DE3301070C1

DE3301070C1 - Reciprocating piston internal combustion engine with spark ignition

Info

Publication number: DE3301070C1
Application number: DE3301070A
Authority: DE
Inventors: Herbert 7120 Bietigheim-Bissingen Ampferer; Klaus 7251 Hemmingen Gröger
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 1981-09-23
Filing date: 1983-01-14
Publication date: 1984-05-30

Abstract

The combustion chamber situated solely in the piston is formed from an oval combustion chamber recess which widens conically towards the cylinder head, lies eccentrically in relation to the piston axis and is enclosed all round by a squish area. The spark plug is offset by the distance s from the combustion chamber centre line and lies in that half of the combustion chamber which contains the outlet port. Where the combustion chamber is used for a four-cylinder in-line internal combustion engine the spark plugs of the two outer cylinders are arranged offset outwards, the spark plugs of the two inner cylinders offset inwards, in each case by the distance s in relation to the combustion chamber centre line, in order to obtain air inlet distances of equal length for all cylinders and an optimum combustion sequence.

Description

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

Mit einer derartigen, in DE-PS 31 37 738 beschriebenen Brennkraftmaschine ist es möglich, den Kraftstoffverbrauch und die Abgasemission zu senken, indem durch die spezielle Brennraumform und die Lage der Quetschflächen eine intensive Turbulenz am Ende des Kompressionshubes erzeugt wird. Zu den guten Ergebnissen dieses Brennraumes trägt insbesondere auch die Lage der Zündkerze bei, die nahe der Brennraummittellinie, also der Verbindungslinie der Krümmungskreis-Mittelpunkte der Brennraumberandung, zwischen dem Auslaßkanal und dem Einlaßkanal angeordnet ist.With such, in DE-PS 31 37 738 described Internal combustion engine, it is possible to reduce fuel consumption and exhaust emissions by due to the special shape of the combustion chamber and the position of the squeeze surfaces, intense turbulence at the end of the Compression stroke is generated. The Location of the spark plug near the center line of the combustion chamber, i.e. the line connecting the centers of the circle of curvature the combustion chamber boundary, is arranged between the exhaust port and the intake port.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, durch optimale Wahl der Einbaustelle der Zündkerze im Brennraum bei gleichbleibend hoher Leistung den Kraftstoffverbrauch und die Abgasemission weiter zu senken.The object of the invention is now, through optimal choice of the installation location of the spark plug in the Combustion chamber increases fuel consumption and exhaust emissions while maintaining the same high output reduce.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Zündkerze um einen kleinen Abstand s zur Brennraummittellinie versetzt in der Brennraumhälfte angeordnet ist, die den Auslaßkanal enthält. Eine derartige Anordnung ist aus FISITA, 12.—16.6.1966, Vortrag A3, bekannt. Die dort dargestellte Brennkraftmaschine weist einen lediglich im Kolben ausgebildeten Brennraum auf, der nach oben durch einen ebenen Zylinderkopf begrenzt ist. Um ein Klopfen durch Frühzündung durch das heiße Auslaßventil zu verhindern, ist die Zündkerze geringfügig außermittig und zum Auslaßventil hingerückt angeordnet. Wenn eine solche Maßnahme in Verbindung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen konstruktiven Merkmalen getroffen wird, läßt sich der Kraftstoffverbrauch und die ίο Abgasemission in der gewünschten Weise senken. Außerdem wird auch eine höhere Leistung erzeugt, denn durch das Wegrücken der Zündkerze verbleibt für den Einlaßkanal mehr Raum. Da die Ansaugluft ungedrosselt einströmen kann, ergibt die damit erzielte höhere Füllung der Zylinder eine Drehmoment- und Leistungssteigerung. To achieve this object, it is provided according to the invention that the spark plug is arranged offset by a small distance s from the combustion chamber center line in the combustion chamber half which contains the exhaust duct. Such an arrangement is known from FISITA, June 12-16, 1966, lecture A3. The internal combustion engine shown there has a combustion chamber which is formed only in the piston and which is delimited at the top by a flat cylinder head. In order to prevent knocking due to pre-ignition by the hot exhaust valve, the spark plug is arranged slightly off-center and moved towards the exhaust valve. If such a measure is taken in conjunction with the structural features specified in the preamble of claim 1, the fuel consumption and the ίο exhaust gas emissions can be reduced in the desired manner. In addition, a higher output is generated, because moving the spark plug leaves more space for the intake port. Since the intake air can flow in unthrottled, the higher filling of the cylinders thus achieved results in an increase in torque and power.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind bei einer Vier-Zylinder-Brennkraftmaschine in Reihenbauweise die Zündkerzen der beiden inneren Zylinder um den Abstand s von der Brennraummittellinie nach innen, zur Mittelachse der Brennkraftmaschine hin, versetzt angeordnet, während die Zündkerzen der beiden äußeren Zylinder um das gleiche Maß s von der Brennraummittellinie nach außen gerückt sind. Dieser wechselweise Versatz der Zündkerzen nach links und rechts zur Brennraummittellinie hat den Zweck, die Einzelsaugrohre und Einlaßkanäle paarweise möglichst-nahe_ zusammenzurücken, um ihre Länge gleich bemessen und einheitlich hinsichtlich Schwingaufladung abstimmen zu können.In a further embodiment of the invention, the spark plugs of the two inner cylinders in a four-cylinder internal combustion engine in series construction are arranged offset by the distance s from the combustion chamber center line inward, towards the central axis of the internal combustion engine, while the spark plugs of the two outer cylinders are the same Dimension s are moved outwards from the combustion chamber center line. This alternating offset of the spark plugs to the left and right to the center line of the combustion chamber has the purpose of moving the individual intake manifolds and intake ducts as close as possible to one another in pairs so that their length can be measured equally and uniformly with regard to vibration charging.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigtAn embodiment of the invention is shown in the drawing and is described in more detail below. It shows

F i g. 1 einen senkrechten Schnitt durch einen Zylinderkopf, einen Zylinderblock und einen Kolben einer Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung im Bereich des Brennraums,F i g. 1 a vertical section through a cylinder 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 den Kolben nach F i g. 1,
F i g. 3 eine Draufsicht auf den Kolben nach F i g. 1 mit angedeutetem Ein- und Auslaßkanal,F i g. 2 the piston according to FIG. 1,
F i g. 3 shows a plan view of the piston according to FIG. 1 with indicated inlet and outlet channel,

Fig.4 eine Unteransicht auf den Zylinderkopf in schematischer Darstellung nach F i g. 1,4 shows a view from below of the cylinder head in schematic representation according to FIG. 1,

F i g. 5 Vier-Zylinder-Brennkraftmaschine mit Brennräumen. F i g. 5 four-cylinder internal combustion engine with combustion chambers.

In dem Ausführungsbeispiel 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 Auslaßkanal 6. Das Einlaßventil 4 sowie das Auslaßventil sind vertikal angeordnet und verlaufen achsparallel zur Kolbenachse 7.In the exemplary embodiment, 1 denotes a cylinder head, 2 denotes a cylinder block and 3 denotes a piston. The cylinder head 1 comprises an intake channel 5 and 4 cooperating with an intake valve 4 an outlet channel 6 cooperating with an outlet valve (not shown). The inlet valve 4 as well as the outlet valves are arranged vertically and run axially parallel to the piston axis 7.

Der Brennraum der Brennkraftmaschine wird durch eine Mulde 9 im Kolben gebildet. Diese Mulde 9 ist exzentrisch im Kolbenboden 10 angeordnet und weist eine kegelige Form mit einer ellipsenförmigen Grundfläche il und einer ellipsenförmigen Öffnungsfläche 12 auf. Die Mulde 9 ist mit einer Umfangsfläche 23 versehen, die zwei verschieden gekrümmte kegelige Abschnitte A und B umfaßt. Der eine Abschnitt B ist zentrisch mit dem Mittelpunkt M, der weitere Abschnitt A ist exzentrisch mit dem Mittelpunkt M\ im Kolben 3 angeordnet. Die Abschnitte A und Blaufen etwa in einer parallel zur Mittellängsebene 19 des Kolbens 3 verlaufenden Längsebene 22, in der die Mulde 9 ihre breiteste Ausdehnung hat. In dieser Längsebene 22 sind das Einlaßventil 4 und das Auslaßventil nebeneinander im Zylinderkopf 1 angeordnet.The combustion chamber of the internal combustion engine is formed by a recess 9 in the piston. This depression 9 is arranged eccentrically in the piston head 10 and has a conical shape with an elliptical base area 11 and an elliptical opening area 12. The trough 9 is provided with a circumferential surface 23 which comprises two differently curved conical sections A and B. One section B is arranged centrically with the center point M, the further section A is arranged eccentrically with the center point M \ in the piston 3. The sections A and B run approximately in a longitudinal plane 22 which runs parallel to the central longitudinal plane 19 of the piston 3 and in which the trough 9 has its widest extent. In this longitudinal plane 22, the inlet valve 4 and the outlet valve are arranged next to one another in the cylinder head 1.

33 Ol 07033 Ol 070

Der Brennraum weist einen Quetschbereich 18 und 18a auf, der durch einen senkrecht zur Kolbenachse 7 liegenden Teil der Stirnfläche 14 des Zylinderkopfs 1 und eine entsprechende, ebenfalls senkrecht zur Kolbenachse 7 liegende Kolbenbodenfläche 15 gebildet wird.The combustion chamber has a squish area 18 and 18a, which is formed by a pinch area perpendicular to the piston axis 7 lying part of the end face 14 of the cylinder head 1 and a corresponding, also perpendicular to the piston axis 7 lying piston crown surface 15 is formed.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der gesamte Quetschbereich 18,18a durch eine die elliptische Öffnungsfläche 12 der Mulde 9 umgebende Fläche gebildet, die sich aus dem größeren sichelförmigen Teil 18 und aus dem sich daran anschließenden schmalen ringförmigen Teil 18a zusammensetzt. Dieser ringförmige Bereich 18a verläuft etwa bis zur Längsebene 22 des Kolbens 3 und geht dann in den sichelförmigen Bereich 18 über. Der sichelförmige Teil 18 ist durch einen kreisbogenförmigen Rand mit einem Krümmungsradius 21 begrenzt; nahe dem Mittelpunkt M\ dieses Krümmungskreises ist die Zündkerze 20 angeordnet. Sie ist um den Abstand s zur Brennraummittellinie 37 versetzt und liegt mit ihrem Zentrum in der Brennraumhälfte, die den Auslaßkanal 6 enthält. Der andere Teil 18a des Quetschbereiches weist einen zentrisch zur Kolbenachse 7 liegenden kreisbogenförmigen Rand auf.In the present exemplary embodiment, the entire squeeze area 18, 18a is formed by an area surrounding the elliptical opening area 12 of the trough 9, which area is composed of the larger sickle-shaped part 18 and the adjoining narrow annular part 18a. This annular area 18a extends approximately up to the longitudinal plane 22 of the piston 3 and then merges into the sickle-shaped area 18. The sickle-shaped part 18 is delimited by an arc-shaped edge with a radius of curvature 21; the spark plug 20 is arranged near the center M \ of this circle of curvature. It is offset by the distance s from the center line 37 of the combustion chamber and its center is in the half of the combustion chamber which contains the outlet channel 6. The other part 18a of the squeezing area has an edge in the form of an arc of a circle, which lies centrally with respect to the piston axis 7.

In F i g. 5 ist die Verwendung des ausführungsgemäßen Brennraumes bei einer Vier-Zylinder-Reihenbrennkraftmaschine gezeigt. Links von einer Mittelebene 25 des Zylinderblocks 2 liegen die Zylinder 26, 27, rechts der Mittelebene 25 die Zylinder 28, 29. Auf der Mittelebene 25 ist auch die Mitte eines Sammelsaugrohres 26 angeordnet, von dessen beiden Seiten Saugrohre 31 und 32 ausgehen, die symmetrisch zur Mittelebene 25 gekrümmt sind und sich in die in die Brennkraftmaschine einmündenden Einzelsaugrohre 33, 34 bzw. 35, 36 verzweigen, die an die Einlaßkanäle 5 angeschlossen sind. Um die Längen aller Saugrohre und somit die Einström-Verhältnisse annähernd gleich ausführen zu können, sind die Einlaßkanäle 5 je zweier Zylinder 26, 27 bzw. 28, 29 nebeneinander angeordnet; die Auslaßkanäle 6 der Zylinder 27 und 28 liegen demzufolge links von Brennraummittellinien 37, die Auslaßkanäle 6 der Zylinder 26 und 29 rechts von Brennraummittellinien 37.In Fig. 5 shows the use of the combustion chamber according to the invention in a four-cylinder in-line internal combustion engine shown. To the left of a center plane 25 of the cylinder block 2 are the cylinders 26, 27, on the right of the center plane 25, the cylinders 28, 29. The center of a collecting suction pipe 26 is also located on the center plane 25 arranged, from both sides of which suction pipes 31 and 32 extend, which are curved symmetrically to the central plane 25 and branch into the individual intake pipes 33, 34 and 35, 36 opening into the internal combustion engine, which are connected to the inlet channels 5. About the lengths of all suction pipes and thus the inflow conditions To be able to carry out approximately the same, the inlet channels 5 are each two cylinders 26, 27 and 28, 29 arranged side by side; the exhaust ports 6 of the cylinders 27 and 28 are accordingly to the left of the combustion chamber center lines 37, the exhaust ports 6 of cylinders 26 and 29 to the right of combustion chamber center lines 37.

Alle Zündkerzen 20 sind um den Abstand s zur Brennraummittellinie 37 versetzt und liegen in den Brennraumhälften, die die Auslaßkanäle 6 enthalten. Sie sind daher für die beiden äußeren Zylinder 27, 29 nach au-Ben, für die beiden inneren Zylinder 26, 28 gegenüber den Brennraummittellinien 37 nach innen versetzt. Als optimal hat sich ein Abstand s von 5 mm ergeben.All spark plugs 20 are offset by the distance s from the combustion chamber center line 37 and lie in the combustion chamber halves which contain the exhaust ducts 6. They are therefore offset towards the outside for the two outer cylinders 27, 29 and towards the inside for the two inner cylinders 26, 28 with respect to the combustion chamber center lines 37. A distance s of 5 mm has been found to be optimal.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

- Leerseite -- blank page -

Claims

33 Ol 070 claims:

1. Externally ignited reciprocating internal combustion engine, with hanging valves running parallel to the piston axis, with a flat cylinder head, with a combustion chamber cavity that is only formed in the piston and widens conically towards the cylinder head, the opening area of which in the piston face has a squish area of 15 to 35% of the piston area with a gap of 0.4 to 1.8 mm, with a crescent-shaped part of the pinch area with a first circular-arc-shaped edge with a first radius of curvature separated by a substantial part of the combustion chamber cavity opposite the spark plug and another part of the pinch area with centric to the piston axis, a circular arc-shaped second edge is provided with a second, at least comparable to the first radius of curvature in the area of the spark plug, and the combustion chamber cavity is eccentric to the piston axis surrounded on all sides by the squeeze area, and the spark plug approximately in the center of the circle of curvature d it lies at the first edge, characterized in that the spark plug (20) is offset by the distance (s) from the combustion chamber center line (37) and is arranged with its center in the combustion chamber half which contains the outlet duct (6).

2. Internal combustion engine according to claim 1, with four in-line cylinders, characterized in that the spark plugs (20) of the two outer cylinders (27, 29) by the distance (s) to the combustion chamber center lines (37) to the outside, the spark plugs ( 20) of the two inner cylinders (26, 28) are arranged offset towards the inside, to the center plane (25) of the internal combustion engine.

3. Internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that the distance (s) is approximately 5 mm.