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DE3205722A1 - Spark ignition internal combustion engine, especially for a motor vehicle, with a load adjustment device - Google Patents

Spark ignition internal combustion engine, especially for a motor vehicle, with a load adjustment device

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Publication number
DE3205722A1
DE3205722A1 DE19823205722 DE3205722A DE3205722A1 DE 3205722 A1 DE3205722 A1 DE 3205722A1 DE 19823205722 DE19823205722 DE 19823205722 DE 3205722 A DE3205722 A DE 3205722A DE 3205722 A1 DE3205722 A1 DE 3205722A1
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DE
Germany
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internal combustion
combustion engine
working machine
load
engine according
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DE19823205722
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German (de)
Inventor
Hermann Dr.-Ing. 3180 Wolfsburg Krüger
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Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
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Publication date
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Abstract

In order to avoid the usual throttle losses in the load control of the internal combustion engine (2), in place of the usual throttle valve a machine (3) is arranged in the intake pipe (1) of the internal combustion engine (2), which in the partial load range of the internal combustion engine (2) is driven by the intake pipe flow and supplies energy, for example to a vehicle battery (8), but at higher loads of the internal combustion engine (2) is driven, for example by the vehicle battery (8) and then acts as charger. This achieves the object of avoiding the losses of kinetic energy occuring in conventional throttle valve control with a low constructional outlay. <IMAGE>

Description

VOLKSWAGENWERKVOLKSWAGENWERK

AKTIENGESELLSCHAFTSHARED COMPANY

3180 Woifsburg
- 3 -3180 Woifsburg
- 3 -

K 3083/1702-pt-hu-saK 3083/1702-pt-hu-sa

Fremdgezündete Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Lastverstellvorrichtung External ignition internal combustion engine, in particular for a motor vehicle, with a load adjusting device

Die Erfindung betrifft eine fremdgezündete Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a spark-ignition internal combustion engine according to the preamble of claim 1.

Üblicherweise verwendet man als Lastverstellvorrichtung eine Drosselklappe, die durch einen als Gaspedal ausgebildeten Hebel verstellt wird. Es ist bekannt, daß diese bekannte Lastverstellung hinsichtlich der Drosselverluste an der besagten Drosselklappe nachteilig ist.Usually, a throttle valve is used as a load adjusting device, which by a lever designed as an accelerator pedal is adjusted. It is known that this well-known Load adjustment with regard to the throttle losses at said throttle valve is disadvantageous.

Daher gibt es auch bereits Vorschläge, die eine drosselfreie Lastverstellung ermöglichen sollen. Beispielsweise kann dies durch entsprechende Beeinflussung der Öffnungszeiten der Einlaßventile der Brennkraftmaschine geschehen. Derartige Laststeuerungen oder -regelungen werden aber bislang wegen ihres verhältnismäßig großen baulichen Aufwands nicht ausgeführt.Therefore, there are already proposals that allow throttle-free load adjustment should. For example, this can be done by influencing the opening times accordingly the intake valves of the internal combustion engine happen. Such load controls or -Regulations are so far due to their relatively large structural effort not executed.

Der "Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine fremdgezündete Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so auszubilden, daß die bei der Lastregeiung oder -steuerung an der Lastverstellvorrichtung auftretende Verringerung der kinetischen Energie der Strömung im Saugrohr nicht, wie bei der bekannten Drosselklappe, verlorengeht, sondern entweder der Brennkraftmaschine oder aber zusätzlichenThe "invention is based on the object of a spark-ignited internal combustion engine according to the preamble of claim 1 so that the load regulation or control on the load adjusting device, the reduction in the kinetic energy of the flow in the intake manifold does not occur, as is the case with the known throttle valve, is lost, but either the internal combustion engine or additional

.'cf3 :;ender Vorstand- " "— -·» Vors.l:e";Jer "I1I,i 3 ·:.·.-■·· »ar -Hem* Briam · PfOl. Or. t""*1" c">sl FialS · Öl. jur. Petor Ff«ile.'cf3:; ender board- "" - - · »Chairman l: e"; Jer "I 1 I, i 3 ·:. · .- ■ ··» ar -Hem * Briam · PfOl. Or. T "" * 1 " c "> sl FialS · oil. jur. Petor Ff «ile

Einrichtungen, beispielsweise eines Fahrzeugs, zugeführt wird. Es sollen also sowohl der in einem Energieverlust für die Brennkraftmaschine bestehende Nachteil der bekannten Drosselklappe als auch der in einem großen baulichen Aufwand bestehende Nachteil der bekannten drosseifreien Laststeuerung oder -regelung vermieden werden.Facilities, such as a vehicle, is supplied. So it should both the disadvantage of the known ones in a loss of energy for the internal combustion engine Throttle valve and the disadvantage of the known throttle-free load control or regulation, which is a major structural expense, can be avoided.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.The solution to this problem according to the invention consists in the characterizing features of claim 1.

Als Arbeitsmaschine kann irgendeine geeignete elektrische, hydraulische oder pneumatische Maschine Einsatz finden, die während des Teillastbetriebs die der Strömung im Saugrohr entnommene kinetische Energie zur Aufladung einer Batterie oder zur Durchführung irgendwelcher Arbeiten bzw. zur Speisung von Druckreservoirs oder dergleichen ausnutzt.Any suitable electrical, hydraulic or pneumatic machine can be used as the working machine Machine use that, during partial load operation, uses the kinetic energy taken from the flow in the intake manifold to charge a battery or to carry it out exploits any work or to feed pressure reservoirs or the like.

Besonders zweckmäßig ist die im Anspruch 2 geschützte Ausbildung der Erfindung, die man insbesondere bei Verwendung eines Elektromotor-Generators als Arbeitsmaschine wählen wird, wie sie im einzelnen im Patentanspruch 6 gekennzeichnet ist, und die die Möglichkeit bietet, nicht nur über praktisch den gesamten Arbeitsbereich der Brennkraftmaschine eine Laststeuerung oder -regelung derselben praktisch ohne Energieverlust, sondern unter Ausnutzung der dafür vorhandenen Arbeitsmaschine bei höherer Last der Brennkraftmaschine eine Aufladung derselben vorzunehmen.The embodiment of the invention protected in claim 2 is particularly useful, which is particularly important when using an electric motor-generator as a work machine will choose as it is characterized in detail in claim 6, and which offers the possibility not only over practically the entire work area of the Internal combustion engine load control or regulation of the same with practically no energy loss, rather, taking advantage of the work machine available for this purpose, when the internal combustion engine is subjected to a higher load, the same can be charged.

Auch die weiteren Unteransprüche schützen vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung.The further subclaims also protect advantageous training and development of the Invention.

Im folgenden werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert, die folgendes darstellt:Several exemplary embodiments of the invention are described below with reference to the drawing explained, which represents the following:

Fig. I eine Ausführungsform mit einem Elektromotor-Generator als Arbeitsmaschine,I shows an embodiment with an electric motor generator as a working machine,

Fig. 2 eine Ausführungsform mit lastabhängig verstellbarenFig. 2 shows an embodiment with load-dependent adjustable

Mitteln zum Austausch von kinetischer Energie zwischen der Arbeitsmaschine und der Saugrohrströmung,Means for exchanging kinetic energy between the working machine and the intake manifold flow,

m- ψ * * m- ψ * *

Fig. 3 eine Ausführungsform mit einer mechanischen Arbeitsmaschine, die mit variablem Übersetzungsverhältnis von der Brennkraftmaschine her angetrieben wird,3 shows an embodiment with a mechanical working machine, which are driven by the internal combustion engine with a variable transmission ratio will,

Fig. 4 eine Ausführungsform mit in Reihe sowieFig. 4 shows an embodiment with in series as well

Fig. 5 eine Ausführungsform mit parallel zur Arbeitsmaschine liegender Drosselklappe. 5 shows an embodiment with a throttle valve lying parallel to the working machine.

Betrachtet man zunächst Fig. 1, so liegt in dem Saugrohr 1 der Brennkraftmaschine 2 die allgemein mit 3 bezeichnete Arbeitsmaschine, Sie enthält gleichsam zwei Bestandteile, nämlich Mittel 4 zum Austausch von kinetischer Energie zwischen der Luft- oder Gemischströmung im Saugrohr i einerseits sowie in diesem Ausführungsbeispiel den Elektromotor-Generator 5 andererseits, der über den Umschalter 6 und die Steuereinheit 7 mit der Batterie 8 beispielsweise eines mit der Brennkraftmaschine ausgerüsteten Fahrzeugs in Verbindung steht.If one looks first at FIG. 1, the internal combustion engine 2 is located in the intake manifold 1 the machine generally designated 3, it contains two components, namely means 4 for the exchange of kinetic energy between the air or Mixture flow in the intake manifold i on the one hand and in this embodiment the Electric motor generator 5 on the other hand, via the switch 6 and the control unit 7 with the battery 8, for example one equipped with the internal combustion engine Vehicle is connected.

Die Mittel k zum Energieaustausch können beispielsweise in einem Flügelrad bestehen, das im Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine 2 durch die Strömung im Saugrohr 1 in Drehung versetzt wird und demgemäß den Generator 5 antreibt, der über den Umschalter 6 und die Steuereinheit 7 die Batterie 8 auflädt. Der Umschalter 6 liegt in einem elektrischen Stromkreis mit dem Gaspedalkontakt 9, der betätigt wird, sobald das Gaspedal 10 eine einer höheren Last der Brennkraftmaschine entsprechende Stellung einnimmt. Dann erfolgt die Umschaltung vom Generator- auf den Elektromotorbetrieb, d.h. jetzt wird das zitierte Flügelrad von der Batterie 8 her angetrieben, so daß der Arbeitsmotor 3 als Lader wirkt und in den Zylindern der Brennkraftmaschine einen Druck erzeugt, der höher ist als der Druck bei Saugbetrieb der Brennkraftmaschine.The means k for exchanging energy can consist, for example, of an impeller which, when the internal combustion engine 2 is operating at part load, is set in rotation by the flow in the intake manifold 1 and accordingly drives the generator 5, which charges the battery 8 via the switch 6 and the control unit 7. The changeover switch 6 is in an electrical circuit with the accelerator pedal contact 9, which is actuated as soon as the accelerator pedal 10 assumes a position corresponding to a higher load on the internal combustion engine. Then the switchover from generator to electric motor operation takes place, ie now the cited impeller is driven by the battery 8, so that the working motor 3 acts as a charger and generates a pressure in the cylinders of the internal combustion engine that is higher than the pressure during suction operation the internal combustion engine.

Sowohl bei Generator- als auch bei Elektromotorbetrieb erfolgt eine kontinuierliche Beeinflussung der Drehzahl des Arbeitsmotors 3 durch die Steuereinheit 7 in Abhängigkeit der jeweiligen Stellung des Gaspedals 10, so daß die Abnahme bzw. Zufuhr von kinetischer Energie in den Mitteln 4 zum Energieaustausch kontinuierlich beeinflußbar ist.Both generator and electric motor operation are subject to continuous influencing the speed of the working motor 3 by the control unit 7 depending on the respective position of the accelerator pedal 10, so that the decrease or supply of kinetic Energy in the means 4 for energy exchange can be continuously influenced.

Während in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 im Teillastbereich der Brennkraftmaschine die der Saugrohrströmung dann entnommene kinetische Energie zur Aufladung einer Batterie herangezogen wird, erfolgt in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 die Zufuhr der der Strömung im Saugrohr 20 entnommenen kinetischen Energie unmittelbar in die Brennkraftmaschine 21. In diesem Ausführungsbeispiel besitzt die Arbeitsmaschine 22 Mittel zum Austausch von kinetischer Energie, die mechanisch in Abhängigkeit von der jeweiligen Stellung des Gaspedals 23 verstellbar sind. Beispielsweise kann dies durch Änderung des Neigungswinkeis von Schaufeln eines Schaufelrads geschehen.While in the embodiment of FIG. 1 in the partial load range of the internal combustion engine the kinetic energy then taken from the intake manifold flow is used to charge a battery, takes place in the exemplary embodiment according to FIG Supply of the kinetic energy taken from the flow in suction pipe 20 directly in the internal combustion engine 21. In this exemplary embodiment, the working machine has 22 means for exchanging kinetic energy, which are mechanically adjustable as a function of the respective position of the accelerator pedal 23. For example, can this is done by changing the angle of inclination of the blades of a paddle wheel.

Bei relativ niedrigen Drehzahlen überträgt der Riementrieb 24 durch die Arbeitsmaschine 22 abgegriffene kinetische Energie auf eine Welle 25 der Brennkraftmaschine, während bei höheren Drehzahlen der Maschinen der Riementrieb 24 Drehenergie von der Brennkraftmaschine 21 auf die Arbeitsmaschine 22 überträgt, die dann wiederum als Lader wirkt. In beiden Betriebsfällen der Arbeitsmaschine 22 erfolgt eine Laststeuerung bzw. Regelung der Brennkraftmaschine 21 durch gaspedalabhängige Verstellung der Arbeitsmaschine 22.At relatively low speeds, the belt drive 24 transmits through the machine 22 tapped kinetic energy on a shaft 25 of the internal combustion engine, while at higher speeds of the machines the belt drive 24 rotational energy of the internal combustion engine 21 transmits to the work machine 22, which in turn acts as a loader. Load control takes place in both operating cases of the work machine 22 or regulation of the internal combustion engine 21 by adjusting the working machine 22 as a function of the accelerator pedal.

Auch in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 arbeitet die Arbeitsmaschine 30 in Abhängigkeit von dem jeweiligen Lastbereich der Brennkraftmaschine 31 entweder als von der Strömung im Saugrohr 32 angetriebene Arbeitsmaschine oder als von der Brennkraftmaschine 31 über den Riementrieb 33 angetriebener Lader. In diesem Ausführungsbeispiel ist das übersetzungsverhältnis des Triebs 33 kontinuierlich in Abhängigkeit von der Stellung des Gaspedals veränderbar. Die Last der Brennkraftmaschine wird also im Teillastbereich gleichsam durch Bremsen der Saugrohrströmung unter Einleitung der Bremsenergie in die Brennkraftmaschine 31 und bei höherer Last der Brennkraftmaschine durch Beeinflussung des Aufladungsgrads gesteuert.In the exemplary embodiment according to FIG. 3, too, the work machine 30 operates as a function of the respective load range of the internal combustion engine 31 either as work machine driven by the flow in intake manifold 32 or by the internal combustion engine 31 via the belt drive 33 driven loader. In this embodiment, the transmission ratio of the drive 33 is continuously dependent changeable by the position of the accelerator pedal. The engine load becomes so in the partial load range, as it were, by braking the intake manifold flow while introducing it the braking energy in the internal combustion engine 31 and at a higher load of the internal combustion engine controlled by influencing the degree of charge.

Dieselben Verhältnisse liegen in dem Ausführungsbeispiel .nach Fig. 4 vor; man erkennt wiederum den Riementrieb 40 zwischen Brennkraftmaschine 41 und Arbeitsmotor 42. Hier ist in Strömungsrichtung vor der Arbeitsmaschine 42 im Saugrohr 43 die zusätzliche Drosselklappe 44 angeordnet, die so angesteuert wird, daß sie nur im Leerlaufbetrieb annähernd geschlossen ist. Diese Ausführungsform der Erfindung trägt der Tatsache Rechnung, daß möglicherweise der Bereich der Regelung bzw. Steuerung durchThe same conditions exist in the exemplary embodiment according to FIG. 4; one recognises in turn the belt drive 40 between internal combustion engine 41 and working motor 42. Here is the additional in the direction of flow in front of the machine 42 in the suction pipe 43 Throttle valve 44 arranged, which is controlled so that it is approximately closed only in idle mode. This embodiment of the invention supports the fact Bill that possibly the area of regulation or control by

Änderung des Übersetzungsverhältnisses des Riementriebs 40 nicht ausreicht, um den Leerlauffall mit zu erfassen.Changing the transmission ratio of the belt drive 40 is not sufficient to the To capture idle case with.

Ähnliche Überlegungen liegen der Ausführungsform nach Fig. 5 zugrunde, bei der die Brennkraftmaschine 50 mit der Arbeitsmaschine 51 wiederum über einen Riementrieb mit in Abhängigkeit von der Stellung des Gaspedals abhängiger übersetzung verbunden ist. Hier erkennt man einen die Arbeitsmaschine 51 umgehenden Umgehungskanal 53, der mit seinen beiden Enden in das Saugrohr 5k der Maschine einmündet und die Drosselklappe 55 enthält. Diese Drosselklappe soll beim raschen Beschleunigen der Brennkraftmaschine 50 öffnen und demgemäß die Trägheit der Arbeitsmaschine 51 überspielen.Similar considerations are based on the embodiment according to FIG. 5, in which the internal combustion engine 50 is again connected to the work machine 51 via a belt drive with a gear ratio that is dependent on the position of the accelerator pedal. Here one can see a bypass channel 53 which bypasses the working machine 51 and which opens with its two ends into the suction pipe 5k of the machine and which contains the throttle valve 55. This throttle valve is intended to open when the internal combustion engine 50 accelerates rapidly and accordingly overcomes the inertia of the work machine 51.

In allen Fällen erfolgt bei der Lasteinstellung der Brennkraftmaschine also zwar eine Energieentnahme aus der Saugrohrströmung, aber diese Energie geht im Rahmen des Systems nicht verloren.In all cases, when the internal combustion engine is set, there is indeed a Energy is extracted from the intake manifold flow, but this energy is not lost in the system.

Wie im Prinzip bekannt, kann die jeweilige Einstellung der Arbeitsmaschine, ihre Drehzahl, der in Strömungsrichtung hinter der Arbeitsmaschine herrschende Saugrohrdruck oder der Saugrohrdurchsatz als Information für die Ermittlung der der Brennkraftmaschine zuzuführenden Kraftstoffmenge ausgenutzt werden.As is known in principle, the respective setting of the driven machine, its speed, the intake manifold pressure prevailing downstream of the driven machine in the direction of flow or the intake manifold throughput as information for determining the internal combustion engine the amount of fuel to be supplied can be used.

Claims (8)

VOLKSWAGENWERKVOLKSWAGENWERK AKTIENGESELLSCHAFTSHARED COMPANY 3180 Wolfsburg3180 Wolfsburg κ 3O83Z1702-Pt-^ ί 6 Feb, 1982κ 3O 83 Z 1702 -Pt- ^ ί 6 Feb, 1982 PATENTANSPRÜCHEPATENT CLAIMS ί 1. j Fremdgezündete Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer im Saugrohr der Brennkraftmaschine angeordneten Lastverstellvorrichtung, die mitteis eines Hebeis verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Lastversteilvorrichtung eine Arbeitsmaschine (3) ist mit Mitteln (4) zum Austausch von kinetischer Energie zwischen ihr und der Strömung im Saugrohr (1), wobei die Arbeitsmaschine (3) zumindest im Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine (2) von der Strömung angetrieben wird, und daß der Hebel (10) mit Mitteln zur Änderung der Drehzahl und/oder des abgenommenen Drehmoments der Arbeitsmaschine (3) und/oder zur Verstellung der Energieaustauschmittel in Verbindung steht.ί 1. j spark ignition internal combustion engine, especially for a motor vehicle, with a load adjusting device which is arranged in the intake manifold of the internal combustion engine and which is adjustable by means of a hoist, characterized in that the load adjusting device a working machine (3) is provided with means (4) for exchanging kinetic energy between it and the flow in the intake manifold (1), the working machine (3) at least in the partial load operation of the internal combustion engine (2) of the flow is driven, and that the lever (10) with means for changing the speed and / or the torque taken from the machine (3) and / or for adjusting the energy exchange means is in connection. 2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsmaschine (3) in oberhalb des Teillastbereichs liegenden Lastbereichen der Brennkraftmaschine (2) fremd angetrieben wird und als Lader arbeitet.2. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the working machine (3) In the load ranges of the internal combustion engine above the partial load range (2) is externally driven and works as a loader. 3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsmaschine (22) mit einem rotierenden Teil (25) der Brennkraftmaschine (21) in Drehverbindung steht,3. Internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that the working machine (22) is in rotary connection with a rotating part (25) of the internal combustion engine (21), Ψ. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Arbeitsmaschine (22) mit Verstellung der Energieaustauschmittel die Drehverbindung (24) eine konstante Übersetzung enthält.Ψ. Internal combustion engine according to Claim 3, characterized in that in the case of a working machine (22) with adjustment of the energy exchange means, the rotary connection (24) contains a constant translation. 5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Arbeitsmaschine (30) mit Änderung der Drehzahl die Drehverbindung (33) eine mitteis des Hebels veränderbare Übersetzung enthält.5. Internal combustion engine according to claim 3, characterized in that in a working machine (30) with a change in speed, the rotary joint (33) contains a translation that can be changed in the middle of the lever. 6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsmaschine (3) ein mit einer Batterie (8) elektrisch verbundener Elektromotor-Generator ist und in der elektrischen Verbindung sowohl ein im Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine (2) den Generatorbetrieb, dagegen bei höheren Lastbereichen der Brennkraftmaschine (2) den Elektromotorbetrieb sicherstellender Umschalter (6) als auch eine mit dem Hebel (10) in Verbindung stehende Steuereinheit (7) zur Änderung der Belastung im Generatorbetrieb und der Erregung im Elektromotorbetrieb liegen.6. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the working machine (3) is an electric motor generator electrically connected to a battery (8) and in the electrical connection both one in partial load operation Internal combustion engine (2) the generator operation, on the other hand, at higher load ranges of the internal combustion engine (2) the electric motor operation ensuring the changeover switch (6) as well as a control unit (7) connected to the lever (10) for Change in the load in generator mode and the excitation in electric motor mode lie. 7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Saugrohr (43) in Reihe mit der Arbeitsmaschine (42) eine nur im Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine (41) zumindest annähernd schließende Drossel (44) liegt.7. Internal combustion engine according to claim 5 or 6, characterized in that im Intake pipe (43) in series with the working machine (42) is a throttle (44) which only closes approximately when the internal combustion engine (41) is idling. 8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Umgehungskanal (53) zur Arbeitsmaschine (51) eine nur bei plötzlichen Beschleunigungen der Brennkraftmaschine (50) öffnende Drossel (55) liegt.8. Internal combustion engine according to one of claims 5 to 7, characterized in that in a bypass channel (53) to the machine (51) there is a throttle (55) which opens only in the event of sudden accelerations of the internal combustion engine (50) .
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