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Ventilgesteuerte Einspritzbrennkraftmaschine mit einem zu einem Einlaßventil
führenden Saugkanal für die Verbrennungsluft Die Erfindung betrifft eine luftverdichtende
Einspritzbrennkraftmaschine mit Direkteinspritzung sowie mit außerhalb der Zylinderachse
hängend im Zylinderkopf angeordnetem Saugventil, bei welcher der Saugkanal unter
einem spitzen Winkel in die Ebene der Ventilsitzöffnung und zugleich - im
Grundriß gesehen - annähernd tangential zum Zylinderumfang einmündet. Es
handelt sich demnach nicht um eine Brennkraftmaschine mit Drall der Ansaugluft um
die Ventilachse herum, sondern um eine solche, bei welcher die Luft auf Grund der
besonderen Ventil- und Kanalanordnung tangential zur Zylinderwand in den Arbeitszylinder
einströmt und auf diese Weise in heftige Umdrehung gerät.
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Nach neueren Erkenntnissen trägt das Kreisen der in den Zylinder einströmenden
Verbrennungsluft bei bestimmten Verbrennungsverfahren zur vollständigen klopf- und
rußfreien Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches wesentlich bei. Während verschiedene
Vorschläge bekannt sind, das Kreisen der in den Zylinder einströmenden Verbrennungsluft
durch zusätzliche Hilfsmittel, wie z. B. Schirmventile, zu unterstützen, hat man
neuerdings zur Vereinfachung angestrebt, das erforderliche Kreisen nach Möglichkeit
schon ohne besondere Hilfsmittel lediglich durch eine entsprechende Gestaltung des
in den Zylinder einmündenden Saugkanals zu erzielen. Da das erreichbare Wirbelmornent,
d. h. das arithmetische Produkt von Luftgeschwindigkeit und Abstand der in
den Zylinder einströmenden Luft von der Zylinderachse, dann am größten ist, wenn
das Saugventil möglichst an den äußeren Rand des Zylinderquerschnitts verlegt wird,
pflegt man den Saugkanal (im Grundriß) tangential in den Zylinderkopf einmünden
zu lassen, wobei die Mittellinie des Saugkanals also etwa senkrecht zum Verbindungshalbmesser
zwischen der Zylinderachse und der Saugventilachse in den Zylinder einmündet. Dabei
kann der Saugkanal selbst verschiedene lichte Querschnitte aufweisen, die beispielsweise
von einem hohen Rechteckquerschnitt bis zu einem flachen ellipsoidförinigen Querschnitt
reichen. Zur Erhöhung der Luftgeschwindigkeit hat man dem Saugkanal auch schon die
Form eines Venturirohres gegeben, entweder der Höhe oder der Breite nach. Ferner
hat man die beim Ausströmen der angesaugten Luft durch das Ansaugventil entstehenden
Ausströmverluste, vor allem durch die Krümmung der Luftströmung an der Stelle der
Ventilsitzöffnung hervorgerufen, dadurch zu verringern gesucht, daß man die obere
Wandung des Sangkanals möglichst ohne Krümmung in die Ventilsitzöffnung übergehen
läßt, während man die untere (dem Zylinder zu gelegene) Wandung des Saugkanals unter
einem möglichst spitzen Winkel in die Ventilsitzebene,einmünden läßt.
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Affe diese Vorschläge, die einströmende Ansaug-und Verbrennungsluft
in den Zylinder möglichst tangential zu seiner Wandung und möglichst verlustfrei
hineinzuleiten, weisen das gemeinsame Merkmal auf, daß die an der Übergangsstelle
zwischen Saugkanal und Ventilsitzöffnung beiderseits des geöffneten Ventils verbleibenden
lichten Durchströmungsquerschnitte symmetrisch zur Achse des Saugventils liegend
angeordnet sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die AusbIldung und Anordnung
des Saugkanals einer eingangs genannten Einspritzbrennkraftmaschine so zu verbessern,
daß möglichst noch ein größeres Wirbelmoment als bisher erzielt wird, ohne dabei
jedoch auf besondere zusätzliche Hilfsmittel wie Schirmventile od. dgL angewiesen
zu sein.
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Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß erstens dadurch gelöst,
daß - stehende Zylinderanordnung angenommen - die untere Wandung (Sohle)
des Saugkanals in einer Ebene liegt, die neben einer etwaigen Längsneigung eine
Quemeigung derart aufweist, daß die der Zylinderachse zugewandten Bereiche, dieser
Ebene höher liegen als die der Zylinderachse abgewandten. Ein zweites Erfindungsmerkmal
sieht vor, daß von den bei offenem Saugventil beiderseits
des Ventilschaftes
nach dem Saugkanal hin gebildeten lichten Querschnittsteilen der Ventilsitzöffnung
der der Zylinderachse abgewandte ganz in den Umriß des lichten Saugkanalquerschnittes
fällt, während der der Zylinderachse zugewandte von der Sohle teilweise überdeckt
wird. Die Erfindung besteht nicht in dem erst- oder zweitgenannten Merkmal als solchem,
wohl aber in der Vereinigung dieser Merkmale bei einer Einspritzbrennkraftmaschine
der einleitend genannten Art.
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Erfindungsgemäß kann also eine verbesserte Lufteinströmung in den
Zylinder - d. h. ein noch größeres Wirbelmoment als bisher - dadurch
erreicht werden, daß man dem unteren Wandungsteil des Saugkanals eine gewisse Neigung
verleiht, so daß dessen äußerer (der Zylinderwandung zugekehrter) Teil gegenüber
dem inneren (der Zylinderachse zugekehrten) Teil der Ventilsitzebene näher und dadurch
der an der Außenseite des Saugkanals befindliche lichte Querschnitt der Ventilsitzöffnung
vollständig innerhalb des dortigen lichten Saugkanalquerschnitts liegt. Dadurch
wird der Luft im äußeren Teil des Saugkanals ein geradliniger, verlustloser Durchtritt
durch die Ventilsitzöffnung des offenen Ventils gewährt, und an der Außenseite des
Saugventilschaftes strömt eine größere Luftmenge tangential in den Zylinder ein
als auf der anderen Saug,-kanalseite. Demgegenüber muß die entlang der Innenseite
des Saugkanals einströmende Luft trotz gleicher Krümmung der oberen Kanalwandung
am ausmündenden Ende der dort gegenüber der Ventilsitzebene erhöhten unteren Wandung
nach der Ventilsitzöffnung hin stärker abgelenkt werden als an der Außenseite des
Kanals, woraus höhere dortige Ausströniverluste und eine entsprechende Verlagerung
der Hauptausströmung nach der Außenseite des Ventilschaftes hin resultieren.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsforin der Erfindung ist die durchschnittliche
Höhe des lichten Saugkanalquerschnittes auf der inneren, der Zylinderachse zugekehrten
Seite kleiner als auf der gegenüberliegenden Seite der Saugventilachse.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist schließlich im
Querschnitt des Saugkanals der Ab-
stand der nach der Zylinderachse zu gelegenen
Seitenwand von der durch die Achse des Saugventils verlaufenden Längsebene größer
als der entsprechende Abstand der nach der Außenseite des Zylinders zu gelegenen
Seitenwand des Saugkanals. Ab-
gesehen davon, daß hierdurch ein spiralförmiger
übergang der inneren Seitenwandung des Saugkanals - einerseits in dessen
obere Wandung und andererseits in den Ventilsitz - erleichtert wird, trägt
diese Ausgestaltung dazu bei, daß die Anströmung der Zylinderwandung mit einem Minimum
an Drosselverlusten erreicht wird. Auf diese Weise können nämlich trotz der entsprechend
dem Haupterfindungsmerkmal geneigten unteren Kanalwandung die inneren und äußeren
Querschnittsflächen des Sangkanals gleich groß zueinander gehalten werden, und die
Drosselung des inneren Luftstromes gegenüber dem äußeren Luftstrom beruht lediglich
noch auf der stärkeren Umlenkung des im übrigen nicht stärker gedresselten inneren
Luftstromes. Besonders vorteilhaft ist hierbei aber noch, daß der innere Luftstrom
nicht nur nach unten (in den Zylinder hinein), sondem zugleich nach der Zylinderwand
hin umgelenkt wird, so daß sich an der Zylinderwandung statt eines im Querschnitt
kreisrunden Luftstromes ein solcher mit einem von vornherein etwa ovalen Querschnitt
ergibt, der die Bildung eines verbesserten Wirbelmomentes weiterhin fördert und
zudem auch eine - insbesondere bei Aufladung erwünschte - Innenkühlung
der Zylinderwandung unterstützt.
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In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht,
es zeigt F i g. 1 eine mit einem erfindungsgemäßen Saugkanal versehene Brennkraftmaschine
in einem Längsschnitt nach der Linie A-A der F i g. 2, F i g. 2 den
in F i g. 1 dargestellten Saugkanal in einem Längsschnitt nach der Linie
C-C der F i g. 1,
F i g. 3 denselben Saugkanal in einem Querschnitt
nach der Linie B-B der F i g. 1.
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Aus der - einen Zylinder einer ventilgesteuerten Brennkraftmaschine
an der Stelle eines Einlaßventils und des zugehörigen Saugkanals darstellenden
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Zeichnung ist die Ausbildung und Anordnung des Saugkanals zu ersehen. Der
Saugkanal 8 mündet unter einem Neigungswinkel a (gegenüber der Achse 2 des
Saugventils 9) in das Saugventil ein, wobei seine obere Wandung 4 in den
Ventilsitz 5 mit einem möglichst großen Halbmesser R übergeht. Dabei ist
der dargestellte Neigungswinkel c# größer als 45', was den Füllungsgrad des Zylinders
6 mit Luft begünstigt.
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In F i g. 2 ist die Wandung des Zylinders 6 ge-
strichelt
angedeutet, und aus dieser Figur ist weiterhin zu ersehen, daß die Mittellinie
1 des Saugkanals 8
im Grundriß gegenüber der Achse 2 des Saugventils
seitlich nach der Zylinderachse 7 zu versetzt ist. Durch diese Versetzung
ergibt sich die Notwendigkeit, die Seitenwandung des Saugkanals mit einem großen
Halbmesser r auf der der Zylinderachse 7 zugekehrten Seite des Kanals stetig
in den Ventilsitz 5
übergehen zu lassen.
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Aus F i g. 2 geht weiterhin hervor, in welchem Maße die untere
Wandung 3 des Saugkanals 8 - im Querschnitt des Kanals - nach
der Außenseite des Zylinders hin geneigt ist, wodurch auch die lichte Querschnittshöhe
des Saugkanals auf der nach der Zylinderachse 7 zu gelegenen Kanalhälfte
niedriger als auf der anderen Hälfte des Saugkanals ist. Der Winkel ß veranschaulicht
die Neigung der unteren Wandung 3 des Saugkanals 8 gegenüber der Achse
2 des Saugventils und ist kleiner als 90'.
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Während die beiden beiderseits des Ventilschaftes 10 befindlichen
Querschnittsteile gemäß dem Ausführungsbeispiel etwa gleich groß sind, kann auch
der Fall eintreten, daß der lichte Querschnitt an der Außenseite (d. h. der
der Zylinderwandung zugekehrten Seite) des Saugkanals kleiner als an der Innenseite
ist. Dies ist jedoch für das Wesen der beschriebenen Erfindung so lange belanglos,
als auf der Außenseite weiterhin der gesamte Umriß des dortigen Teiles der Ventilsitzöffnung
noch in den Umriß des lichten Saugkanalquerschnitts fällt. Demgegenüber ist der
an der Innenseite (d. h. nach der Zylinderinitte zu gelegenen Seite) des
Ventilschaftes 10
befindliche lichte Querschnitt der Ventilsitzöffnung gemäß
F i g. 3 zum Teil von der unteren Wandung 3
des Saugkanals verdeckt,
wodurch die angesaugte Luft veranlaßt wird, zum größeren Teil, und dadurch mit einem
erhöhten Wirbelmoment, auf der Zylinderwandseite in den Zylinder 6 einzuströmen.
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Zu den nachfolgenden Patentansprüchen wird bemerkt, daß für die Gegenstände
der Unteransprüche
ein vom Hauptgedanken der Erfindung (Anspruch
1)
losgelöster Schutz nicht begehrt ist.