EP2873845A1 - Antriebseinheit mit regulierbarer luftansaugung - Google Patents

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EP2873845A1
EP2873845A1 EP20140466019 EP14466019A EP2873845A1 EP 2873845 A1 EP2873845 A1 EP 2873845A1 EP 20140466019 EP20140466019 EP 20140466019 EP 14466019 A EP14466019 A EP 14466019A EP 2873845 A1 EP2873845 A1 EP 2873845A1
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EP
European Patent Office
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air intake
drive unit
air
intake
operating conditions
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP20140466019
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English (en)
French (fr)
Inventor
Stanislav Bedrich
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Skoda Auto AS
Original Assignee
Skoda Auto AS
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M35/00—Combustion-air cleaners, air intakes, intake silencers, or induction systems specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
    • F02M35/10—Air intakes; Induction systems
    • F02M35/10006—Air intakes; Induction systems characterised by the position of elements of the air intake system in direction of the air intake flow, i.e. between ambient air inlet and supply to the combustion chamber
    • F02M35/10013—Means upstream of the air filter; Connection to the ambient air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M35/00—Combustion-air cleaners, air intakes, intake silencers, or induction systems specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
    • F02M35/10—Air intakes; Induction systems
    • F02M35/10242—Devices or means connected to or integrated into air intakes; Air intakes combined with other engine or vehicle parts
    • F02M35/10255—Arrangements of valves; Multi-way valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M35/00—Combustion-air cleaners, air intakes, intake silencers, or induction systems specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
    • F02M35/16—Combustion-air cleaners, air intakes, intake silencers, or induction systems specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines characterised by use in vehicles
    • F02M35/161—Arrangement of the air intake system in the engine compartment, e.g. with respect to the bonnet or the vehicle front face

Definitions

  • the invention relates to a drive unit of a motor vehicle, in particular a drive unit with adjustable air intake.
  • motor vehicles are powered by reciprocating internal combustion engines that use as fuel a mixture of liquid fuel and air, the air being taken from the environment.
  • the state of the environment is different, characterized by the very different temperature, the dust content, the occurrence of snowflakes and in particular by the water droplet content.
  • the drops of water of various sizes are contained in the surrounding air in or after rain, for example, when the rain-soaked road is traveled just after the rain.
  • the drops of water in the air arise so that the water layer is taken from the road through the rotating tire profile and thrown by the centrifugal force in the air.
  • the water flushes the road surface and flushes out the dirt particles, which may also be the raised from the environment of the road surface silica sand grains, so that the water mist on the road next to the water also contains other dirt particles.
  • the performance of the internal combustion engines is influenced by the temperature of the intake air, at lower temperatures usually the engine power is higher and the heat load of the engine is lower, existing vehicles in the front body area are equipped with the intake air supply, so that the impacting cold air is collected in front of the vehicle. Since the front portion of the body, characterized by the radiator grille and the front bumper, is low for aerodynamic reasons, the intake air intake is also low above the road surface, that is in the high polluted water mist area. This ultimately leads to the fact that in the case cited, so when driving on a wet road, large amounts of water droplets containing dangerous dirt particles penetrate into the intake.
  • the filter insert If the inlet surface of the filter insert is then hit with water droplets as described above, the water droplets are initially intercepted by their absorbency, but with massive drop feed, for example, prolonged ride in the rain, the filter insert is locally saturated and penetrate the other water supplied towards the engine intake , With this penetration, the water can rinse out the filter insert and so the siliceous Into the fine engine mechanics entrain microparticles, with a devastating abrasive effect on the important engine parts, such as pistons, piston rings, cylinder liners, etc. Second undesirable effect of penetrating into the intake manifold of the engine water is the possible damage to the electronic sensor for the intake air flow measurement. While at the first kind of damage, abrasive action of microparticles, the devastating effect gradually proceeds, damage of the electronic sensor is followed by its immediate functional failure.
  • a drive unit with adjustable air intake which is arranged in the engine compartment with a luftzuggekarten area and includes an internal combustion engine with control unit, which is equipped with a suction filter and further a separator.
  • the illustration of the invention lies in the fact that a two-way air divider with slide is connected to the intake filter, which is connected to an actuator.
  • the two-way divider has an air main inlet connected to the separator, a protected air inlet connected to the draft protected area and an air outlet connected to the intake filter of the internal combustion engine such that in normal operating conditions the spool occupies a position in which the main air intake communicates connected to the air outlet and in unfavorable operating conditions, the slider occupies the other position in which the protected air inlet is connected to the air outlet.
  • the adjustment of the corresponding position of the slide is ensured by the fact that the actuator is connected to the control unit to which at least one sensor of the operating conditions is connected.
  • the operating condition sensor may be a rain sensor, windscreen wiper switch, outdoor temperature sensor or motor temperature sensor.
  • an actuator may be an electric, pneumatic or hydraulic servomotor.
  • FIG. 1 schematically the Arrangement of the drive unit with adjustable air intake in a preferred embodiment shows.
  • Fig. 1 can be seen, located in the engine compartment 2, a drive unit with adjustable air intake 1 , which consists of an internal combustion engine 3 with control unit 4 , which has a suction filter 5 , to which a two-way air divider 6 is connected via a pipe 16 .
  • This comprises a slide 7, which is connected to an actuator 8 , which may be designed as an electric, pneumatic or hydraulic servomotor.
  • an actuator 8 which may be designed as an electric, pneumatic or hydraulic servomotor.
  • the control unit 4 one or more sensors operating conditions 9 is connected, which query the operating conditions, such as the pollution of the outside air with water droplets or snowflakes, the activation of the windshield wiper switch, the outside temperature or temperature of the internal combustion engine.
  • the drive unit 1 further comprises a separator 10 corresponding to the conventional design and a region 11 which is protected against air-entrainment. This may for example be arranged in the engine compartment 2 or elsewhere, the location being chosen so that no dirt particles, such as the water drops and the like, can penetrate into the protected inlet 13 .
  • the two-way air divider 6 has two air inlets, namely an air main inlet 12 , which is connected via a pipe 15 to the separator 10 , and a protected air inlet 13 , which is connected to the draft protected area 11 , and further an air outlet 14 , which via a Pipe 16 is connected to the intake filter 5 of the engine 3 .
  • the slider 7 In normal operation, when there are no undesirable impurities in the environment, such as water mist, higher amounts of airborne particles or snow, as determined by the corresponding sensors of the operating conditions 9, such as the rain sensor, the slider 7 is based on the signal of the control unit 4 by the actuator 8 is set so that the main air inlet 12 is connected to the separator 10 via the pipe 15 and the intake air is taken from the impingement air, for example, in front of the grille, while the draft-protected inlet 13 is closed by the slider 7 .
  • control unit 4 may also send the vehicle operator a command to move the slider 7 so that the main intake 12 is closed and the protected air intake 13 , which is connected to the draft-protected area 11 , is opened and penetrate into the protected air inlet 13 no dirt particles such as water droplets.
  • control of the position of the slider 7 may alternatively be derived from other parameters, for example, the temperature of the vehicle environment and the engine. This allows, for example, a faster heating of the engine 3 at cold start with a positive effect on fuel consumption and pollutant emissions.
  • Another possibility is the continuous removal of the intake air from the luftzuggeflatten area 11, for example, while driving at very low ambient temperature, if by constantly higher temperature of the intake air and complete prevention of the ingress of Snow particles in the intake filter 6 possible driving disturbances are prevented.
  • Another possibility is the proportional control of the position of the slide 7 , if, for example, at low loads of the motor 3, the slider 7 is partially adjusted so that the cross section between the main air inlet 12 and the separator 10 is reduced, for example, the volume of the motor third to lower.

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Abstract

Antriebseinheit mit regulierbarer Luftansaugung (1), wo ein Ansaugfilter (5) eines Verbrennungsmotors (3) mit einem Zweiwege-Luftteiler (6) verbunden ist, der einen Lufthaupteinlass (12) und einen geschützten Einlass (13) hat, wobei in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen der Ansaugfilter (5) des Verbrennungsmotors (3) entweder mit dem Lufthaupteinlass (12), oder mit dem geschützten Lufteinlass (13) verbunden ist, wodurch das Eindringen von Schmutzpartikeln, Wassertropfen usw. in den Ansaugfilter (5) des Verbrennungsmotors (3) verhindert wird.

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eine Antriebseinheit mit regulierbarer Luftansaugleitung.
    • Bisheriger Stand der Technik
  • Derzeit werden Kraftfahrzeuge außer Ausnahmen mit Kolbenverbrennungsmotoren angetrieben, die als Kraftstoff ein Gemisch aus flüssigem Brennstoff und der Luft nutzen, wobei die Luft aus der Umgebung entnommen wird. Der Zustand der Umgebung ist unterschiedlich, gekennzeichnet durch die sehr unterschiedliche Temperatur, den Staubgehalt, das Vorkommen von Schneeflocken und insbesondere durch den Wassertropfengehalt. Die Wassertropfen verschiedener Größe sind bei oder auch nach Regen, wenn die regennasse Fahrbahn zum Beispiel knapp nach dem Regen befahren wird, in der umgebenden Luft enthalten. Bei der Fahrt auf einer regennassen Fahrbahn entstehen die Wassertropfen in der Luft so, dass die Wasserschicht aus der Fahrbahn durch das rotierende Reifenprofil aufgenommen und durch die Fliehkraft in die Luft geschleudert wird. Bei diesem Prozess spült das Wasser die Fahrbahn und schwemmt die Schmutzpartikel aus, was auch die aus der Umgebung der Fahrbahn aufgewehten Kieselsandkörner sein können, so dass der Wassernebel über der Fahrbahn neben dem Wasser auch weitere Schmutzpartikel enthält.
  • Da die Leistung der Verbrennungsmotoren durch die Temperatur der Ansaugluft beeinflusst wird, indem bei niedrigeren Temperaturen in der Regel die Motorleistung höher und die Wärmebelastung des Motors geringer ist, werden bestehende Fahrzeuge im vorderen Karosseriebereich mit der Ansaugluftzufuhr ausgestattet, damit die anprallende kalte Luft vor dem Fahrzeug aufgefangen wird. Da der vordere Bereich der Karosserie, gekennzeichnet durch den Kühlergrill und die vordere Stoßstange, aus aerodynamischen Gründen niedrig ist, liegt auch die Ansaugluftzufuhr niedrig über der Fahrbahn, also im Bereich mit hohem Gehalt des verschmutzten Wassernebels. Dies führt letztendlich dazu, dass im angeführten Fall, also beim Fahren auf einer nassen Fahrbahn, große Mengen von Wassertropfen, die gefährliche Schmutzpartikel enthalten, in die Ansaugleitung eindringen.
  • Die Konstruktion der modernen Fahrzeuge zeichnet sich deshalb durch den Einsatz von Abscheidern der Wassertropfen und weiterer Schmutzpartikeln am Einlass der Ansaugleitung aus, um durch die Nutzung verschiedener physikalischen Grundsätze, zum Beispiel der Fliehkraft, die Wassertropfen und weiteren Schmutz womöglich abzuscheiden. Trotz guter Wirksamkeit dieser Maßnahmen dringen beachtliche Mengen insbesondere der Wassertropfen weiterhin in die Ansaugleitung, wo sie sich durch die Einwirkung der Motoransaugung bewegen, bis sie in der Filtereinlage des Ansaugfilters abgefangen werden. Diese Filtereinlagen sind durchwegs aus hochdichtem Zellstoff gefertigt, um die mikroskopischen Schmutzpartikeln in der Ansaugluft abzufangen, sodass die Filtereinlage nach längerer Zeit im normalen Betrieb an ihrer Einlassseite erhebliche Menge der genannten Partikeln aufweist. Wird die Einlassfläche der Filtereinlage dann mit Wassertropfen wie oben beschrieben getroffen, werden die Wassertropfen anfangs durch ihre Saugfähigkeit abgefangen, jedoch bei massiver Tropfenzufuhr, zum Beispiel bei längerer Fahrt im Regen, wird die Filtereinlage örtlich gesättigt und das weitere zugeführte Wasser in Richtung zur Motoransaugung durchdringen. Bei dieser Durchdringung kann das Wasser die Filtereinlage ausspülen und so die kieselhaltige Mikropartikel in die feine Motormechanik einschleppen, mit einer verheerenden Schleifwirkung an den wichtigen Motorenteilen, wie Kolben, Kolbenringe, Zylinderbuchsen usw. Zweite unerwünschte Wirkung des in das Ansaugrohr des Motors durchdringenden Wassers ist die mögliche Beschädigung des elektronischen Sensors für die Ansaugluftmengenmessung. Während bei der ersten Art der Beschädigung, der abrasiven Wirkung der Mikropartikel, die verheerende Wirkung allmählich vorgeht, wird die Beschädigung des elektronischen Sensors mit seinem sofortigen Funktionsausfall begleitet.
    • Darstellung der Erfindung
  • Die Aufgabe wird durch eine Antriebseinheit mit regulierbarer Luftansaugung gelöst, die im Motorraum mit einem luftzuggeschützten Bereich angeordnet ist und einen Verbrennungsmotor mit Steuereinheit umfasst, der mit einem Ansaugfilter und weiter einem Abscheider ausgestattet ist. Die Darstellung der Erfindung liegt darin, dass zum Ansaugfilter ein Zweiwege-Luftteiler mit Schieber angeschlossen ist, der mit einem Stellglied verbunden ist.
  • Der Zweiwege-Luftteiler weist einen mit dem Abscheider verbundenen Lufthaupteinlass, einen mit dem luftzuggeschützten Bereich verbundenen geschützten Lufteinlass und einen Luftaustritt auf, der mit dem Ansaugfilter des Verbrennungsmotors verbunden ist, sodass bei normalen Betriebsbedingungen der Schieber die eine Stellung einnimmt, in der der Lufthaupteinlass mit dem Luftaustritt verbunden ist und bei ungünstigen Betriebsbedingungen der Schieber die andere Stellung einnimmt, in der der geschützte Lufteinlass mit dem Luftaustritt verbunden ist.
  • Die Einstellung der entsprechenden Position des Schiebers ist dadurch sichergestellt, dass das Stellglied mit der Steuereinheit verbunden ist, an die mindestens ein Sensor der Betriebsbedingungen angeschlossen ist. Den Sensor der Betriebsbedingungen kann ein Regensensor, Scheibenwischerschalter, Außentemperaturfühler oder Motortemperaturfühler darstellen.
  • Als Stellglied kann ein elektrischer, pneumatischer oder hydraulischer Servomotor sein.
    • Übersicht der Figuren der Zeichnungen
  • Die Erfindung wird anhand des Ausführungsbeispiels gemäß der beigefügten Zeichnung näher erläutert, in der die Fig. 1 schematisch die Anordnung der Antriebseinheit mit regulierbarer Luftansaugung in einer bevorzugten Ausführungsform zeigt.
    • Ausführungsbeispiel der Erfindung
  • Wie der Fig. 1 zu entnehmen ist, befindet sich im Motorraum 2 eine Antriebseinheit mit regulierbarer Luftansaugung 1, die aus einem Verbrennungsmotor 3 mit Steuereinheit 4 besteht, der einen Ansaugfilter 5 aufweist, zu dem über eine Rohrleitung 16 ein Zweiwege-Luftteiler 6 angeschlossen ist. Dieser umfasst einen Schieber 7, der mit einem Stellglied 8 verbunden ist, das als elektrischer, pneumatischer oder hydraulischer Servomotor ausgeführt sein kann. Zur Steuereinheit 4 ist ein oder mehrere Sensoren der Betriebsbedingungen 9 angeschlossen, die die Betriebsbedingungen abfragen, wie zum Beispiel die Verschmutzung der Außenluft mit Wassertropfen oder Schneeflocken, die Einschaltung des Scheibenwischerschalters, die Außentemperatur oder Temperatur des Verbrennungsmotors 3. Die Antriebseinheit 1 umfasst weiter einen der geläufigen Konstruktion entsprechenden Abscheider 10 und einen luftzuggeschützten Bereich 11. Dieser kann zum Beispiel im Motorraum 2 oder an anderer Stelle angeordnet sein, wobei die Stelle so gewählt wird, damit in den geschützten Einlass 13 keine Schmutzpartikel, wie die Wassertropfen und ähnliches, eindringen können. Der Zweiwege-Luftteiler 6 hat zwei Lufteinlässe und zwar einen Lufthaupteinlass 12, der über ein Rohr 15 mit dem Abscheider 10 verbunden ist, und einen geschützten Lufteinlass 13, der mit dem luftzuggeschützten Bereich 11 verbunden ist, und weiter einen Luftaustritt 14, der über eine Rohrleitung 16 mit dem Ansaugfilter 5 des Verbrennungsmotors 3 verbunden ist.
  • Beim normalen Betrieb, wenn in der Umgebung keine unerwünschte Beimengungen wie Wassernebel, höhere Mengen von Flugpartikeln oder Schnee vorhanden sind, was durch die entsprechenden Sensoren der Betriebsbedingungen 9 wie zum Beispiel den Regensensor ermittelt wird, wird der Schieber 7 anhand des Signals der Steuereinheit 4 durch das Stellglied 8 so eingestellt, dass der Lufthaupteinlass 12 über das Rohr 15 mit dem Abscheider 10 verbunden ist und die Ansaugluft wird der anprallenden Luft zum Beispiel vor dem Kühlergrill entnommen, während der luftzuggeschützte Einlass 13 durch den Schieber 7 geschlossen bleibt.
  • Falls sich der Zustand der Umgebung verändert, wenn zum Beispiel durch den Regensensor 9 ein erhöhter Wassergehalt in der ansaugenden Luft festgestellt wird, sendet die Steuereinheit 4 eventuell auch der Fahrzeugbediener einen Befehl zur Verstellung des Schiebers 7, sodass der Lufthaupteinlass 12 geschlossen und der geschützte Lufteinlass 13, der mit dem luftzuggeschützten Bereich 11 verbunden ist, geöffnet wird und in den geschützten Lufteinlass 13 keine Schmutzpartikeln wie zum Beispiel Wassertropfen eindringen.
  • Wie oben angeführt, kann die Steuerung der Position des Schiebers 7 alternativ aus anderen Parametern abgeleitet werden, zum Beispiel aus der Temperatur der Fahrzeugumgebung und des Motors. Dies ermöglicht zum Beispiel eine schnellere Erwärmung des Motors 3 beim Kaltstart mit positiver Auswirkung auf den Kraftstoffverbrauch und die Schadstoffemissionen.
  • Weitere Möglichkeit ist die andauernde Entnahme der Ansaugluft aus dem luftzuggeschützten Bereich 11 zum Beispiel während der Fahrt bei sehr niedriger Umgebungstemperatur, wenn durch ständig höhere Temperatur der Ansaugluft und vollständige Vermeidung der Eindringung von Schneepartikeln in den Ansaugfilter 6 mögliche Fahrstörungen verhindert werden.
  • Weitere Möglichkeit ist die Proportionalsteuerung der Position des Schiebers 7, wenn zum Beispiel bei niedrigen Belastungen des Motors 3 der Schieber 7 partiell so verstellt wird, dass der Querschnitt zwischen dem Lufthaupteinlass 12 und dem Abscheider 10 verringert wird, um zum Beispiel die Lautstärke des Motors 3 zu senken.
    • Bezugszeichenliste
    • 1.
    Antriebseinheit mit regulierbarer Luftansaugung
    2.
    Motorraum
    3.
    Verbrennungsmotor
    4.
    Steuereinheit
    5.
    Ansaugfilter
    6.
    Zweiwege-Luftteiler
    7.
    Schieber
    8.
    Stellglied
    9.
    Sensor der Betriebsbedingungen
    10.
    Abscheider
    11.
    luftzuggeschützter Bereich
    12.
    Lufthaupteinlass
    13.
    geschützter Lufteinlass
    14.
    Luftaustritt
    15.
    Rohr
    16.
    Rohrleitung

Claims (10)

  1. Antriebseinheit mit regulierbarer Luftansaugung (1), die im Motorraum (2) mit einem luftzuggeschützten Bereich (11) angeordnet ist und einen Verbrennungsmotor (3) mit Steuereinheit (4) umfasst, der mit einem Ansaugfilter (5) und weiter einem Abscheider (10) ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ansaugfilter (5) ein Zweiwege-Luftteiler (6) mit Schieber (7) angeschlossen ist, der mit einem Stellglied (8) verbunden ist.
  2. Antriebseinheit mit regulierbarer Luftansaugung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zweiwege-Luftteiler (6) einen Lufthaupteinlass (12), der mit dem Abscheider (10) verbunden ist, und einen geschützten Lufteinlass (13), der mit dem luftzuggeschützten Bereich (11) verbunden ist, und einen Luftaustritt (14) aufweist, der mit dem Ansaugfilter (5) des Verbrennungsmotors (3) verbunden ist, sodass bei normalen Betriebsbedingungen der Schieber (7) die eine Stellung einnimmt, in der der Lufthaupteinlass (12) mit dem Luftaustritt (14) verbunden ist und bei ungünstigen Betriebsbedingungen der Schieber (7) die andere Stellung einnimmt, in der der geschützte Lufteinlass (12) mit dem Luftaustritt (14) verbunden ist.
  3. Antriebseinheit mit regulierbarer Luftansaugung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (8) mit der Steuereinheit (4) verbunden ist, an die mindestens ein Sensor der Betriebsbedingungen (9) angeschlossen ist.
  4. Antriebseinheit mit regulierbarer Luftansaugung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor der Betriebsbedingungen (9) der Regensensor (9') darstellt.
  5. Antriebseinheit mit regulierbarer Luftansaugung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor der Betriebsbedingungen (9) auch der Scheibenwischerschalter (9") darstellt.
  6. Antriebseinheit mit regulierbarer Luftansaugung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor der Betriebsbedingungen (9) der Außentemperaturfühler (9"') darstellt.
  7. Antriebseinheit mit regulierbarer Luftansaugung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor der Betriebsbedingungen (9) der Motortemperaturfühler (9"") darstellt.
  8. Antriebseinheit mit regulierbarer Luftansaugung (1) nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (8) der elektrische Servomotor (9') darstellt.
  9. Antriebseinheit mit regulierbarer Luftansaugung (1) nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (8) der pneumatische Servomotor (9') darstellt.
  10. Antriebseinheit mit regulierbarer Luftansaugung (1) nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (8) der hydraulische Servomotor (9') darstellt.
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