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Diese Erfindung bezieht sich auf ein Ansaugsystem für eine
Verbrennungskraftmaschine umfassend einen Zylinderblock mit einer Zylinderbohrung, einem in der
Zylinderbohrung hin- und herbewegbaren Kolben, einen Zylinderkopf, der an dem
Zylinderblock unter Schließung der Zylinderbohrung befestigt ist, zur Begrenzung einer
Verbrennungskammer mit dem Kolben und der Zylinderbohrung, eine Vielzahl von in
dem Zylinderkopf ausgebildeten Einlaßventilsitzen, die jeweils Einlässe zur
Versorgung der Verbrennungskammer bilden, den Einlaßventilsitzen zugeordnete
Tellerventile, die zur Hin- und Herbewegung an dem Zylinderkopf abgestützt sind, zum
Öffnen und Schließen der Einlässe, Ansaugkanalvorrichtungen, die an den
Einlässen enden, zur Zuführung einer Ansaugladung zu der Verbrennungskammer, und
eine einzige Steuerventilvorrichtung, die in den Ansaugkanalvorrichtungen zwischen
einer ersten Stellung, in der eine Strömung zu der Verbrennungskammer im
wesentlichen uneingeschränkt ist, und einer zweiten Stellung, in der die Strömung zu der
Verbrennungskammer umgeleitet ist, bewegbar ist, wobei zumindest drei
Einlaßventilsitze und entsprechende Einlässe und Einlaßventile vorgesehen sind, und die
Einlaßventilsitze und die Ansaugkanalvorrichtungen so ausgebildet sind, um die in die
Verbrennungskammer eintretende Ladung in eine im wesentlichen axiale Richtung
zu lenken, und im wesentlichen unbeschränkt, und daß in der zweiten Stellung die
Strömung umgelenkt wird, um in der Verbrennungskammer eine Taumelbewegung
zu erzeugen.
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Wie ausreichend bekannt ist, ist das Ansaugsystem einer
Verbrennungskraftmaschine extrem zum Bestimmen der Leistung der Maschine wichtig. Auch ist bei
herkömmlichen Ansaugsystemen das Ansaugsystem so ausgelegt, um einen
Kompromiß zwischen den Erfordernissen für eine Hochgeschwindigkeits- und eine
Niedriggeschwindigkeits-Leistung zu erzielen. Das bedeutet, daß, um eine maximale
Hochgeschwindigkeits-Leistung zu erzielen, das Ansaugsystem so ausgelegt werden
sollte, um eine maximale Beladung des Zylinders zu ermöglichen. Dies kann durch
Vorsehen relativ großer, uneingeschränkter Strömungskanäle, und wobei die
Einlaßbeladung in den Zylinder in einer Richtung so eintritt, um im wesentlichen parallel zu
der Achse der Zylinderbohrung zu strömen, erzielt werden.
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Obwohl der beschriebene Typ eines Ansaugsystems höhere Energieabtriebe liefert,
tendieren die ungestörten Strömungs- und großen Strömungsflächenbereiche dazu,
die Strömungsgeschwindigkeit zu reduzieren, mit der in den Zylinder eingetreten
wird, wenn die Maschine bei niedrigen Geschwindigkeiten oder solchen im mittleren
Bereich betrieben wird. Unter diesen Bedingungen ist es wünschenswert, die
Strömungsgeschwindigkeit, die in die Kammer eintritt, so zu haben, daß sie schneller ist,
und auch so, um eine Turbulenz einzuführen, um die Flammenausbreitung und die
Verbrennung zu verbessern. Allerdings können diese die Turbulenz erhöhenden
Vorrichtungen signifikant die Entlüftungsfähigkeit der Maschine und deren
Hochgeschwindigkeits-Leistung reduzieren.
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Deshalb liefern herkömmliche Ansaugsysteme einen Kompromiß zwischen diesen
zwei Extrema mit einem Gewicht auf dem Zustand, der häufiger eingeschlossen
wird.
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Es ist allerdings eine Anzahl von Vorrichtungen zum Zusammenwirken mit dem
Ansaugsystem vorgeschlagen worden, so daß es einfacher die Erfordernisse der
Maschine unter sowohl hohen als auch niedrigen Geschwindigkeiten anpassen kann
ebenso wie geeignete Bedingungen während einer Leistung im mittleren Bereich zu
liefern. Zum Beispiel ist in der parallel anhängigen Anmeldung mit dem Titel "Tumble
Control Valve for Intake Port" des vorliegenden Erfinders, Serial No. 07/834,604
(US-PS-5 359 972), angemeldet am 12. Februar 1992 und übertragen auf den
Inhaber hiervon und entsprechend zu der EP-A-0 500123, eine Anordnung einer
Mehrfachventilmaschine offenbart, wie sie vorstehend angegeben ist, die ein Steuerventil
umfaßt, das zwischen einer uneingeschränkten Position, um so eine maximale
Maschinenbeladung zu liefern, und einer die Strömung umleitenden Position bewegbar
ist, wobei unterschiedliche Typen von Strömungsmustern und unterschiedliche, eine
Tubulenz einführende Anordnungen in der Maschine eingerichtet werden können.
Dieses System ist extrem effektiv beim Verbessern der Maschinen-Leistung.
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In den verschiedenen Ausführungsformen, die in dieser Anmeldung dargestellt sind,
sind Konstruktionen vorhanden, die so ausgelegt sind, um, zusätzlich zu einer
normalen, uneingeschränkten Beladung, entweder einen Taumel, einen Wirbel, oder
eine Kombination eines Taumels und eines Wirbels, zu liefern. Ein Taumel ist ein Typ
einer Wirbelbewegung, die in der Brennkammer um eine Achse auftritt, die sich quer
zu der Zylinderbohrungsachse erstreckt. Mit diesem Typ einer Bewegung wird die
Einlaßbeladung von einer Seite der Zylinderbohrung eingeführt und strömt herüber
zu der anderen Seite, um in einer nach unten gerichteten Richtung umgelenkt zu
sein, wo sie auf den Kopf des Kolbens auftreffen wird und dann zurück zu der Seite
strömt, wo sie eingetreten ist, um so diese Taumelbewegung abzuschließen. Ein ·
Wirbel ist andererseits eine Drehbewegung innerhalb der Zylinderbohrung, die um
die Zylinderbohrungsachse herum auftritt. Unter einigen Bedingungen ist ein Taumel
bevorzugt und unter anderen Bedingung ist ein Wirbel bevorzugt.
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Es ist entdeckt worden, daß mit einigen Maschinen und unter einigen
Laufbedingungen ein noch weiterer Typ einer Wirkung in dem Zylinder wünschenswert sein kann.
Dies ist eine Bewegung, die als "geneigter Taumel" bezeichnet wird. Mit einem
geneigten bzw. schrägen Taumel wird unter der normalen Taumelwirkung eine
geneigte Wirkung überlagert, die dazu tendiert zu bewirken, daß die Ladung unter einem
Winkel zu einer Ebene strömt, die die Achse der Zylinderbohrung enthält, allerdings
eine solche, die nicht stark genug ist, um als Wirbel betrachtet zu werden. Dieser
Typ einer Bewegung ist besonders vorteilhaft dann, wenn die Beladung der
Maschine über das Ansaugsystem in einer gewissen inhomogenen Art und Weise
eingeführt wird, da die Wirkung des geneigten Taumels ein Mischen unterstützen und die
Mischungsverteilung in der Brennkammer, so, wie dies wünschenswert ist,
verbessern wird. Es ist deshalb ein prinzipieller Effekt dieser Erfindung, ein verbessertes
Ansaugsystem für eine Verbrennungskraftmaschine zu schaffen.
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Es ist ein weiterer Aspekt dieser Erfindung, ein verbessertes Ansaugsystem für eine
Verbrennungskraftmaschine zu schaffen, das eine ungehinderte Beladung des
Zylinders unter Hochgeschwindigkeits-, Hochbelastungs-Bedingungen ermöglicht, und
das die Erzeugung einer Wirkung eines geneigten Taumels unter anderen
Laufbedingungen ermöglichen wird.
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Es ist ein weiterer Aspekt dieser Erfindung, eine verbesserte Steuerventil- und
Ansaugsystemanordnung zu schaffen, die die erwünschten Strömungsmuster unter
allen Laufbedingungen liefern kann.
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Wie angemerkt worden ist, ist es, um höhere Leistungsabtriebe zu erzielen,
wünschenswert, ein Ansaugsystem zu schaffen, das vollständig die
Verbrennungskammer beladen kann. Dies wird allgemein durch Vorsehen von großen Einlaßventilen,
oder, in einigen Fällen, mehrfachen Einlaßventilen vorgenommen. Zum Beispiel sind
Maschinen, die zwei Einlaßventile pro Zylinder haben, besonders beim Verbessern
der Beladungseffektivität unter Hochgeschwindigkeits-,
Hochbelastungs-Bedingungen nützlich.
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Mit Ansaugsystemen, die viele Einlaßventile und Einlaßventilsitze einsetzen, können
Fälle vorhanden sein, bei denen die Einlaßventile unter unterschiedlichen Abständen
von einer Ebene angeordnet sind, die die Achse der Zylinderbohrung enthält. Diese
Situation tritt gewöhnlich bei Maschinen auf, die drei Einlaßventile pro Zylinder
einsetzen, die ein Mittenventil aufweisen, das weiter von der Ebene entfernt ist, die die
Zylinderbohrungsachse, und ein Paar Seiteneinlaßventile, enthält, die näher zu
dieser Ebene angeordnet sind und tatsächlich diese Ebene schneiden können.
Offensichtlich sind die Ansaugsysteme, die diese Ventile versorgen, so angeordnet, daß
sie unterschiedliche Strömungspfade aufgrund der unterschiedlichen Stellen der
Ventilsitze, die sie bedienen, haben. Demzufolge kann, um die Strömung durch die
Ansaugkanäle so zu steuern, um das erwünschte Strömungsmuster zu erhalten, die
Ventilanordnung zum Steuern der Strömung durch die Ansaugsysteme kompliziert
werden.
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Allerdings ist, obwohl das Dokument EP-A-0 500 123 in einer allgemeinen
Ausführung offenbart, daß das beschriebene System auch bei einer
Verbrennungskraftmaschine anwendbar sein sollte, die drei Einlaßventile besitzt, dieses Dokument
vollständig ohne Aussage darüber, wie diese drei Einlaßventile anzuordnen sind, um
vorteilhafte Bewegungen der induzierten Luft/Kraftstoffmischung für alle
Maschinenbetriebsbedingungen zu erhalten.
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Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ansaugsystem für eine
Verbrennungskraftmaschine, wie sie vorstehend angegeben ist, zu schaffen, das mit
einfachen, technischen Mitteln vereinfacht, eine optimale Strömung durch das
Ansaugsystem zu erhalten, bevor sie jede der Ventilöffnungen erreicht.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Ansaugsystem für
eine Verbrennungskraftmaschine, wie sie vorstehend angegeben ist, dadurch gelöst,
daß die Einlaßventilsitze derart vorgesehen sind, daß zweite Einlaßventilsitze näher
zu einer die Zylinderbohrungsachse enthaltenden Ebene angeordnet sind und die
Seitenventileinlässe bilden, und der verbleibende Einlaßventilsitz weiter weg von
dieser Ebene angeordnet ist und einen mittleren Einlaß bildet, wobei die Seiteneinlässe
auf gegenüberliegenden Seiten des mittleren Einlasses angeordnet sind, wobei die
Steuerventilvorrichtung in der zweiten Stellung der Taumelbewegung zudem eine
Neigungsbewegung überlagert, wobei die Neigungsbewegung dadurch bereitgestellt
wird, daß eine größere Taumelbewegung von den Seiteneinlässen als von dem
mittleren Einlaß erzeugt wird, wobei die Taumelgeschwindigkeit der drei Einlässe
unterschiedlich ist.
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Andere bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den
weiteren abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung in größerem Detail unter Bezugnahme
auf verschiedene Ausführungsformen davon in Verbindung mit den beigefügten
Zeichnungen erläutert werden, wobei:
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Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht, die durch einen Bereich einer
Verbrennungskraftmaschine vorgenommen ist, die gemäß einer ersten Ausführungsform der
Erfindung aufgebaut ist.
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Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Flächenbereichs, der in Fig. 1 dargestellt
ist, die allerdings entlang einer leicht unterschiedlichen Ebene zu derjenigen der
Fig. 1 vorgenommen ist.
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Fig. 3 zeigt eine Querschnittsansicht, die entlang derselben Ebene wie Fig. 2
vorgenommen ist, und stellt die Luftströmung in die Verbrennungskammer, wenn sich
das Steuerventil in seiner zweiten Position befindet, durch die mittlere Einlaßöffnung
dar.
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Fig. 4 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht, die entlang derselben Ebene wie
Fig. 1 vorgenommen ist, und stellt die Strömung dar, die in die
Verbrennungskammer durch die Seiteneinlaßöffnungen eintritt.
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Fig. 5 zeigt eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie 5-5 der Fig. 2
vorgenommen ist.
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Fig. 6 zeigt eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie 6-6 der Fig. 2
vorgenommen ist.
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Fig. 7 zeigt eine Bodendraufsicht des Zylinderkopfs dieser Ausführungsform.
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Fig. 8 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht, teilweise ähnlich zu Fig. 3, und
stellt eine Ausführungsform dar, wie das Strömungsmuster umgeleitet oder gesteuert
werden kann.
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Fig. 9 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht, teilweise ähnlich zu Fig. 4, und
stellt eine andere Ausführungsform der Erfindung dar.
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Fig. 10 zeigt eine Querschnittsansicht, teilweise ähnlich zu den Fig. 3 und 8,
und stellt eine andere Ausführungsform der Erfindung dar.
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Fig. 11 zeigt eine Querschnittsansicht, teilweise ähnlich zu den Fig. 4 und 9,
und stellt eine andere Ausführungsform der Erfindung dar.
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Fig. 12 zeigt eine Querschnittsansicht, teilweise ähnlich zu den Fig. 3, 8 und 10,
und stellt eine noch andere Ausführungsform der Erfindung dar.
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Fig. 13 zeigt eine Querschnittsansicht, teilweise ähnlich zu den Fig. 4, 9 und 11,
und stellt eine noch andere Ausführungsform der Erfindung dar.
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Fig. 14 zeigt eine Querschnittsansicht, teilweise ähnlich zu den Fig. 3, 8, 10 und
12, und stellt eine noch weitere Ausführungsform der Erfindung dar.
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Fig. 15 zeigt eine Querschnittsansicht, teilweise ähnlich zu den Fig. 4, 9, 11 und
13, und stellt eine noch andere Ausführungsform der Erfindung dar.
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Fig. 16 zeigt eine Querschnittsansicht, teilweise ähnlich zu Fig. 6, und stellt eine
noch weitere Ausführungsform der Erfindung dar.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung
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Unter Bezugnahme nun im Detail auf die Zeichnungen und zunächst auf die
Ausführungsform der Fig. 1 bis 7 und primär anfänglich auf Fig. 1, ist eine
Verbrennungskraftmaschine, die gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung aufgebaut
ist, allgemein mit dem Bezugszeichen 21 bezeichnet. Da sich die Erfindung primär
mit dem Ansaugsystem für die Maschine 21 befaßt, ist nur der obere Bereich der
Maschine 21 dargestellt worden und wird beschrieben werden. Dort, wo
irgendwelche Details der Maschine 21 nicht beschrieben sind, können sie als herkömmlich
angesehen werden. Auch wird der meiste Teil die Erfindung in Verbindung mit nur
einem einzelnen Zylinder der Maschine beschrieben, obwohl andere Zylinder in
bestimmten Figuren erscheinen. Es sollte leicht für Fachleute auf dem betreffenden
Fachgebiet ersichtlich werden, daß die Erfindung in Verbindung mit entweder
Einzylindermaschinen oder Mehrzylindermaschinen und Mehrzylindermaschinen, die
verschiedene Konfigurationen besitzen, praktiziert werden kann.
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Die Maschine 21 ist aus einem Zylinderblock 22 aufgebaut, der eine oder mehrere
Zylinderbohrung(en) 23 besitzt, die durch eingepreßte oder gegossene
Zylinderhülsen 24 gebildet sind. Wie offensichtlich ist, kann die Erfindung in Verbindung mit
Maschinen eingesetzt werden, bei denen die Zylinderbohrungen direkt durch den
Zylinderblock 22 gebildet sind. Die Achse der Zylinderbohrung 23 ist in bestimmten
Figuren durch die Linie X bezeichnet.
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Kolben 25 werden für eine Hin- und Herbewegung innerhalb der Zylinderbohrungen
23 gehalten und sind mittels Pleuelstangen 26 mit einer Kurbelwelle (nicht
dargestellt) in einer herkömmlichen Art und Weise verbunden.
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Eine Zylinderkopfanordnung, die allgemein mit dem Bezugszeichen 27 bezeichnet
ist, ist an dem Zylinderblock 22 in einer bekannten Art und Weise befestigt und
verschließt die Zylinderbohrungen 23. Der Zylinderkopf 27 ist mit Ausnehmungen 28
versehen, die mit den Köpfen der Kolben 25 und den Zylinderbohrungen 23
zusammenwirken, um Kammern der Maschine 21 mit variablem Volumen zu bilden, die
dahingehend angesehen werden können, daß sie die Verbrennungskammern sind.
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Die Maschine 21 ist in allen Ausführungsformen, die beschrieben sind, von dem
Querströmungsmuster und deshalb ist eine Seite des Zylinderkopfs 27, die im
wesentlichen auf einer Seite einer Ebene Lx (Fig. 7) liegt, die die Achse X der
Zylinderbohrung 23 enthält und durch die Rotationsachse der Kurbelwelle hindurchführt, als
Einlaßseite aufgebaut, und diese umfaßt ein Ansaugsystem, das allgemein mit dem
Bezugszeichen 29 bezeichnet ist. Die gegenüberliegende Seite weist die Auslaßseite
der Maschine 21 auf und enthält das Auslaßsystem, das beschrieben werden wird.
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Das Ansaugsystem 29 umfaßt eine Anordnung zum Anziehen von atmosphärischer
Luft und zum Zuführen von dieser zu der Verbrennungskammer. Dieses umfaßt eine
Lufteinlaßvorrichtung, die teilweise dargestellt ist und mit dem Bezugszeichen 31
identifiziert ist, die atmosphärische Luft anzieht und die diese Luft beruhigen oder
filtern kann. Die Luft wird dann, in den Ausführungsformen, die beschrieben sind, zu
einem Ladungsbildner in der Form eines Vergasers 32 zugeführt. Obwohl die
Erfindung in Verbindung mit Vergasern versehenen Maschinen beschrieben wird, sollte
leicht für Fachleute auf dem betreffenden Fachgebiet ersichtlich werden, daß die
Erfindung in Verbindung mit anderen, eine Ladung bildenden Systemen eingesetzt
werden kann, die eine Kraftstoffeinspritzung umfassen, die entweder von dem Typ
mit Verteiler oder mit direktem Zylinder sein kann.
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In der dargestellten Ausführungsform sind die Vergaser 32 von dem sogenannten
Luft-Ventil-Typ und umfassen manuell betätigte Drosselklappenventile 31, die unter
der Steuerung des Bedieners in irgendeiner bekannten Art und Weise betätigt
werden können. Zusätzlich ist ein Gleitkolben 34 in dem Ansaugkanal 35 des Vergasers
32 gelagert und besitzt einen Dosierstab 36 zum Steuern der Kraftstoffströmung. Der
Kolben 34 bewegt sich auch automatisch in eine Position in dem Ansaugkanal 35,
um so ein im wesentlichen konstantes Druckdifferential für die Strömung durch den
Vergaser 32 beizubehalten.
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Der Vergaser 32 führt die Luft-Kraftstoff-Mischung zu einem Einlaßverteiler 37 zu,
der in einer geeigneten Art und Weise an der Zylinderkopfanordnung 27 befestigt ist
und mit Einlaßkanälen 38 kommuniziert, die in der Zylinderkopfanordnung 27
gebildet sind, beginnend an der äußeren Oberfläche 39.
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Diese Ansaugkanäle 38 können am besten unter Bezugnahme auf Fig. 5
verstanden werden, die eine Querschnittsansicht zeigt, die entlang der Linie 5-5 der Fig. 2
vorgenommen ist und die die Konfiguration und Orientierung des Ansaugkanals 38 in
größerem Detail darstellt. In den dargestellten Ausführungsformen ist der
Ansaugkanal 38 vom Zwillings-Typ und bedient drei Einlaßöffnungen, die durch drei
Einlaßventilsitze gebildet sind, die aus einem Paar Seiteneinlaßventilsitze 42 und 43 und
einem mittleren Einlaßventilsitz 44 zusammengesetzt sind. Die Relation dieser
Ventilsitze kann am besten in Fig. 7 gesehen werden, die eine Ansicht von unten der
Zylinderkopfanordnung 67 zeigt, wobei gesehen werden wird, daß die Mitten der
Einlaßöffnungen, definiert durch die Seiteneinlaßventilsitze 42 und 43, auf einer
gemeinsamen Linie L&sub1; liegen, die sich parallel zu der Ebene Lx erstreckt, die die
Zylinderbohrungsachsen X und die Drehachse der Kurbelwelle enthält. Die
Einlaßventilöffnung, die durch den mittleren Einlaßventilsitz 44 gebildet ist, liegt auf einer
Linie L&sub2;, die weiter von der Ebene Lx beabstandet ist, wie deutlich in Fig. 7
dargestellt ist. Die Orientierung der Einlaßventilsitze 42, 43 und 44 und der Ventile, die
dazu zugeordnet sind, werden in weiterem Detail später beschrieben werden.
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Wie angemerkt worden ist, ist der Einlaßkanal 38 von dem Zwillings-Typ in dieser
Ausführungsform und er umfaßt eine Einlaßöffnung 45, die in der äußeren
Oberfläche 39 der Zylinderkopfanordnung 27 gebildet ist, wie zuvor angemerkt ist. Dieser
Einlaßkanal 38 wird dann in drei Einlaßkanäle unterteilt, die aus einem Paar
Seiteneinlaßkanälen 46 und 47 und einem mittleren Einlaßkanal 48 zusammengesetzt
sind, wobei die Einlaßkanäle 46, 47 und 48 durch innere Wände 49 und 51 der
Zylinderkopfanordnung 27 gebildet sind. Es sollte verständlich werden, daß, obwohl die
Erfindung in Verbindung mit einem Zwillings-Typ eines Einlaßkanals beschrieben ist,
die Erfindung in Verbindung mit Ansaugsystemen eingesetzt werden kann, bei
denen jeder Einlaßventilsitz 42, 43 und 44 mit seinem eigenen Einlaßkanal versehen
ist, oder irgendwelche Paare von Einlaßkanälen können zwillingsmäßig zueinander
aufgebaut werden.
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Die Seiteneinlaßventile 52 und 53 und ein mittleres Einlaßventil 54 sind für eine Hin-
und Herbewegung in der Zylinderkopfanordnung 27 dadurch gehalten, daß sie deren
Schäfte gleitend in jeweiligen Ventilführungen 55 gehalten besitzen. Diese
Ventilführungen 55 können in die Zylinderkopfanordnung 27 eingepreßt oder in anderer
Weise fixiert sein. Diese Einlaßventile 52, 53 und 54 sind so angeordnet, daß die
Seiteneinlaßventile 52 und 53 vorzugsweise um Achsen drehen, die in einer gemeinsamen
Ebene liegen und die unter einem spitzen Winkel θ&sub1;, zu der Ebene Lx angeordnet
sind, die die Zylinderbohrungsachse X enthält. Das mittlere Einlaßventil 54 ist so
angeordnet, daß dessen Achse unter einem spitzen Winkel θ&sub2; zu der Ebene Lx
angeordnet ist, allerdings so, daß dieser spitze Winkel θ&sub2; geringer als der spitze Winkel θ&sub1;
der Ebenen ist, die die Achsen der Seitentellerventile 52 und 53 enthalten. Es sollte
verständlich werden, daß dies eine bevorzugte Form der Ventilplazierung ist, daß
allerdings andere Ventilplazierungen eingesetzt werden können, ohne den
allgemeinen Gedanken und den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
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Die Einlaßventile 52, 53 und 54 können so angeordnet werden, daß deren Achsen
der Hin- und Herbewegung an einem gemeinsamen Punkt schneiden, obwohl
wiederum dies nicht ein notwendiger Bestandteil der Erfindung ist. Die Einlaßventile 52,
53 und 54 werden alle zu deren geschlossenen Positionen hin mittels
Schraubenkompressionsfedern 56 gedrückt, die zwischen dem Zylinderkopf 27 und
Rückhalteeinrichtungsanordnungen gespannt sind, wie dies im Stand der Technik bekannt ist.
Ventilstößelhülsen 57 sind gleitend in der Zylinderkopfanordnung 27 gehalten und
werden durch eine Einlaßnockenwelle 58 zum Öffnen und Schließen der
Einlaßventile 52, 53 und 54 in einer ausreichend bekannten Art und Weise betätigt. Die
Einlaßnockenwelle 58 wird unter der halben Kurbelwellengeschwindigkeit durch
irgendeinen geeigneten Antrieb, wie er auch im Stand der Technik ausreichend bekannt ist,
angetrieben.
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Wie nun die Auslaßseite der Maschine 21 zeigt, ist der Zylinderkopf 57 mit
zwillingsmäßig angeordneten Auslaßkanälen 59 versehen, die mit Auslaßöffnungen in
Verbindung stehen, die durch Ventilsitze 61 gebildet sind, die in dem Zylinderkopf 27
in einer geeigneten Art und Weise gebildet sind. In dieser Ausführungsform sind zwei
Auslaßöffnungen vorhanden, die durch den Ventilsitz 61 gebildet sind, und diese
Auslaßöffnungen sind so angeordnet, daß deren Mitten auf einer Ebene L&sub3; (Fig. 7)
liegen, die auf der gegenüberliegenden Seite der Ebene Lx angeordnet ist, die die
Zylinderbohrungsachsen X von den Einlaßventilen 52, 53 und 54 enthält, wie bereits
angemerkt ist.
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Dabei ist ein Paar von Auslaßkanälen 62 vorgesehen, das sich von dem Ventilsitz 61
zu einer gemeinsamen Auslaßöffnung 63 erstreckt, die in der Auslaßseite des
Zylinderkopfs 27 gebildet ist. Irgendein geeigneter Auslaßverteiler kann zum Sammeln
der Abgase und zum Abgeben von diesen an die Atmosphäre in einer ausreichend
bekannten Art und Weise vorgesehen werden.
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Die Auslaßventile 64 sind gleitend innerhalb der Zylinderkopfanordnung 27 in einer
Ventilführung 65 gehalten, die in den Zylinderkopf 27 eingepreßt oder in anderer
Weise fixiert ist und mit dem Ventilsitz 61 so zusammenwirkt, um die Strömung
durch den Auslaßkanal 62 zu kontrollieren.
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Ähnlich den Einlaßventilen 52, 53 und 54 werden die Auslaßventile 64 zu deren
geschlossenen Position durch Schraubenkompressionsfedern 56 gedrückt und
Hülsenventilstößel 57 sind den Schäften jedes Auslaßventils 64 zum Steuern deren Öffnung
und Schließung zugeordnet. Eine obenliegende Auslaßnockenwelle 66, die unter
einer halben Kurbelwellengeschwindigkeit ähnlich der Einlaßnockenwelle 58
angetrieben wird, ist drehbar in der Zylinderkopfanordnung 27 gelagert und betätigt die
Hülsenventilstößel 58 zum Betätigen des Auslaßventils 64 in einer bekannten Art und
Weise.
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Zündkerzen 67 sind in der Zylinderkopfanordnung 27 montiert, so daß deren
Zündspalte im wesentlichen auf der Zylinderbohrungsachse X liegen. Die Zündkerzen 67
werden durch irgendeinen geeigneten Zündschaltkreis gezündet.
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Die Achsen der Hin- und Herbewegung für die Auslaßventile 64 liegen in einer
gemeinsamen Ebene und diese gemeinsame Ebene ist unter einem spitzen Winkel zu
der Ebene Lx angeordnet, die die Achsen X der Zylinderbohrung enthält. Dieser
spitze Winkel liegt zwischen dem spitzen Winkel θ&sub2; des mittleren Einlaßventils 44
und demjenigen θ&sub1; der Seiteneinlaßventile 42 und 43. Auch sollte angemerkt
werden, daß die Mitte der Auslaßventilsitze 61 oder der Auslaßöffnungen unter einem
Abstand D&sub3; von der Ebene Lx angeordnet ist, der geringer als der Abstand D&sub1; der
Ebene L&sub1; der Seiteneinlaßventile 46 und 47 und geringer als der Abstand D&sub2; der
Ebene L&sub2;, die das mittlere Einlaßventil 54 enthält, ist. Wiederum wird diese
Beziehung dahingehend betrachtet, daß sie nur eine bevorzugte Anordnung ist, und die
Erfindung kann in Verbindung mit Maschinen eingesetzt werden, die andere
Plazierungen haben.
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Wie leicht aus der vorstehenden Beschreibung und insbesondere aus der
Betrachtung der Fig. 1, 2, 3 und 4 ersichtlich werden sollte, sind die Einlaßkanäle 46, 47
und 48 so angeordnet, daß sie in die Brennkammer und insbesondere in die
Zylinderkopfausnehmung 28 in einer Richtung im wesentlichen parallel zu der
Zylinderbohrungsachse X und in einer im wesentlichen uneingeschränkten Art und Weise
entladen. Jeder der Einlaßkanäle 46, 47 und 48 ist aus einem im wesentlichen
geraden Bereich, der unter einem Winkel zu der Ebene Lx angeordnet ist, und einem im
wesentlichen geraden Bereich, der eine Höhe H besitzt, die sich im wesentlichen
parallel zu den Zylinderbohrungsachsen X erstreckt, aufgebaut, um so eine im
wesentlichen uneingeschränkte Strömung zu schaffen. Dieser Aufbau, wie er
vorstehend angegeben ist, tendiert allerdings dazu, eine geringe Turbulenz in der
Verbrennungskammer unter niedrigen und Mittelbereichs-Geschwindigkeiten hervorzurufen,
und demzufolge kann eine Verbrennung langsam und unvollständig sein. Um dieses
Problem zu vermeiden und um den erwünschten Typ eines Strömungsmusters unter
anderen Laufbedingungen und einer maximalen Geschwindigkeit und maximalen
Belastung zu schaffen, ist eine Steuerventilanordnung, die allgemein mit dem
Bezugszeichen 68 bezeichnet ist, in den Ansaugkanälen 46, 47 und 48 zum Umlenken
der Strömung durch diese vorgesehen, wie nun beschrieben werden wird.
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Die Steuerventilanordnung 68 ist aus einem im wesentlichen zylindrischen Teil, das
drehbar in der Zylinderkopfanordnung 27 innerhalb einer Bohrung 69 gelagert ist, die
sich im wesentlichen parallel zu der Ebene Lx erstreckt und die jeden der
Einlaßkanäle 46, 47 und 48 an einem Punkt geringfügig oberhalb deren Ausbuchtung in den
dargestellten Ausführungsformen schneidet, aufgebaut. Aufgrund dieser Lage wird
das Steuerventil 68 weiter in den mittleren Einlaßkanal 48 vorstehen, als es dies in
die Seiteneinlaßkanäle 46 und 47 hinein tut, wie deutlich in den Fig. 3 und 4
dargestellt ist. Dies hat sowohl strukturelle als auch funktionelle Vorteile dahingehend,
daß dies ermöglicht, daß ein einzelnes Steuerventil 68 für alle Einlaßkanäle 46, 47
und 48 für eine gegebene Zylinderbohrung 23 verwendet wird, und unterstützt auch
beim Erzielen des gewünschten Strömungsmusters, wenn das Steuerventil 68
gedreht wird, um das Strömungsmuster zu ändern. Dies ist sogar möglich, obwohl die
Einlaßkanäle 46 und 47 eine unterschiedliche Orientierung gegenüber dem
Einlaßkanal 48 besitzen, wie deutlich in Fig. 2 dargestellt ist.
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Das Steuerventil 68 ist mit ausgeschnittenen Bereichen 71 und 72 in den
Einlaßkanälen 46 und 47 jeweils und einem Ausschnitt 73 in dem Einlaßkanal 48 versehen. In
dieser Ausführungsform entfernen die Ausschnitte 71 und 72 einen geringeren
Bereich des Steuerventils 68 als der Ausschnitt 73, wie deutlich in den Fig. 3 und 4
dargestellt ist. Die Ausschnitte 71, 72 und 73 sind so konfiguriert, daß dann, wenn
sich das Steuerventil 68 in einem ersten, weit offenen Zustand oder einem
Laufzustand unter voller Last befindet, dort absolut keine Verlängerung des Steuerventils
68 in die Einlaßkanäle 46, 47 und 48 hinein vorhanden ist, wie in den vorstehend
angeführten, parallel anhängigen Anmeldungen angemerkt ist. Demzufolge ist eine
uneingeschränkte Strömung zu den Brennkammern in dieser Position möglich und eine
gute Beladungseffektivität kann erhalten werden. Auch wird keine Turbulenz in den
Brennkammern unter diesem Zustand hervorgerufen werden.
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Wenn das Steuerventil 68 zu seiner zweiten Position gedreht wird, wie in den
Figuren dargestellt ist, wird der Körper des Ventils 68 in die Einlaßkanäle 46, 47 und 48
hineinführen und diese versperren. Diese Versperrung der Strömungskanäle 46 und
47 bewirkt, daß die Luftströmung in die Brennkammer umgeleitet wird, wie durch die
Pfeile A in Fig. 4 dargestellt ist, und zwar zu einer Seite der Ventilsitze 42 und 43
und zu der gegenüberliegenden Seite der Zylinderbohrung 23 hin, um so eine
Wirbelbewegung um eine Achse herum zu erzeugen, die sich quer zu der
Zylinderbohrungsachse X erstreckt, um so eine Taumelbewegung zu erzeugen. Die Größe
dieser Taumelbewegung wird durch die Höhe H&sub1; des geraden Bereichs der
Ansaugkanäle 46 und 47 bestimmt, wobei mit kürzer werdender Höhe H&sub1; eine stärkere
Taumelbewegung erzeugt werden wird. Dies beruht auf der Tatsache, daß, je kürzer die
Höhe H&sub1; ist, desto effektiver die Neigung des verbleibenden Teils der Einlaßkanäle
46 und 47 in den geraden Kanälen signifikant werden wird.
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Wie nun die Fig. 3 zeigt, wird dabei auch eine Taumelbewegung erzeugt, wie durch
den Pfeil B in der Figur angezeigt ist, und zwar durch das Vorhandensein des
Steuerventils 68 in einer versperrenden Art und Weise zu dem Einlaßkanal 48. Allerdings
kann, da der Ausschnitt 73 tiefer in dieser Ausführungsform ist, eine gewisse
Strömung auf der gegenüberliegenden Seite des Ventilsitzes 44 vorbeiführen, wie durch
den Pfeil C in unterbrochener Linie dargestellt ist, um so den Effekt der
Taumelbewegung zu verringern. Zusätzlich ist der Ventilsitz 74 unter einem größeren Abstand
D&sub2; von der Ebene Lx als der Abstand D&sub1; der Seiteneinlaßventile 42 und 43
angeordnet, so daß die Taumelbewegung nicht so groß sein wird. Um dies zu kompensieren,
ist die Höhe H&sub2; des geraden Abschnitts des Einlaßkanals 48 kürzer gemacht als die
Höhe H&sub1; der Einlaßkanäle 46 und 47, um so die Differenzen zwischen der
Taumelströmung von dem mittleren Einlaßkanal 48 gegenüber demjenigen der
Seiteneinlaßkanäle 46 und 47 zu reduzieren.
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Da, wie in den Fig. 5 und 7 dargestellt ist, die Einlässe bzw. Einlaßöffnungen an
den Seiten der Zylinderbohrung 23 angeordnet sind, während der Einlaßkanal 44
mehr an der Mitte angeordnet ist, wird dort zusätzlich zu der Taumelbewegung eine
gewisse Wirkung bzw. Bewegung erzeugt, die dazu tendiert, eine Rotation der
Strömung von den Seiteneinlaß-Ventilsitzen oder Kanalöffnungen 42 und 43 zu der Mitte
hin zu bewirken, da dabei eine geringere Stärke in der Taumelbewegung von dem
mittleren Einlaßventilsitz oder Kanal 44 vorhanden sein wird. Als Folge wird dabei
eine gewisse Verdrillung oder Neigung der Taumelbewegung vorhanden sein, um zwei
Taumelströmungen zu bewirken, um sich zu der Mitte hin zu drehen. Allerdings ist
dies keine ausreichende Drehwirkung, um so einen Wirbel zu erzeugen. Als Folge
dieser Wirkung bzw. Bewegung ist es möglich, eine gute Mischung und Turbulenz in
der Verbrennungskammer sicherzustellen, ohne eine übermäßige Turbulenz zu
erzeugen, die nachteilige Laufbedingungen und Leistungen verursachen könnte.
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Es sollte angemerkt werden, daß das Steuerventil 68 durch irgendeinen geeigneten
Mechanismus betätigt werden kann, wie dies in der vorstehend erwähnten, parallel
anhängigen Anmeldung beschrieben ist, und daß irgendeine Art einer
Steuerstrategie eingesetzt werden kann. Grundsätzlich wird, unter Bedingungen
einer niedrigen Geschwindigkeit und niedrigen Last, das Steuerventil 68 in seiner
zweiten Position plaziert, wie in den Ansichten in durchgezogener Linie der Figuren
dargestellt ist, und dann werden, wenn sich die Geschwindigkeit und die Last der
Maschine erhöhen, die Steuerventile 68 in einer Stufenfunktion zu deren offenen
Position hin gedreht, um so die Turbulenz zu reduzieren und die Beladungseffektivität zu
erhöhen.
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In dem Aufbau, wie er bis hier beschrieben ist, ist das Steuerventil 68 in einer
Uhrzeigerrichtung von seiner geschlossenen Position zu seiner offenen Position gedreht
worden. Allerdings ist es auch möglich, die Drehung in der entgegengesetzten
Richtung zu bewirken, und in diesem Fall wird der versperrende Bereich des
Steuerventils 68 in dem mittleren Einlaßkanal 48 näher zu dem Ventilsitz sein, wie dies durch
die Ansicht in unterbrochener Linie der Fig. 3 dargestellt ist. Dies wird dazu
tendieren, die Größe eines Taumels zu erhöhen, der durch das mittlere Einlaßventil 54
erzeugt ist, da der Luftströmungspfad C entgegengesetzt zu der Taumelbewegung
wesentlich reduziert werden wird.
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Es sollte leicht aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich werden, daß der
Betrag einer Neigung der Taumelrichtung durch Ändern bestimmter Parameter, wie
beispielsweise die Höhen H&sub1; und H&sub2; der geraden Abschnitte der Einlaßkanäle 46, 47
und 48, kontrolliert werden kann. Auch können die Größen der Ausschnitte für die
jeweiligen Bereiche 71, 72 und 73 und die Richtung der Drehung des Steuerventils 48
diese Maßnahme bewirken.
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Nun werden einige andere Konstruktionen beschrieben werden, die eingesetzt
werden können, um so den Betrag der Taumelwirkung durch die jeweiligen Ventile und
Ventilöffnungen zu variieren, wobei der erste davon in Fig. 8 gezeigt ist und sich auf
den mittleren Einlaßkanal 48 und seinen Ventilsitz 44 bezieht. Aufgrund der
Ähnlichkeit sind Komponenten, die dieselben sind, mit denselben Bezugszeichen
bezeichnet worden und sie werden nicht erneut beschrieben werden, mit Ausnahme
insoweit, als dies für das Verständnis der Konstruktion und der Betriebsweise dieser
Ausführungsform notwendig ist.
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Diese Ausführungsform stellt eine Art und Weise dar, in der die
Gegentaumelströmung C, die dem mittleren Einlaßventilsitz 44 zugeordnet ist, reduziert werden kann.
Dies wird durch Vorsehen einer geringen Ausnehmung des Ventilsitzes 44
vorgenommen, um so einen im wesentlichen zylindrischen, maskierenden Bereich 101 zu
schaffen, der dazu tendieren wird, die Gegentaumelströmung C einzuschränken.
Dieses Konzept kann mit irgendeinem der Ventilsitze in Abhängigkeit von dem
Strömungsmuster, das erwünscht ist, verwendet werden.
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Fig. 9 stellt eine andere Ausführungsform dar, bei der das Steuerventil 68 etwas
unterschiedlich positioniert ist und unterschiedlich geformt ist, um so die
Wirbelbewegung zu erhöhen. Dies kann in Verbindung mit entweder dem mittleren
Einlaßventilsitz 44 oder einem der Seiteneinlaßventilsitze 42 oder 43 verwendet werden.
Zusätzlich eliminiert dieser Aufbau den separaten, eingepreßten Ventilsitz, im Gegensatz
dazu, daß er eine Beschichtung oder einen anderen Typ einer
Oberflächenendbearbeitung 151 zum Verkürzen des geraden Abschnitts des Einlaßkanals ohne
nachteiliges Beeinflussen dessen Strömungsfähigkeiten schafft, wenn unter hoher
Geschwindigkeit und hoher Last gefahren wird. Ähnliche Behandlungsmaßnahmen 152
können für die Ventilsitze der Auslaßventile 64 vorgesehen werden.
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Dies ermöglicht, daß das Steuerventil 68 niedriger und in der Ausbuchtung, die dem
jeweiligen Einlaßkanal zugeordnet ist, positioniert wird, wobei diese besondere
Ausführungsform in Verbindung mit einem der Seiteneinlaßkanäle 46 oder 47 dargestellt
ist. Der ausgeschnittene Bereich, der allgemein mit dem Bezugszeichen 153
bezeichnet ist, ist in einer etwas gebogenen Form gebildet, um so eine Fortführung der
Oberfläche zu schaffen, die den Seiteneinlaßkanal 46 definiert, wenn sich das
Steuerventil 68 in seiner ersten oder vollständig geöffneten, die Strömung nicht
einschränkenden Position befindet. Zusätzlich ist die Seitenoberfläche des Steuerventils
68 mit einer weiteren Nut oder Ausnehmung 154 versehen, um ihm so zu
ermöglichen, den Schaft des jeweiligen Einlaßventils 52 frei zu belassen und im
wesentlichen die gesamte Strömung in den Taumelpfad zu richten.
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Die Fig. 10 und 11 zeigen Ansichten ähnlich zu den Fig. 3 und 4 jeweils,
allerdings stellen diese Figuren dar, wie der Betrag einer Taumelbewegung von dem
mittleren Einlaßkanal 48 erhöht werden kann und der Betrag einer Taumelbewegung
von irgendeinem oder beiden der Seiteneinlaßkanäle 46 und 47 reduziert werden
kann. Diese Variation in der Taumelbewegung zwischen den Seiteneinlaßkanälen 46
und 47 und dem mittleren Einlaßkanal 48 wird den Betrag einer Neigung der
Taumelbewegung beeinflussen, wie ersichtlich werden sollte. Da sich diese
Ausführungsformen von den zuvor beschriebenen Ausführungsformen nur in bestimmten,
dimensionsmäßigen Beziehungen und einem anderen, strukturellen Unterschied
unterscheiden, was beschrieben werden wird, werden die Bezugszeichen, die bei der
vorherigen Ausführungsform verwendet sind, hier auch verwendet.
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In dieser Ausführungsform wird die Höhe H&sub1; des geraden Abschnitts der
Seiteneinlaßkanäle 46 und 47 über die Höhe H&sub2; des geraden Abschnitts des mittleren
Einlaßkanals 48 erhöht. Dies wird tatsächlich den Betrag eines Taumels von dem mittleren
Einlaßkanal 48 erhöhen und den Betrag eines Taumels von den
Seiteneinlaßkanälen 46 und 47 reduzieren. Demzufolge wird, zu den Ausführungsformen, die zuvor
beschrieben sind, dies den Betrag einer Neigung der Taumelbewegung reduzieren.
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Ähnlich der zuvor beschriebenen Ausführungsform kann das Steuerventil 68 in einer
Gegenuhrzeigerrichtung von seiner ersten Position zu seiner zweiten Position
gedreht werden, wie in unterbrochener Linie in Fig. 10 dargestellt ist, um so den
Betrag einer Gegentaumelströmung C zu reduzieren und den Betrag einer
Taumelströmung B zu erhöhen. Der Betrag einer Taumelbewegung kann auch variiert werden
und kann tatsächlich durch Vorsehen einer Unebenheit, die mit 201 in Fig. 11
angezeigt ist, in dem Steuerventil 68 reduziert werden, um so den Betrag einer
Strömungsumleitung zu der Zylinderbohrungsachse X hin zu reduzieren.
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Die Fig. 12 und 13 stellen andere Ausführungsformen dar, die mit entweder den
mittleren oder den Seiteneinlaßkanälen 48, 46 und 47 verwendet werden können,
und sind im wesentlichen ähnlich zu der Ausführungsform der Fig. 10 und 11. In
dieser Ausführungsform besitzen die Seiteneinlaßkanäle 46 und 47 eine geringere
Höhe H&sub1; als die Höhe H&sub2; des geraden Abschnitts des mittleren Einlaßkanals 48, um
so einen stärkeren Taumel von den Seiteneinlaßkanälen 46 und 47 als von dem
mittleren Einlaßkanal 48 zu unterstützen. Zusätzlich wird in dieser Ausführungsform
der Ausschnitt 201 nicht eingesetzt, um so eine stärkere Taumelbewegung für diese
Seiteneinlaßkanäle 46 und 47 zu unterstützen.
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Die Fig. 14 und 15 stellen zusätzliche Ausführungsformen ähnlich zu solchen der
Fig. 3, 4 und 8-13 dahingehend dar, daß sie andere Arten und Weisen angeben,
in denen der Betrag einer Taumelbewegung so variiert werden kann, um den
gewünschten Betrag einer Neigung der gesamten Taumelbewegung in der
Zylinderbohrung zu erzielen. In diesen Ausführungsformen ist die Höhe H&sub1; des geraden
Bereichs der Seiteneinlaßkanäle 46 und 47 größer als die Höhe H&sub2; des mittleren
Einlaßkanals 48, um so die Taumelbewegung von dem mittleren Einlaßkanal 48 zu
erhöhen, ohne wesentlich die Taumelbewegung von den Seiteneinlaßkanälen 46 und
47 zu erniedrigen. Diese verringerte Taumelbewegung wird durch Einsetzen eines
Abschnitts 251 mit größerem Durchmesser für den Bereich des Steuerventils 68
versetzt, der durch die Seiteneinlaßkanäle 46 und 47 geht, um so mehr Strömung zu
der einen Seite der Einlaßventilsitze 42 und 43 hin zu lenken.
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In allen Ausführungsformen, die bis hier beschrieben sind, ist der Aufbau in
Verbindung mit Maschinen eingesetzt worden, die fünf Ventile einsetzen und die einen
geneigten Taumel besitzen, der von gegenüberliegenden Seiten der Zylinderbohrung
und in entgegengesetzten Neigungsrichtungen erzeugt ist. Es können auch einige
Fälle vorhanden sein, bei denen es wünschenswert ist, eine geneigte Strömung nur
in einer Richtung zu schaffen, gerade in Verbindung mit einer Fünf-Ventil-Maschine,
und Fig. 16 stellt eine solche Ausführungsform dar. Der einzige Unterschied in
dieser Ausführungsform ist derjenige, daß die Ausschnitte 71, 72 und 73 versetzt
gestaffelt sind, so daß die Taumelbewegung von einem der Seiteneinlaßventilsitze, wie
beispielsweise die Seite 42, am größten sein wird, als sie am nächst höchsten von
dem mittleren Einlaßventilsitz 44 sein wird, und wird am niedrigsten von dem
verbleibenden Seiteneinlaßventilsitz 43 sein. Natürlich kann eine entgegengesetzte
Neigungsbewegung erreicht werden.
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Es sollte leicht aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich werden, daß die
beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung extrem effektiv beim Erzielen des
erwünschten Grads einer Turbulenz und eines geneigten Taumels in dem Zylinder
unter einer Niedriggeschwindigkeits- und Mittelbereichs-Leistung sein werden, ohne die
Belüftungsfähigkeit unter Hochgeschwindigkeits-, Hochlast-Bedingungen
einzuschränken. Natürlich ist die vorstehende Beschreibung diejenige bevorzugter
Ausführungsformen der Erfindung und verschiedene Änderungen und Modifikationen
können vorgenommen werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung, wie er in den
beigefügten Ansprüchen definiert ist, zu verlassen.