DE3110986C2 - Mixture-compressing reciprocating internal combustion engine with spark plug ignition - Google Patents

Abstract

Eine gemischverdichtende Brennkraftmaschine mit Fremdzündung und hängend und geneigt zur Zylinderachse angeordneten Ventilen umfaßt einen Brennraum, der durch eine Ausnehmung im Zylinderkopf und durch eine Ausnehmung im Kolbenboden gebildet wird, und einen durch einen senkrecht zur Zylinderachse liegenden Teil der Stirnfläche des Zylinderkopfes und einen entsprechenden, ebenfalls senkrecht zur Zylinderachse liegenden Teil der Kolbenbodenfläche gebildeten Quetschbereich. Zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauches und zur Senkung der Abgaskomponenten CO, HC und NO ↓x wird das Konstruktionsparameter Brennraumform derart ausgeführt, daß die Ausnehmungen im Kolbenboden in wenigstens einer Konstruktionsebene einen kreisförmigen Querschnitt mit einem Radius von 30 mm bis 70 mm aufweist, der Quetschbereich eine Größe von 15 bis 35 der Kolbenbodenfläche aufweist und die Ventile 10 ° bis 30 ° geneigt zur Zylinderachse angeordnet sind.A mixture-compressing internal combustion engine with spark ignition and valves arranged hanging and inclined to the cylinder axis comprises a combustion chamber which is formed by a recess in the cylinder head and by a recess in the piston head, and by a part of the end face of the cylinder head perpendicular to the cylinder axis and a corresponding part The pinch area formed perpendicular to the cylinder axis part of the piston crown surface. To reduce fuel consumption and to lower the exhaust gas components CO, HC and NO ↓ x, the design parameter combustion chamber shape is designed in such a way that the recesses in the piston crown in at least one design plane have a circular cross-section with a radius of 30 mm to 70 mm, and the squish area has one size from 15 to 35 of the piston crown area and the valves are arranged inclined at 10 ° to 30 ° to the cylinder axis.

Description

Die Erfindung betrifft eine gemischverdichtende, mit einer Zündkerze fremdgezündete Hubkolben-Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruch 1.The invention relates to a mixture-compressing reciprocating internal combustion engine which is externally ignited with a spark plug according to the preamble of claim 1.

Eine derartige Brennkraftmaschine ist aus JP 55-1 23 312-Abstract sowie auch aus SAE 6 80 110 bekannt, bei der die Ventile um ca. 13° zur Zylinderachse geneigt sind und bei der der Quetschspalt im Bereich der Zündkerze in der OT-Stellung des Kolbens eine Höhe von 0,079 Inch (entspricht 1,9 mm) aufweist. Gemäß JP 55-1 23 312-Abstract ist der Quetschspalt der ersten Quetschfläche 0,5-4,0 mm größer als der Quetschspalt der zweiten Quetschfläche.Such an internal combustion engine is from JP 55-1 23 312 abstract as well as from SAE 6 80 110 known, in which the valves are inclined by approx. 13 ° to the cylinder axis and in which the pinch gap in the area of the spark plug in the TDC position of the Piston has a height of 0.079 inches (equivalent to 1.9 mm). According to JP 55-1 23 312 abstract is the Squishy gap of the first squishy area 0.5-4.0 mm larger than the squishy gap of the second squishy area.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Brennkraftmaschine der gattungsgemäßen Art den Brennraum so zu gestalten und seine Abmessungen so festzulegen und aufeinander abzustimmen, daß der Kraftstoffverbrauch reduziert wird und die Abgaskomponenten CO, HC und NO_A gesenkt werden.The object of the invention is to design the combustion chamber in an internal combustion engine of the generic type and to define and coordinate its dimensions in such a way that fuel consumption is reduced and the exhaust gas components CO, HC and NO _{A are} lowered.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs gelöst. Zwar ist mit der Angabe eines Ventilwinkels von 13° in SAE-6 80 110 ein Merkmal aus dem im Patentanspruch angegebenen Bereich punkturell erfüllt. Wenn jedoch gemäß der Erfindung die Größe der Quetschflächen in eine bestimmte Relation zur Kolbenfläche gebracht wird, is*, es nicht nötig, den Ventilwinkel auf einen bestimmten Wert festzulegen. Er kann vielmehr in weiten Grenzen zwischen 10° und 30° streuen, ohne daß man Gefahr läuft, die Kraftstoffverbrauchswerte oder Abgasemissionswerte zu verschlechtern. Da der Ventilwinkel die Brennraumform insgesamt bestimmt, bedeutet das aber, daß man bei Verwirklichung des erfindungsgemäßen Brennraumes sehr viel Freiheit bei dessen Gestaltung hat und ihn sehr unterschiedlichen Verdichtungsverhältnissen und Leistungsanforderungen anpassen kann.According to the invention, this object is achieved by the characterizing features of the patent claim. The specification of a valve angle of 13 ° in SAE-6 80 110 is a feature from the im Claim specified area met punctually. However, if according to the invention the size of the Squeeze area is brought into a certain relation to the piston area, is *, it is not necessary to adjust the valve angle set to a certain value. Rather, it can be within wide limits between 10 ° and 30 ° scatter without running the risk of worsening fuel consumption or exhaust emission values. Since the valve angle determines the shape of the combustion chamber as a whole, this means, however, that one can achieve this the combustion chamber according to the invention has a great deal of freedom in its design and it has a great deal of freedom can adapt to different compression ratios and performance requirements.

In den Zeichnungen ist die Erfindung in zweiIn the drawings the invention is in two

betspielsweisen Ausführungsformen dargestellt Es zeigt Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch einenBetspielsweise embodiments shown. Fig. 1 shows a vertical section through a

Zylinderkopf, einen Zylinderblock und einen Kolben einer Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung im Bereich des Brennraumes,
F i g. 2 den Kolben nach F i g. 1,
F i g. 3 eine Draufsicht auf den Kolben der F i g. 2,
Fig.4 eine Unteransicht auf den Zylinderkopf derCylinder head, a cylinder block and a piston of an internal combustion engine according to the invention in the area of the combustion chamber,
F i g. 2 the piston according to FIG. 1,
F i g. 3 is a plan view of the piston of FIG. 2,
4 shows a view from below of the cylinder head of the

Ό Fig. 1,Ό Fig. 1,

F i g. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V der F i g. 4,
F i g. 6 eine schematische Darstellung des Brennraumes mit einer kreisförmigen Brennraummulde im Kolbenboden strichpunktiert in der DraufsichtF i g. 5 shows a section along the line VV in FIG. 4,
F i g. 6 shows a schematic representation of the combustion chamber with a circular combustion chamber bowl in the piston crown in a dash-dotted view from above

In dem Ausführungsbeispiel der F i g. 1 bis 5 ist mit 1 ein Zylinderkopf, mit 2 ein Zylinderblock und mit 3 ein Kolben bezeichnet Der Zylinderkopf 1 umfaßt einen mit einem Einlaßventil 4 zusammenwirkenden Einlaßkanal 5 und einen mit einem nicht gezeigten Auslaßventil zusammenwirkenden Ausiaßkanal 6. Das Einlaßventil 4, sowie das Auslaßventil sind um den Winkel a von 10° bis 30° geneigt zur Zylinderachse 7 angeordnet Der Brennraum der Brennkraftmaschine wird durch eine Ausnehmung 8 im Zylinderkopf 1 und durch eine Ausnehmung 9 im Kolben 3 gebildet. Die Ausnehmung 9 im Kolben 3 wird durch eine ovale Mulde gebildet, deren Längsabmessung in einer Konstruktionsebene, z. B. senkrecht zum Kolbenquerschnitt verläuft und die einen kreisförmigen Querschnitt mit einem Radius R von 30 mm bis 70 mm aufweist In einer Aufnahme 10 ist eine Zündkerze 11 angeordnet. Die Brennkraftmaschine umfaßt einen Quetschbereich 12, der durch einen senkrecht zur Zylinderachse 7 liegenden Teil der Stirnfläche 13 des Zylinderkopfes 1 und einen entsprechenden, ebenfalls senkrecht zur Zylinderachse liegenden Teil der Kolbenbodenfläche gebildet wird. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Quetschbereich 12 dabei durch der Zündkerze 11 gegenüberliegenden Quetschflächen 15 und 16 und im Bereich der Zündkerze 11 liegenden Quetschflächen 17 und 18 gebildet. In dem Ausfüiirungsbeispiel weisen die des Zündkerze 11 gegenüberliegenden Quetschflächen 15 und 16 je eine Größe von annähernd 21,3% der Kolbenfläche auf die im Bereich der Zündkerze 11 liegenden Quetschflächen 17 und 18 weisen eine Größe von annähernd 7,4% der Kolbenbodenfläche auf. Die der Zündkerze gegenüberliegenden Quetschflächen 15 und 16 bilden im oberen Totpunkt des Kolbens einen Quetschspalt von 0,4 mm bis 1,8 mm und die im Bereich der Zündkerze liegenden Quetschflächen 17 und 18 bilden im oberen Totpunkt des Kolbens einen Quetschspalt von > 1,8 mm. Die Brennkraftmaschine aller Ausführungsbeispiele der Erfindung weisen vorzugsweise ein Verdichtungsverhältnis von ε annähernd 10,5 auf. Die Form der Ausbildung der Ausnehmung 8 im Zylinderkopf ist ansich erfindungsunwesentlich, kann jedoch in einer beispielsweisen Ausführungsform die gezeigte Formgebung aufweisen.In the embodiment of FIG. 1 to 5, 1 denotes a cylinder head, 2 denotes a cylinder block and 3 denotes a piston The combustion chamber of the internal combustion engine is formed by a recess 8 in the cylinder head 1 and by a recess 9 in the piston 3. The recess 9 in the piston 3 is formed by an oval trough, the longitudinal dimension of which in a construction plane, for. B. runs perpendicular to the piston cross-section and which has a circular cross-section with a radius R of 30 mm to 70 mm. In a receptacle 10, a spark plug 11 is arranged. The internal combustion engine comprises a squish area 12 which is formed by a part of the end face 13 of the cylinder head 1 lying perpendicular to the cylinder axis 7 and a corresponding part of the piston crown surface, also perpendicular to the cylinder axis. In the present exemplary embodiment, the pinch area 12 is formed by pinch surfaces 15 and 16 opposite the spark plug 11 and pinch surfaces 17 and 18 located in the area of the spark plug 11. In the exemplary embodiment, the squeeze surfaces 15 and 16 opposite the spark plug 11 each have a size of approximately 21.3% of the piston area, while the squeeze surfaces 17 and 18 in the area of the spark plug 11 have a size of approximately 7.4% of the piston crown area. The pinch surfaces 15 and 16 opposite the spark plug form a pinch gap of 0.4 mm to 1.8 mm at the top dead center of the piston and the pinch surfaces 17 and 18 located in the area of the spark plug form a pinch gap of> 1.8 at the top dead center of the piston mm. The internal combustion engines of all exemplary embodiments of the invention preferably have a compression ratio of ε approximately 10.5. The shape of the formation of the recess 8 in the cylinder head is not essential to the invention, but can have the shape shown in an exemplary embodiment.

Erreicht der Kolben 3 im Verdichtungstakt den oberen Totpunkt, so wird das im Bereich der Quetschflächen 15 und 16 bzw. 17 und 18 befindliche Kraftstoff-Luft-Gemisch aufgrund der durch die Quetschspalten erfolgten und von der Brennraumform beeinflußten hohen Strömungsenergie stark verwirbelt.If the piston 3 reaches top dead center in the compression stroke, this will be in the area of Squeeze surfaces 15 and 16 or 17 and 18 located fuel-air mixture due to the Pinch gaps occurred and the high flow energy influenced by the shape of the combustion chamber was strongly swirled.

Das Kraftstoff-Luft-Gemisch wird homogenisiert, so daß der Verbrennungswirkungsgrad und die Abgasemission bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine gegenüber bekannten Brennkraftmaschinen verbes-The fuel-air mixture is homogenized, so that the combustion efficiency and the exhaust emission in the internal combustion engine according to the invention compared to known internal combustion engines

sert wird.sert.

Das Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß F i g. 6 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel der F i g. 1 bis 5 lediglich dadurch, daß die Ausnehmung 25 im Kolben 26 durch eine kreisförmige Mulde gebildet wird.The embodiment of the invention according to FIG. 6 differs from the embodiment of FIG F i g. 1 to 5 only in that the recess 25 is formed in the piston 26 by a circular recess.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims (1)

Patentanspruch:Claim: Gemischverdichtende, mit einer Zündkerze fremdgezündete Hubkolben-Brennkraftmaschine mit hängend und geneigt zur Zylinderachse angeordneten Ventilen, wobei ein Brennraum durch eine Ausnehmung im Zylinderkopf und durch eine Ausnehmung im Kolbenboden gebildet wird, wobei letztere mit einem kreisförmigen Querschnitt mit einem bestimmten Radius in mindestens einer Konstruktionsebene ausgebildet ist, und wobei der Brennraum Quetschflächen umfaßt., die durch senkrecht zur Zylinderachse liegende Teile der Stirnfläche des Zylinderkopfes und entsprechende, senkrecht zur Zylinderachse liegende Teile der Kolbenbodenfläche gebildet sind, wobei eine relativ kleine erste Quetschfläche im Bereich der Zündkerze liegt und eine im Vergleich mit der ersten relativ große zweite der ersten gegenüberliegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius (R) von 30—70 mm liegt, daß die Ventile 10-30° geneigt zur Zylinderachse sind, und daß die erste Quetschfläche im oberen Totpunkt des Kolbens einen Quetschspalt von > 1,8 mm bildet und eine Größe von annähernd 7,4% der Kolbenbodenfläche aufweist, und die zweite einen Quetschspalt von 0,4—1,8 mm bildet und eine Größe von annähernd 21,3% der Kolbenbodenfläche aufweist.Mixture-compressing reciprocating internal combustion engine, externally ignited with a spark plug, with valves that are suspended and inclined to the cylinder axis, a combustion chamber being formed by a recess in the cylinder head and by a recess in the piston crown, the latter having a circular cross-section with a certain radius in at least one construction plane is, and wherein the combustion chamber comprises pinch surfaces, which are formed by parts of the end face of the cylinder head lying perpendicular to the cylinder axis and corresponding parts of the piston crown surface lying perpendicular to the cylinder axis, with a relatively small first pinch area in the area of the spark plug and one in comparison with the first relatively large second opposite the first, characterized in that the radius (R) is 30-70 mm, that the valves are inclined 10-30 ° to the cylinder axis, and that the first squeezing surface at the top dead center of the piston has a squeezing gap of > 1.8 mm and has a size of approximately 7.4% of the piston crown area, and the second forms a nip of 0.4-1.8 mm and has a size of approximately 21.3% of the piston crown surface.