OTTO ENGINE WITH PISTON WITH A RAISED PORTION AT ITS HEAD

Abstract: 1. A trunk-piston spark-ignition engine comprising a combustion chamber (7) which is associated with each piston (1) and cylinder and projects into the cylinder head (2) and whose portion that is located in the cylinder head (2) is a recess, which is formed by a spherical surface with a centre that lies on the piston axis and which opens into the cylinder with a diameter that is identical with the cylinder diameter, and which is bounded at the piston end by a piston top having elevations, which lie outside the zone of the spark plugs, and into which there open respectively one valve inlet port and one valve outlet port (4 and 5), whose centres lie approximately in a plane that extends through the piston longitudinal axis, and on which, furthermore, the spark plug (3) is arranged outside the aforementioned plane, characterised by the following features : - (a) the top of the piston (1) has only one elevation in the shape of a non-intersected spherical cap (6) and, for the rest, is flat, (b) the centre of the radius of the spherical cap (6) lies outside the piston axis, and (c) the point of intersection of the axis of the spark plug (3) with the recess, bounding the combustion chamber (7), in the cylinder head (2) and the centre of the radius of the spherical cap (6) lie on different sides of the plane extending through the piston longitudinal axis and having the centres of the valve inlet and outlet ports (4, 5).

Description: Kolben mit Erhebungen am Kolbenboden für Ottomotor Die ErX'indung betrifft einen Kolben für einen Ottomotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung geht von einem Stand der Technik aus, wie er in der DE-OS 25 0] 518 beschrieben ist. Der dort beschriebene Kolben weist an seinem Boden zwei unterschied licii hohe Erhebungen auf. Zwischen den Erhebungen liegen Ventilein- und -auslassöffnungen sowie die Zündkerze. Durch die Erhebungen am Kolbenboden wird im Bereich um die Zünd- kerze ein Brennraum gebildet, in dem das Brennstoffgemisch in allen Betriebszuständen des Motors gut und gleichmässig gcziindet werden kann. Der Nachteil dieser Kolbenbodenform besteht in bezug auf den Verbrennungsablauf darin, dass die Erhebungen, insbesondere die von der Zündkerze abgelegene hohe Erhebung, in den peripheren hinter den Erhebungen liegenden Brennraum bereichell durch die bei den Erhebungsmaxima gebildeten engen Quetschräume im Motorbetrieb Verbrennungsstörungen bewirken können. Darüberhinaus können Kolbenböden mit unregelmässig geformten Erhebungen nach der genannten Offenlegungsschrift bei der Serienproduktion nur durch FormguB ohne mechanische Nachbearbeitung wirtschaftlich hergestellt werden. Hier Abhilfe zu schaffen, d.h. einmal das Verbrennungsverhalten, insbesondere auch in bezug auf Abgaseinheit zu verbessern und zum anderen eine geometrisch einfachere und damit auf mechanischem Wege wirtschaftlich bearbeitbare Kolbenbodenform bereitzustellen, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung. Eine Lösung dieser Aufgabe besteht bei den gattungsgemässen Kolben in der Schaffung einer Kolbenbodenform nach den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1. Eine vorteilhafte Ausführungsform hiervon gibt Anspruch 2 wieder. Bei dieser Ausbildung des Kolbenbodens wird eine Ansammlung von Restgasen im peripheren Kolbenbodenbereich auch hinter den Bodenerhebungen weitgehendst vermieden. Dabei wird vorteilhafterweise davon ausgegangen, dass der Brennraum im Zylinderkopf durch das Innere der Fläche einer Kugelkalotte mit einem auf der Kolbenachse liegenden Mittelpunkt begrenzt wird und an seinem Öffnungsquerschnitt einen dem Zylinder gleichen Durchmesser aufweist. Denn dadurch ist sichergestellt,dass sich der Abstand zwischen kalottenförmiger Erhebung des Kolbenbodens und Brennraumbegrenzungswand im Zylinderkopf von radial aussen nach innen stets stetig erweitert, so dass in radialer Richtung keine Strömungstoträume entstehen können. Dies hat zur Folge, dass Verbrennungsstörungent wie z.B. Nachverbrennungen im Motorbetrieb nicht auftreten. Bei der vorgeschlagenen Kolbenbodenausführung werden ferner scharfe Übergänge an den Erhebungen des Kolbenbodens vermie den, so dass die Gefahr eines Anschmorens solcher scharfen Übergänge ganz erheblich gemindert ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass durch die Verwendung der geometrisch einfachen Form einer Kugelkalotte für die Erhebung am Kolbenboden eine geringe Kolbenbodengesamtoberfläche vorliegt. Dies führt zu einem verringerten Wärmeabfluss und damit zu einem möglichst geringen Verlust im thermodynamischen Kreisprozess. Die Lösung nach den Ansprüchen 1 und 2 ist besonders für thermisch äusserst hoch belastete Motoren bestimmt. Denn dort ist die Gefahr eines Anschmorens scharfer Übergänge an den Bodenerhebungen besonders gross. In Motoren, bei denen aufgrund der thermischen Belastung solche Anschmorungen nicht zu befürchten sind, ist die erfindungsgemässe Aufgabe auch durch eine Kolbenbodenausführung nach Anspruch 3 lösbar. Die Ansprüche 4-6 geben zweckmässige Ausgestaltungen dieser Ausführungsart wieder. Ausführungsbeispiele der Erfindung enthält die Zeichnung. Es zeigen: Fig. 1 eine Draufsicht des Kolbens mit nicht ange schnittener Kugelkalotte als Bodenerhebung, Fi.g 2 einen Längsschnitt durch den oberen Bereich des Kolbens nach Fig.1, Fig. 3 eine Draufsicht des Kolbens mit angeschnittener Kugelkalotte als Bodenbewehrung, Fig. 4 einen Längsschnitt durch den oberen Bereich des Kolbens nach Fig. 3. Es sind mit 1 der Kolben, mit 2 der Zylinderkopf, mit 3 die Zündkerze, sowie mit 4 und 5 die Ventileinlass- bzw. -auslass öffnungen bezeichnet. Die Erhebung am Kolbenboden in der Form einer geschlossenen Kugelkalotte 6 liegt in bezug auf den Mittelpunkt des Radius dieser Kugelkalotte exzentrisch zur Kolbenlängsachse. Dadurch bildet sich das Hauptvolumen des Brennraumes 7 im Bereich unterhalb der Zündkerze 3 aus. Bei der Ausführung mit angeschnittener Kugelkalotte 8 als Erhebung des Kolbenbodens liegt der Mittelpunkt des Kugelkalottenradius auf der Längsachse des Kolbens 1.

Claims: A n s p r ii c h e 1. Kolben fijr Ottomotor mit einem Brennraum, der durch eine Ausnehmung im Zylinderkopf und einen Erhebungen aufwei sendeil Kolbenboden begrenzt ist,wobei die Erhebungen ausserhalb des Bereiches der Zündkerze liegen und in den je eine Ventilein- und Auslassöffnung miinden, deren Alittel- punkte etwa in einer durch die Kolbenlängsachse verlaufen den Ebene liegen und bei dem ferner die Zündkerze zwischen den beiden Ventilöffnungen, jedoch ausserhalb der vorgenann ten Ebene, angeordnet ist, gekennzeichnet durch die Merkmale (a) der Boden des Kolbens (1) weist nur eine Erhebung auf und ist im ijbrigen im wesentlichen eben, (b) die Erhebung ist eine Kugelkalotte (6) (c) der Mittelpunkt des Radius der Kugelkalotte (6) liegt ausserhalb der Kolbenachse (d) der Scllnittpunkt der Achse der Zündkerze (3) mit der den Brennraum (7) begrenzenden Ausnehmung im Zylinder kopf (2) und der Mittelpunkt des Radius der Kugel kalotte (6) liegen auf verschiedenen Seiten der durch Kolbenlängsachse verlaufenden Ebene mit den Mittel punkten der Ventilein- und -auslassöffnungen (4,5) 2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i ch n e t ,dass die Grösse des Durchmessers des Schnitt kreises der Kugelkalotte(6) mit dem ebenen Teil des Bodens des Kolbens (1)gleich dem maximalen Abstand zwischen dem Schnittpunkt der Achse der Zündkerze (3) mit dem ebenen Teil des Bodens des Kolbens (1) im oberen Tot punkt des Kolbens (]) und der Peripherie des Bodens des Kolbens (I) ist. 3. Ko]ben für Ottomotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 gekennzeichnet durch die Merkmale (a) der Boden des Kolbens (1) weist nur eine Erhebung auf und ist im übrigen im wesentlichen eben, (b) die Erhebung ist eine einseitig angesc'1nittene Kugelkalotte (8), (c) der Anschnitt liegt auf der der Zündkerze (3) zugewandten Seite der Kugelkalotte (8), (d) auf der dem Anschnitt abgewandten Seite reicht die Kugelkalotte (8) bis zur Peripherie des Bodens des Kolbens (1). 4. Ko1be. nach Anspruch 3 dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Mittelpunkt des Radius der Kugelkalotte (8) auf der Kolbenlängsachse liegt. 5. Kolben nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n z e i c h n E t , dass die Ausnehmung im Zylinderkopf (2), die den Brennraum (7) begrenzt, in dem Bereich, in dem die Boden erhebung des Kolbens (1) die Form einer Kugelka lotte (8) aufweist, eine entsprechende Negativform erhält. 6. Kolben nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n z e i ch n e t , dass der Radius der Negativform zur Kugelka lotte (8) der Bodenerhebung des Kolbens (1) in der Ausnehmung des Zylinderkopfes (2) geringfügig kleiner als derjenige der Kugelkalotte (8) ist.

Inventors: KOTTMANN, HELMUT
Applicants: MAHLE GMBH
Application year: 1980
Main classification: F02B23
IPC codes: F02B1, F02B23