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.
Intake duct in an internal combustion engine, in particular a diesel engine The present invention relates to an intake duct in an internal combustion engine, through whose approximately tangential opening to the cylinder wall, a circling of the intake combustion air in the cylinder is effected.
Such suction channels are already known. Suction channels, which without additional tools, such as. B. umbrella valves to cause the air drawn in the cylinder to circulate as intensively as possible, sen must cause the greatest possible eddy moment, d. H. the arithmetic product of the air speed at a point of the vortex and the distance of this point from the cylinder axis must be as large as possible.
The product of these two parameters is decisive for the generation of an intensive air rotation in the cylinder, and the aim of the present invention is to further enlarge this product.
There are already a variety of measures known to increase the two product factors of the vortex moment independently of one another. To z. B. to increase the air speed, the suction channel is often given the shape of a venturi, either the height or the width. to. The suction channel can have different shapes of clear cross-section, from a high rectangle to a flat ellipse. The suction channel is then generally arranged so that its plan is tangential to the cylinder wall, i. H. perpendicular to the connecting line between the suction valve axis and the cylinder axis, opens into the cylinder.
To improve the intake port opening into the cylinder, d. H. To reduce the flow resistance prevailing in it, which is mainly caused by the curvature of the air flow lines in the valve seat, the upper wall of the suction channel is left in at the same angle, if possible, that the valve seat surface forms with the inner wall surface of the cylinder head pass the valve seat, while the lower wall of the suction channel with the valve seat plane an angle smaller than 90 includes.
Another means of reducing the flow resistance in the suction channel opening is a one-sided, conical recess in the bottom of the cylinder head around part of the valve seat circumference. This recess has the shape of a crescent moon and is directed in the direction of the air inflow, i. H.
in the direction of the suction channel extension, worked out of the cylinder head base as a conical surface.
All these measures, which aim to align the inflow of the air sucked into the cylinder tangentially to the cylinder wall, have the common feature that the clear flow cross-section of the suction channel at the point where the suction channel merges into the suction valve seat is arranged symmetrically to the axis of the suction valve.
The previously described, already known measure took to generate air rotation in the cylinder of internal combustion engines, especially diesel engines, but do not yet achieve such an intense circular movement of the air in the cylinder, as it is desirable. The present invention is therefore based on the object of creating an intake duct in an internal combustion engine, in particular a diesel engine, with the aid of which a much more intense air rotation in the cylinder is achieved than with the previously known intake ducts.
Accordingly, the invention relates to an intake duct in an internal combustion engine, the approaching tangential opening of which on the cylinder wall causes the intake air to circle in the cylinder, which is characterized by the fact that in a cross section through the intake duct just before its confluence with the valve seat an approximately flat part of the lower wall of the suction channel is inclined relative to the axis of the suction valve and the outline of the clear flow cross-section in the valve seat plane of the suction valve on the inner side of the axis of the suction valve facing the cylinder axis from the approximately flat part of the lower wall of the suction channel partially covered is.
In the drawing, an embodiment of the suction channel according to the invention is schematically Darge provides. They show: FIG. 1 a. Suction channel in longitudinal section along line II of FIG. 3, FIG. 2 shows the suction channel of FIG. 1 in cross section along line II-11 of FIG. 1 and FIG. 3 shows the suction channel of FIG. 1 in cross section along line 111- 111 of FIG. 1.
From FIG. 1 it can be seen that the upper wall 4 of the suction channel merges into the valve seat 5 in a known manner with the largest possible radius of curvature R. If the angle of inclination a between the suction valve axis 2 and the center line 1 of the suction channel is greater than 45, this only supports the degree of air filling of the cylinder designated by 6 in FIG. 3 and only indicated by dashed lines. FIG. 3 shows that, in particular, the suction duct side wall 9 must open out almost tangentially to the wall of the cylinder 6.
From Fig. 2 in conjunction with Fig. 1 it can be seen that the lower wall of the suction channel has an approximately flat part 3, which is inclined in section II-II with respect to the axis 2 of the suction valve at an angle ss.
Furthermore, in the section according to FIG. 2 it can be seen that the outline 5 of the clear flow cross-section in the valve seat plane of the suction valve on the inner side of the axis 2 of the suction valve facing the cylinder axis 7, ie. H. is partially covered to the right of the axis 2 by the flat part 3 of the lower wall of the suction channel, as the dashed line 5 shows. On the outer side of axis 2 of the suction valve facing the cylinder wall, the duct wall is almost completely free of parts that cover the outline of the clear flow cross-section.
It is thereby achieved that on the side of the valve stem facing the cylinder wall, a greater amount of air flows past the suction valve stem into the cylinder than on the opposite side of the valve stem, i. H. on the side of the cylinder axis 7, which is explained in more detail below.
On the side of the valve stem facing the cylinder axis 7, with the same negative pressure in the cylinder 6, a smaller amount of air flows in because, with the same curvature of the upper suction channel wall, the air is forced onto the lower wall of the suction channel due to the inclination of part 3 of the lower wall of the suction channel Ways to change the direction of movement towards the clear flow cross-section in the valve seat level, so that the air flows into the cylinder here with increased flow resistance.
In contrast, the channel on the side of the valve stem facing the cylinder wall offers the air flowing into the cylinder a straight, lossless passage through the clear cross section in the valve seat plane of the open suction valve. To achieve the lowest possible flow losses, the clear flow cross-section in the valve seat plane of the suction valve must basically coincide with the outline of the wall of the suction channel at the transition into the valve seat.
If this is not the case, the air flow impacts the wall of the transition from the suction channel to the valve seat, which results in the streamlines of the inflowing air bending out of the desired direction and thus a throttling of the air inlet. Since the lower wall part 3 of the suction channel is inclined to the axis 2 of the suction valve (see Fig. 2), the clear flow cross-section in the transition from the suction channel to the valve seat to the axis 2 of the suction valve is no longer symmetrically arranged as before .
Rather, it shows that that part of the clear flow cross section in the valve seat next to the axis 2 of the suction valve, which is on the side of the cylinder axis 7, is smaller than that part of the clear flow cross section which faces the cylinder wall. Nevertheless, both cross-sectional parts of the suction channel in sections 11-1I (see FIG. 2) on both sides of the axis 2 of the suction valve can have the same absolute values of the associated cross-sectional areas.
Due to the partial covering of the clear flow cross-section in the valve seat plane of the suction valve on the inner side facing the cylinder axis 7, which can be clearly seen in Fig. 2, it is sufficient that a larger part of the volume of air drawn in on the outer side facing the cylinder wall Axis 2 of the suction valve flows into cylinder 6. As a result, however, the eddy moment caused by the suction channel is greater than in the conventional, symmetrical suction channel cross-section, in which the air flows evenly over the entire suction channel cross-section into the cylinder.
If, however, which is the case here, the eddy moment is greater, then, as explained at the beginning, the circular movement of the air in the cylinder is correspondingly more intense.
The acute supplementary angle 90-ss, which in FIG. 2 determines the inclination of the flat part of the lower wall 3 of the suction channel with respect to the plane of the valve seat of the suction valve, is therefore open towards the cylinder axis 7 according to the above and is usually smaller than 45, but always greater than 0.
From Fig. 3 it can be seen that the center line 1 of the suction channel can be compared to an imaginary, laid through the axis 2 of the suction valve and parallel to the center line 1 of the suction channel, ver sets, in such a way that the with respect to the Cylinder inner, side wall 8 of the suction channel is further away from this plane than the outer, side wall 9 of the suction channel. With such an offset of the center line 1 of the suction channel, according to FIG. 3, the constructive measure results to let the side wall 8 of the suction channel with a smaller radius r pass continuously and steplessly into the valve seat 5 (see FIG. 1).
By such an offset of the center line 1 of the suction channel relative to the axis 2 of the suction valve shaft, the above-described effect of the inclination of a part 3 of the lower channel wall to the valve seat plane is only supported. For this purpose, the transition of the side wall 8 of the suction channel into its upper wall and into the valve seat according to FIG. 3 with the radius of curvature r is almost spiral-shaped. As a result, that part of the sucked-in air volume which flows along the side wall 8 of the suction channel through the suction channel is pressed against the cylinder wall 6, which only supports the circular movement of the air in the cylinder.
This also increases the eddy moment.
Due to the special, asymmetrical design of the suction channel in conjunction with the asymmetrical position of the same relative to the suction valve axis, a very intensive rotational movement of the intake combustion air in the cylinder is guaranteed.