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DE19909112A1 - Piston for a piston internal combustion engine - Google Patents

Piston for a piston internal combustion engine

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Publication number
DE19909112A1
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DE
Germany
Prior art keywords
piston
interruptions
piston according
gas
trough
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19909112A
Other languages
German (de)
Inventor
Markus Umierski
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
FEV Europe GmbH
Original Assignee
FEV Motorentechnik GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by FEV Motorentechnik GmbH and Co KG filed Critical FEV Motorentechnik GmbH and Co KG
Priority to DE19909112A priority Critical patent/DE19909112A1/en
Priority to PCT/EP1999/005300 priority patent/WO2000019080A1/en
Priority to DE59907114T priority patent/DE59907114D1/en
Priority to EP99941458A priority patent/EP1034366B1/en
Priority to AT99941458T priority patent/ATE250718T1/en
Priority to US09/404,155 priority patent/US6129066A/en
Publication of DE19909112A1 publication Critical patent/DE19909112A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

The invention relates to a piston for a piston internal combustion engine with spark ignition or self-ignition, whereby the cylinders thereof are provided with gas outlets and inlets with controllable gas exchange valves and the respective gas inlets provide a flow direction for the gas flowing into each respective cylinder and said flow direction includes an at least partial turning movement that is directed around the cylinder axis. The inventive piston also comprises a piston bottom with a trough-shaped recess that is defined on the edge side by a squish area and that has at least two substantially radially aligned recessed interruptions in the region of at least partial areas.

Description

Die Hauptanforderung an Kolbenbrennkraftmaschinen, und zwar sowohl Kolbenbrennkraftmaschinen mit Fremdzündung, als auch mit Selbstzündung des Kraftstoffgemisches, sind hohe spezifi­ sche Leistungen, niedrige Schadstoffemissionen und niedrige Kraftstoffverbräuche. Um den Kraftstoffverbrauch im Teillast­ bereich zu senken, bietet sich beispielsweise bei Kolben­ brennkraftmaschinen die Betriebspunktverschiebung hin zu hö­ heren Lasten bei gleichzeitiger Verringerung des Hubvolumens (sogenanntes Downsizing) an.The main requirement for piston internal combustion engines, namely both piston internal combustion engines with spark ignition, as well with auto-ignition of the fuel mixture, are high speci performance, low pollutant emissions and low Fuel consumption. To fuel consumption at part load Lowering the range is useful, for example, for pistons internal combustion engines the operating point shift up to heavy loads while reducing the lifting volume (so-called downsizing).

Um beispielsweise bei Kolbenbrennkraftmaschinen mit Fremdzün­ dung trotz eines geringeren Hubraums gegenüber einer konven­ tionell gestalteten Kolbenbrennkraftmaschine gleiche Drehmo­ ment- und Leistungswerte zu erzielen, werden derartige im Hubraum verringerte Kolbenbrennkraftmaschinen zumeist mit ei­ ner Aufladeeinrichtung, vorzugsweise einem Abgasturbolader, ausgeführt. Mit zunehmendem Aufladegrad und dadurch steigen­ den Kompressionsenddrücken und Endtemperaturen wächst bei ei­ ner derartigen Kolbenbrennkraftmaschine die Klopfneigung. Aus diesem Grund werden aufgeladene Motoren üblicherweise mit ei­ nem geringeren Verdichtungsverhältnis betrieben als ver­ gleichbare Saugmotoren. Ein niedriges Verdichtungsverhältnis ist jedoch für den Wirkungsgrad des thermodynamischen Prozes­ ses ungünstig.For example for piston internal combustion engines with external ignition dung despite a smaller displacement compared to a conv tionally designed piston internal combustion engine the same torque To achieve ment and performance values, such in Displacement reduced piston internal combustion engines mostly with egg ner charging device, preferably an exhaust gas turbocharger, executed. With increasing degree of charging and thereby increasing the compression end pressures and end temperatures are growing at ei ner such piston engine the knock tendency. Out for this reason, supercharged engines are usually equipped with an egg operated at a lower compression ratio than ver comparable naturally aspirated engines. A low compression ratio is for the efficiency of the thermodynamic process ses unfavorable.

Um dieses Problem zu lösen sind derartige Kolbenbrennkraftma­ schinen auch so ausgeführt worden, daß durch eine einstellba­ re Verlagerung der Kurbelwelle ein variables Verdichtungsver­ hältnis eingestellt werden kann. Dies ermöglichst es, den Teillastbereich mit hohem Verdichtungsverhältnis und magerem Gemisch und den Vollastbereich mit stöchiometrischem Gemisch und niedrigem Verdichtungsverhältnis zu betreiben. In order to solve this problem, such piston internal combustion engines are required machines have also been designed so that by an adjustable re displacement of the crankshaft a variable compression ratio ratio can be adjusted. This enables the Part load range with high compression ratio and lean Mixture and the full load range with stoichiometric mixture and low compression ratio to operate.  

Um übliche Katalysatoren bei derartigen Kolbenbrennkraftma­ schinen verwenden zu können, muß bei magerem Betrieb die Zündzeitpunkt/Luftverhältnis-Kalibrierung so gewählt werden, daß die Stickoxidemission gering ist. Dies setzt aber ein Brennverfahren mit sehr guter Magerlauffähigkeit voraus.To usual catalysts in such piston internal combustion To be able to use machines, the lean operation must Ignition timing / air ratio calibration can be selected so that the nitrogen oxide emission is low. But this starts Combustion process with very good lean running ability ahead.

Unter thermodynamischen Gesichtspunkten ist eine magere Be­ triebsweise und ein hohes Verdichtungsverhältnis auch für den Vollastbetrieb vorteilhaft. Dazu muß die Kolbenbrennkraftma­ schine so konzipiert sein, daß sie eine genügende Magerlauf­ fähigkeit besitzt, um einerseits die Stickoxidrohemission zu begrenzen und andererseits einen aussetzerfreien Betrieb mit genügendem Abstand von der Magerlaufgrenze zu gewährleisten. Darüber hinaus muß für Kolbenbrennkraftmaschinen mit Fremd­ zündung die Klopfneigung üblicher Konzepte verringert werden.From a thermodynamic point of view, a lean Be drive-wise and a high compression ratio for the Full load operation advantageous. To do this, the piston internal combustion seem to be designed so that it has a sufficient lean run has the ability to reduce nitrogen oxide emissions limit and on the other hand with intermittent operation to ensure sufficient distance from the lean running limit. In addition, for piston internal combustion engines with foreign ignition the knock tendency of conventional concepts can be reduced.

Die hierzu erforderlichen bekannten Brennraumkonzepte für derartige Magermotoren sind entweder von 4-Ventil-Kolben­ brennkraftmaschinen entlehnt, wie sie für Personenkraftwagen verwendet werden, die mit sogenannten Tumble-Einlaßkanälen versehen sind, so daß zum Zeitpunkt der Verbrennung die ge­ wünschte Turbulenz vorhanden ist, oder es sind 2-Ventil-Kol­ benbrennkraftmaschinen, die mit einem sogenannten Einlaßdrall arbeiten. In allen Fällen gilt es, den die Form des Brenn­ raums wesentlich bestimmenden Kolbenboden der eingesetzten Kolben möglichst "glatt", d. h. ohne Zerklüftungen auszubil­ den, da derartige Zerklüftungen für den Verbrennungsablauf im Brennraum als ungünstig beurteilt werden.The known combustion chamber concepts required for this such lean burn engines are either 4-valve pistons internal combustion engines borrowed, such as for passenger cars be used with so-called tumble inlet channels are provided so that at the time of combustion the ge desired turbulence is present, or there is 2-valve col internal combustion engines with a so-called intake swirl work. In all cases, it is the shape of the focal The piston crown of the used space Piston as "smooth" as possible, d. H. without training fissures the, because such fissures for the combustion process in Combustion chamber can be assessed as unfavorable.

Bei Kolbenbrennkraftmaschinen mit Selbstzündung, beispiels­ weise direkteinspritzenden Dieselmotoren, ist eine hohe Tur­ bulenz wünschenswert, um die Rußemission zu senken.For piston internal combustion engines with auto-ignition, for example wise direct-injection diesel engines, is a high door bulence desirable to reduce soot emissions.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kolben für eine Kolbenbrennkraftmaschine zu schaffen, der bei Fremdzün­ dungssystemen eine erheblich verringerte Klopfneigung, eine erhöhte Magerlauffähigkeit und eine geringere HC-Emission, und bei Selbstzündungssystemen, insbesondere bei Dieselkraft­ stoffen, eine Verminderung der Rußemission bewirkt.The invention has for its object a piston for to create a piston internal combustion engine, the at spark ignition systems a significantly reduced tendency to knock, a increased lean running ability and lower HC emissions,  and auto-ignition systems, especially diesel power substances, causes a reduction in soot emissions.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Kolben für eine Kolben­ brennkraftmaschine mit Fremd- oder Selbstzündung, deren Zy­ linder mit steuerbaren Gaswechselventilen versehene Gasaus­ lässe und Gaseinlässe aufweisen, wobei jeweils die Gaseinläs­ se dem in den jeweiligen Zylinder einströmenden Gas eine Strömungsrichtung geben, die zumindest teilweise einen um die Zylinderachse ausgerichteten Drall aufweist, mit einem Kol­ benboden, der eine muldenförmige Vertiefung aufweist, die randseitig von einer Quetschfläche begrenzt ist und die we­ nigstens zwei zumindest über Teilbereiche im wesentlichen ra­ dial ausgerichtete, vertiefte Unterbrechungen aufweist. Mit einem derart ausgebildeten Kolben ist es möglich, den Drall um die Zylinderachse des in den Zylinder einströmenden Gases, der als mehr oder weniger starker Restdrall bei einer Tum­ bleströmung vorhanden ist, insbesondere die bei einem soge­ nannten Dralleinlaß entstehende ursprünglich gerichtete, durch den hohen Einlaßdrall vorgegebene Zylinderinnenströmung mit zunehmender Aufwärtsbewegung des Kolbens über die ver­ tieften Unterbrechungen in hohe Turbulenzen, also nicht ge­ richtete Zylinderinnenströmungen umzusetzen. Selbst bei einer Führung des in den Zylinder einströmenden Gases in Form eines Tumbel, ist vielfach noch ein Restdrall vorhanden, der mit der erfindungsgemäßen Gestaltung wirksam in Turbulenzen auf­ gelöst werden kann, so daß auch hierbei mit dem Einsetzen der Verbrennung ein schneller Flammenfortschritt ermöglicht wird. Damit werden auch die klopfgefährdeten, zündkerzenfernen Brennraumbereiche zügig von der Flammenfront erreicht. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Quetschflächen in Zy­ linderwandnähe reduziert und damit auch die HC-Emission ver­ mindert wird. Die Erhöhung der Turbulenz im Wandbereich der muldenförmigen Vertiefung führt bei Dieselmotoren zu einer verbesserten Gemischbildung und damit zu einer geringeren Ru­ ßemission. This problem is solved by a piston for a piston Internal combustion engine with spark or auto ignition, whose Zy linder with controllable gas exchange valves have passages and gas inlets, the gas inlets se the gas flowing into the respective cylinder Give direction of flow, which at least partially around Has twist aligned cylinder axis, with a Kol benboden, which has a trough-shaped depression, the is delimited on the edge by a squeeze surface and the we at least two ra at least essentially over partial areas dial-oriented, deepened interruptions. With Such a piston it is possible to adjust the swirl around the cylinder axis of the gas flowing into the cylinder, the more or less strong residual twist in a tum Blowing flow is present, especially that in a so-called called swirl inlet originally created, cylinder flow determined by the high inlet swirl with increasing upward movement of the piston over the ver deep interruptions in high turbulence, so not ge to implement directed cylinder flows. Even with one Guidance of the gas flowing into the cylinder in the form of a Tumble, there is often a residual twist, which with the inventive design effective in turbulence can be solved, so that here too with the onset of Combustion allows rapid flame progress. This also removes the risk of knocking the spark plugs Combustion chamber areas quickly reached from the flame front. On Another advantage is that the squeeze surfaces in Zy Reduced near the cinder wall and thus also the HC emission ver is reduced. The increase in turbulence in the wall area of the trough-shaped depression leads to a improved mixture formation and thus lower Ru emission.  

Zweckmäßig ist es, wenn die Unterbrechungen der Quetschfläche höchstens eine Tiefe aufweisen, die der Tiefe der muldenför­ migen Vertiefung entspricht. Hierbei können je nach Gesamtge­ staltung des Brennraums die Übergänge zwischen den Quetsch­ flächen und den vertieften Unterbrechungen scharfkantig und/oder abgerundet ausgebildet sein. Dies kann beispielswei­ se dadurch bewirkt werden, daß die vertieften Unterbrechungen als Nuten mit Rechteck-Querschnitt oder im Verlauf wellenför­ mig ausgeführt werden.It is expedient if the interruptions in the crushing surface at most have a depth that corresponds to the depth of the trough corresponding deepening. Depending on the total ge design of the combustion chamber the transitions between the squeeze surfaces and the deep interruptions sharp-edged and / or be rounded. This can, for example se caused by the deepened interruptions as grooves with a rectangular cross-section or undulating in the course mig be executed.

Zweckmäßig ist es ferner, wenn wenigstens zwei vorzugsweise diametral gegenüberliegende Unterbrechungen vorgesehen sind, die im wesentlichen quer zum Gaseinlaß ausgerichtet sind. Hierdurch ist gewährleistet, daß sowohl im einlaßnahen Be­ reich der Drallströmung als auch im einlaßfernen Bereich der Drallströmung in der Aufwärtsbewegung die gerichtete Zylinde­ rinnenströmung turbulent verwirbelt wird, so daß nicht nur im Bereich der Zündkerze sondern auch in den Randbereichen der verbleibenden Quetschflächen sich eine entsprechende Turbu­ lenz ausbilden kann.It is also expedient if at least two are preferred diametrically opposed interruptions are provided, which are oriented essentially transversely to the gas inlet. This ensures that both in the inlet near Be range of the swirl flow as well as in the area away from the inlet Swirl flow in the upward movement of the directional cylinder channel flow is turbulently swirled, so that not only in the Area of the spark plug but also in the peripheral areas of the remaining squeeze areas there is a corresponding turbu lenz can train.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die muldenförmige Vertiefung und/oder die Unterbrechungen ge­ genüber der Kolbenachse exzentrisch im Kolbenboden angeordnet sind. Durch eine derartige unsymmetrische Anordnung wird die Turbulenzbildung noch unterstützt.In a further embodiment of the invention it is provided that the trough-shaped depression and / or the interruptions ge arranged eccentrically in the piston crown opposite the piston axis are. Such an asymmetrical arrangement will Turbulence formation still supported.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Tiefe der Unterbrechungen etwa 3 bis 20% des Kolbendurch­ messers beträgt. Zweckmäßig ist ferner, wenn die Breite der Unterbrechungen und der Durchmesser der muldenförmigen Ver­ tiefung so bemessen sind, daß die Quetschfläche insgesamt et­ wa 15 bis 40% des Kolbendurchmessers beträgt.In a further embodiment of the invention it is provided that the depth of the breaks is about 3 to 20% of the piston knife is. It is also useful if the width of the Interruptions and the diameter of the trough-shaped ver are dimensioned so that the squeeze area a total of et wa is 15 to 40% of the piston diameter.

In Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn die Unterbrechungen den Gaswechselventilen zugeordnet sind und so bemessen sind, daß sie für den Bereich ihrer Tiefe als Ven­ tilfreigang wirken. Diese Ausgestaltung ist insbesondere für Kolbenbrennkraftmaschinen vorteilhaft, deren Gaswechselventi­ le mit frei ansteuerbaren Stellantrieben, beispielsweise in Form von hydraulischen, pneumatischen und/oder elektromagne­ tischen Aktuatoren versehen sind. Durch frei ansteuerbare Stellantriebe kann eine Betätigung der Gaswechselventile in hohem Maße auf eine Optimierung des Motorbetriebes und/oder des Verbrennungsablaufs abgestellt werden. Durch die erfin­ dungsgemäße Zuordnung der Unterbrechungen in der Quetschflä­ che zu den Gaswechselventilen ist es bei reduziertem Brennraum im Zylinder möglich, zumindest eine Teilöffnung der Gaswech­ selventile schon zu bewirken, wenn sich der Kolben noch in der oberen Totpunktstellung befindet.In an embodiment of the invention, it is advantageous if the Interruptions are assigned to the gas exchange valves and such are dimensioned to be Ven effective clearance. This configuration is particularly for  Piston internal combustion engines advantageous, their gas exchange valves le with freely controllable actuators, for example in Form of hydraulic, pneumatic and / or electromagnetic table actuators are provided. Through freely controllable Actuators can actuate the gas exchange valves in to a high degree on an optimization of engine operation and / or the combustion process can be turned off. By inventing proper allocation of the interruptions in the squeeze area to the gas exchange valves with a reduced combustion chamber possible in the cylinder, at least a partial opening of the gas exchange to effect valves when the piston is still in the top dead center position.

Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:The invention is based on schematic drawings of a Embodiment explained in more detail. Show it:

Fig. 1 eine Aufsicht auf einen Kolbenboden, Fig. 1 is a plan view of a piston crown,

Fig. 2 einen Schnitt gemäß der Linie II-II in Fig. 1, Fig. 2 shows a section according to line II-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine Aufsicht entsprechend Fig. 1 mit modifizierten Unterbrechungen der Quetschfläche in der Zuordnung für zwei Gaswechselventile Fig. 3 is a plan view corresponding to FIG. 1 with modified interruptions in the squish area in the assignment for two gas exchange valves

Fig. 4 einen Vertikalschnitt gem. der Linie IV-IV in Fig. 3, Fig. 4 is a vertical section. the line IV-IV in Fig. 3,

Fig. 5 eine Aufsicht auf einen Kolbenboden mit modifizier­ ter Quetschfläche in der Zuordnung für vier Gas­ wechselventile. Fig. 5 is a plan view of a piston crown with modified squeeze surface in the assignment for four gas exchange valves.

Fig. 1 zeigt die Aufsicht auf einen im wesentlichen ebenflä­ chigen Kolbenboden, der mit einer muldenförmigen Vertiefung 1 versehen ist. Die Vertiefung 1 ist bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel kreiszylindrisch, mit kreisförmiger Rand­ kontur ausgebildet, wobei die Achse 2 der Vertiefung 1 gegen­ über der Kolbenachse 3 in Richtung auf die hier angedeutete Zündkerze 4 verschoben ist. Die Randkontur kann aber auch ei­ nen anderen Verlauf aufweisen. Fig. 1 shows a plan view of a substantially flat piston head, which is provided with a trough-shaped depression 1 . In the exemplary embodiment shown here, the depression 1 is circular-cylindrical, with a circular edge, the axis 2 of the depression 1 being displaced relative to the piston axis 3 in the direction of the spark plug 4 indicated here. The edge contour can also have a different course.

Die Vertiefung 1 wird randseitig durch eine Quetschfläche 5 begrenzt, die radial ausgerichtete, vertiefte und Störkanten 6 bildende Unterbrechungen 7 aufweist. Die Störkanten 6 kön­ nen scharfkantig oder auch abgerundet ausgebildet sein. Die Unterbrechungen 7 weisen hier nicht nur unterschiedliche Breiten auf, sondern sind auch in bezug auf die Kolbenachse 3 unsymmetrisch auf dem Kolbenboden angeordnet. Bei dem darge­ stellten Beispiel sind die in bezug auf die Zylinderachse 3 verschobenen Unterbrechungen 7.1 schmaler ausgeführt als die quer hierzu verlaufenden Vertiefungen 7.2.The recess 1 is delimited on the edge by a squeeze surface 5 which has radially aligned, recessed and interfering edges 6 forming interruptions 7 . The interfering edges 6 may be sharp-edged or rounded. The interruptions 7 not only have different widths here, but are also arranged asymmetrically with respect to the piston axis 3 on the piston head. In the example presented, the interruptions 7.1 which are displaced with respect to the cylinder axis 3 are made narrower than the transverse depressions 7.2 .

Wie die Schnittdarstellung gemäß Fig. 2 zeigt, ist die Tiefe T der Unterbrechungen 7 geringer als die Tiefe der muldenför­ migen Vertiefung 1 und so bemessen, daß sie etwa 3 bis 20% des Kolbendurchmessers beträgt. Die Breite der Unterbrechun­ gen 7 ist ferner so bemessen, daß die Größe der hier in vier Teilflächen unterteilten Quetschfläche 5 je nach Einsatzfall zwischen 15 und 40% der Kolbenfläche beträgt.As shows the sectional representation according to FIG. 2, the depth T of the interruptions is 7 and dimensioned smaller than the depth of the muldenför-shaped recess 1 so that it is about 3 to 20% of the piston diameter. The width of the interruptions 7 is also such that the size of the squeeze surface 5, which is divided into four partial surfaces here, is between 15 and 40% of the piston surface, depending on the application.

In Fig. 1 ist schematisch die Zuordnung eines Dralls zum Ga­ seinlaß 8 des zugehörigen Zylinders angedeutet. In der An­ saugphase, d. h. bei der Abwärtsbewegung des Kolbens und noch zu Beginn seiner Aufwärtsbewegung ergibt sich im Zylinderin­ nenraum eine Drallströmung, wie sie durch den Pfeil 9 ange­ deutet ist. Hierbei kann es sich um eine durch die Ausrich­ tung der Gaseinlässe gezielt erzeugte Drallströmung oder um den Restdrall der anders geführten Gasströmung im Zylinder, beispielsweise einer Tumbleströmung handeln. Mit zunehmender Aufwärtsbewegung des Kolbens wird jedoch diese Drallströmung 9 oder der Restdrall durch den immer stärker werdenden Ein­ fluß der Störkanten 6 der Unterbrechungen 7 in ihrer freien Drallbewegung behindert und in der Weise verwirbelt, daß sich eine über den gesamten Brennraum verteilende, nicht gerichte­ te turbulente Strömung im Verbrennungsraum ausbildet. Durch die von den Störkanten 6 begrenzten Seitenflächen der Unter­ brechungen 7 wird von der ursprünglichen Drallströmung in im­ mer stärkerem Maße ein Teil zur Brennraummitte umgelenkt und hier durch das Aufeinandertreffen von mehreren dieser umge­ lenkten Teilströmungen verwirbelt und wieder in Richtung auf die Zylinderwandung umgelenkt, so daß sich bei Zündung des turbulenten Kraftstoff-Luft-Gemisches die Flammenfront auch zügig in die zündkerzenfernen Bereiche ausbreiten kann und so die Klopfgefährdung verringert werden kann.In Fig. 1, the assignment of a swirl to Ga inlet 8 of the associated cylinder is indicated schematically. In the suction phase, ie during the downward movement of the piston and still at the beginning of its upward movement, a swirl flow results in the cylinder interior, as indicated by arrow 9 . This can be a swirl flow that is specifically generated by the alignment of the gas inlets or the residual swirl of the differently directed gas flow in the cylinder, for example a tumble flow. With increasing upward movement of the piston, however, this swirl flow 9 or the residual swirl is hampered by the ever increasing flow of the interfering edges 6 of the interruptions 7 in their free swirl movement and swirled in such a way that a distributing over the entire combustion chamber, not directed te turbulent Forms flow in the combustion chamber. Due to the side edges of the interruptions 7 delimited by the interfering edges 6 , part of the original swirl flow is deflected to a greater extent to the center of the combustion chamber and swirled here by the collision of several of these deflected partial flows and deflected again towards the cylinder wall, so that When the turbulent fuel-air mixture is ignited, the flame front can also spread quickly into the areas remote from the spark plug, thus reducing the risk of knocking.

In den Fig. 3 und 4 ist eine modifizierte Ausführungsform des anhand von Fig. 1 beschriebenen Kolbenbodens für eine Kolben­ brennkraftmaschine mit zwei Gaswechselventilen dargestellt. In diesen Darstellungen sind die Positionen des Gaseinlaßven­ tils 10 und des Gasauslaßventils 11 gezeigt.In FIGS. 3 and 4 is a modified embodiment of the piston head described with reference to FIG. 1 for a piston internal combustion engine having two gas exchange valves shown. In these representations, the positions of the Gaseinlaßven valve 10 and the gas outlet valve 11 are shown.

Die in bezug auf die Zylinderachse 3 verschobenen Unterbre­ chungen 7.1 sind hierbei in ihrer Breite so dimensioniert, daß der Beginn der Öffnungsbewegung der Gaswechselventile schon in einen Zeitpunkt verlegt werden kann, zu dem sich der Kolben noch im Bereich der oberen Totpunktstellung befindet. Bei dieser Bemessung wirken die Unterbrechungen 7 für den Be­ reich ihrer Tiefe T als Ventilfreigang.The interruptions 7.1 shifted with respect to the cylinder axis 3 are dimensioned in their width so that the start of the opening movement of the gas exchange valves can be moved to a point in time at which the piston is still in the top dead center position. In this dimensioning, the interruptions 7 act for the range T their depth as valve clearance.

Diese Konzeption läßt sich auch auf Kolbenbrennkraftmaschinen mit vier Gaswechselventilen je Zylinder, d. h. zwei Gasein­ laßventilen 10 und zwei Gasauslaßventilen 11 verwirklichen, wie dies in Fig. 5 angedeutet ist. Bei der hier dargestellten Ausführungsform ist die muldenförmige Vertiefung 1 koaxial zur Zylinderachse 3 ausgerichtet. Eine Zündeinrichtung 4, beispielsweise eine Zündkerze, eine Zündstrahleinrichtung bei einem Gasmotor oder eine Kraftstoffeinspritzdüse bei einem Selbstzündungsmotor, münden im Bereich der Zylinderachse 3 in den Brennraum ein. Die Vertiefungen 7.1 bzw. 7.2 können wie­ derum, wie in Fig. 5 dargestellt, als Ausfräsungen der Quetschfläche 5 hergestellt werden. Durch eine entsprechende andere Führung des Werkzeuges läßt sich jedoch die Geometrie der Störkanten 6 so verändern, daß, wie dargestellt, die Störkanten 6 der Unterbrechungen zumindest über einen Teil ihrer Länge im wesentlichen radial ausgerichtet sind, im Be­ reich des Freigangs aber auch teilweise koaxial zu den Gas­ wechselventilen verlaufen.This concept can also be realized on piston internal combustion engines with four gas exchange valves per cylinder, ie two gas inlet valves 10 and two gas outlet valves 11 , as indicated in FIG. 5. In the embodiment shown here, the trough-shaped depression 1 is aligned coaxially with the cylinder axis 3 . An ignition device 4 , for example a spark plug, an ignition jet device in a gas engine or a fuel injection nozzle in a compression-ignition engine, opens into the combustion chamber in the region of the cylinder axis 3 . The depressions 7.1 and 7.2 can, as in turn, as shown in FIG. 5, be produced as millings of the squeezing surface 5 . By appropriate other guidance of the tool, however, the geometry of the interfering edges 6 can be changed so that, as shown, the interfering edges 6 of the interruptions are at least substantially radially aligned over at least part of their length, but also partially coaxially in the area of the clearance the gas exchange valves run.

Statt der dargestellten Rechteckkontur der Folge von Vertie­ fungen 7 und Quetschflächen 5 kann die Anordnung auch einen wellenartigen Konturverlauf aufweisen. Beispielsweise kann ein ellenartiger Konturverlauf schon dadurch bewirkt werden, daß die Störkanten 6 mehr oder weniger abgerundet ausgeführt sind und ihre Übergänge jeweils zur Bodenfläche der Vertie­ fungen ebenfalls abgerundet ausgeführt sind. Dies kann bis hin zu einer "echten" Wellenform abgewandelt werden.Instead of the illustrated rectangular contour of the series of depressions 7 and pinch surfaces 5 , the arrangement can also have a wave-like contour. For example, an ellen-like contour can already be caused by the fact that the interfering edges 6 are more or less rounded and their transitions to the bottom surface of the recesses are also rounded. This can be modified to a "real" waveform.

Statt einer Rechteck- oder Wellenkontur kann auch eine säge­ zahnartige oder eine Folge von Trapezen gebildete Kontur der Folge der Vertiefungen 7 vorgesehen werden. Auch ein Wechsel von scharfkantigen und abgerundeten Störkanten 6 kann zweck­ mäßig sein.Instead of a rectangular or wave contour, a sawtooth-like contour or a sequence of trapezoids formed by the sequence of the depressions 7 can also be provided. A change from sharp-edged and rounded interfering edges 6 can be useful.

Claims (10)

1. Kolben für eine Kolbenbrennkraftmaschine mit Fremd- oder Selbstzündung, deren Zylinder mit steuerbaren Gaswechselven­ tilen (10, 11) versehene Gasauslässe und Gaseinlässe aufwei­ sen, wobei jeweils die Gaseinlässe (8) dem in den jeweiligen Zylinder einströmenden Gas eine Strömungsrichtung geben, die zumindest teilweise einen um die Zylinderachse (3) ausgerich­ teten Drall aufweist, mit einem Kolbenboden, der eine mulden­ förmige Vertiefung aufweist, die randseitig von einer Quetschfläche (5) begrenzt ist und die wenigstens zwei zumin­ dest über Teilbereiche im wesentlichen radial ausgerichtete, vertiefte Unterbrechungen (7) aufweist.1. Piston for a piston internal combustion engine with spark or compression ignition, the cylinders with controllable Gaswechselven valves ( 10 , 11 ) provided gas outlets and gas inlets, the gas inlets ( 8 ) giving the gas flowing into the respective cylinder a direction of flow, at least partially has a twist aligned around the cylinder axis ( 3 ), with a piston head which has a trough-shaped depression which is delimited on the edge by a squeeze surface ( 5 ) and which has at least two deep interruptions which are at least substantially radially oriented at least over partial areas ( 7 ). 2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbrechungen (7) der Quetschfläche (5) höchstens eine Tie­ fe aufweisen, die der Tiefe der muldenförmige Vertiefung (1) entspricht.2. Piston according to claim 1, characterized in that the interruptions ( 7 ) of the squeeze surface ( 5 ) have at most a tie fe which corresponds to the depth of the trough-shaped depression ( 1 ). 3. Kolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbrechungen (7) radial ausgerichtete Störkanten (6) aufweisen.3. Piston according to claim 1 or 2, characterized in that the interruptions ( 7 ) have radially oriented interference edges ( 6 ). 4. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zumindest die Störkanten (6) scharfkantig aus­ gebildet sind.4. Piston according to one of claims 1 to 3, characterized in that at least the interference edges ( 6 ) are formed with sharp edges. 5. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zumindest die Störkanten (6) abgerundet ausge­ bildet.5. Piston according to one of claims 1 to 3, characterized in that at least the interfering edges ( 6 ) rounded out forms. 6. Kolben nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Unterbrechungen (7.1) vorgesehen sind.6. Piston according to claim 1 to 5, characterized in that at least two interruptions ( 7.1 ) are provided. 7. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die muldenförmige Vertiefung (1) und/oder die Unterbrechungen (7) gegenüber der Kolbenachse (3) exzentrisch im Kolbenboden angeordnet sind. 7. Piston according to one of claims 1 to 6, characterized in that the trough-shaped recess ( 1 ) and / or the interruptions ( 7 ) with respect to the piston axis ( 3 ) are arranged eccentrically in the piston crown. 8. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Tiefe T der Unterbrechungen (7) jeweils et­ wa 3 bis 20% des Kolbendurchmessers beträgt.8. Piston according to one of claims 1 to 7, characterized in that the depth T of the interruptions ( 7 ) is each et wa 3 to 20% of the piston diameter. 9. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Form der Unterbrechungen (7) und der der muldenförmigen Vertiefung (1) so bemessen sind, daß die Summe der Quetschflächen (5) insgesamt etwa 15 bis 40% der Kolben­ fläche beträgt.9. Piston according to one of claims 1 to 8, characterized in that the shape of the interruptions ( 7 ) and that of the trough-shaped recess ( 1 ) are dimensioned such that the sum of the squeezing surfaces ( 5 ) in total about 15 to 40% of Piston area is. 10. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Unterbrechungen (7) den Gaswechselventilen zugeordnet sind und so bemessen sind, daß sie für den Bereich ihrer Tiefe (T) als Ventilfreigang wirken.10. Piston according to one of claims 1 to 9, characterized in that the interruptions ( 7 ) are assigned to the gas exchange valves and are dimensioned so that they act as valve clearance for the range of their depth (T).
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