DE2730780A1 - Verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Description

PatentanwSK· Dipl.-mg. E. Fder

Dipl.-!ns. K. Schieschke

TADAKATSU IWAMI, HYOGO-KEN / JAPAN

Verbrennung skraftma schine

Die Erfindung bezieht sich auf eine rotierend arbeitende Verbrennungskraftmaschine mit sauberen Abgasen.

Von hin-und hergehend arbeitenden Verbrennungskraftmaschinen (CVCC oder Compound Vortex Controlled Combustion Engine von Honda Motors/Japan) ist es bekannt, dass die Verbrennung von einem vergleichsweise fetten Kraftstoff-Luft-Gemisch (mit geringem Luftanteil) nach einem vergleichsweise mageren Kraftstoff-Luft-Gemisch in der Verbrennungskammer verläuft, wodurch schädliche Bestandteile im Abgas, beispielsweise Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoff (HC) und Stickoxide (NO ) reduziert

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werden.

Eine rotierend arbeitende Maschine, die nach diesem Prinzip

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arbeitet, zeigt die japanische Patentveröffentlichung Nr. 49-46659. Es ist bekannt, in der gewölbten Aussenflache des Rotors zwei Vertiefungen vorzusehen, die über eine schmale Nut in Verbindung stehen. Über zwei Kraftstoffeinlasse im Gehäuse gelangt fettes und mageres Kraftstoff-Luft-Gemisch in die Verbrennungkammer. Das fette Gemisch wird der einen Vertiefunq und das magere Gemisch der anderen Vertiefung zugeführt, wodurch die Gemische in der Verbrennungskammer in zwei verschiedenen Schichten mit unterschiedlicher Dichte komprimiert werden, d. h. dass die Verbrennungsfront von der fette-

ren zur mageren Kraftstoffschicht verläuft.

Bei dieser rotierend arbeitenden Maschine ist jedoch zur Versorgung der getrennten Vertiefungen mit den verschiedenen Kraftstoff-Luft-Gemischen eine Zeit- oder Timing-Steuerung unerlässlich. Zur Erhöhung der Motorleistung und für eine wirksame Ausbreitung der Verbrennungsfront ist die Form der Vertiefungen jedoch ungeeignet.

Dagegen zeigt die auf den gleichen Anmelder wie bei vorliegender Erfindung zurückgehende japanische Patentanmeldung Nr. 48-26311 eine rotierend arbeitende Maschine, in der zwei Vertiefungen in jeder gewölbten Rotoraussenflache und eine Lufteinlassöffnung, die von der Rotorseite geöffnet und geschlossen wird, vorhanden sind. Die aus der Lufteinlassöffnung kommende Luft verdünnt das vergleichsweise fette Kraftstoff-Luft-Gemisch, das aus einer Kraftstofföffnung in die Verbrennungskammer gelangt.

Zur Anwendung dieses Prinzips bei einem rotierend arbeitenden Rotor sind verschiedene Massnahmen erforderlich. Beispielsweise

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müssen Form und Lage der Lufteinlassöffnung so gewählt werden, dass in der Verbrennungskammer zwei getrennte, fette und magere Kraftstoffschichten entstehen. Die Konfiguration der Vertiefung ist so auszuführen, dass die Motorleistung erhöht wird. Für ein gutes Fahrverhalten muss ausserdem die Luftmenge entsprechend gesteuert werden.

Die Erfindung betrifft somit einen Rotationsmotor, dessen Gehäuseinnenseite in Form einer Trochoide ausgeführt ist. Ein etwa dreieckiger Rotor mit drei gewölbten Aussenflachen ist in dem Gehäuse drehbar so gelagert, dass seine drei Ecken die trochoidale Gehäuseinnenseite berühren. Jede gewölbte Aussenflache des Rotors besitzt eine löffeiförmige Vertiefung. Das Gehäuse besitzt ausserdem eine Einlassöffnung für ein Kraftstoff-Luft-Gemisch und eine langgestreckte Lufteinlassöffnung in der Gehäuseseitenwand, die von der Rotorseite, wenn sich dieser dreht, geöffnet und geschlossen wird. Die Lufteinlass-öffnung wird in Drehrichtung hinter der Verbrennungskammer angeordnet, die von der trochoidalen Innenseite des Gehäuses und den drei gewölbten Rotoraussenflachen gebildet wird.

Der erfindungsgemässe Rotationsmotor gestattet somit dadurch, dass in der Verbrennungskammer fettere und magere Kraftstoffschichten gebildet werden, die Reduktion schädlicher Abgasbestandteile, insbesondere von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid .

Obwohl der erfindungsgemässe Rotationsmotor zu einer geringeren Luftverschmutzung führt, erreicht er eine grössere Ausgangsleistung .

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Eine weitere Herabsetzung der schädlichen Bestandteile in den Motorabgasen wird dadurch erreicht, dass die in dem fetteren Kraftstoffgemisch entstehende Plammenfront sich nach dem magereren Kraftstoffgemisch hin ausbreitet.

Die ausführlichere Erläuterung der Erfindung erfolgt anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles. Darin zeigt:

Fig. 1 einen vertikalen Schnitt durch einen Rotationsmotor gemäss der Erfindung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Rotor, Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 2, Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie 4-4 in Fig. 2,

Fig. 5-10 schematische Darstellungen zur Arbeitsweise des Rotationsmotors,

Fig. 11 einen vertikalen Schnitt durch eine Einrichtung zur Luftsteuerung,

Fig. 12 eine Frontansicht einer weiteren Luftsteuereinrichtung , und

Fig. 13 eine weitere Luftsteuereinrichtung im Längsschnitt.

Der in Fig. 1 gezeigte Rotationsmotor besitzt ein Gehäuse mit einer trochoidförmigen Gehäuseinnenseite 11. In dem Gehäuse

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10 ist ein etwa dreieckiger Rotor 20 drehbar gelagert. In der Seitenwand 12 des Gehäuses 10 befindet sich eine Einlassöffnung 13 für das Kraftstoff-Luft-Gemisch und eine Lufteinlassöffnung 14. Die öffnung 13 ist mit einem Kraftstoffanschluss 18 und die öffnung 14 ist mit einem Rohr 19 zur Luftzufuhr verbunden.

Eine Auspufföffnung 15 befindet sich im unteren Teil des Gehäuses 10.

Im Gehäuse 10 sind eine Vorzündkerze 16 und eine Nachzündkerze 17 angebracht. Die Nachzündkerze 17 kann entfallen, wenn die Vorzündkerze 16 zweimal nacheinander arbeitet.

Der Rotor 20 steht mit seinen Zähnen mit einer Rotationsweile 29 in Eingriff. Bei Drehung des Rotors 20 berühren seine drei Ecken dauernd die trochoidale Innenfläche 11, während die Seite 21 des Rotors luftdicht an der Innenseite der Gehäusewand 12 anliegt. Die Lufteinlassöffnung 14 wird dadurch von der Seite 21 des Rotors 20 bei dessen Drehung geöffnet und geschlossen.

Wie Fig. 1 deutlich zeigt, ist die Lufteinlassöffnung 14 langgestreckt und in der Nähe der Kraftstofföffnung 13 nach rechts unten geneigt. Das obere Ende der Lufteinlassöffnung 14 liegt vorzugsweise über dem oberen Ende der Kraftstofföffnung 13. Das bedeutet, dass nach dem Schliessen der Kraftstoff öffnung 13 durch die Rotorseite 21 das obere Ende der Lufteinlassöffnung 14 immer noch offen ist (vgl. hierzu auch Fig. 8).

Gemäss Fig. 1 befindet sich die Kraftstofföffnung 13 in der

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Seitenwand 12 des Gehäuses 10, d.h. es handelt sich um einen Typ mit seitlicher öffnung. Bei der Ausführung als Umfangstyp ist die Kraftstofföffnung in der peripheren Wand des Gehäuses 10 untergebracht.

Wie die Fig. 1 bis 4 zeigen, besitzt jede gewölbte Fläche 22 des Rotors 20 eine löffeiförmige Vertiefung 23 mit einer stärkeren Vertiefung 24 und einer davon ausgehenden, langgestreckten Nut 25. Wie besonders der Längsschnitt durch die Vertiefung 23 nach Fig. 1 zeigt, ist die Vertiefung 24 tiefer und wird zum Ende der Nut 25 hin allmählich flacher. Ausserdem ist die Vertiefung 23 im Querschnitt gewölbt bzw. halbkreisförmig (Fig. 3 und 4).

Im Betrieb des Motors wird zu Beginn des Kraftstoffansaugtaktes zunächst die Kraftstofföffnung 13 von der Seite 21 des Rotors 20 allmählich geöffnet. Ein relativ fettes Kraftstoff-Luft-Gemisch A mit wenig Luft gelangt in die Kammer 26, die von der gewölbten Fläche 22 und der Innenfläche 11 des Gehäuses 10 gemäss Fig. 5 gebildet wird. Gleichzeitig ist die Lufteinlassöffnung 14 durch die Seite des Rotors 20 geschlossen.

Mit der Drehung des Rotors 20 passiert die Seite 22 des Rotors die Lufteinlassöffnung 14, so dass diese allmählich mit der Kammer 26 verbunden wird, und ist schliesslich gemäss Fig. vollständig geöffnet. Das Vakuum in der Kammer 26 saugt durch die öffnung 14 Luft an, wodurch der Kraftstoff verdünnt wird, so dass eine dünnere bzw. magerere Kraftstoffschicht B mit ausreichend Sauerstoff entsteht. Infolge der langgestreckten Form der öffnung 14 entsteht eine annähernd analoge, ebenfalls langgestreckte Schicht B um die öffnung 14. Infolge der

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ebenfalls langgestreckten Form der Kammer 26 wird die Schicht B vorzugsweise in der hinteren Kammerhälfte gebildet.

Ausserdem entsteht an der Lufteinlassöffnung 14 eine Schicht C, die fast ausschliesslich Luft enthält.

Gemäss Fig. 7 gelangt bei weiterer Drehung des Rotors 20 die Lufteinlassöffnung 14 in den hinteren Abschnitt der Kammer Da durch die Luft aus der öffnung 14 das Kraftstoffgemisch weiter verdünnt wird, erstreckt sich die dünnere bzw. magerere Schicht B allmählich bis zum hinteren Ende der Kammer 26. Wenn die gewölbte Fläche 22 des Rotors 20 das obere Ende der Kraftstoffgemisch- bzw. Kraftstoffeinlassöffnung 13 erreicht, und diese allmählich verschliesst, ist der hintere Teil der Kammer 26 mit der magereren Kraftstoffschicht B gefüllt. Dies ist in Fig. 8 gezeigt, wo die Kraftstofföffnung 13 vollständig geschlossen ist. Zu diesem Zeitpunkt ist das obere Ende der Lufteinlassöffnung 14 vorzugsweise noch offen, so dass die daraus eintretende Luft das Kraftstoffgemisch im hinteren Teil der Kammer 26 weiter verdünnt, so dass eine gleichförmig verdünnte, magere Schicht B entsteht.

Daraus folgt, dass sich das Verhältnis der fetteren Kraftstoffschicht Ά zur magereren Kraftstoffschicht B durch die Länge der langgestreckten Lufteinlassöffnung 14 und die Lage des hinteren Endes der öffnung 14 steuern lässt.

Die weitere Kompression durch den Rotor 20 ist in Fig. 9 gezeigt. Dabei wird die Luftschicht C in die magere Kraftstoffschicht B gemischt.

In der letzten Kompressionsstufe gemäss Fig. 10 berührt der

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mittlere Teil der gewölbten Fläche 22 fast den vorspringenden Teil der inneren Peripherie 11. Zu diesem Zeitpunkt wird das Kraftstoffgemisch durch die Kerze 16 gezündet. Die Verbrennung geht vom fetteren Kraftstoffgemisch A zum magereren Gemisch B, da die mit der Vertiefung 24 verbundene Nut 25 die Ausbreitung der Flammenfront gestattet (vgl. den gestrichelten Pfeil). Der glatte übergang am Boden der Vertiefung 23 erlaubt eine schnelle Ausbreitung der Flammenfront. Da die Nut 25 flach und schmal ist, wird die Flammenfront zudem nicht abgekühlt.

Durch die Drosselstelle am Übergang zwischen der Vertiefung 24 und der Nut 25 entsteht ausserdem ein Venturi-Effekt, der die Flammenfront beschleunigt, so dass sie bis in die Ecke der Kammer 26 läuft. Kohlenmonoxide,die bei der Verbrennung des fetteren Kraftstoffes A entstehen, werden zusammen mit der mageren Kraftstoffschicht B vollständig verbrannt, die ausreichend Sauerstoff enthält.

Infolge der breiten und tiefen Vertiefung 24 im vorderen Teil der Fläche 22 des Rotors 20 erhöht sich ausserdem die Ausgangsleistung, so dass bei der Verbrennung und Expansion des fetten Kraftstoffgemisches A ein grösseres Drehmoment entsteht.

Im Leerlauf und beim Gaswegnehmen erzeugt der Motor ein relativ grosses Vakuum, das bei Beschleunigung und grösserer Drehzahl bzw. Fahrgeschwindigkeit kleiner wird. Dadurch ist im Leerlauf die Luftaufnahme aus der Lufteinlassöffnung 14 grosser, während sie beim Beschleunigen oder Gasgeben kleiner ist.

Im Leerlauf ist die Drosselklappe des Vergasers eng gestellt

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und es gelangt nur eine vergleichsweise geringe Kraftstoffmenge zur Kraftstoffgemischöffnung 13. Beim Gasgeben ist die Drosselklappe weit geöffnet und es gelangt eine grössere Kraftstoffmenge in den Motor. Damit ist im Leerlauf im Verhältnis zum Kraftstoff zu viel Luft vorhanden, wodurch der Motor unrund läuft, während andererseits zur Beschleunigung die Luft fehlt.

Zur Vermeidung dieses Nachteiles kann in dem zur Lufteinlassöffnung 14 führenden Rohr 19 gemäss Fig. 1 eine einstellbare Absperrvorrichtung bzw. ein Ventil vorgesehen werden. Dies hat jedoch nur einen geringen Einfluss, da dann die Luft zur Beschleunigung nicht ausreicht, wenn man die Strömung so einstellt, dass sie für die Kraftstoffzufuhr im Leerlauf ausreicht. Wenn dagegen die Luftzufuhr so eingestellt wird, dass sie für die Kraftstoffzufuhr bei Beschleunigung richtig ist, so ist für den Kraftstoff im Leerlauf zuviel Luft vorhanden .

Zur einwandfreien Lösung dieses Problems und zur Erzielung eines glatten und runden Motorlaufs empfielt es sich, an das Rohr 19 eine Luftsteuerung anzuschliessen, die die Einstellung der Luftzufuhr auf die Betriebsweise des Motors gestattet.

In den Fig. 11 bis 13 sind einige Ausführungsformen einer solchen Luftsteuerung gezeigt.

Fig. 11 zeigt eine Luftsteuerung mit dem Vakuum einer Vakuumfrühzündeinrichtung 30, die über eine Leitung 31 mit einem Vergaser 32 in Verbindung steht. Bekanntlich steigt das Vakuum in der Leitung 31 beim Beschleunigen bzw. höheren

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Fahrgeschwindigkeiten an. über eine Membran, die auf das Vakuum in der Leitung 31 anspricht, steuert die Luftsteuerung nach Fig. 11 die Luftströmung.

Die Membran 34 ist in einem Gehäuse 33 gelagert, das in der Mitte mit einem Zylinder 35 verbunden ist, in dem ein Kolben

36 angeordnet und mit einer Seite der Membran 34 verbunden ist. Auf der anderen Seite der Membran versucht eine Feder

37 den Kolben 36 nach rechts zu drücken. Auf der Seite der Feder 37 ist das Gehäuse ausserdem über eine Leitung 38 mit dem Vakuum der Leitung 31 verbunden.

Der Zylinder 35 besitzt zwei öffnungen 39 und 40, wobei die erste öffnung 39 mit einem Lufteinlassrohr 42 mit einem Filter 41 und die zweite öffnung 40 mit einem Luftzuführungsrohr 43 verbunden ist, das über eine geeignete Leitung mit dem Rohr 19 der Lufteinlassöffnung 14 nach Fig. 1 in Verbindung steht. Das Lufteinlassrohr 42 und das Luftzufuhrrohr 43 stehen miteinander über einen Bypass 46 in Verbindung.

Im Leerlauf des Motors ist das Vakuum der Frühzündeinrichtung 30 niedrig, so dass die Membran 34 der Luftsteuereinrichtung nicht angesaugt wird. Die Feder 37 drückt den Kolben 36 nach rechts und die öffnungen 39 und 40 sind geschlossen. Über den Bypass 46 und das Luftzufuhrrohr 43 gelangt somit die Luft aus dem Lufteinlassrohr 42 zum Motor. Wie bereits erwähnt, erhält der Motor im Leerlauf eine kleinere Kraftstoffmenge. Das Drosselventil 47 gestattet nun eine derartige Steuerung der Luftströmung, dass diese an die Kraftstoffmenge angepasst ist und der Motor nicht unregelmässig läuft.

Bei beschleunigter oder schneller Fahrweise wirkt ein grosses

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Vakuum auf die Frühzündeinrichtung 30, die Membran 34 mit dem Kolben 36 wird angesaugt und nach links bewegt, so dass die öffnungen 39 und 40 freigegeben werden, über die das Rohr 42 und das Rohr 43 in Verbindung steht. Beim Beschleunigen gelangt eine grössere Kraftstoffmenge in den Motor. Zur Anpassung an die Kraftstoffmenge dient ein Drosselventil 44.

Fig. 12 zeigt eine Luftsteuerung, bei der die Regulierung der Luftströmung mechanisch in Abhängigkeit von einem Beschleunigungs- oder Gaspedal erfolgt.

Das Gehäuse 50 besitzt ein Lufteinlassrohr 51 und ein Luftzufuhrrohr 52, das mit dem Rohr 19 der Lufteinlassöffnung 14 nach Fig. 1 in Verbindung steht. Auf der drehbaren Welle einer Drosselklappe 53 im Gehäuse 50 ist ein Arm 54 ausserhalb des Gehäuses 50 festgemacht. Am äusseren Ende des Armes 54 ist ein Seil oder eine Verbindung 55 angeschlossen, die zu einem (nicht gezeigten) Gaspedal führt. Beim Niedertreten des Gaspedals wird dann die Drosselklappe 54 über die Verbindung 55 und den Arm 54 geöffnet.

An der Seite des Gehäuses 50 befinden sich zwei einstellbare Anschläge 56 und 57 zur Begrenzung der Drehbewegung des Armes 54, d.h. zur Einstellung der kleinsten und grössten öffnung der Drosselklappe 50.

Im Leerlauf wird das Gaspedal nicht betätigt. Die Drosselklappe 53 steht dann in der Ausgangsstellung gemäss Fig. 12. Der Anschlag 56 wird so eingestellt, dass die zuströmende Luft an die im Leerlauf zugeführte Kraftstoffmenge angepasst wird und dass der Motor regelmässig läuft.

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Beim Gasgeben wird das Pedal durchgetreten und die Drosselklappe 53 ganz geöffnet, wobei die zuströmende Luftmenge an die dem Motor zugeführte Kraftstoffmenge angepasst ist, wobei die Einstellung der Luftmenge über den Anschlag 57 erfolgt.

Die Luftsteuereinrichtung nach Fig. 13 ähnelt derjenigen nach Fig. 12. Ein Zylinder 60 ist mit einer ersten öffnung 61 an ein Lufteinlassrohr 62 und mit einer zweiten öffnung 63 an ein Luftzufuhrrohr 64 angeschlossen, das mit dem Rohr 18 der Lufteinlassöffnung 14 nach Fig. 1 verbunden ist. Im Zylinder 60 befindet sich ein verschiebbarer Kolben 65 mit einem konischen Ende zur Einstellung der Luftströmung an der öffnung 63. Der Kolben 65 wird durch eine Feder 66 gegen die öffnung 63 gedrückt. Ausserdem ist der Kolben 65 mit einem Gewindestab 67 verbunden, der durch eine am einen Ende des Zylinders angeschraubte Kappe 68 aus dem Zylinder 60 hinausführt.

über ein Seil oder eine Verbindung ist der Gewindestab 67 an ein nicht gezeigtes Gaspedal angeschlossen. Beim Niedertreten des Gaspedals wird der Stab 67 zusammen mit dem Kolben 65 nach rechts bewegt. Zwei Muttern 69 und 70 auf dem Gewindestab 67 dienen zur Einstellung des kleinsten bzw. grössten öffnungswertes der öffnung 63, zur Anpassung an die Kraftstoffmenge im Leerlauf und beim Gasgeben. Die Einrichtung arbeitet praktisch genauso wie die Einrichtung nach Fig. 12.

Gemäss der Erfindung werden somit in der Verbrennungkammer magere und fette Kraftstoffschichten erzeugt. Dadurch können schädliche Bestandteile in den Abgasen beträchtlich reduziert werden.

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Ausserdem erfolgt die Steuerung der zugeführten Luft abhängig von der Arbeitsweise des Motors, so dass bei gesteigerter Motorleistung ein angenehmes Fahrverhalten erreicht wird.

Patentanwälte Dipl.-ing. E. Eder DIpI.-Ing. K. Schieschke

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Claims (3)

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   Verbrennungskraftmaschine

   PATENTANSPRÜCHE

   Verbrennungkraftmaschine mit einem auf der Innenseite als Trochoide ausgeführten Gehäuse und einem darin drehbar gelagerten, dreieckigen Rotor, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor in jeder seiner drei gewölbten Aussenf lachen eine löffeiförmige Vertiefung aufweist, dass das Gehäuse neben einer Kraftstoffgemischöffnung eine langgestreckte Lufteinlassöffnung besitzt, die von einer Seite des sich drehenden Rotors geöffnet und geschlossen wird, und dass die Lufteinlassöffnung in der Rotordrehrichtung nach oben zeigt und so angeordnet ist, dass sie allmählich zum hinteren Ende einer Verbrennungskammer gelangt, die von der Gehäuseinnenseite und den Rotoraussenflachen begrenzt ist.
2. 2. Maschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein mit der Lufteinlassöffnung verbundenes Drosselventil zur Einstellung der Luftströmung abhängig von der Stellung eines Beschleunigungs- oder Gaspedals.

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3. 3. Maschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine vom Vakuum einer Frühzündeinrichtung betätigte Membran, durch einen in einem Zylinder verschiebbaren Kolben, der mit der Membran in Verbindung steht, durch einen mit dem Zylinder verbundenen Lufteinlass, durch eine mit dem Zylinder verbundene Luftzuführung, die mit der Lufteinlassöffnung des Gehäuses verbunden ist, durch einen Bypass, der den Lufteinlass mit der Luftzuführung verbindet, durch ein erstes, im Bypass angeordnetes Drosselventil zur Einstellung der Luftströmung und durch ein in Strömungsrichtung vor der Verbindung mit dem Bypass in der Luftzuführung angeordnetes zweites Drosselventil, wobei der Kolben die Verbindung zwischen dem Lufteinlass und der Luftzuführung zum Zylinder unterbricht, wenn das Vakuum in der Frühzündeinrichtung relativ niedrig ist, während die Verbindung bei relativ hohem Vakuum nicht blockiert ist.

   Patentanwälte

   DJpI.-ing. E. Eder

   Dlpl.-Ir-. K. Schieschke

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