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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor. Insbesondere weist der Verbrennungsmotor eine adaptierte Nockenwelle auf, mit der ein Startverhalten des Verbrennungsmotors optimiert ist.
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Aus dem Stand der Technik ist bekannt, Ventile für Verbrennungsmotoren mit Nockenwellen anzusteuern. Um Einfluss auf die Ventilsteuerung nehmen zu können, sind aus dem Stand der Technik weiterhin variable Ventiltriebe bekannt.
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Wird ein Verbrennungsmotor aus dem Stillstand gestartet, so müssen sämtliche Kolben in allen Zylindern nacheinander Kompressionsarbeit verrichten. Dies führt jedoch einerseits zu unerwünschtem Schwingungsverhalten, andererseits zu einem nachteiligen Startverhalten.
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Moderne Verbrennungsmotoren weisen Phasensteller auf, mit denen eine Nockenwelle des Verbrennungsmotors verstellbar ist. Somit kann eine Dekompression der Zylinder durch sehr späte Einlassspreizungen erreicht werden. Dies führt allerdings auch zu sehr späten Verriegelungsspreizungen der Phasensteller. Unter allen Betriebsbedingungen kann der Verbrennungsmotor so nicht gestartet werden. Hydraulische Phasensteller können erst nach einem Druckaufbau durch die Ölpumpe verwendet werden, sodass ein Verstellen im Stillstand des Motors nicht möglich ist.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Start eines Verbrennungsmotors unter allen Betriebsbedingungen zu ermöglichen.
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Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1. Die Aufgabe wird daher insbesondere durch einen Verbrennungsmotor mit einer einstellbaren Dekompression der Zylinder gelöst. Der Verbrennungsmotor umfasst eine Nockenwelle, die zumindest ein Einlassventil antreibt, mit dem ein Fluideinlass in einem Zylinder steuerbar ist. Die Nockenwelle weist zumindest einen Nocken auf. Mit dem zumindest einen Nocken ist das Einlassventil des Verbrennungsmotors antreibbar. Dazu weist der Nocken eine Ventilöffnungserhebung auf, die das Einlassventil bis zu einem maximalen Ventilhub öffnet. An solchen Stellen, an denen der Nocken die Ventilöffnungserhebung nicht aufweist, bleibt das Einlassventil geschlossen. Der Nocken weist erfindungsgemäß zumindest einen Steuervorsprung auf. Der Steuervorsprung ist insbesondere zusätzlich zu der Ventilöffnungserhebung vorhanden. Vorteilhafterweise ist der Steuervorsprung auf das Nockenprofil geschliffen. Mit dem Steuervorsprung ist das Einlassventil zumindest während eines Teils einer Verdichtungsbewegung eines dem Einlassventil zugeordneten Kolbens des Verbrennungsmotors geöffnet. Somit ist eine variable Dekompression des Zylinders ermöglicht. Unter Dekompression ist insbesondere zu verstehen, dass innerhalb des Zylinders eine geringere Luftmenge vorhanden ist, als von dem Zylinder maximal angesaugt werden kann. Durch die so verminderte Luftmenge innerhalb des Zylinders ist insbesondere eine Kompressionsarbeit des Kolbens während eines Verdichtungstakts verringert. Der Verbrennungsmotor bietet somit ein optimales Startverhalten.
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Die Unteransprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
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Vorteilhafterweise ist durch den Steuervorsprung das Einlassventil während einer Verdichtungsbewegung eines dem Einlassventil zugeordneten Kolbens geöffnet. Somit ist das Einlassventil zumindest solange geöffnet, bis der Kolben nach Erreichen eines unteren Totpunkts eine Verdichtungsbewegung ausführt. Dies bedeutet, dass das Einlassventil zumindest während eines Teils der Verdichtungsbewegung geöffnet bleibt. Aufgrund der Ventilöffnung während der Verdichtungsbewegung findet eine Dekompression statt. Durch die Form des Steuervorsprungs ist eine Dauer der Öffnungszeit und damit ein Grad der Dekompression einstellbar.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Maximum der Ventilöffnungserhebung des Nockens bei einem Nockenwinkel zwischen 170° und 190°, insbesondere von 180°, vorhanden. Durch das Maximum der Ventilöffnungserhebung ist ein maximaler Ventilhub realisierbar. Der Steuervorsprung ist auf einem Bereich mit einem Nockenwinkel zwischen 200° und 270° angeordnet. Bei allen Winkelangaben ist erfindungsgemäß eine Abweichung von bis zu 5% möglich. Somit ist der Steuervorsprung in einem Bereich auf der Nockenwelle angeordnet, in dem das Einlassventil eine Schließphase durchläuft. Dies bedeutet, dass sich Ventilöffnungserhebung und Steuervorsprung vorteilhafterweise überlagern. Ebenso ist vorteilhaft vorgesehen, dass der Steuervorsprung auf einem Bereich mit einem Nockenwinkel zwischen 90° und 160° angeordnet ist. Wiederum ist erfindungsgemäß eine Abweichung bis zu 5% möglich. Besonders bevorzugt ist jeweils ein Steuervorsprung mit dem genannten Nockenwinkel vorhanden, wobei die beiden Steuervorsprünge insbesondere symmetrisch um die Ventilöffnungserhebung angeordnet sind.
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Bevorzugt umfasst der Steuervorsprung eine Zusatzerhebung. Die Zusatzerhebung bewirkt eine erneute Öffnungsbewegung des von der Nockenwelle angetriebenen Einlassventils. Die erneute Öffnungsbewegung findet bevorzugt während eines Schließvorgangs des Einlassventils statt. Der Schließvorgang erfolgt bevorzugt aufgrund der Form der Ventilöffnungserhebung sowie des Steuervorsprungs. Insbesondere findet die erneute Öffnungsbewegung dann statt, wenn der dem Einlassventil zugeordnete Kolben einen unteren Totpunkt erreicht hat. Die erneute Öffnungsbewegung ermöglicht daher eine Dekompression des Zylinders.
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Alternativ oder zusätzlich umfasst der Steuervorsprung eine Aufdickung. Die Aufdickung bewirkt eine Verzögerung des Schließvorgangs des von der Nockenwelle antreibbaren Einlassventils. Wiederum erfolgt der Schließvorgang bevorzugt aufgrund der Form der Ventilöffnungserhebung. Die Verzögerung erfolgt insbesondere über einen unteren Totpunkt des dem Einlassventil zugeordneten Kolbens hinaus. Somit bleibt das Einlassventil über einen Teil der Verdichtungsbewegung des Kolbens geöffnet, wodurch eine Dekompression des Zylinders ermöglicht ist.
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Der Verbrennungsmotor weist vorteilhafterweise eine variable Ventilsteuerung auf. Dabei ist vorgesehen, dass das Einlassventil über die variable Ventilsteuerung von der Nockenwelle antreibbar ist. Die variable Ventilsteuerung ermöglicht eine Einstellung des Ventilhubs des Einlassventils. Dabei ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass der Steuervorsprung derart auf dem Nocken vorhanden ist, dass das Einlassventil nur bei großen Ventilhüben auch dann geöffnet ist, wenn sich der Kolben des Zylinders mindestens an einem unteren Totpunkt befindet. Bei kleinen Ventilhüben ist das Einlassventil vorteilhafterweise geschlossen, wenn sich der Kolben an dem unteren Totpunkt befindet. Somit ist ein Einfluss des Steuervorsprungs über die Variation des Ventilhubs einstellbar. Insbesondere ist zwischen einem maximalen Einfluss bei großen Ventilöffnungen und einem minimalen Einfluss bei kleinen Ventilöffnungen stufenlos wechselbar. Bevorzugt weist der Verbrennungsmotor eine Nockenwellenverstellung auf, die insbesondere durch Phasensteller realisiert ist. Die Nockenwellenverstellung erlaubt ein Variieren eines Zeitpunkts, an dem das Einlassventil geschlossen ist. So muss das Einlassventil auch bei kleinen Ventilhüben nicht zwangsweise geschlossen sein, wenn sich der Kolben an dem unteren Totpunkt befindet. Durch die Variation des Ventilhubs ist der Dekompressionsgrad einstellbar.
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Außerdem erlaubt der Verbrennungsmotor bevorzugt im Betrieb einen Wechsel zwischen einem Betrieb mit frühem Schließen des Einlassventils vor einem unteren Totpunkt des Kolbens des Zylinders und einem Betrieb mit spätem Schließen des Einlassventils nach dem unteren Totpunkt des Kolbens des Zylinders. Insbesondere ist zwischen diesen Betrieben kontinuierlich wechselbar. Vorteilhafterweise ist bei geringen Drehzahlen der Verbrennungsmotor mit spät schließenden Einlassventilen betreibbar, während bei hohen Drehzahlen ein Wechsel des Betriebs zu früh schließenden Einlassventilen erfolgt. Dies ist mit dem erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor bevorzugt dadurch erreichbar, dass bei geringen Drehzahlen große Ventilhübe verwendet werden, sodass der Steuerungsvorsprung seine Wirkung entfaltet. Bei hohen Drehzahlen werden geringe Ventilhübe verwendet, sodass die Wirkung des Steuervorsprungs nachlässt oder nicht mehr vorhanden ist.
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Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Ansteuern eines Einlassventils eines Verbrennungsmotors. Dabei ist vorgesehen, dass das Einlassventil zumindest während eines Teils einer Verdichtungsbewegung eines dem Einlassventil zugeordneten Kolbens innerhalb eines Zylinders geöffnet bleibt. Somit findet bevorzugt eine Dekompression des Zylinders statt.
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Bevorzugt wird das Verfahren ausgeführt, indem während eines Schließvorgangs des Einlassventils eine erneute Öffnungsbewegung des Einlassventils durchgeführt wird. Die erneute Öffnungsbewegung findet insbesondere dann statt, wenn der dem Einlassventil zugeordnete Kolben einen unteren Totpunkt erreicht hat. Durch eine Länge und/oder eine Größe der erneuten Öffnungsbewegung ist die Dekompression einstellbar.
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Schließlich ist bevorzugt vorgesehen, dass das Verfahren alternativ oder zusätzlich derart ausgeführt wird, dass ein Schließen des Einlassventils verzögert wird. Das Verzögern findet insbesondere derart statt, dass das Einlassventil geöffnet bleibt, bis der dem Einlassventil zugeordnete Kolben einen unteren Totpunkt erreicht hat. Somit erfolgt das Schließen zwangsläufig erst während einer Verdichtungsbewegung des Kolbens.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Nockenwelle eines Verbrennungsmotors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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2 eine schematische Darstellung einer Nockenwelle eines Verbrennungsmotors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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3 eine schematische Darstellung des Verbrennungsmotors mit einer Nockenwelle gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
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4 eine schematische Darstellung eines Verlaufs einer Ventilöffnung, wenn ein Einlassventil mit der Nockenwelle gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel angesteuert wird, und
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5 eine schematische Darstellung eines Verlaufs einer Ventilöffnung, wenn ein Einlassventil mit der Nockenwelle gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel angesteuert wird.
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1 zeigt schematisch eine Nockenwelle 1 eines Verbrennungsmotors 8 (vgl. 3) gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Nockenwelle 1 dient zum Antrieb von Einlassventilen 5 des Verbrennungsmotors 8. In 1 ist weiterhin ein Nocken 2 der Nockenwelle 1 gezeigt. Der Nocken 2 umfasst einen Grundkreisbereich sowie eine Ventilöffnungserhebung 7, die zu einem maximalen Hub des Einlassventils 5 führt. Ein Maximum der Ventilöffnungserhebung 7, das einen maximalen Hub des Einlassventils 5 bewirkt, ist bei einem Nockenwinkel 100 zwischen 170° und 190°, insbesondere von 180°, angeordnet.
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Der Nocken 2 weist außerdem eine Zusatzerhebung 3 auf. Die Zusatzerhebung 3 ist bevorzugt an einem Bereich mit einem Nockenwinkel 100 zwischen 200° und 270 ° angeordnet. Somit wird das Einlassventil 5 durch die Zusatzerhebung 3 erneut geöffnet. Die erneute Öffnungsbewegung findet insbesondere dann statt, wenn ein dem Einlassventil 5 zugeordneter Kolben einen unteren Totpunkt erreicht hat. Somit ist mit der Zusatzerhebung eine Dekompression eines dem Nocken 2 zugeordneten Zylinders realisierbar. Durch die Form und Höhe der Zusatzerhebung 3 ist diese Dekompression einstellbar.
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Der Antrieb des Einlassventils 5 kann insbesondere über einen einstellbaren Ventiltrieb erfolgen, der zwischen Einlassventil 5 und Nockenwelle 1 einbringbar ist. Mit dem einstellbaren Ventiltrieb ist ein Hub einstellbar, den das Einlassventil 5 bei entsprechender Stellung der Nockenwelle 1 ausführen soll. Dies erlaubt außerdem, die Wirkung der Zusatzerhebung 3 einzustellen. So kann durch eine Reduktion des Ventilhubs eine Auswirkung der Zusatzerhebung 3 reduziert werden. Auf diese Weise ist die Dekompression des Zylinders 9 einstellbar.
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Eine Auswirkung der Zusatzerhebung 3 ist in 4 gezeigt. 4 zeigt ein kartesisches Koordinatensystem, wobei die Abszisse den Nockenwinkel 100 und die Ordinate einen Ventilhub des Einlassventils 5 darstellt. In dem Koordinatensystem sind eine erste Kurve 10 und eine zweite Kurve 20 gezeigt. In der ersten Kurve 10 ist ein maximaler Ventilhub von einem Millimeter realisiert. In der zweiten Kurve 20 ist ein maximaler Ventilhub von drei Millimetern realisiert. Durch den einstellbaren Ventiltrieb ist der Ventilhub des Einlassventils 5 derart einstellbar, dass die Verläufe wie in der ersten Kurve 10 oder in der zweiten Kurve 20 erreicht werden. Es ist ersichtlich, dass die Zusatzerhebung 3 keine Auswirkungen auf die erste Kurve 10 und die zweite Kurve 20 hat.
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Weiterhin sind in dem Koordinatensystem eine dritte Kurve 30 und eine vierte Kurve 40 dargestellt. Die dritte Kurve 30 und die vierte Kurve 40 stellen einen Verlauf des Ventilhubs dar, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist. Somit würde sich die dritte Kurve 30 dann ergeben, wenn bei einer Nockenwelle 1 ohne Zusatzerhebung 3 ein maximaler Ventilhub von sechs Millimetern eingestellt würde. Gleiches gilt analog für die vierte Kurve 40, wenn ein maximaler Ventilhub von zehn Millimetern eingestellt würde.
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Außerdem sind in 4 eine erste Zusatzerhebungskurve 50 und eine zweite Zusatzerhebungskurve 60 dargestellt. Die erste Zusatzerhebungskurve 50 stellt den Verlauf des Ventilhubs des Einlassventils 5 dar, wenn bei Verwendung der Nockenwelle 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ein maximaler Ventilhub von sechs Millimetern eingestellt ist. Analog zeigt die zweite Zusatzerhebungskurve 60 den Verlauf des Ventilhubs bei einem maximalen Ventilhub von zehn Millimetern.
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Insbesondere durch einen Vergleich der ersten Zusatzerhebungskurve 50 mit der zugehörigen dritten Kurve 30 sowie der zweiten Zusatzerhebungskurve 60 mit der zugehörigen vierten Kurve 40 ist eine Auswirkung der Zusatzerhebung ersichtlich. So wird eine erneute Öffnungsbewegung des Einlassventils 5 ausgeführt, wodurch eine Dekompression des Zylinders ermöglicht ist. Insbesondere erfolgt die erneute Öffnungsbewegung des Einlassventils 5 während einer Kompressionsbewegung eines Kolbens 6 (vgl. 3).
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2 zeigt schematisch eine Nockenwelle 1 eines Verbrennungsmotors 8 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Im Gegensatz zu dem ersten Ausführungsbeispiel ist auf der Nockenwelle 1 anstatt der Zusatzerhebung 3 eine Aufdickung 4 vorhanden. Die Aufdickung 4 bewirkt eine Verzögerung der Abnahme der Dicke der maximalen Erhebung 7, sodass ein Schließvorgang eines von der Nockenwelle 1 antreibbaren Einlassventils 5 verzögert ist.
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Analog zu dem ersten Ausführungsbeispiel befindet sich ein Maximum der Ventilöffnungserhebung 7 bei einem Nockenwinkel 100 von 180°. Die Aufdickung 4 erstreckt sich über einen Bereich mit einem Nockenwinkel 100 zwischen 200° und 270°.
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Eine Auswirkung der Aufdickung 4 ist in 5 gezeigt. 5 zeigt ein Diagramm analog zu 4. Auch sind die erste Kurve 10, die zweite Kurve 20, die dritte Kurve 30 und die vierte Kurve 40 wie in 4 gezeigt. Wiederum ist ersichtlich, dass in der ersten Kurve 10 und in der zweiten Kurve 20 die Aufdickung 4 keine Auswirkung auf den Ventilhub des Einlassventils 5 hat.
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Wird bei der Nockenwelle 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ein maximaler Ventilhub von sechs Millimetern eingestellt, so ergibt sich eine erste Aufdickungskurve 70. Wird hingegen ein Ventilhub von zehn Millimetern eingestellt, so ergibt sich eine zweite Aufdickungskurve 80. Durch einen Vergleich der ersten Aufdickungskurve 70 mit der zugehörigen dritten Kurve 30 sowie einen Vergleich der zweiten Aufdickungskurve 80 mit der zugehörigen vierten Kurve 40 ist eine Auswirkung der Aufdickung 4 ersichtlich.
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So ist erkennbar, dass ein Schließvorgang des Einlassventils 5 nicht wie im ersten Ausführungsbeispiel durch eine erneute Öffnungsbewegung unterbrochen, sondern vielmehr verzögert wird. Durch das verzögerte Schließen ist eine Dekompression des Zylinders 9 realisierbar. Insbesondere findet das verzögerte Schließen dazu über einen unteren Totpunkt eines Kolbens 6 (vgl. 3) hinaus statt.
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3 zeigt schematisch einen Verbrennungsmotor 8. Der Verbrennungsmotor 8 umfasst eine Nockenwelle 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Alternativ kann der Verbrennungsmotor 8 auch die Nockenwelle 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel umfassen.
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Die Nockenwelle 1 dient zum Antreiben eines Einlassventils 5. Der Antrieb des Einlassventils 5 kann über eine nicht gezeigte variable Ventilsteuerung erfolgen. Mit dem Einlassventil 5 ist ein Fluideinlass des Verbrennungsmotors 8 steuerbar. Somit ist das Einlassventil 5 ein Einlassventil des Verbrennungsmotors 8.
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Der Verbrennungsmotor 8 weist weiter einen Kolben 6 auf, der in einem Zylinder 9 geführt ist. Der Kolben 6 ist zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt bewegbar und vollführt insbesondere die Takte eines Ottomotors. Durch die Zusatzerhebung 3 oder die Aufdickung 4 des Nockens 2 ist das Einlassventil 5 insbesondere auch dann geöffnet, wenn sich der Kolben 6 in einer Kompressionsbewegung befindet. Somit findet eine Dekompression des Zylinders 9 statt.
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Der Grad der Dekompression des Zylinders 9 ist durch den variablen Ventiltrieb einstellbar. So ist in den 4 und 5 gezeigt, dass die Auswirkung der Zusatzerhebung 3 oder der Aufdickung 4 bei geringen Ventilhüben nicht mehr vorhanden ist. So kann durch eine Reduktion des Hubs des Einlassventils 5 durch den variablen Ventiltrieb der Einfluss der Zusatzerhebung 3 oder der Aufdickung 4 verringert werden. Der Verbrennungsmotor 8 ist daher entweder in einem Betrieb mit frühem Schließen des Einlassventils 5 vor dem unteren Totpunkt des Kolbens 6 oder in einem Betrieb mit spätem Schließen des Einlassventils 5 nach dem unteren Totpunkt des Kolbens 6 verwendbar.
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Insbesondere findet eine Dekompression des Zylinders 9 statt, wenn das Einlassventil 5 geöffnet bleibt, wenn der Kolben 6 einen unteren Totpunkt erreicht hat. Außerdem ermöglicht dies ein Vermeiden der Kompression des vollständigen Zylinders 9 beim Starten des Verbrennungsmotors 8. Somit zeigt der Verbrennungsmotor 8 ein optimales Startverhalten.
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Wird der Hub des Einlassventils 5 verringert, so wird das Einlassventil 5 unabhängig von der Zusatzerhebung 3 und der Aufdickung 4 geschlossen, bis der Kolben 6 seinen unteren Totpunkt erreicht hat. Eine Dekompression wird daher vermieden.
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Außerdem erlaubt die Zusatzerhebung 3 oder die Aufdickung 4 ein Umschalten eines Betriebs des Verbrennungsmotors 8 zwischen dem Betrieb mit frühem Schließen des Einlassventils 5 vor dem unteren Totpunkt des Kolbens 6 und dem Betrieb mit spätem Schließen des Einlassventils 5 nach dem unteren Totpunkt des Kolbens 6. Der bei geringen Drehzahlen vorteilhafte Betrieb mit spätem Schließen ist insbesondere dadurch ermöglicht, dass bei geringen Drehzahlen ein Ventilhub derart eingestellt wird, dass die Zusatzerhebung 3 oder die Aufdickung 4 eine Wirkung entfalten und somit das Einlassventil 5 über den unteren Totpunkt des Kolbens 6 hinaus offen bleibt. Bei hohen Drehzahlen kann dann auf den Betrieb mit frühem Schließen umgeschaltet werden. Der Verbrennungsmotor 8 löst damit den lange bestehenden Zielkonflikt bei der Auslegung des Verbrennungsmotors 8, insbesondere des Ventiltriebs, zwischen dem Betrieb mit frühem Schließen des Einlassventils 5 und spätem Schließen des Einlassventils 5 durch überraschend einfache Mittel.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Nockenwelle
- 2
- Nocken
- 3
- Zusatzerhebung
- 4
- Aufdickung
- 5
- Ventil
- 6
- Kolben
- 7
- Ventilöffnungserhebung
- 8
- Verbrennungsmotor
- 9
- Zylinder
- 10
- erste Kurve
- 20
- zweite Kurve
- 30
- dritte Kurve
- 40
- vierte Kurve
- 100
- Nockenwinkel
