Saugkanal in einem Verbrennungsmotor, insbesondere Dieselmotor Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Saugkanal in einem Verbrennungsmotor, durch dessen angenähert tangentiale Ausmündung an die Zylinder wand ein Kreisen der angesaugten Verbrennungsluft im Zylinder bewirkt wird.
Derartige Saugkanäle sind bereits bekannt. Saug kanäle, welche ohne zusätzliche Hilfsmittel, wie z. B. Schirmventile, ein möglichst intensives Kreisen der angesaugten Luft im Zylinder bewirken sollen, müs sen ein möglichst grosses Wirbelmoment hervorrufen, d. h. das arithmetische Produkt aus der Luftgeschwin digkeit an einem Punkt des Wirbels und dem Abstand dieses Punktes von der Zylinderachse muss möglichst gross sein.
Ausschlaggebend für die Erzeugung einer inten siven Luftrotation im Zylinder ist also das Produkt dieser beiden Grössen und die weitere Vergrösserung dieses Produktes ist das Ziel der vorliegenden Erfin dung.
Es sind bereits mannigfaltige Massnahmen be kannt, um die beiden Produktfaktoren des Wirbel momentes unabhängig voneinander zu vergrössern. Um z. B. die Luftgeschwindigkeit zu erhöhen, wird dem Saugkanal oftmals die Form eines Venturirohres gegeben, und zwar entweder der Höhe oder der Breite. nach. Hierbei kann der Saugkanal verschiedene For men des lichten Querschnittes aufweisen, vom hohen Rechteck bis zur flachen Ellipse. Der Saugkanal wird dann im allgemeinen so angeordnet, dass er in seinem Grundriss tangential zur Zylinderwand, d. h. senkrecht zur Verbindungslinie zwischen der Saugventilachse und der Zylinderachse, in den Zylinder ausmündet.
Zur Verbesserung der Saugkanalausmündung in den Zylinder, d. h. zur Verminderung der in ihr herr schenden Strömungswiderstände, welche vor allem durch die Krümmung der Luftstromlinien im Ven tilsitz hervorgerufen werden, lässt man die obere Wan- dung des Saugkanals möglichst unter dem gleichen Winkel, welchen die Ventilsitzfläche mit der inneren Wandfläche des Zylinderkopfes bildet, in den Ventil sitz übergehen, während die untere Wandung des Saugkanals mit der Ventilsitzebene einen Winkel klei ner als 90 einschliesst.
Ein anderes Mittel zur Verminderung der Strö mungswiderstände in der Saugkanalausmündung ist eine einseitige, kegelförmige Ausnehmung des Zylin- derkopfbodens rings um einen Teil des Ventilsitz- umfanges. Diese Ausnehmung hat die Form einer Mondsichel und wird in Richtung der Lufteinströ- mung, d. h.
in Richtung der Saugkanalverlängerung, aus dem Zylinderkopfboden als Kegelfläche heraus gearbeitet.
Alle diese Massnahmen, welche bezwecken, die Einströmung der angesaugten Luft in den Zylinder tangential zur Zylinderwand auszurichten, haben das gemeinsam, dass der lichte Durchflussquerschnitt des Saugkanals an der Stelle, wo der Saugkanal in den Saugventilsitz übergeht, zur Achse des Saugventils symmetrisch angeordnet ist.
Die zuvor beschriebenen, bereits bekannten Mass nahmen zur Erzeugung einer Luftrotation im Zylinder von Verbrennungsmotoren, insbesondere Dieselmoto ren, erzielen jedoch noch nicht eine so intensive krei sende Bewegung der Luft im Zylinder, wie es wün schenswert ist. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Saugkanal in einem Ver brennungsmotor, insbesondere Dieselmotor, zu schaf fen, mit dessen Hilfe eine wesentlich intensivere Luft rotation im Zylinder erreicht wird als mit den bisher bekannten Saugkanälen.
Demgemäss betrifft die Erfindung einen Saugkanal in einem Verbrennungsmotor, durch dessen ange nähert tangentiale Ausmündung an die Zylinderwand ein Kreisen der angesaugten Luft im Zylinder bewirkt wird, welcher sich dadurch auszeichnet, dass in einem Querschnitt durch den Saugkanal knapp vor seiner Einmündung in den Ventilsitz ein annähernd ebener Teil der unteren Wandung des Saugkanals gegenüber der Achse des Saugventils geneigt ist und der Umriss des lichten Durchströmquerschnittes in der Ventil sitzebene des Saugventils auf der inneren, der Zylin derachse zugekehrten Seite der Achse des Saugventils vom annähernd ebenen Teil der unteren Wandung des Saugkanals teilweise überdeckt ist.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Saugkanals gemäss der Erfindung schematisch darge stellt. Es zeigen: Fig. 1 einen. Saugkanal im Längsschnitt nach der Linie I-I der Fig. 3, Fig. 2 den Saugkanal der Fig. 1 im Querschnitt nach der Linie II-11 der Fig. 1 und Fig. 3 den Saugkanal der Fig. 1 im Querschnitt nach der Linie 111-111 der Fig. 1.
Aus der Fig. 1. ist zu ersehen, dass die obere Wandung 4 des Saugkanals in bekannter Weise mit einem möglichst grossen Krümmungshalbmesser R in den Ventilsitz 5 übergeht. Wenn der Neigungswinkel a zwischen der Saugventilachse 2 und der Mittellinie 1 des Saugkanals grösser ist als 45 , so unterstützt dies nur den Füllungsgrad der Luftfüllung des in Fig. 3 mit 6 bezeichneten und nur gestrichelt angedeuteten Zylinders. Die Fig. 3 zeigt, dass vor allem die Saug kanalseitenwand 9 nahezu tangential an die Wandung des Zylinders 6 ausmünden muss.
Aus der Fig. 2 in Verbindung mit der Fig. 1 ist zu ersehen, dass die untere Wandung des Saugkanals einen annähernd ebenen Teil 3 aufweist, der im Schnitt II-II gegen über der Achse 2 des Saugventils unter einem Winkel ss geneigt ist.
Ferner ist im Schnitt nach Fig. 2 ersicht lich, dass der Umriss 5 des lichten Durchströmquer- schnittes in der Ventilsitzebene des Saugventils auf der inneren, der Zylinderachse 7 zugekehrten Seite der Achse 2 des Saugventils, d. h. rechts der Achse 2 von dem ebenen Teil 3 der unteren Wandung des Saugkanals teilweise überdeckt ist, wie die gestrichelte Linie 5 zeigt. Auf der äusseren, der Zylinderwand zu gekehrten Seite der Achse 2 des Saugventils ist die Kanalwandung beinahe vollständig frei von Teilen, die den Umriss des lichten Durchströmquerschnittes ab decken.
Dadurch wird erreicht, dass auf der der Zy linderwand zugekehrten Seite des Ventilschaftes eine grössere Luftmenge am Saugventilschaft vorbei in den Zylinder einströmt als auf der entgegengesetzten Seite des Ventilschaftes, d. h. auf der Seite zur Zylinder achse 7 hin, was im folgenden näher erläutert wird.
Auf der der Zylinderachse 7 zugekehrten Seite des Ventilschaftes strömt, bei gleichem Unterdruck im Zylinder 6, eine geringere Luftmenge ein, weil, bei gleicher Krümmung der oberen Saugkanalwandung, die Luft infolge der Neigung des Teiles 3 der unteren Wandung des Saugkanals gezwungen ist, auf dem Wege zum lichten Durchflussquerschnitt in der Ventil sitzebene hin ihre Bewegungsrichtung zu ändern, so dass die Luft hier unter einem erhöhten Strömungs- widerstand in den Zylinder einströmt.
Demgegenüber bietet der Kanal auf der der Zylinderwand zugekehr ten Seite des Ventilschaftes der in den Zylinder ein strömenden Luft einen geradlinigen, verlustlosen Durchtritt durch den lichten Querschnitt in der Ven- tilsitzebene des offenen Saugventils. Zur Erzielung möglichst geringer Strömungsverluste muss nämlich der lichte Durchströmquerschnitt in der Ventilsitz ebene des Saugventils grundsätzlich mit dem Umriss der Wandung des Saugkanals beim Übergang in den Ventilsitz zusammenfallen.
Trifft dies nicht zu, dann erfolgt ein Anprall des Luftstromes an der Wandung des Überganges des Saugkanals in den Ventilsitz, was eine Abbiegung der Stromlinien der einströmenden Luft aus der gewünschten Richtung und damit eine Drosselung des Lufteintrittes zur Folge hat. Da der untere Wandungsteil 3 des Saugkanals zur Achse 2 des Saugventils geneigt ist (vergleiche Fig. 2), ergibt sich, dass der lichte Durchflussquerschnitt im Über gang des Saugkanals in den Ventilsitz zur Achse 2 des Saugventils nicht mehr, wie bisher, symmetrisch angeordnet ist.
Es zeigt sich vielmehr, dass derjenige Teil des lichten Durchflussquerschnittes im Ventilsitz neben der Achse 2 des Saugventils, welcher sich auf der Seite der Zylinderachse 7 befindet, kleiner ist als derjenige Teil des lichten Durchflussquerschnittes, welcher der Zylinderwand zugekehrt ist. Gleichwohl können aber beide Querschnittsteile des Saugkanals im Schnitte 11-1I (vergleiche Fig. 2) zu beiden Seiten der Achse 2 des Saugventils untereinander gleiche Ab solutwerte der zugehörigen Querschnittsflächen auf weisen.
Durch die in Fig. 2 deutlich erkennbare teilweise Abdeckung des lichten Durchströmquerschnittes in der Ventilsitzebene des Saugventils auf der inneren, der Zylinderachse 7 zugekehrten Seite wird also er reicht, dass ein grösserer Teil des angesaugten Luft volumens auf der äusseren, der Zylinderwand zuge kehrten Seite der Achse 2 des Saugventils in den Zylinder 6 einströmt. Infolgedessen ist aber hier das vom Saugkanal hervorgerufene Wirbelmoment grösser als bei dem konventionellen, symmetrischen Saug kanalquerschnitt, bei welchem die Luft gleichmässig über den ganzen Saugkanalquerschnitt in den Zylin der einströmt.
Wenn aber, was hier also zutrifft, das Wirbelmoment grösser ist, dann ist auch, wie eingangs erläutert wurde, die kreisende Bewegung der Luft im Zylinder entsprechend intensiver.
Der spitze Ergänzungswinkel 90-ss, welcher in Fig.2 die Neigung des flachen Teiles der unteren Wandung 3 des Saugkanals gegenüber der Ebene des Ventilsitzes des Saugventils bestimmt, ist also nach dem Vorgesagten zur Zylinderachse 7 hin offen und in üblicher Weise kleiner als 45 , stets aber grösser als 0 .
Aus Fig. 3 ist noch zu ersehen, dass die Mittel linie 1 des Saugkanals gegenüber einer gedachten, durch die Achse 2 des Saugventils gelegten und zur Mittellinie 1 des Saugkanals parallelen Ebene ver setzt sein kann, und zwar so, dass die in bezug auf den Zylinder innere, seitliche Wandung 8 des Saug kanals von dieser Ebene weiter entfernt ist als die äussere, seitliche Wandung 9 des Saugkanals. Bei einer solchen Versetzung der Mittellinie 1 des Saugkanals ergibt sich gemäss Fig. 3 die konstruktive Massnahme, die Seitenwandung 8 des Saugkanals mit einem klei neren Halbmesser r stetig und stufenlos in den Ventil sitz 5 (vergleiche Fig. 1) übergehen zu lassen.
Durch eine solche Versetzung der Mittellinie 1 des Saugkanals gegenüber der Achse 2 des Saugventil schaftes wird die oben ausführlich beschriebene Wir kung der Neigung eines Teiles 3 der unteren Kanal wandung zur Ventilsitzebene nur noch unterstützt. Dazu wird der Übergang der Seitenwandung 8 des Saugkanals in dessen obere Wandung und in den Ventilsitz gemäss Fig. 3 mit dem Krümmungshalb- messer r nahezu spiralförmig ausgebildet. Hierdurch wird derjenige Teil des angesaugten Luftvolumens, welcher längs der Seitenwandung 8 des Saugkanals durch den Saugkanal strömt, gegen die Zylinderwan dung 6 gedrückt, was die Kreisbewegung der Luft im Zylinder nur noch unterstützt.
Auch hierdurch wird also das Wirbelmoment weiterhin vergrössert.
Durch die besondere, unsymmetrische Ausbildung des Saugkanals im Verein mit der unsymmetrischen Lage desselben zur Saugventilachse wird eine sehr intensive Rotationsbewegung der angesaugten Ver brennungsluft im Zylinder gewährleistet.