligare främja blandningen av luﬂ och bränsle.According to a preferred embodiment of the present invention, said convexly shaped areas have a radius of curvature of at most 3 mm. The piston is thus provided with a piston pit which has an edge portion which comprises convexly shaped areas with relatively small radii of curvature. The convexly shaped areas thereby form relatively sharp projecting edges on the surface of the edge portion. With such sharp edges, a rich turbulence is created locally by the light as it flows past the convex areas. This abundant turbulence of the air results in a very good mixture of air and fuel being obtained in connection with the convex areas. The amount of soot particles in the exhaust gases is thus significantly reduced. The content of hydrocarbons in the exhaust gases can also be reduced by such a good mixture of air and fuel. According to a preferred embodiment of the present invention, said concavely shaped area also has a radius of curvature not exceeding 3 mm. The edge portion of the piston pit has thus also been provided with at least one but preferably two concavely shaped areas which have relatively small radii of curvature. With such relatively sharp concave areas, an abundant local turbulence is also created by the air as it flows past the concave areas. This provides a further improved mixture of air and fuel before the fuel is ignited. The amount of soot particles in the exhaust gases is thus lower and the content of hydrocarbons in the exhaust gases is further reduced. Preferably, said convex areas and said concave area have a radius of curvature of at most 2 mm. The convex areas and the concave area are even sharper here. This results in an even more abundant turbulent flow in connection with the convex areas and the concave area. From a mixing point of view, the convex areas and the concave area should have as small a radius of curvature as possible. The control areas are, however, exposed to very large stresses during the combustion processes. For reasons of strength, therefore, the radii of curvature of the areas should not fall below a minimum acceptable limit. Other concave and convex grooves in other parts of the piston pit may also be provided with a radius of curvature equal to or less than 2 mm to further promote the mixture of lu ﬂ and fuel.

Enligt en föredragen utföringsforrn av föreliggande uppﬁnning är det rätlinjiga området företrädesvis förbundet med den plana ytan via ett konvext format område. Därmed formar det rätlinjiga området en övre del av kolvgropen vilken är belägen i väsentligen direkt anslutning till den vertikala ytan som omger kolvgropen. I detta läge motverkar det rätlinjiga området transporten av oförbränt bränsle och sotpartiklar i avgaserna radi- ellt utåt mot cylinderns väggyta mycket effektivt. Det rätlinjiga området har med fördel en sträckning av åtminstone 3 mm.According to a preferred embodiment of the present invention, the rectilinear area is preferably connected to the flat surface via a convexly shaped area. Thus, the rectilinear area forms an upper part of the piston pit which is located in substantially direct connection to the vertical surface surrounding the piston pit. In this position, the rectilinear area counteracts the transport of unburned fuel and soot particles in the exhaust gases radially outwards towards the wall surface of the cylinder very effectively. The rectilinear area advantageously has a stretch of at least 3 mm.

Enligt en föredragen utföringsform av föreliggande uppﬁnning innefattar kantpartíet ett område med en rätlinjig sträckning som bildar en vinkel med den centrala axeln så att kolvgropens diameter ökar i nämnda område i riktning uppåt mot den plana ytan. Detta rätlinjiga område bildar en platåformad avsats hos det trappliknande kantpartiet. Detta område motverkar även rörelser av bränsleblandningen radiellt utåt då kolven pressas nedåt under en förbränningsprocess. Detta område kan ha en rätlinjig sträckning av åt- minstone 2 mm. 533 053 Enligt en annan foredragen utföringsform av föreliggande uppfinning har ett av kantpar- tiets konvext formade områden åtminstone en del som är belägen på ett kortare rätvink- ligt avstånd från den centrala axeln än motsvarande avstånd för en perifert ytterst belä- gen del av det ringformade partiet. Ett sådant område bildar en skarp kant som skjuter radiellt inåt i kolvgropen. En riklig turbulent strömning av luften skapas därvid i anslut- ning till området. Detta konvext formade område främjar även blandningen av luft och bränsle genom att det leder luften radiellt inåt i riktning mot insprutningsorganet och därmed mot bränslestrålarna som sprutas in i forbränningsutrymmet. Blandningen av luﬁ och bränsle gynnas därmed ytterligare. Nämnda del av det konvext formade områ- det är med fördel belägen på ett djup under den plan yta av 9,5 - 11,5 mm, företrädesvis på ett djup av 10,5 mm. Därmed tillhandahålls en kolvgrop med en ringformad del som är belägna på ett större djup än 10,5 mm. Därmed hinner väsentligen allt bränsle som sprutas in i den ringformade delen att förångas innan det träffar en yta i kolvgropen.According to a preferred embodiment of the present invention, the edge portion comprises an area with a rectilinear stretch which forms an angle with the central axis so that the diameter of the piston pit increases in said area in the direction upwards towards the flat surface. This rectilinear area forms a plateau-shaped ledge of the stair-like edge portion. This area also counteracts movements of the fuel mixture radially outwards when the piston is pressed downwards during a combustion process. This area can have a rectilinear stretch of at least 2 mm. According to another preferred embodiment of the present invention, one of the convexly shaped areas of the edge portion has at least a portion located at a shorter perpendicular distance from the central axis than the corresponding distance of a peripherally outermost portion of the annular portion. the party. Such an area forms a sharp edge which projects radially inwards into the piston pit. An abundant turbulent flow of air is thereby created in connection with the area. This convexly shaped area also promotes the mixing of air and fuel by directing the air radially inwards towards the injection means and thus towards the fuel jets which are injected into the combustion chamber. The mixture of lu ﬁ and fuel is thus further favored. Said part of the convexly shaped area is advantageously located at a depth below the flat surface of 9.5 - 11.5 mm, preferably at a depth of 10.5 mm. Thereby a piston pit is provided with an annular part located at a depth greater than 10.5 mm. Thus, essentially all the fuel injected into the annular part has time to evaporate before it hits a surface in the piston pit.

KORT BESKRIV NING AV RITNINGARNA I det följande beskrivs, såsom ett exempel, en föredragen utföringsform av uppﬁnningen med hänvisning till bifogade ritningar, på vilka Pig. 1 visar en kolv hos en förbränningsmotor enligt föreliggande uppﬁnning, Fig. 2 visar kolven i Fig. 1 meri detalj och Fig. 3 visar en del av kolven i Fig. 1 ytterligare mer detaljerat.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS In the following, as an example, a preferred embodiment of the invention is described with reference to the accompanying drawings, in which Figs. Fig. 1 shows a piston of an internal combustion engine according to the present invention, Fig. 2 shows the piston in Fig. 1 in more detail and Fig. 3 shows a part of the piston in Fig. 1 in more detail.

DETALJERAD BESKRIVNING Av EN FOREDRAGEN UrFöRINGsFoRM Av UPPPINNINGEN ' Pig. 1 visar en cylinder 1 hos en förbränningsmotor i form av en dieselmotor med di- rektinsprutning av bränsle. Dieselmotorn är med fördel monterad i ett tungt fordon. i Cylinder 1 innefattar en rörligt anordnad kolv 2. Kolven 2 är försedd med en kolvgrop 4. Kolvgropen 4 bildar i ett övre dödläge tillsammans med en övre yta hos cylindern 2 ett förbränningsutrymme 3. Ett insprutningsorgan 5 är anpassat att spruta in bränsle med ett högt tryck i förbränningsutrymmet 3. Insprutningsorganet 5 är försett med ett ﬂertal öppningar för att spruta in bränslet i form av ett stort antal tunna strålar i för- bränningsutrymmet 3. En inloppsledning 6 för luﬁ är förbunden med cylinderns 1 inre utrymme via åtminstone en öppning 7. Luften som leds in i cylindern 1 kan innehålla återcirkulerande avgaser. Luften är med fördel komprimerad och kyld innan den leds in 533 G53 i cylindern l. Åtminstone en inloppsventil 8 är anpassad att styra tillförseln av luft till cylindern 1. En avgasledning 9 är, via åtminstone en öppning 10, avsedd att leda ut av- gaser efter avslutade forbränningsprocesser i forbränningsutrymmet 3. Utsläppet av avgaser från forbränningsutrymmet 3 regleras via åtminstone en avgasventil 11.DETAILED DESCRIPTION OF A PREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION 'Pig. 1 shows a cylinder 1 of an internal combustion engine in the form of a diesel engine with direct injection of fuel. The diesel engine is advantageously mounted in a heavy vehicle. in Cylinder 1 comprises a movably arranged piston 2. The piston 2 is provided with a piston pit 4. The piston pit 4 forms in an upper dead position together with an upper surface of the cylinder 2 a combustion space 3. An injection means 5 is adapted to inject fuel with a high pressure in the combustion chamber 3. The injector 5 is provided with a number of openings for injecting the fuel in the form of a large number of thin jets into the combustion chamber 3. An inlet line 6 for lu ﬁ is connected to the inner space of the cylinder 1 via at least one opening 7. The air that is led into the cylinder 1 may contain recirculating exhaust gases. The air is advantageously compressed and cooled before it is led into 533 G53 in the cylinder 1. At least one inlet valve 8 is adapted to control the supply of air to the cylinder 1. An exhaust line 9 is, via at least one opening 10, intended to discharge exhaust gases after completed combustion processes in the combustion chamber 3. The emission of exhaust gases from the combustion chamber 3 is regulated via at least one exhaust valve 11.

Pig. 2 -visar ett radiellt snitt genom kolven 2 i F ig. 1. Det radiella snittet sträcker sig genom en central axel 12 hos kolven 2. Kolven 2 innefattar vid ett övre kantområde en väsentligen plan yta 13 som bildar en rät vinkel mot den centrala axeln 12. Den plana ytan 13 är anpassad att i det närrnaste komma i kontakt med cylinderns l ovre yta då kolven når det övre dödläget. Kolvgropen 4 innefattar en skålforrnad yta vilken är belä- gen radiellt invändigt om den plana ytan 13. Kolvgropen 4 innefattar ett centralt parti 4a som har en konvext formad yta vilken är symetriskt anordnad runt den centrala axeln 12. Kolvgropen 4 innefattar en ringformat parti 4b som sträcker sig runt det centrala partiet 4a. Det ringformade partiet 4b innefattar en konkav yta Det ringformade partiet 4b innefattar kolvgropens 4 djupast liggande yta. Bränslet som sprutas in i förbrän- ningsutrymmet är anpassat att huvudsakligen mottas i det ringformade partiet 4b. Kolv- gropen 4 innefattar slutligen ett kantparti 4c som har en trappstegsliknande form vilket förbinder det ringformade partiet 4b med den plana ytan 13. Det ringformade partiet 4b och kantpartiet 4c är även symetriskt anordnade runt den centrala axeln 12.Pig. 2 shows a radial section through the piston 2 in FIG. The radial section extends through a central axis 12 of the piston 2. The piston 2 comprises at an upper edge area a substantially flat surface 13 which forms a right angle to the central axis 12. The flat surface 13 is adapted to come closest in contact with the upper surface of the cylinder when the piston reaches the upper dead center. The piston pit 4 comprises a cup-shaped surface which is located radially inside the flat surface 13. The piston pit 4 comprises a central portion 4a having a convexly shaped surface which is symmetrically arranged around the central axis 12. The piston pit 4 comprises an annular portion 4b which extends around the central portion 4a. The annular portion 4b comprises a concave surface The annular portion 4b comprises the deepest surface of the piston pit 4. The fuel injected into the combustion chamber is adapted to be received mainly in the annular portion 4b. The piston pit 4 finally comprises an edge portion 4c having a step-like shape which connects the annular portion 4b to the flat surface 13. The annular portion 4b and the edge portion 4c are also symmetrically arranged around the central axis 12.

Pig. 3 visar kolvgropens 4 proﬁl i det radiella planet mer i detalj. Kolvgropens 4 profil visas här från den centrala axeln 12 och radiellt utåt till den plana ytan 13. 1 detta fall visas således endast halva kolvgropens 4 profil. Då kolvgropen 4 är symetriskt anord- nad runt den centrala axeln 12 har kolvgropen 4 en motsvarande profil i alla radiella riktningar från den centrala axeln 12 och ut till den plana ytan 13. Det centrala partiets 4a har en lokal topp i form av ett centralt beläget konvext format första område al. Det forsta området al är beläget på ett djup b; av 8 mm under den plana ytan 13. Det forsta området al har en krökningsradie r1 av 5,5 mm. Det centrala partiet 4a övergår därefter i ett andra område az som har en väsentligen rätlinjig sträckning i det radiella planet.Pig. 3 shows the profile of the piston pit 4 in the radial plane in more detail. The profile of the piston pit 4 is shown here from the central axis 12 and radially outwards to the flat surface 13. In this case, only half the profile of the piston pit 4 is shown. When the piston pit 4 is symmetrically arranged around the central axis 12, the piston pit 4 has a corresponding profile in all radial directions from the central axis 12 and out to the flat surface 13. The central portion 4a has a local peak in the form of a centrally located convex shaped first area al. The first area al is located at a depth b; of 8 mm below the flat surface 13. The first area a1 has a radius of curvature r1 of 5.5 mm. The central portion 4a then merges into a second region az which has a substantially rectilinear stretch in the radial plane.

Området a; bildar en vinkel v; av 70° mot den centrala axeln 12. Det centrala partiet 4a avslutas med ett konvext format tredje område a; som har en krokningsradie r; av 2 mm. Radiellt utvändigt om det tredje området ag är det ringformade partiet 4b anord- nat. Det ringformade partiet 4b innefattar ett konkavt format fjärde område ar som har en krökníngsradie rr av 8,5 mm. Det ringformade partiet 4b innefattar således kolvgro- pens lägst belägna yta som är belägen på ett djup bi av 23 mm under den plana ytan 13. 533 053 Radiellt utvändigt om det ringforrnade partiet 4b innefattar kolvgropen 4 det trapp- stegsliknande kantpartiet 4c. Kantpartiet 4c innefattar inledningsvis ett konkavt format femte område av som är i kontakt med det ringformade partiet 4b. Det femte området a; har en krökningsradie rv av 2 mm. Kolvgropens 4 konkava krökning i det ringforrnade partiet 4b tilltar således ytterligare i det femte området as. Det konkavt krökta femte området av övergår i ett sjätte. området at; som har en kort väsentligen rätlinjig sträck- ning i det radiella planet. De konkavt formade fjärde området ai och det femte området av har en krökning så att det anslutande sjätte området aa erhåller en lutning inåt mot den centrala axeln 12 Kolvgropens 4 diameter avtar således i det sjätte området aó i en riktning uppåt mot den plana ytan 13. Kantpartiets 4c lutning inåt bryts av ett konvext krökt sjunde område av som har en krökningsradie rv av 2 mm. Det sjunde området av innefattar ett lokalt minimalt avstånd dv till den centrala axeln 12. Det sjunde området av är belägen på ett djup bv under den plan yta 13 av 10,5 mm.Area a; forms an angle v; of 70 ° to the central axis 12. The central portion 4a terminates with a convexly shaped third region a; which has a hooking radius r; of 2 mm. Radially outside the third area ag, the annular portion 4b is arranged. The annular portion 4b comprises a concave shaped fourth region ar having a radius of curvature rr of 8.5 mm. The annular portion 4b thus comprises the lowest surface of the piston pit which is located at a depth bi of 23 mm below the flat surface 13. 533 053 Radially outside the annular portion 4b, the piston pit 4 comprises the step-like edge portion 4c. The edge portion 4c initially comprises a concave shaped fifth region of which is in contact with the annular portion 4b. The fifth area a; has a radius of curvature rv of 2 mm. The concave curvature of the piston pit 4 in the annular portion 4b thus increases further in the fifth region as. The concave curved fifth area of merges into a sixth. the area that; which has a short substantially rectilinear stretch in the radial plane. The concavely shaped fourth region ai and the fifth region of have a curvature so that the adjoining sixth region aa obtains an inclination inwards towards the central axis 12. The diameter of the piston pit 4 thus decreases in the sixth region aó in an upward direction towards the flat surface 13. The inclination of the edge portion 4c inwards is broken by a convexly curved seventh area which has a radius of curvature rv of 2 mm. The seventh area of comprises a local minimum distance dv to the central axis 12. The seventh area of is located at a deep bv below the flat surface 13 of 10.5 mm.

Det sjunde området av övergår i ett åttonde område ag som har en väsentligen rätlinjig sträckning i det radiella planet. Det åttonde området av lutar utåt från den centrala axeln 12 så att kolvgropens 4 diameter ökar i det åttonde området ag i riktning mot den plana ytans 13. Det åttionde området ag har en sträckning av åtminstone 2 mm. Det åttonde området ag övergår i ett nionde konkavt format område ag som även har en kröknings- radie av 2 mm. Det nionde området ag övergår i ett tionde område avo som har en vä- sentligen rätlinjig sträckning i det radiella planet. Det tionde området aw har en väsent- ligen parallell sträckning med den centrala axeln 12 och en rätvinklig sträckning i förhål- lande till den plana ytan 13. Det tionde området am har en sträckning av cirka 3 mm.The seventh region of merges into an eighth region ag which has a substantially rectilinear stretch in the radial plane. The eighth region of is inclined outwardly from the central axis 12 so that the diameter of the piston pit 4 increases in the eighth region ag in the direction of the flat surface 13. The eighth region ag has a stretch of at least 2 mm. The eighth area ag turns into a ninth concave shaped area ag which also has a radius of curvature of 2 mm. The ninth area ag changes into a tenth area avo which has a substantially rectilinear stretch in the radial plane. The tenth region aw has a substantially parallel stretch with the central axis 12 and a rectangular stretch relative to the flat surface 13. The tenth region am has a stretch of about 3 mm.

Kantpartiet 4c innefattar slutligen ett elfte konvext format området an som förbinder det tionde området am med den plana ytan 13. Det elñe området har en krökningsradie av2mm.The edge portion 4c finally comprises an eleventh convexly shaped area an which connects the tenth area am to the flat surface 13. The one area has a radius of curvature of 2 mm.

Under drift av förbränningsmotorn komprimeras luften i cylindern l då kolven 2 rör sig uppåt och samtidigt som ventilerna 8, ll är stängda. Då kolven når den övre dödpunk- ten definierar kolvgropen 4 tillsammans med cylinderns 1 övre yta förbränningsutrym- met 3. Kolven 2 har i detta läge komprimerat luften i kolvgropen 4 till ett högt tryck och en hög temperatur, Insprutningsorganet 5 sprutar in bränsle i form av flera fmförde- lade strålar med ett högt tryck i förbränningsutrymmet 3. Bränslet sprutas huvudsakli- gen in i kolvgropens ringforrnade parti 4b. Bränslet finfördelas då det inträder i förbrän- ningsutrymmet 3 till en mängd små bränsledroppar så att bränslet tillförs i sprayforrn till forbränningsutryrnmet 3. Bränslets initiala hastighet är av en storlek så att bränslet inte 'lO 533 053 direkt hinner reagera med luftens syre i förbränningsutrymmet 3. Bränslets hastighet bromsas emellertid snabbt upp av den komprimerade och varma luﬁen i förbränningsut- rymmet 3. Efter att bränslet har rört sig en viss sträcka i bränsleutrymmet 3 har det bromsats upp till en hastighet vid vilken det kan antändas av omgivande syre i luﬁen.During operation of the internal combustion engine, the air in the cylinder 1 is compressed as the piston 2 moves upwards and at the same time as the valves 8, 11 are closed. When the piston reaches the upper dead center, the piston pit 4 together with the upper surface of the cylinder 1 defines the combustion space 3. The piston 2 has in this position compressed the air in the piston pit 4 to a high pressure and a high temperature. The injector 5 injects fuel in the form of several distributed beams with a high pressure in the combustion chamber 3. The fuel is mainly injected into the annular portion 4b of the piston pit. The fuel is atomized when it enters the combustion chamber 3 into a number of small fuel droplets so that the fuel is supplied in the spray form to the combustion chamber 3. The initial velocity of the fuel is of such a size that the fuel does not have time to react directly with the oxygen in the combustion chamber 3. However, the speed of the fuel is rapidly slowed down by the compressed and hot hatch in the combustion chamber 3. After the fuel has moved a certain distance in the fuel chamber 3, it has been slowed down to a speed at which it can be ignited by ambient oxygen in the hatch.

Det sjunde området av är således beläget på ett djup b7 av 10,5 mm under den plan yta 13. Därmed är den ringformade delens 4b_omrâde att och områdena aj, as belägna på ett större djup än 10,5 mm. I och med det hinner väsentligen allt bränsle som sprutas in i den ringformade delen 4b att förångas innan det trälfar en yta i kolvgropen.The seventh area of is thus located at a depth b7 of 10.5 mm below the flat surface 13. Thus, the annular part 4b_area of att and the areas aj, as are located at a greater depth than 10.5 mm. As a result, substantially all of the fuel injected into the annular part 4b has time to evaporate before it hits a surface in the piston pit.

Utformningen av kolvgropens centrala parti 4a och ringformade parti 4b gör att luften i förbränningsutrymmet 3 leds radiellt inåt och mot insprutningsorganet 5 under insprut- ningsprocessen, vilket leder till att bränslet och luften erhåller en god blandning innan bränslet antänds. Det tredje konvext formade området ag, som förbinder det centrala partiet 4a med det ringformade partiet 4b, bildar en relativt skarp kant där turbulent luftströmning kan skapas, vilket ytterligare gynnar blandningen av luﬁen med bränslet.The design of the central portion 4a and annular portion 4b of the piston pit causes the air in the combustion space 3 to be directed radially inwards and towards the injection means 5 during the injection process, which leads to the fuel and air obtaining a good mixture before the fuel is ignited. The third convexly shaped area ag, which connects the central portion 4a to the annular portion 4b, forms a relatively sharp edge where turbulent air flow can be created, which further favors the mixing of the air with the fuel.

Det trappstegsliknande kantpartiet 4c har således även ett ﬂertal krökta områden a5, av, ag, a1 1 som har krökningsradier av 2 mm. De krökta områdena a5, av, ag, an utgör såle- des relativt skarpa kanter i kolvgropen 4. Därmed skapas en turbulent strömning av luften i anslutning till de konvext formade områdena av, an och de konkavt formade områdena a5, a; då bränslet sprutas in i förbränningsutrymmet. I och med det tillhanda- hålls en ytterligare förbättrad blandning av bränsle och luﬁ i kolvgropen 4. Den mycket goda blandningen av bränsle och luﬂ resulterar i att en relativt mager bränsleblandning antänds i förbränningsutrymmet. Därmed bildas det en relativt liten mängd sotpartiklar i avgaserna. Förbränningsprocessen kan under gynnsamma fall ske med en delvis för- blandad ﬂamma. Under sådana omständigheter sker förbränningen snabbt och med en relativt låg forbränningstemperatur. Därmed bildas lägre halter av kväveoxider i avga- sema.The step-like edge portion 4c thus also has a number of curved areas a5, av, ag, a1 1 which have curvature radii of 2 mm. The curved areas a5, av, ag, an thus form relatively sharp edges in the piston pit 4. This creates a turbulent flow of air in connection with the convexly shaped areas of, an and the concavely shaped areas a5, a; when the fuel is injected into the combustion chamber. As a result, a further improved mixture of fuel and lu ﬁ is provided in the piston pit 4. The very good mixture of fuel and lu ﬂ results in a relatively lean fuel mixture igniting in the combustion chamber. Thus, a relatively small amount of soot particles is formed in the exhaust gases. The combustion process can in favorable cases take place with a partially premixed ﬂ breastfeeding. Under such circumstances, the combustion takes place quickly and with a relatively low combustion temperature. Thus, lower levels of nitrogen oxides are formed in the exhaust gases.

Då kolven 2 initialt pressas nedåt i cylindern 1 från det övre dödläget bildar det tionde området am en väsentligen vertikal väggyta i kolvgropens 4 övre del vilken effektivt motverkar rörelser av bränsleblandningen radiellt utåt. Det åttonde området ag förstär- ker denna funktion hos kolvgropen 4. De rätlinjiga områdena ag, aw motverkar därmed transporten av oförbränt bränsle till cylindems l väggyta.When the piston 2 is initially pressed downwards in the cylinder 1 from the upper dead center position, the tenth region am forms a substantially vertical wall surface in the upper part of the piston pit 4 which effectively counteracts movements of the fuel mixture radially outwards. The eighth area ag enhances this function of the piston pit 4. The rectilinear areas ag, aw thus counteract the transport of unburned fuel to the wall surface of the cylinder.

Uppﬁnningen är på intet sätt begränsad till den på ritningen beskrivna utföringsforrnen utan kan varieras fritt inom patentkravens ramar.The invention is in no way limited to the embodiments described in the drawing but can be varied freely within the scope of the claims.

Claims

10 15 20 25 30 35 533 053 Patent claims

A piston of an internal combustion engine, the piston (2) comprising a flat surface (13) extending around a piston pit (4), which comprises a central portion (4a) with a convexly shaped surface arranged around a shaft (12 ) extending centrally through the piston (2), an annular portion (4b) comprising a concavely shaped surface comprising the deepest lying surface of the piston pit (4) and an edge portion (4c) connecting the annular portion (4b) to the the flat surface (13), which edge portion (4c) comprises, in a plane extending through the central axis (12) and perpendicular to the flat surface (13), a convexly shaped area (of) having at least a part which is located at a shorter rectangular distance (dv) from the central axis (12) than the corresponding distance (d4) of a peripherally outermost part of the annular portion (4b), characterized in that the convexly shaped area (4c) of the edge portion (4c) av) passes, in said plane, into an area (as) with a rectilinear stretch forming an angle with the central axis (12) so that the diameter of the piston pit increases in said area (as) in the direction of the flat surface (13), that the area (as) transitions, via a concave shaped area (as), into an area (am) ) with a rectilinear extension forming an angle of at most 10 ° but advantageously at most 5 ° towards the central axis (12), that said rectilinear area (am) is connected to the planar surface (13) via a convex shaped area (an) and that said rectilinear areas (ag, am) of the edge portion (4c) have at least a stretch of 2 mm.

Piston according to claim 1, characterized in that said rectilinear region (s) is parallel to the central axis (12).

Piston according to any one of the preceding claims, characterized in that said convexly shaped areas (of, an) have a radius of curvature (rv, m) of at most 3 mm,

Piston according to claim 3, characterized in that said concavely shaped area (as, ag) has a radius of curvature (rs, rs) not exceeding 3 mm.

Piston according to claims 3 and 4, characterized in that said convex areas and said concave area (as, av, as, an) have a radius of curvature (rs, rv, rs, m) which is at most 2 mm.

Piston according to any one of the preceding claims, characterized in that said part of the convexly shaped area (of) is located at a depth (bv) below the flat surface (13) of 9.5 - 11.5 mm.