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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Deaktivieren mindestens eines Einlassventils mindestens eines Zylinders beim Betrieb einer Brennkraftmaschine. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem deaktivierbaren Einlassventil sowie einer Füllungsregelanlage zur Regelung eines durch eine Deaktivierung mindestens eines Einlassventils einer Brennkraftmaschine bedingten Minderverbrauchs der Brennkraftmaschine.
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Stand der Technik
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Brennkraftmaschinen umfassen in der Regel mehrere Zylinder mit jeweiligen Brennkammern, die durch Ventile geöffnet bzw. verschlossen werden, um einen für einen Verbrennungsprozess notwendigen Gasaustausch zu ermöglichen. Mittels einer Brennkraftmaschine ist es möglich, thermische Energie aus einer Verbrennung in kinetische Energie, bspw. zum Antrieb eines Fahrzeugs umzuwandeln.
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Insbesondere bei Brennkraftmaschinen mit einer Vielzahl an Zylindern wird häufig eine sogenannte Zylinderausblendung angewandt, um Verbrennungseigenschaften einer jeweiligen Brennkraftmaschine, wie bspw. Kraftstoffverbrauch oder Laufruhe zu beeinflussen. Dazu werden jeweilige Zylinder vorübergehend ausgeblendet, d. h. nicht mit Kraftstoff versorgt, so dass es nicht zu einer Verbrennung in dem jeweiligen ausgeblendeten Zylinder kommt.
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Durch selektives Zylinderausblenden können Brennkraftmaschinen hinsichtlich einer sanfteren Gasannahme bzw. reduzierter Lastwechselreaktionen sowie eines reduzierten Verbrauchs optimiert werden. Da eine Zylinderausblendung jedoch immer mit einem Gaswechseltakt verbunden ist, gelangt durch einen jeweiligen ausgeblendeten Zylinder in einem sogenannten Nullhub kalte Umgebungsluft in einen jeweiligen Abgastrakt der jeweiligen Brennkraftmaschine, wodurch verschiedene Bauteile, insbesondere ein von dem Abgastrakt umfasster Abgaskatalysator, bspw. durch eine unter Kontakt des unverbrannten Kraftstoffs mit Frischluft ablaufende exotherme Reaktion, Schaden nehmen kann.
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In der Druckschrift
DE 10 2004 021 183 B1 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem eine Brennkraftmaschine durch eine Regelung einer Luftzufuhr abhängig von einem anliegenden Drehmoment der Brennkraftmaschine derart geregelt wird, dass ein Umschalten zwischen einem Teillastbetrieb und einem Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine drehmomentneutral verläuft.
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Ein Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors mit einem Abgasturbolader ist in der Druckschrift
DE 10 2011 119 528 A1 offenbart. Dabei ist vorgesehen, jeweilige Zylinder in Abhängigkeit einer aktuellen Drehzahl des Abgasturboladers temporär abzuschalten, d. h. auszublenden.
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Um ein abgegebenes Drehmoment einer Brennkraftmaschine zu regulieren, ist in der Druckschrift
DE 101 48 347 A1 ein Verfahren beschrieben, das eine Drosselung bzw. Abschaltung jeweiliger Zylinder einer Brennkraftmaschine vorsieht. Dabei werden Ein- und Auslassventile eines jeweiligen Zylinders der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit eines Drosselungszustands gesteuert, so dass eine ruckartige Drehmomentabgabe vermieden wird.
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In der Druckschrift
DE 100 55 595 A1 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem jeweilige Zylinder einer Brennkraftmaschine jeweils abwechselnd aktiviert bzw. deaktiviert werden, so dass die jeweiligen Zylinder betriebswarm bleiben. Dazu sind sowohl erste als auch zweite Nocken vorgesehen, die einem aktivierten bzw. deaktivierten Zustand zugeordnet sind, um einen jeweiligen Zylinder entsprechend zu regeln.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund wird ein Verfahren gemäß unabhängigem Anspruch 1, ein Steuergerät gemäß unabhängigem Anspruch 8, eine Brennkraftmaschine gemäß unabhängigem Anspruch 9 und eine Kraftstoffregelanlage gemäß unabhängigem Anspruch 10 vorgestellt.
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Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus der Beschreibung sowie den beiliegenden Zeichnungen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, mindestens einen Zylinder einer Brennkraftmaschine gemäß einem vorzugebenden Ausblendmuster derart auszublenden, dass der mindestens eine ausgeblendete Zylinder weder frische kalte Umgebungsluft noch Kraftstoff ansaugt und, dadurch bedingt, ein potentieller Schaden von Bauteilen der Brennkraftmaschine vermieden oder zumindest reduziert wird.
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Unter einem Ausblenden eines Zylinders traditionellerweise ist ein Vorgang zu verstehen, bei dem ein jeweiliger Zylinder nicht mit Kraftstoff versorgt wird, so dass der jeweilige Zylinder während des Ausblendvorgangs keine Leistung erbringt. Da bei einem derartigen Ausblendvorgang jedoch jeweilige Gaswechselventile geöffnet werden, gelangt kalte Umgebungsluft in den Abgastrakt der Brennkraftmaschine gelangen, wodurch es zu exothermen Reaktionen mit zuvor eingetragenem unverbranntem Kraftstoff und infolgedessen zu Beschädigung des Katalysators und zu Materialermüdungen des Abgastrakts bzw. der weiteren Teile kommen kann.
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Um Materialermüdungen durch bspw. vor einem Ausblendvorgang erfolgten Kraftstoffeintrag in den Abgastrakt, bspw. durch Gemischanfettung aus Gründen des Bauteilschutzes, zu vermeiden sowie den Kraftstoffverbrauch der jeweiligen Brennkraftmaschine zu reduzieren, ist vorgesehen, jeweilige Einlassventile eines ausgeblendeten Zylinders zu deaktivieren, d. h. zu schließen. Durch eine Deaktivierung der Einlassventile eines ausgeblendeten Zylinders können während einer Zylinderausblendung keine neuen Gase bzw. kein neuer Kraftstoff in einen Verbrennungsraum des jeweiligen Zylinders eindringen, wodurch die beschriebenen Folgen für den Abgastrakt der jeweiligen Brennkraftmaschine vermieden werden.
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Durch eine Deaktivierung der Einlassventile eines jeweiligen Zylinders bleibt während eines Gaswechseltakts, bei dem für gewöhnlich Abgase ausgestoßen werden und Gemisch angesaugt wird, ein Brennraum bzw. eine Brennkammer des jeweiligen Zylinders leer, d. h. ein Kolben der sich innerhalb des jeweiligen Zylinders bewegt, pumpt weder Kraftstoff noch kalte Umgebungsluft in den Abgastrakt. Es ist denkbar, dass der durch die Bewegung des Kolbens entstehende Unterdruck bereits erwärmte Gase aus dem Abgastrakt und/oder einem Kurbelwellengehäuse ansaugt, wodurch jedoch kein Schaden an Bauteilen der jeweiligen Brennkraftmaschine zu erwarten ist und ein aktiver Bauteileschutz nicht gefährdet bzw. unterbrochen wird.
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In Ausgestaltung kann ferner vorgesehen sein, jeweilige Auslassventile, d. h. Ventile eines ausgeblendeten Zylinders in Abhängigkeit eines jeweiligen Aublendmusters ebenfalls zu deaktivieren. Durch eine Stilllegung jeweiliger Auslassventile können Druckschwankungen im Abgastrakt, die zu unerwünschten Geräuschen führen können, vermieden werden.
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Ferner bedingt die Deaktivierung der Einlassventile und/oder Auslassventile eines jeweiligen Zylinders eine Kraftstoffersparnis, da sich die Reibung im Ventiltrieb verringert. Weiterhin wird durch die Deaktivierung der Einlassventile und/oder Auslassventile eine Reduktion jeweiliger Ladungswechselverluste bewirkt, die, bedingt durch einen Widerstand jeweiliger Bauteile eines Ansaugtrakts, zum Kraftstoffverbrauch beitragen und bei Deaktivierung jeweiliger Ventile ebenfalls entfallen.
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Ein weiterer Vorteil einer Deaktivierung von Einlassventilen gemäß dem vorgestellten Verfahren ist der Umstand, dass ein aktiver Bauteileschutz aufrecht erhalten werden kann, da das erfindungsgemäße Verfahren auch während einer aktiven Ausblendung einen Fettbetrieb der jeweiligen Brennkraftmaschine ermöglicht.
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Die Deaktivierung der Ein- bzw. Auslassventile eines jeweiligen Zylinders kann bspw. über einen Eingriff in einen jeweiligen Ventiltrieb erfolgen, durch den die jeweiligen Ein- und/oder Auslassventile ausgelenkt, d. h. geöffnet bzw. geschlossen werden, wobei ein Ventiltrieb mechanisch, elektromechanisch, hydraulisch oder pneumatisch gesteuert werden kann.
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Weiterhin ist denkbar, dass ein jeweiliger Ventiltrieb bzw. ein jeweiliges Ventilhubsystem zur Steuerung von Ein- bzw. Auslassventilen eines ausgeblendeten Zylinders mittels eines Steuergeräts, das Steuerbefehle an den Ventiltrieb übermittelt, deaktiviert wird. Das Steuergerät kann dabei extern realisiert oder in ein jeweiliges Motorsteuergerät der jeweiligen Brennkraftmaschine integriert sein. Durch Befehle zum Abschalten und/oder Blockieren jeweiliger Elemente des Ventiltriebs kann ein Steuergerät eines Fahrzeugs mit einer Brennkraftmaschine jeweilige Ein- und/oder Auslassventile selektiv deaktivieren.
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Ferner ist es mittels eines Steuergeräts möglich, Berechnungen zu bspw. einem Ausblendmuster durchzuführen, wodurch jeweilige Ein- und/oder Auslassventile bereits frühzeitig deaktiviert bzw. reaktiviert werden können. Da eine Ausblendung von Zylindern, d. h. ein Unterbinden eines vorgesehen Kraftstoffeintrags in den jeweiligen Zylinder in der Regel in Abhängigkeit eines Fahrverhaltens eines Fahrers des jeweiligen Fahrzeugs ausgeführt wird, sind für ein jeweiliges Ausblendmuster häufig Berechnungen notwendig, anhand derer eine vom Fahrer gewünschte Leistungsabgabe erreicht wird. Um auf ggf. auftretende Änderungen im Ausblendmuster schnell und effizient zu reagieren, müssen jeweilige Einlassventile ebenfalls schnell und effizient deaktiviert bzw. aktiviert werden. Eine solch schnelle und effiziente Regelung, d. h. ein Deaktivieren bzw. Aktivieren oder Reaktivieren, wird durch Verwendung eines Steuergeräts ermöglicht.
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Unter einem Ausblendmuster ist im Kontext der vorliegenden Erfindung eine Abfolge von Ausblendungen, d. h. bspw. nicht durchgeführten Einspritzvorgängen jeweiliger Zylinder einer Brennkraftmaschine, zu verstehen. Diese Abfolge kann sich zyklisch wiederholen. Ausblendmuster dienen häufig einer kurzfristigen Momentenreduktion bei bspw. einem ESP- oder Getriebeeingriff. Ferner können Ausblendmuster fest vorgegeben sein oder variabel an eine jeweilige Fahr- bzw. Betriebssituation angepasst werden.
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Es ist vorgesehen, dass während einer aktiven Zylinderausblendung für einen jeweiligen nächsten Zylinder, für den der Ventilhub bzw. Ventiltrieb abgeschaltet werden kann, geprüft wird, ob der jeweilige nächste Zylinder nach einem aktuellen Ausblendmuster ausgeblendet wird. Falls der jeweilige nächste Zylinder ausgeblendet wird, wird der Ventilhub bzw. Ventiltrieb des entsprechenden Ein- und/oder Auslassventils bzw. der Ein- und/oder Auslassventile eines jeweiligen nächsten Zylinders deaktiviert. Sobald die Ausblendung beendet wird, wird der Ventilhub bzw. Ventiltrieb reaktiviert. Es ist insbesondere bei Verwendung von variablen Ventiltrieben bzw. Ventilhubsystemen möglich, dass ein jeweiliger Ventiltrieb bzw. Ventilhub dadurch deaktiviert wird, dass eine entsprechende Ventilhubstrecke auf Null reduziert wird.
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Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass während einer jeweiligen Deaktivierung eines Ein- und/oder Auslassventils eines ausgeblendeten Zylinders, bei jeweiligen nicht ausgeblendeten Zylindern eine ggf. auftretende höhere Füllung, bspw. bedingt durch einen erhöhten Saugrohrdruck aufgrund eines geringeren Abflusses aus dem Saugrohr aufgrund der jeweiligen aktuellen Ausblendung bzw. Ventildeaktivierung kompensiert wird. Eine derartige Kompensation einer jeweiligen Kraftstoffversorgung kann bspw. durch eine Anpassung einer jeweiligen Kraftstoffregelanlage oder Füllungsregelanlage, bspw. mittels einer geänderten Ventilöffnungskurve oder einer Androsselung beispielsweise über eine Einzeldrosselanlage erreicht werden.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Steuergerät zum Steuern bzw. Regeln einer jeweiligen Deaktivierung von Ein- und/oder Auslassventilen eines jeweiligen Zylinders einer jeweiligen Brennkraftmaschine.
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Als Steuergerät zum Steuern einer jeweiligen Deaktivierung bzw. Aktivierung von Ventilen bzw. Ventiltrieben von Ein- und/oder Auslassventilen kann ein von einer jeweiligen Brennkraftmaschine umfasstes Steuergerät oder ein beliebiges weiteres technisch geeignetes Steuergerät konfiguriert werden.
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Es ist vorgesehen, dass falls für einen Betrieb einer jeweiligen Brennkraftmaschine ein festes Ausblendmuster verwendet wird, dieses Ausblendmuster in einem jeweiligen Steuergerät zur Steuerung der Deaktivierung bzw. Aktivierung jeweiliger Ein- und/oder Auslassventile bzw. Ventiltriebe hinterlegt, d. h. gespeichert wird, so dass das Ausblendmuster dem erfindungsgemäßen Verfahren zugänglich wird.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder, der mindestens ein Einlassventil und mindestens ein Auslassventil umfasst, wobei das mindestens eine Einlassventil und/oder das mindestens eine Auslassventil in Abhängigkeit eines Ausblendmusters zu deaktivieren oder zu aktivieren ist.
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Die vorgestellte Brennkraftmaschine zeichnet sich vor allem durch einen höheren Bauteileschutz, verringerte Belastung des Katalysators sowie durch einen reduzierten Verbrauch gegenüber herkömmlichen Brennkraftmaschinen ohne selektive Deaktivierung von Ein- und/oder Auslassventilen bei einer aktiven Zylinderausblendung aus.
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Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung eine Füllungsregelanlage, die einen bei einer selektiven Ein- bzw. Auslassventildeaktivierung ggf. entstehenden Füllungsüberschuss kompensiert, d. h. ausgleicht. Dazu kann die Füllungsregelanlage bspw. eine Einzeldrosselungsanlage oder eine Vorrichtung zur Anpassung einer jeweiligen Ventilöffnungskurve umfassen, so dass eine optimale Versorgung von nicht ausgeblendeten Zylindern mit Gemisch auch bei Ausblendung eines oder mehrerer weiterer Zylinder ermöglicht wird.
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Die beschriebene Kraftstoffregelanlage kann bspw. als Anordnung von Einspritzdüsen oder jeder weiteren technisch geeigneten Vorrichtung zum Dosieren bzw. Einbringen von Kraftstoff in eine Brennkammer bzw. einen Brennraum eines Zylinders ausgestaltet sein.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine mögliche Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer möglichen Ausgestaltung eines Zylinders einer Brennkraftmaschine in einem nicht ausgeblendeten Zustand.
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3 zeigt eine schematische Darstellung einer möglichen Ausgestaltung des Zylinders aus 2 in einem ausgeblendeten Zustand.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
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Bei dem in 1 dargestellten Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine wird in einem ersten Prüfschritt 1 überprüft, ob aktuell eine Zylinderausblendung beim Betrieb der Brennkraftmaschine aktiv ist. Falls eine Zylinderausblendung aktuell aktiv ist, wird, wie durch Pfeil 2 angedeutet, in einem weiteren Prüfschritt 3 für einen jeweils nächsten Zylinder, für den ein Ventilhub jeweiliger Einlassventile abgeschaltet werden kann, geprüft, ob der jeweilige Zylinder in einem auf einem Steuergerät hinterlegten Ausblendmuster aktuell enthalten ist. Falls der jeweilige Zylinder in dem Ausblendmuster aktuell enthalten ist, wird in einem Stellschritt 5, wie durch den Pfeil 6 angedeutet, ein jeweiliger Ein- und/oder Auslassventilhub bzw. Ventiltrieb auf Nullhub gestellt, d. h. das Einlassventil wird geschlossen. Ferner wird, wie durch Pfeil 8 angedeutet, in einem Regelschritt 7 eine der Brennkraftmaschine zugeführte Menge an Kraftstoff derart kompensiert, dass die für den jeweiligen ausgeblendeten Zylinder im Normalbetrieb bereitzustellende Menge an Kraftstoff zurückbehalten, d. h. eine jeweilige Kraftstoffregelanlage um diese Menge reduziert mit Kraftstoff versorgt wird.
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Falls aktuell keine Zylinderausblendung in der Brennkraftmaschine aktiv sein sollte, so ist vorgesehen, wie durch Pfeil 12 angedeutet, direkt zu einem Stellschritt 11 zu wechseln, bei dem jeweilige Einstellungen für einen Nullhub, d. h. jeweilige Ventilstilllegungen, deaktiviert werden. Gleiches gilt für den Fall, dass ein jeweiliger Zylinder nicht von einem jeweiligen Ausblendmuster aktuell umfasst ist, wie durch Pfeil 4 angedeutet. Durch eine Deaktivierung von Nullhub-Einstellungen sollen für den Fall, dass keine Zylinderausblendung erwartet wird, fehlende Füllungen jeweiliger Zylinder vermieden werden.
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Der in 2 dargestellte Zylinder 104, mit einem Einlassventil 101 und einem Auslassventil 102 befindet sich in der in 2 dargestellten Situation in einem Ansaug-Takt, bei dem Treibstoff durch das geöffnete Einlassventil 101 angesaugt wird. Dabei drückt ein Ventiltrieb 103 das Einlassventil 101 derart in den Zylinder 104, dass der Zylinder 104 geöffnet wird und Treibstoff eindringen kann, der gezündet wird und den Kolben 105 sowie die Pleuelstange 109 in eine Hubbewegung versetzt, wie durch den Pfeil 110 angedeutet.
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In 3 ist der Zylinder 104 in einer ausgeblendeten Situation dargestellt, d. h., dass der Zylinder 104 sich ebenfalls in einem Ansaug-Takt befindet, wobei der Ventiltrieb 103 zuvor in eine deaktivierte Stellung gebracht wurde, so dass der Ventiltrieb 103 das Einlassventil 101 nicht in den Zylinder 104 drückt und der Zylinder dadurch geschlossen bleibt. Entsprechend führt die Hubbewegung des Kolbens 105, wie durch den Pfeil 110 angedeutet, nicht zu einem Eintrag von Kraftstoff in den Zylinder 104, wodurch der Kolben 105 sowie die Pleuelstange 109 auch nicht mit zusätzlicher Energie versorgt werden. Vielmehr schwingt der Kolben 105 gegen einen Luftwiderstand innerhalb des geschlossenen Zylinders 104 an, der ggf. zu einer Verzögerung der Hubbewegung des Kolbens 104 führt. Entsprechend schwingt der Kolben 105 in dem Zylinder 104 ohne Kraftstoffverbrauch.
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Sobald der Zylinder 104 jedoch wieder aktiviert wird, senkt sich der Ventiltrieb 103, drückt das Einlassventil 101 in den Zylinder 104 und ermöglicht dadurch ein Eindringen von Kraftstoff in den Zylinder 104 sowie ein Umwandeln von thermischer Energie bzw. potentieller Energie in kinetische Energie durch die Brennkraftmaschine.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004021183 B1 [0005]
- DE 102011119528 A1 [0006]
- DE 10148347 A1 [0007]
- DE 10055595 A1 [0008]
