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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung einer Brennstoffeinspritzeinrichtung für eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.
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Eine derartige Anordnung ist aus der DE-OS 28 37 190 bekannt. Bei der bekannten Anordnung kommt eine einen sehr hohen Strahlwinkel (nahezu 180°) aufweisende Einspritzdüse zur Anwendung, die parallel zur Ansaugleitung und in einem relativ großen Abstand von der Drosselklappenwelle angeordnet ist.
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Aus der DE-PS 8 18 884 ist es bekannt, eine Einspritzdüse geneigt zum Ansaugstutzen unmittelbar hinter der Drosselklappe, also im Bereich der höchsten Strömungsgeschwindigkeit, anzuordnen. Hierbei berührt jedoch die Düsenachse in keiner einzigen Stellung der Drosselklappe dieselbe, so daß im wesentlichen kein Auftreffen des Brennstoffs auf die Drosselklappe beabsichtigt ist, sondern die Zerstäubung bzw. Vernebelung des Brennstoffes dadurch erreicht werden soll, daß der Brennstoff in die Zone der schnellsten Luftströmung eingespritzt wird.
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Es ist ferner bereits eine Anordnung vorgeschlagen worden (DE-OS 29 10 275), bei der die Einspritzdüse parallel zur Ansaugleitung angeordnet ist und mit ihrer Düsenachse die Drosselklappe im vollständig geöffneten Zustand schneidet. Bei dieser Anordnung stimmt die Öffnungsrichtung des Teiles der Drosselklappe, auf den der eingespritzte Brennstoff trifft, nicht mit der Spritzrichtung der Einspritzdüse überein.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, mit der neben einer guten Zerstäubung eine besonders gleichmäßige Brennstoffverteilung auf die Zylinder erreicht wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anordnung der gattungsgemäßen Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs gelöst.
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Mit der erfindungsgemäßen Lösung, die die Verwendung einer einen Strahlwinkel von kleiner als 60° aufweisenden Einspritzdüse vorschlägt und genaue Anweisungen in bezug auf die Lage der Einspritzdüse und den Abstand des Schnittpunktes der Düsenachse mit der Drosselklappe in deren vollständig geöffneten Stellung von der Drosselklappenachse gibt, wird erreicht, daß ein sehr großer Teil des eingespritzten Brennstoffs auf die Drosselklappe trifft, so daß hierdurch eine besonders gute Zerstäubung sichergestellt wird. Gleichzeitig resultiert eine besonders gleichmäßige Brennstoffverteilung auf die Zylinder.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigt
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Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Teil einer Mehrzylinderbrennkraftmaschine;
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Fig. 2 eine Schnittansicht längs der Linie II-II in Fig. 1,
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Fig. 3 bis 5 Schnittansichten unterschiedlicher Beispiele eines verlängerten unteren Endabschnitts des Ansaugstutzens;
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Fig. 6A, 6B, 7A und 7B graphische Darstellungen von Versuchswerten, die den Zerstäubungsunterschied eines Luft/ Brennstoff-Gemisches zwischen Fällen verdeutlicht, in denen die Öffnungsrichtung der Drosselklappe dieselbe wie die Einspritzrichtung ist, und Fällen, in denen diese Richtungen nicht dieselben sind; und
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Fig. 8A, 8B, 8C und 8D graphische Ansichten von Versuchsdaten, die die Zerstäubungs- oder Verteilungsunterschiede eines Luft/Brennstoff-Gemisches zwischen einem Fall verdeutlichen, in dem der anfängliche Auftrefföffnungswinkel der Drosselklappe in bezug auf den eingespritzten Brennstoff klein ist, und einem Fall, in dem der anfängliche Auftrefföffnungswinkel der Drosselklappe in bezug auf den eingespritzten Brennstoff groß ist.
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Gemäß Fig. 1 und 2 ist eine Ansaugleitung 2 an einem Mehrzylinderbrennkraftmotorblock 1 befestigt. Wie man aus Fig. 2 ersieht, liegt die Ansaugleitung 2 im wesentlichen horizontal. Ansaugkanäle laufen an einem Konvergenzabschnitt 3 zusammen. An dem Konvergenzabschnitt 3 der Ansaugleitung 2 ist ein horizontaler Leitungsflansch 4 vorgesehen, der einstückig mit der Ansaugleitung 2 ist. Ein im wesentlichen zylindrisch gestalteter Ansaugstutzen 5 besitzt einen Anschlußflansch 6, der mit ihm einstückig verbunden ist und sich am unteren Ende des Stutzens befindet. Durch den Ansaugstutzen 5 erstreckt sich in Vertikalrichtung eine zylindrische Bohrung 7. Die Bohrung 7 hat im wesentlichen gleichförmigen Durchmesser. Wie man aus Fig. 2 ersieht, ist der Anschlußflansch 6 des Ansaugstutzens 5 über eine Dichtung 8 mit dem Ansaugleitungsflansch 4 verbunden. Auf diese Weise steht die Bohrung 7 mit dem Konvergenzabschnitt 3 der Ansaugleitung 2 in Verbindung und erstreckt sich vom Konvergenzabschnitt 3 aus vertikal nach oben.
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Der Ansaugstutzen 5 hat an seinem unteren Ende eine dünne zylindrische Verlängerung 9, die mit ihm einstückig ausgebildet ist. Die Verlängerung 9 steht in den Innenraum des Konvergenzabschnitts 3 der Ansaugleitung 2 vor. Der untere Rand 10 der Verlängerung 9 ist zugespitzt, indem er zur Außenseite des Ansaugstutzens 5 gemäß Fig. 2 abgeschrägt oder abgefast ist. Diese untere Kante 10 befindet sich im Abstand von der inneren Oberfläche des Konvergenzabschnitts 3 der Ansaugleitung 2.
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Weitere Beispiele für die Verlängerung 9, die jeweils in den Konvergenzabschnitt 3 der Ansaugleitung 2 ragt, sind in den Fig. 3 bis 5 gezeigt. In Fig. 3 ist der untere Rand 10 a der dünnen zylindrischen Verlängerung 9 a dadurch angespitzt, daß er zur Außenseite des Ansaugstutzens 5 abgefast oder abgeschrägt ist. In Fig. 4 bezeichnet das Bezugszeichen 13 a einen Montageabschnitt für eine Brennstoffeinspritzeinrichtung 13, die später beschrieben wird. Entlang einem Halbkreisabschnitt der Bohrung 7 ist eine Verlängerung 9 b ausgebildet; dieser Halbkreisabschnitt der Bohrung 7 liegt an der von der Brennstoffeinspritzeinrichtung 13 am weitesten entfernt gelegenen Stelle. Die untere Kante 10 b der Verlängerung 9 b ist zur Außenseite des Ansaugstutzens 5 abgeschrägt. Eine weitere Verlängerung 9&min; b ist auf der Seite der Bohrung 7 ausgebildet, die der Brennstoffeinspritzeinrichtung 13 zugeordnet ist. Diese Verlängerung 9&min; b erstreckt sich entlang dem Umfang der Bohrung 7, ausgehend von einer Stelle unterhalb des Abschnitts 13 a der Brennstoffeinspritzeinrichtung 13 bis zu einer Mittellage der Seitenwandung des Ansaugstutzens 5. Der untere Rand 10&min; b dieser Verlängerung 9&min; b ist durch Abschrägen zur Außenseite der Bohrung 7 zugespitzt. Dieser untere Rand 10&min; b steht im Mittelabschnitt der Seitenwandung des Ansaugstutzens 5 mit der Unterkante 10 b der Verlängerung 9 b in Verbindung. In der Fig. 5 ist am unteren Ende des Ansaugstutzens 5 eine Verlängerung 9 c ausgebildet. Diese Verlängerung 9 c nimmt in ihrer Länge ausgehend von einem Punkt nahe des Abschnitts 13 a auf ihrem Weg entlang dem unteren Abschnitt des Umfangs des Ansaugstutzens 5 zu einer Stelle zu, die sich auf der gegenüberliegenden Seite des Stutzens 5 befindet. Der untere Rand 10 c dieser Verlängerung 9 c ist durch Abschrägen in Richtung zur Außenseite der Bohrung 7 zugespitzt.
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Gemäß Fig. 2 befindet sich innerhalb der Bohrung 7 eine Drosselklappenwelle 11. Auf dieser sitzt eine Drosselklappe 12, die eine doppelseitige Ventilklappe ist. Die Drosselklappenwelle 11 schneidet die Mittelachse der Bohrung 7 und verläuft rechtwinklig zur Luftdurchflußrichtung durch die Bohrung 7. Die Drosselklappe 12 besitzt einen Klappenteil 12 a und einen Klappenteil 12 b, die sich in entgegengesetzte Richtungen erstrecken. Der Klappenteil 12 a bewegt sich innerhalb des rechten Bereichs in Fig. 2, während sich der Klappenteil 12 b innerhalb des linken Bereichs der Fig. 2 bewegt. Die Drosselklappenwelle 11 der Drosselklappe 12 ist an ein Gaspedal (nicht gezeigt) des Fahrzeugs angeschlossen. Wenn ein Fahrer auf das Gaspedal tritt, dreht sich die Drosselklappe 12 im Gegenuhrzeigersinn in Fig. 2 und öffnet dabei die Bohrung 7. Dieser Zustand ist in Fig. 2 in ausgezogenen Linien dargestellt. Wird das Gaspedal freigegeben, dreht sich die Drosselklappe 12 im Uhrzeigersinn in Fig. 2 und schließt den Kanal der Bohrung 7 . Dieser Zustand ist durch gestrichelte Linien in Fig. 2 dargestellt.
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In dem Ansaugstutzen 5 sitzt stromab der in der Bohrung 7 befindlichen Drosselklappe 12 eine Brennstoffeinspritzeinrichtung 13 mit geradliniger Einspritzung. Diese Brennstoffeinspritzeinrichtung befindet sich auf einer Seite, die der Seite des Ansaugstutzens 5 gegenüberliegt, an der der Motorblock und die Ansaugleitung 2 miteinander verbunden sind. Eine Einspritzdüse 14 der Brennstoffeinspritzeinrichtung ist in Fig. 2 nach unten geneigt. Es wird somit der aus der Düse 14 eingespritzte Brennstoff geneigt nach unten gerichtet, d. h. im wesentlichen in dieselbe Richtung wie der Luftstrom in der Ansaugleitung 2.
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Die Beziehung zwischen der Brennstoffeinspritzeinrichtung 13 und der Drosselklappe 12 wird nun näher erläutert. Beim Öffnen der Drosselklappe 12 dreht sich der Klappenteil 12 b, der sich auf der Unterseite der Drosselklappenwelle 11 in Fig. 2 befindet, im wesentlichen in dieselbe Richtung wie die Richtung der Einspritzung aus der Brennstoffeinspritzeinrichtung 13. Wenn die Drosselklappe 12 in einem gewissen Ausmaß geöffnet ist, trifft der Brennstoffstrahl aus der Düse 14 der Brennstoffeinspritzeinrichtung 13 gegen den unteren Klappenteil 12 b der Drosselklappe 12. Hierzu sind die Lage des Montageabschnitts 13 a sowie der Winkel der Brennstoffeinspritzeinrichtung 13 so gewählt, daß die Länge (l) kleiner als die Hälfte des Innendurchmessers (D) der Bohrung 7 ist; die Länge (l) ist die Strecke von der Drosselklappenwelle 11 bis zu dem Schnittpunkt 0 der Mittelachse 15 der Einspritzdüse 14 und der Drosselklappe 12, wenn sich die Drosselklappe 12 in ihrer voll geöffneten Stellung befindet.
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Die Einspritzeinrichtung spritzt den Brennstoff in einer nahezu geradlinigen Richtung ein. Eine solche Einspritzeinrichtung besitzt einen einfachen Aufbau im Vergleich zu einer Einspritzeinrichtung mit verwirbelnder Brennstoffeinspritzung, die eine Wirbelbewegung des Brennstoffs innerhalb der Einspritzeinrichtung erzeugt und Brennstoff in einem Winkel zwischen 60 und 120° einspritzt. Eine nähere Erläuterung des Aufbaus einer Einspritzeinrichtung mit geradliniger Einspritzung erfolgt nicht, da solche Einrichtungen dem Fachmann bekannt sind.
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Das Brennstoffeinspritzsystem sowie das elektrische System für die Brennstoffeinspritzeinrichtung 13 sind wie folgt ausgebildet. Brennstoff aus einem Brennstofftank 20 wird der Brennstoffeinspritzeinrichtung 13 mit Hilfe einer Pumpe 21 über eine Brennstoffleitung 22 zugeführt. Von einer elektronischen Steuereinheit 23 wird der Brennstoffeinspritzeinrichtung 13 über einen Anschluß 24 ein Spannungssignal zugeführt. Bei dieser Ausgestaltung spritzt die Brennstoffeinspritzeinrichtung intermittierend die erforderliche Brennstoffmenge für einen Verbrennungsvorgang in eine Brennkammer jedes Zylinders, und zwar synchron mit der Öffnungszeit des Ansaug- oder Einlaßventils jedes Zylinders. Das Bezugszeichen 25 bezeichnet einen Druckregulator, der mit Hilfe des Ansaugleitungsunterdrucks betätigt wird, um die rückgeführte Brennstoffmenge zu steuern.
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Gemäß Fig. 2 dreht sich die Drosselklappe 12 im Gegenuhrzeigersinn aus einer geschlossenen Stellung in eine voll geöffnete Stellung, wie es durch die Pfeile dargestellt ist. Wie man aus der Zeichnung entnehmen kann, trifft der eingespritzte Brennstoffstrahl gegen den unteren Klappenteil 12 b, wenn die Drosselklappe 12 in einem bestimmten Maß geöffnet ist und die Maschine unter Teillast oder Vollast betrieben wird. Auf diese Weise wird der eingespritzte Brennstoff in winzig kleine Teilchen aufgeteilt und kann ausreichend zerstäubt werden. Einige Kleinstteilchen können gegen die Verlängerung 9 stoßen, bevor sie den Konvergenzabschnitt 3 der Ansaugleitung 2 erreichen. Am zugespitzten unteren Rand 10 der Verlängerung 9 werden diese Kleinstteilchen weiter zerkleinert. Flüssiger Brennstoff, der entlang der Innenwandung der Bohrung 7 zum unteren Rand 10 strömt, wird ebenfalls durch den Luft/Brennstoff-Gemischstrom in kleinste Teilchen aufgespalten. Auf diese Weise wird die Brennstoffzerstäubung gefördert. Läuft die Maschine im Leerlauf oder bei geringer Belastung und ist die Öffnung der Drosselklappe 12 sehr klein, wird der aus der Düse 14 der Brennstoffeinspritzeinrichtung 13 eingespritzte Brennstoff ausreichend zerstäubt, da der Ansaugleitungsunterdruck sehr hoch ist. Ein Teil des Brennstoffs trifft unmittelbar auf die Verlängerung 9 und wird an der zugespitzten unteren Kante 10 aufgespalten, wodurch die Zerstäubung gefördert wird. Läuft die Maschine bei geringer oder mäßiger Last, ist die Luftgeschwindigkeit durch den Raum zwischen dem Klappenteil 12 b und der Innenfläche der Drosselbohrung 7 größer als durch den Raum zwischen dem Klappenteil 12 a und der Innenfläche der Bohrung 7. Da die Düse 14 der Brennstoffeinspritzeinrichtung 13 so angeordnet ist, daß sie dem Luftstrom größerer Geschwindigkeit zugewandt ist, wird weiterhin die Zerstäubung gefördert. Der zerstäubte Brennstoff fließt über den Konvergenzabschnitt 3 in einen der Kanäle der Ansaugleitung 2. Da der Brennstoff aus der Düse 14 der Einspritzeinrichtung 13 in einer Richtung eingespritzt wird, die im wesentlichen gleich der Richtung des Ansaugluftstroms durch die Ansaugleitung 2 ist, strömt der zerstäubte Brennstoff ungestört über den Konvergenzabschnitt in die Ansaugleitung 2. Auf diese Weise wird gut zerstäubter Brennstoff einer vorbestimmten Brennkammer in stetigen Zeitintervallen zugeführt. Es kann auf diese Weise Brennstoff gleichförmig jedem der Zylinder zugeführt werden.
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Die Wirkungsweise der Anordnung wird nunmehr unter Bezugnahme auf die Fig. 6 bis 8 erläutert. In den Fig. 6A und 6B sind Graphiken dargestellt, in denen Versuchsdaten der Streuungsunterschiede von Luft/Brennstoff-Gemischen zwischen verschiedenen Fällen verdeutlicht sind, und zwar einem Fall, wenn die Öffnungsrichtung der Drosselklappe 12 dieselbe ist wie die Richtung der Brennstoffeinspritzung, und einem Fall, wenn die Drosselklappe 12 entgegen der Brennstoffeinspritzung geöffnet wird. In den Fig. 6A und 6B ist auf der Abszisse der Wert des Ansaugleitungsunterdrucks in (mm Hg) und auf der Ordinate die Streuung oder Verteilung des Luft/Brennstoff-Gemisches unter den Zylindern einer Vierzylinder-Brennkraftmaschine dargestellt, d. h. der Unterschied im Luft/ Brennstoff-Gemisch zwischen einem Zylinder mit maximalem Luft/Brennstoff-Verhältnis und einem Zylinder mit minimalem Luft/Brennstoff-Verhältnis. Die Motordrehzahl beträgt 1200 Upm in Fig. 6A und 1600 Upm in Fig. 6B. In jeder der beiden Figuren verdeutlicht eine ausgezogene Linie die Fälle, wenn die Öffnungsrichtung eines Klappenteils der Drosselklappe 12, gegen den der eingespritzte Brennstoff trifft, dieselbe ist wie die Brennstoffeinspritzrichtung, während eine gestrichelte Linie die Fälle repräsentiert, in denen die Öffnungsrichtung des Klappenteils entgegengesetzt der Brennstoffeinspritzrichtung ist. Wie man aus den Fig. 10A und 10B erkennt, ist insbesondere bei einem Ansaugleitungsunterdruckbereich zwischen 50 und 200 mm Hg die Streuung des Luft/ Brennstoff-Verhältnisses gering für den Fall, daß die Öffnungsrichtung der Drosselklappe 12 dieselbe ist wie die Richtung der Brennstoffeinspritzung, und zwar im Vergleich zu dem Fall, wenn die Öffnungsrichtung der Drosselklappe der Richtung der Brennstoffeinspritzung entgegengesetzt ist. Es kann daher in diesen Fällen eine stabile Verbrennung und stabile Motorleistung erhalten werden, wenn die Öffnungsrichtung der Drosselklappe dieselbe ist wie die Richtung der Brennstoffeinspritzung. Vom Standpunkt des Brennstoffverbrauchs und der Abgassteuerung ist auch ein solcher Fall von Vorteil, da die Streuung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses gering ist.
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In den Fig. 7A und 7B sind wie bei den Fig. 6A und 6B graphische Ansichten experimenteller Werte verdeutlicht, die die Streuungs- oder Verteilungsunterschiede von Luft/Brennstoff-Gemischen zwischen einem Fall verdeutlichen, wenn die Öffnungsrichtung der Drosselklappe 12 dieselbe ist wie die Richtung der Einspritzung, und einem Fall, in dem die Öffnungsrichtung der Drosselklappe 12 der der Brennstoffeinspritzrichtung entgegengesetzt ist. In den Darstellungen nach Fig. 11A und 11B kennzeichnet die Abszisse Öffnungswinkel der Drosselklappe 12 (volle Öffnung 90°), während auf der Ordinate die Streuung des Luft/ Brennstoff-Verhältnisses unter den Zylindern aufgetragen ist. Die Motordrehzahl beträgt 1200 Upm in Fig. 7A und 1600 Upm in Fig. 7B. An den Stellen in den Fig. 7A und 7B, an denen der Öffnungswinkel etwa 35° ist (am linken Teil der Darstellungen), beträgt der Ansaugleitungsunterdruck etwa -60 mm Hg, während an den Stellen in den Fig. 7A und 7B, an denen der Öffnungswinkel 90° ist (rechts in den Darstellungen), der Ansaugleitungsunterdruck 0 mm Hg beträgt. In den Fig. 7A und 7B zeigt die ausgezogene Linie die Fälle, in denen die Öffnungsrichtung der Drosselklappe 12 dieselbe ist wie die Einspritzrichtung, während die gestrichelte Linie die Fälle darstellt, in denen die Öffnungsrichtung der Drosselklappe 12 der Einspritzrichtung entgegengesetzt ist. Wie man aus den Darstellungen erkennt, ist die Streuung des Luft/ Brennstoff-Verhältnisses klein für den Fall, daß die Öffnungsrichtung der Drosselklappe 12 dieselbe ist wie die Einspritzrichtung, und zwar im Vergleich zu dem Fall, in dem die Öffnungsrichtung der Drosselklappe 12 der Einspritzrichtung entgegengesetzt ist.
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In den Fig. 8A bis 8D sind Versuchswerte graphisch dargestellt, die die Streuungsunterschiede der Luft/ Brennstoff-Verhältnisse zwischen den Fällen kennzeichnen, in denen der anfängliche Auftreffwinkel auf die Drosselklappe 12 an der Stelle, an der der eingespritzte Brennstoff anfänglich auf die Drosselklappe 12 auftrifft, klein ist, und den Fällen, in denen der anfängliche Auftrefföffnungswinkel groß ist. In den Darstellungen nach den Fig. 8A bis 8D beträgt die Motordrehzahl 800 Upm, 1000 Up, 1200 Upm und 1600 Upm. In jeder dieser Darstellungen sind auf der Abszisse die Öffnungswinkel der Drosselklappe 12 (volle Öffnung 90°) aufgetragen, während auf der Ordinate die Streuung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses unter den Zylindern dargestellt ist. In jeder dieser Darstellungen verdeutlicht eine ausgezogene Linie die Fälle, in denen der eingespritzte Brennstoff gegen die Drosselklappe 12 aus einem Öffnungswinkel von 41° auftrifft, während die gestrichelte Linie die Fälle darstellt, in denen der eingespritzte Brennstoff auf die Drosselklappe 12 bei einem Öffnungswinkel von 62° auftrifft. In jedem Fall ist die Öffnungsrichtung der Drosselklappe 12 dieselbe wie die Einspritzrichtung. In jeder Darstellung zeigt die ausgezogene Linie im wesentlichen eine kleinere Streuung des Luft/ Brennstoff-Verhältnisses als die gestrichelte Linie. Die Streuung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses ist bei solchen Konstruktionen kleiner, bei denen der eingespritzte Brennstoff gegen den Klappenteil der Drosselklappe 12 bei einem Öffnungswinkel zwischen wenig und völlig geöffneter Drosselklappe trifft, und zwar im Vergleich mit einer Konstruktion, bei der der eingespritzte Brennstoff nur dann auf den Klappenteil der Drosselklappe 12 trifft, wenn diese nahezu voll oder voll geöffnet ist.