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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einbringen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, wobei ein in den Brennraum öffnendes konstanten Ventilhub aufweisendes Einblaseventil vorgesehen ist, welches zur Entnahme von verdichtetem Gas aus dem Zylinder und zur Einblasung des Gases und des von einer Zumessemnchtung bereitgestellten und in einen an den Ventilsitz anschliessenden Ringraum zugeführten Kraftstoffes dient, wobei ein Gasspeicher zur Aufnahme des verdichteten Gases vorgesehen ist.
Eine Vorrichtung dieser Art ist beispielsweise aus der EP 0 328 602 B1 bekannt geworden, wo durch ein in den Zylinder einer Brennkraftmaschine öffnendes Emblaseventil eine Gaswechsel- kammer gesteuert wird Verdichtete Gase werden dabei während eines Arbeitszyklus aus dem Zylinder entnommen, zwischengespeichert und im darauffolgenden Zyklus zusammen mit dem in die ventilseitige Gaskammer eingebrachten Kraftstoff in den Zylinder der Brennkraftmaschine eingeblasen
Zur Anpassung der Steuerzeiten der Einblasevorrichtung an verschiedene Motorparameter wie Last- oder Drehzahl, sind aus der EP 328 602 B1 verschiedene Ausführungsvarianten bekannt geworden,
welche eine Steuerung der Hubgeschwindigkeit der Ventilnadel oder eine Änderung des Nadelhubes erlauben Dies ergibt im Vergleich zu den Ausführungen ohne variablen Nadelhub Vorteile im Bezug auf den Betrieb des Motors bei geringen Lasten bzw Volllast. wobei vor allem der positive Einfluss auf das Emissionsverhalten der Brennkraftmaschine zu erwähnen ware
Nachteilig wirken sich bei der bekannten Vorrichtung etwaige Exzentrizitäten des Emblase- ventils gegenüber dem Ventilsitz aus, der sich besonders bei kleinen Ventilhüben als storender Einfluss auf die Strahlform bemerkbar macht,
wodurch an die Gute von Ventilfuhrung und Ventilsitz hohe Ansprüche gestellt werden mussen Weiters ist auch der mechanische und herstellungs- technische Aufwand zur Steuerung des Ventilhubes relativ gross
Ferner sind aus den Druckschriften AT 64 148 B, AT 69 117 B und DE 301 284 C Brenn- kraftmaschinen mit Vorrichtungen für Einblaseverfahren bekannt, bei denen das Druckmedium zur Einblasung (Einblaseluft) jeweils einem externen Vorratsbehälter entnommen wird, der nicht vom Gas im Zylinder der Verbrennungskraftmaschine gespeist wird Das jeweils zwischen diesen Vorratsbehältern und der zylinderseitigen Einblasevorrichtung eingeschaltete regelbare Druckmin- derventil wird nur in einer Richtung durchstromt und wirkt nur wahrend des Einblasevorganges,
bei dem es den von der Einstellung des Druckminderventils unabängigen, vornehmlich durch den Druck im Vorratsbehälter bestimmten Gasdruck auf einen gewünschten Einblasedruck nach dem Druckminderventil reduziert
Aufgabe der Erfindung ist es. eine Vorrichtung der eingangs genannten Art auf mechanisch einfache Weise so weiterzubilden, dass auch für kleine Einspritzmengen und kleine Einblase- geschwindigkeiten im Teillast- und Leerlaufbetrieb optimale Einblasebedingungen herrschen, wobei allfällige Exzentrizitäten im Bereich des Ventilsitzes in Kauf genommen werden konnen
Diese Aufgabe wird efindungsgemass dadurch gelöst, dass zusatzlich zum Emblaseventil zwischen dem Ventilsitz des Einblaseventiles und dem Gasspeicher eine variable, sowohl beim Einblasen,
als auch bei der Gasentnahme durchstromte. mit dem Ringraum strömungsverbundene Drosselstelle vorgesehen ist, deren Stromungsquerschnitt in Abhängigkeit von Last- und Drehzahl- parametern der Brennkraftmaschine steuerbar ist, wobei die Drosselstelle vorzugsweise zwischen dem Ringraum und dem Gasspeicher angeordnet ist Durch die Steuerung des Einblasezeit- punktes und der Einblasegeschwindigkeit durch getrennte Bauelemente, nämlich einem Einblase- ventil mit konstantem Nadelhub einerseits und einer variablen Drosselstelle andererseits, sind
Funktionsverbesserungen und leichtere Anpassung an die bei verschiedenen Motoren und Einbau- situationen vorhandenen unterschiedlichen Platzverhaltnisse möglich Durch den konstanten,
verhaltnismässig grossen Nadelhub wirken sich auch Fehler im Ventilsitz nicht störend auf die Strahlform aus
Die Funktion die Steuerung der Einblasegeschwindigkeit bzw der pro Zeiteinheit eingebrach- ten Gasmenge wird hier durch eine variable Drosselstelle, die der nunmehr konstanten Drossel- stelle des Ventilsitzes nachgelagert ist erfüllt, im Gegensatz zur bekannten Vorrichtung, bei der diese Steuerung durch die Variation des Hubes des Einblaseventiles erreicht wurde Verbindungs- elemente zum Gasspeicher sind dabei so ausgeführt, dass sie nur ein gennges Volumen bein- halten und somit der überwiegende Teil des gespeicherten Gases sowohl beim Aufladen des
Speichers als auch beim Einblasen des Kraftstoff-Gasgemisches in den Brennraum die variable
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Drosselstelle passiert.
Je nach dem an der variablen Drosselstelle freigegebenen Strömungsquerschnitt wird der beim Aufladen in den Gasspeicher eintretende Gasstrom mehr oder weniger gedrosselt, so dass sich nach Schliessen des Einblaseventiles im Gasspeicher ein mehr oder weniger hohes Druckniveau einstellt.
Wird beim folgenden Emblasevorgang das Einblaseventil wieder geöffnet, so ist bei konstan- tem Einblasebeginn die Differenz zwischen Zylinder- und Speicherdruck und damit die zur Einbla- sung zur Verfügung stehende Energie ja nach Drosselstellung unterschiedlich hoch; zusätzlich wird der während der Einblasung aus dem Gasspeicher austretende Gasstrom je nach Drosselstellung unterschiedlich stark gedrosselt.
Das Ergebnis ist, dass bei weitgehend geschlossener Drossel während des Einblasevorganges eine verhältnismässig geringe Gasmenge ausgetauscht wird, wobei bei der Einblasung das im Gasspeicher gespeicherte Gas mit relativ kleiner Geschwindigkeit austritt. Bei offener Drossel verhält es sich dagegen umgekehrt. Es wird eine grosse Gasmenge ausgetauscht und die Einbla- sung erfolgt mit hoher Geschwindigkeit.
Auf diese Weise kann der Einblasestrahl an die bei verschiedenen Betriebszuständen des Motors auftretenden unterschiedlichen Anforderungen angepasst werden. So lässt sich beispiels- weise bei Teillast durch einen schwachen Einblasestrahl im Brennraum eine günstige Ladungs- schichtung erzielen, während bei Volllast eine hohe Einblasegeschwindigkeit die hier gewünschte weitgehende Homogenisierung der Brennraumladung ermöglicht.
Als weiterer Vorteil gegenüber bekannten Vorrichtungen sei angeführt, dass die Regelung eines Drosselorganes einen geringeren Aufwand erfordert, als die Steuerung des Ventilhubes.
Eine Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass der Gasspeicher als im Gehäuse des Einblaseventiles gelagertes, drehbares oder axial verschiebbares Speicherrohr ausgeführt ist, welches ein Stellorgan und eine Wandöffnung aufweist, die über eine Zuleitung mit einem an den Ventilsitz anschliessenden Ringraum verbunden ist, wobei die variable Drosselstelle durch die Wandöffnung im Speicherrohr und die davon überstrichene Zuleitung zum Speicherrohr gebildet ist, wobei vorteilhafterweise die Zumesseinnchtung in den an den Ventilsitz anschliessenden Ring- raum mündet. Beispielsweise durch Drehen des Speicherrohres wird dabei die Überdeckung der beiden Öffnungen variiert. Damit ergibt sich ein unterschiedlicher, für den Gasdurchlass zur Verfü- gung stehender Querschnitt.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gegeben, dass bei einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine die einzelnen Einblaseventile über ein gemeinsames, parallel zur Kurbelwellenachse angeordnetes Speicherrohr verfügen, welches in seitlichen Anformungen der Gehäuse der einzelnen Einblaseventile gelagert und in einzelne Speicherabschnitte unterteilt ist, wobei jeder Speicherabschnitt über eine Wandöffnung mit einer Zuleitung des entsprechenden Einblaseventiles verbunden ist Die seitliche, horizontale Anordnung des Speicherrohres ermöglicht eine geringe Bauhöhe der Einblasevorrichtung, wie sie vor allem bei Zweitaktmotoren gefordert wird
Erfindungsgemäss kann dabei vorgesehen sein, dass die einzelnen Speicherabschnitte im Speicherrohr durch Drosselbohrungen verbunden sind,
so dass sich in den einzelnen Speicherab- schnitten gleiche Mitteldruckwerte einstellen.
Eine weitere Verbesserung liegt dann, dass die zwischen dem an den Ventilsitz anschliessen- den Ringraum und dem Gasspeicher angeordnete Zuleitung tangential in den Ringraum mündet, wodurch dem Einblasestrahl eine stabilisierende Drallbewegung aufgezwungen wird
Eine andere Ausführungsvariante der Erfindung, welche insbesondere für Viertakt-Motoren geeignet ist, sieht vor, dass ein die Ventilführung des Einblaseventiles umschliessendes rohrförmi- ges Drosselorgan vorgesehen ist, welches die Ventilführung des Einblaseventiles axial verschieb- bar umfasst, sowie dass das Drosselorgan an seinem dem Ventilsitz zugewandten Ende zum Gehäuse des Einblaseventiles einen zylindrischen Spalt aufweist, welcher die variable Drossel- stelle zwischen Ventilsitz und Gasspeicher bildet.
Da aufgrund des Platzbedarfes für den Ventil- trieb kein Raum für ein seitliches, horizontales Speicherrohr vorhanden ist, ist hier der Gasspeicher konzentrisch zum Einblaseventil angeordnet.
Gemäss einer Weiterbildung der Erfindung kann dabei die Zumesseinnchtung in den Ringspalt zwischen Einblaseventil und Ventilführung münden.
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Bei einem pneumatischen Antneb des Drosselorganes, vorzugsweise mit dem von einer Pumpe erzeugten Kraftstoffdruck, wird vorgeschlagen, dass das Drosselorgan an seinem vom Ventilsitz abgewandten Ende eine kreisringförmige Platte aufweist, welche zur Gehäusewand beweglich abgedichtet ist, dass die kreisringförmige Platte zwei im Gehäuse des Ventiles angeord- nete Ringräume trennt,
wobei der eine mit einem Steuerdruckmedium beaufschlagbare Ringraum vom Gasspeicher durch eine kreisringformige Anformung im Gehäuse des Ventiles getrennt ist und der andere Ringraum ein in Schliessrichtung des Drosselorganes wirkendes Element bzw Druckmedium aufweist
Schliesslich kann erfindungsgemäss der ein in Schliessrichtung des Drosselorganes wirkendes Druckmedium aufweisende Ringraum eine Stromungsverbindung zum Gasspeicher aufweisen Dadurch kann eine selbsttätige Einregelung des Druckes im Gasspeicher erreicht werden
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen näher erlautert
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chend Linie I - I in Fig 2, Fig 2 die Vorrichtung nach Fig 1 geschnitten nach Linie ll-ll in Fig.
1 sowie Fig 3 eine andere erfindungsgemässe Vorrichtung
Stellvertretend fur die zahlreichen möglichen Ausführungsformen wird im folgenden auf zwei signifikante Varianten entsprechend Fig 1 und 2 einerseits bzw Fig 3 anderseits detailliert eingegangen.
Die in Fig 1 dargestellte Vorrichtung zum Einbringen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine weist ein in einem Gehause 1 geführtes Einblaseventil 2 auf Zwischen dem
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ausgeführten Gasspeichers 5 ist ausgehend von einem an den Ventilsitz 3 anschliessenden Ring- raum 6 eine Zuleitung 7 zum Gasspeicher 5 vorgesehen Die Wandoffnung 8 im Speicherrohr 4 und die davon überstrichene Zuleitung 7 bilden zusammen die variable Drosselstelle 9. Mit einem Stellorgan 10 kann das Speicherrohr 4 verdreht werden und so die Uberdeckung der Wandöffnung 8 mit der Zuleitung 7 variiert werden, womit sich an der Drosselstelle 9 ein unterschiedlicher Gas- durchsatz ergibt.
Platzsparend ist das Speicherrohr 4 in einer seitlichen Anformung 11des Gehau- ses 1 gelagert, was insbesondere fur Zweitakt-Motoren eine kompakte Ausführung garantiert
Der Kraftstoff wird über die Zumesseinrichtung 12 in den Ringraum 6 nahe dem Ventilteller 13 des Einblaseventiles 2 zugeführt, wodurch bei den verschiedenen Betnebszustanden der Brenn- kraftmaschine jeweils die gesamte ein- bzw ausstromende Gasmenge mit Kraftstoff beladen werden kann.
Die Art der Betätigung des Einblaseventiles 2 ist weitgehend frei wahlbar; zur Gewährleistung einer geringen Bauhöhe, kurzer Öffnungs- und Schliesszeiten und einer exakten Steuerung bei gleichzeitiger Variationsmöglichkeit des Einblasetimings empfiehlt es sich jedoch, sowohl das Öffnen als auch das Schliessen des Ventiles mittels des von einer Kraftstoffpumpe erzeugten Druckes vorzunehmen, entsprechend der eingangs zitierten EP 0 328 602 B1 Die Kraftstoffpumpe versorgt zugleich das Zumessorgan 12 für die Kraftstoffeinspritzung in den Ringraum 6
Zum Öffnen des Ventiles wird ein mit dem Einblaseventil verbundener Betatigungskolben 14 auf der dem Ventilsitz 3 abgewandten Seite mit Hochdruck (20 bis 100 bar)
beaufschlagt und dadurch auf einen Anschlag 15 im Gehause 1 gedruckt Der dabei zurückgelegte Weg entspricht dem Hub des Emblaseventiles 2 Zum Schliessen des Ventiles dient ein auf der Gegenseite am Betätigungskolben 14 anliegender konstanter Druck eines über die Leitung 16 zugeführten Druckmediums.
Öffnen und Schliessen wird mittels eines elektromagnetisch betatigbaren Dreiwegventiles 17 bewerkstelligt, das vom Beginn des Öffnens des Einblaseventiles 2 bis unmittelbar vor dem Schliesszeitpunkt die Hochdruckleitung 18 freigibt und damit den Betätigungskolben 14 auf der ventilabgewandten Seite beaufschlagt Der auf der Kolbengegenseite anliegende Druck ist dabei entweder geringer als der Hochdruck aus der Leitung 18, oder es werden unterschiedliche Stell- kräfte am Kolben durch unterschiedlich grosse druckwirksame Flachen an beiden Kolbenseiten realisiert, wodurch man sich ein zweites Druckmveau ersparen kann
Zum Schliessen des Emblaseventiles 2 gibt das Dreiwegventil 17 den Rücklauf 19 frei Der Druck auf der ventilabgewandten Kolbenseite fällt ab,
der uber die Leitung 16 an der Gegenseite anliegende Druck schliesst das Emblaseventil 2 und halt es gegen den Gasdruck im Gasspeicher geschlossen
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Bei Mehrzylinder-Motoren ist, wie in Fig. 2 dargestellt, in zweckmässiger Weise das Speicher- rohr 4 parallel zur Kurbelwellenachse angeordnet und verbindet so die in Reihe angeordneten Einblaseventile 2. Das Speicherrohr 4 ist in den seitlichen Anformungen 11der Gehäuse 1 der einzelnen Einblaseventile 2 gelagert und in einzelne Speicherabschnitte 5' unterteilt. Jeder Spei- cherabschnitt 5' ist über eine Wandöffnung 8 mit einer Zuleitung 7 des entsprechenden Einblase- ventiles 2 verbunden.
Zwischen den einzelnen Speicherabschnitten 5' befinden sich in Trennwanden 20 Drosselboh- rungen 21, die so abgestimmt sind, dass sich in den den einzelnen Zylindern zugeordneten Speicherabschnitten 5' gleiche Mitteldruckwerte einstellen, wobei aber die bei den einzelnen Einblaseventilen zeitlich versetzt stattfindenden Einblasevorgänge und die daraus resultierenden unterschiedlichen Momentandrücke in den einzelnen Speicherabschnitten 5' einander nicht stören sollen. Die Anordnung der Gasspeicher sämtlicher Einblasevorrichtungen einer Zylinderreihe in einem gemeinsamen drehbaren Speicherrohr 4 bietet den Vorteil, dass zum Drehen des Speicher- rohres und damit zur Steuerung der variablen Drosselstelien 9 nur ein einziges Stellorgan 10 erforderlich ist. Die rotatorische Bewegung des Speicherrohres 4 ist dabei ebenfalls vorteilhaft.
Zum Ausgleich von etwaigen Längenänderungen und Toleranzen in Richtung der Achse 4' des Speicherrohres 4 können die Wandöffnungen 8 des Speicherrohres 4 an der variablen Drossel- stelle 9 auch als Langlöcher ausgeführt werden.
Die Zuleitung 7 zum Speicherabschnitt 5' ist zweckmässigerweise so ausgestaltet, dass das beim Einblasen aus dem Speicherabschnitt 5' austretende Gas tangential in den Ringraum 6 um das Einblaseventil 2 einmündet. Dadurch wird dem Einblasestrahl eine stabilisierende Drallbewe- gung aufgezwungen.
Bei der in der Fig. 3 dargestellten Ausführungsvariante der Erfindung sind die der Ausführung nach Fig. 1 und 2 entsprechenden Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der Gasspeicher 5 ist hier koaxial zum Einblaseventil 2 angeordnet und von der zylindrischen Gehäusewand 22 begrenzt. Die variable Drosselstelle 9 zwischen Ventilsitz 3 und Gasspeicher 5 wird durch das ventilseitige Ende eines Drosselorganes 23 gebildet, welches mit dem Gehäuse 1 des Einblase- ventiles 2 einen variablen, zylindrischen Spalt 24 formt. Das rohrförmige Drosselorgan 23 umschliesst die Ventilführung 25 und ist auf dieser axial verschiebbar, wodurch die Höhe des zylindrischen Spaltes und damit der Querschnitt der Drosselstelle 9 linear geändert werden kann.
Um die Auswirkungen von Unexaktheiten seitens der Führung des Drosselorganes 23 hintanzu- halten, schliesst die Drosselstelle 9 in Form eines Flachsitzes.
Die dargestellte Ausführungsvariante ist aufgrund ihrer Bauform und ihrer Aussenabmessungen vor allem für Viertakt-Motoren geeignet.
Die um die Achse des Einblaseventiles 2 rotationssymmetnsche Drosselstelle 9 ermöglicht es zusammen mit den ebenfalls symmetrischen Stromungsbedingungen in den bzw. im Gasspeicher 5 und einer symmetrischen Kraftstoffzuführung über den Ringspalt zwischen Ventilführung 25 und Einblaseventil 2, die Ladung im Gasspeicher 5 weitgehend zu schichten Dadurch ist es möglich, bereits beim Einströmen des Gases in den Gasspeicher nur jene Luftmasse mit Kraftstoff zu beladen, die während der darauffolgenden Einblasung in den Zylinder eingebracht wird, wodurch sich Vorteile im instationären Betrieb der Brennkraftmaschine ergeben.
Die Zuführung des Kraftstoffes von oben über die Ventilführung 25 ist weiters insoferne von Vorteil, als sich dadurch der Kraftstoffanschluss und das Zumessorgan 12 lagemässig höher befin- den, was beim Viertaktmotor mit seiner grossen Deckhöhe in der Regel wünschenswert ist Ausser- dem ist bei einem Kraftstofffluss entlang des Einblaseventiles 2 dessen Schaft und die Ventilführung 25 vor der Anlagerung von Verunreinigungen geschützt.
Neben verschiedenen hier nicht näher ausgeführten mechanischen Betätigungsmöglichkeiten für das Drosselorgan 23 bietet sich die in Fig. 3 dargestellte selbsttätige Einregelung des Druckes im Gasspeicher 5 nach einem vorzugebenden variablen Druckniveau an, das seinerseits kennfeld- abhängig gesteuert werden kann. Der Druck im Gasspeicher 5 ist, wie oben beschrieben, die entscheidende Grösse für die Einblasegeschwindigkeit. Das Drosselorgan 23 ist hier an seinem oberen Ende als kreisringförmige Platte 26 ausgebildet, die gegen die Gehäusewand 22 des Einblaseventiles 2 beweglich abgedichtet ist. Der so zwischen Gehäusewand 22 und Drosselorgan 23 gebildete Ringraum 27 weist eine Strömungsverbindung 28 zum Gasspeicher 5 auf.
Unterhalb der Platte 26 des Drosselorganes 23 befindet sich parallel dazu im Gehause 1 eine kreisring-
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förmige Anformung 29. die gegen das rohrförmige Drosselorgan 23 beweglich abgedichtet ist Zwischen der kreisnngformigen Platte 26 und der Anformung 29 entsteht so der zur Drossel- regelung benötigte Ringraum 30, der über den Anschluss 31 mit dem variablen Steuerdruck beauf- schlagt wird
Wird nun ein Steuerdruck vorgegeben, so liegt dieser an der Unterseite der kreisnngformigen Platte 26 an, wobei als Gegenkraft auf der anderen Plattenseite der Gasdruck im Ringraum 27 wirkt. Überwiegt die Kraft durch den Steuerdruck, so wird das Drosselorgan 23 axial nach oben verschoeben.
Dadurch wird der Strömungsquerschnitt an der variablen Drosselstelle 9 vergrössert und im Gasspeicher 5 stellt sich infolgedessen ein höherer Gasdruck ein Über die Stromungsv- erbindung 28 tritt Gas vom Gasspeicher 5 in den Ringraum 27 über, wodurch sich auch hier der erhöhte Speicherdruck einstellt Der Emstellvorgang des Drosselorganes 23 und damit des Speicherdruckes ist beendet, wenn sich an der Oberseite und der Unterseite der Platte 26 des Drosselorganes 23 ein Kräftegleichgewicht einstellt.
Wird der Steuerdruck im Ringraum 30 redu- ziert, so wird das Drosselorgan 23 durch den nun überwiegenden Druck im Ringraum 27 axial nach unten bewegt, der freigegebene Spalt 24 an der variablen Drosselstelle 9 verkleinert und der Druck im Gasspeicher sowie im Ringraum 27 abgesenkt Auch hier wird der Einstellvorgang beendet, wenn am Drosselorgan 23 ein Kräftegleichgewicht herrscht
Die Drosselwirkung der Strömungsverbindung 28 ist so abzustimmen, dass sich im Ringraum 27 ein Mitteldruck einstellt und sich die während jedes einblasezyklus ergebenden Druckänderun- gen im Gasspeicher 5 nicht auswirken
Anstelle der Strömungsverbindung 28 ist es auch möglich,
die Verbindung zwischen dem Gasspeicher 5 und dem Ringraum 27 durch einen Spalt zwischen dem Drosselorgan 23 und der Ventilführung 25 herzustellen In diesem Fall entfällt die bei der Strömungsverbindung 28 notwen- dige Abdichtung gegenüber dem Ringraum 20 zur Drosselregelung
Bei Verwendung einer Flüssigkeit als Steuerdruckmedium können vom Motorbetneb herruh- rende Schwingungen keine unkontrollierten Bewegungen des Drosselorganes 23 bewirken, da durch die weitgehende Inkompressibilität der Flüssigkeit jede Bewegung des Drosselorganes gegenüber dem Gehause des Einblaseventiles eine verhältnismässig grosse Mengenänderung im Ringraum 30 erfordern würde, welcher die durch den verhältnismässig kleinen Querschnitt des Anschlusses 31 entstehende Drosselkraft entgegenwirkt.