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Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenbrennkraftmaschine.
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Hubkolbenbrennkraftmaschinen können eine Nockenwellenverstellung (auch schaltbare bzw. variable Nockenwellensteuerung oder Ventilsteuerung genannt) aufweisen, mit der Steuerzeiten einer Ventilsteuerung der Hubkolbenbrennkraftmaschine im Betrieb verändert werden können. Eine derartige schaltbare Ventilsteuerung kann ein zweiflutiges hydraulisches System zur Beaufschlagung mit einem Schaltdruck (für die Ansteuerung der Ventilsteuerung) in einem Kanal und eine Schmierölversorgung in einem zweiten Kanal aufweisen. Über ein Schaltelement (z.B.: schaltbare Schlepphebel versorgt über zweitflutige hydraulische Ventilspielausgleichselemente (HVA)) können über den Schaltkanal die Steuerzeiten verändert werden. Es handelt sich also um eine Zuschaltung eines Hilfs-Hubs zu einem Haupt-Hub bei einem schaltbaren Ventiltrieb.
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Ferner können Hubkolbenbrennkraftmaschinen dazu ausgebildet sein, durch Dekompression im Verdichtungstakt den durch Verdichtungsarbeit entstehenden Widerstand durch eine vorübergehende Aufhebung der Verdichtung zu vermindern. Der vorwiegende Zweck ist die Erleichterung des Motorstarts. Eine derartige Dekompressionseinrichtung kann als ein einflutiges System mit einem Hydraulikspeicher ausgebildet sein, wobei der Hydraulikspeicher einen Schaltdruck beim Startvorgang bereitstellt, um z.B. Auslassventile zu öffnen (Deko-Hub). Das einflutige System stellt einen Schaltdruck und eine Schmierölversorgung über einen Kanal zur Verfügung.
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Jedoch ermöglichen derzeit bekannte Hubkolbenbrennkraftmaschinen nicht, zugleich die Vorteile eines schaltbaren Ventiltriebs und einer Dekompression zu nutzen.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Wege aufzuzeigen, wie bei einer Hubkolbenbrennkraftmaschine zugleich die Vorteile eines schaltbaren Ventiltriebs und einer Dekompression nutzbar gemacht werden können.
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Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit zumindest einem Zylinder, dem zumindest ein erstes Auslassventil und ein zweites Auslassventil zugeordnet ist, wobei eine erste Hydraulikleitung druckübertragend mit dem Ventiltrieb des ersten Auslassventils und eine zweite Hydraulikleitung druckübertragend mit dem Ventiltrieb des zweiten Auslassventils verbunden ist, wobei durch Beaufschlagen der ersten Hydraulikleitung mit einem Schaltdruck ein Deko-Hub bereitgestellt werden kann und durch Beaufschlagen der zweiten Hydraulikleitung mit dem Schaltdruck ein Hilfs-Hub bereitgestellt werden kann. Die SchmierÖlversorgung des Ventiltriebs erfolgt auch für das zweite Auslassventil über einen Versorgungskanal aus der Hydraulikleitung des Dekompressionssystems. Der Ventiltrieb weist zumindest Ventilspielausgleichselemente (HVA) und eine Nockenwellenlagerung auf.
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Die Erfindung stellt somit eine Kombination eines einflutigen Dekompressionssystems an jeweils einem Auslassventil pro Zylinder mit einem zweiflutigen schaltbaren Ventiltrieb am anderen Ventil des Zylinders bereit. Außerdem erlaubt die Erfindung kleinstmögliche hydraulische Schaltdrücke für den schaltbaren Ventiltrieb ohne zusätzlichem Kanal zur Ölversorgung der Ventilspielausgleichselemente. Dadurch kann eine Ölpumpe, welche für die Hydraulikansteuerung einen Systemdruck bereitstellt, besonders klein ausgeführt werden. Des Weiteren ist ein Betrieb der Hubkolbenmaschine mit abgesenkten Öldrücken möglich, da aufgrund des zweiflutigen Systems ein abgesenkter Schaltdruck möglich ist. Ferner ist eine Kanalführung im Zylinderkopf der Hubkolbenbrennkraftmaschine kaum aufwändiger zu fertigen als bei zwei getrennten einflutigen Systemen.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass durch Beaufschlagen der ersten Hydraulikleitung mit dem Schaltdruck im Wesentlichen ein Strömungsstillstand in der ersten Hydraulikleitung bewirkbar ist. Dabei wird unter einem im wesentlichen Strömungsstillstand auch ein Zustand verstanden, bei dem es z.B. aufgrund fertigungsbedingter Undichtigkeiten zu einer minimalen Restströmung kommt. Daher kann ohne Druckverlust und auch bei minimalen Leckagen durch einen Hydraulikspeicher der Schaltdruck bereitgestellt werden, um einen Deko-Hub zu bewirken.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass durch Beaufschlagen der zweiten Hydraulikleitung mit dem Schaltdruck eine Strömungsrichtungsumkehr in der zweiten Hydraulikleitung bewirkbar ist. Durch die Strömungsrichtungsumkehr kann bei einer ersten Strömungsrichtung ein reduzierter Druck und bei einer zweiten, zur ersten Strömungsrichtung entgegengesetzten Strömungsrichtung, ein Schaltdruck bereitgestellt werden, wobei der Schaltdruck höher als der reduzierte Druck ist.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die erste Hydraulikleitung Schmieröl zur Versorgung einer Nockenwellenlagerung der Hubkolbenbrennkraftmaschine und von Ventilspielausgleichselementen des ersten Auslassventils und des zweiten Auslassventils bereitstellt.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Schaltdruck zum Beaufschlagen der ersten Hydraulikleitung von einem Hydraulikspeicher geliefert wird. Der Hydraulikspeicher (auch Hydrospeicher, Hydropneumatischer Speicher oder auch Akkumulator genannt) ist dazu ausgebildet, eine Flüssigkeit unter Druck zu speichern. Beim Entladen des Hydraulikspeichers kann hydraulische Energie abgegeben werden. Der Flüssigkeitsdruck komprimiert ein Gas oder eine Feder bzw. hebt ein Gewicht. Bei Volumenentnahme dehnt sich das Speichergas aus bzw. entspannt sich die Speicherfeder, wobei sich der Druck reduziert. Mit einem Hydraulikspeicher kann insbesondere dann ein hoher Druck bereitgestellt werden, wenn z.B. eine Ölpumpe der Hubkolbenbrennkraftmaschine noch nicht läuft oder noch nicht ihre volle Leistungsfähigkeit erreicht hat. So kann eine Druckversorgung verbessert werden. Der Hydraulikspeicher kann bei einem Motorstart und/oder bedarfsgerecht im Betrieb durch Anhebung eines von der Ölpumpe bereitgestellten Drucks (auch Systemdrucks) gefüllt werden. Ferner kann der Hydraulikspeicher durch einen Öldrucksensor drucküberwacht werden, um eine bedarfsgerechte Füllung zu ermöglichen.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Schaltdruck zum Beaufschlagen der zweiten Hydraulikleitung von einer Ölpumpe bereitgestellt wird. So kann der von der Ölpumpe bereitgestellte Druck genutzt werden, um während des Betriebs der Hubkolbenbrennkraftmaschine z.B. den Ventiltrieb zu verändern. Es kann ein Öldrucksensor im zweiten Hydraulikkanal vorgesehen sein, um ein niedriges Druckniveau und den resultierenden Schaltdruck zu überwachen und gegebenenfalls diesen Öldrucksensorwert für eine Systemdruckregelung, z.B. realisiert im Motorsteuergerät, zu verwenden.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass auf ein Beaufschlagen der ersten Hydraulikleitung mit dem Schaltdruck hin ein der ersten Hydraulikleitung zugeordnetes Rückschlagventil sperrt. So kann mit einfachen Mitteln ein Strömungsstillstand in der ersten Hydraulikleitung erreicht werden, insbesondere wenn ein Beaufschlagen mit dem Schaltdruck zu einer Druckrichtungsumkehr führt.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass der zweiten Hydraulikleitung ein erstes Drosselventil zugeordnet ist, wobei das erste Drosselventil eine Druckreduzierung eines von einem Hydraulikspeicher bereitgestellten Schaltdruckes bewirkt. So kann bei einer Druckversorgung mit dem Hydraulikspeicher auf einfache Weise ein reduzierter Druck bereitgestellt werden.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass der ersten Hydraulikleitung ein zweites Drosselventil zugeordnet ist, wobei das zweite Drosselventil eine Druckreduzierung eines von einer Ölpumpe bereitgestellten Schaltdruckes bewirkt. So kann bei einer Druckversorgung mit einer Ölpumpe im Betrieb der Hubkolbenbrennkraftmaschine auf einfache Weise ein reduzierter Druck bereitgestellt werden.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass ein erstes Schaltventil vorgesehen ist, mit dem die zweite Hydraulikleitung in einer Schaltstellung mit einem von einer Ölpumpe bereitgestellten Schaltdruck beaufschlagt werden kann. So kann auf besonders einfache Weise ein Schaltdruck auf die zweite Hydraulikleitung gegeben werden. Ferner kann vorgesehen sein, dass das Schaltventil einen Auslass aufweist, durch den Öl abfließen kann, wenn sich das Schaltventil in einer sperrenden Schaltstellung befindet. Zusätzlich kann ein Druckbegrenzungsventil am Auslass vorgesehen sein, damit keine Öldruckwerte, welche unter dem Mindest-Schmieröldruck liegen, im nicht aktivierten Zustand auftreten können.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass ein zweites Schaltventil vorgesehen ist, mit dem die erste Hydraulikleitung in einer Schaltstellung mit einem von einem Hydraulikspeicher bereitgestellten Schaltdruck beaufschlagt werden kann. So kann auf besonders einfache Weise ein Schaltdruck auf die erste Hydraulikleitung gegeben werden. Ferner kann vorgesehen sein, dass das Schaltventil einen Auslass aufweist, durch den Öl abfließen kann, wenn sich das Schaltventil in einer sperrenden Schaltstellung befindet. Zusätzlich kann ein Druckbegrenzungsventil am Auslass vorgesehen sein, damit keine Öldruckwerte, welche unter dem Mindest-Schmieröldruck, im nicht aktivierten Zustand auftreten können.
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Ferner gehört zur Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Hubkolbenbrennkraftmaschine.
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Es wird nun die Erfindung unter Bezugnahme auf eine Zeichnung erläutert. Es zeigen:
- 1 in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer Hubkolbenbrennkraftmaschine in einem ersten Betriebszustand.
- 2 die in 1 gezeigte Hubkolbenbrennkraftmaschine in einem zweiten Betriebszustand.
- 3 die in 1 gezeigte Hubkolbenbrennkraftmaschine in einem dritten Betriebszustand.
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Es wird zunächst auf 1 Bezug genommen.
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Darstellt ist eine Hubkolbenbrennkraftmaschine 1.
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Die Hubkolbenbrennkraftmaschine 1 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Ottomotor zum Antrieb eines Kraftrades, wie z.B. eines Motorrades, oder eines Kraftfahrzeugs, wie eines PKWs, ausgebildet. Alternativ kann die Hubkolbenbrennkraftmaschine 1 auch als Dieselmotor ausgebildet sein.
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Von der Hubkolbenmaschine 1 sind in der 1 drei Zylinder 2 dargestellt, wie z.B. eine Zylinderreihe eines V6-Motors. Jedem der Zylinder 2 sind je zwei Auslassventile 3a, 3b und Einlassventile 4a, 4b zugeordnet.
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Ferner weist die Hubkolbenmaschine 1 sowohl einen schaltbaren Ventiltrieb auf und ist zur Dekompression ausgebildet. Somit können die jeweiligen ersten Auslassventile 3a der jeweiligen Zylinder 2 mit einem Deko-Hub beaufschlagt werden, um eine Dekompression zu bewirken, und die jeweiligen zweiten Auslassventile 3b der jeweiligen Zylinder 2 können mit einem Hilfs-Hub beaufschlagt werden, um den Ventiltrieb zu verändern. Es kann also je eines von zwei Auslassventile 3a mit dem Deko-Hub und das andere Auslassventil 3b mit dem Hilfs-Hub beaufschlagt werden.
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Hierzu ist eine erste Hydraulikleitung 5a vorgesehen, die mit dem jeweiligen ersten Ventilspielausgleichselementen(einflutige Ausführung) druckübertragend verbunden ist. Des Weiteren ist eine zweite Hydraulikleitung 5b druckübertragend mit dem jeweiligen zweiten Ventilspielausgleichselement(zweiflutige Ausführung) verbunden. Durch Beaufschlagen der ersten Hydraulikleitung 5a mit einem Schaltdruck kann der Deko-Hub bereitgestellt werden und durch Beaufschlagen der zweiten Hydraulikleitung 5b mit dem Schaltdruck kann der Hilfs-Hub bereitgestellt werden, wie dies noch später detailliert erläutert wird.
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Eine Nockenwellenlagerung und die dem ersten Auslassventile 3a und dem zweiten Auslassventile 3b zugeordnete Ventilspielausgleichselemente werden über die erste Hydraulikleitung 5a mit Schmieröl versorgt.
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Ferner ist noch eine dritte Hydraulikleitung 5c zur Schmierölversorgung einer Einlassnockenwellenlagerung und Einlass-Ventilspielausgleichselemente vorgesehen, die sich im Wesentlichen parallel zur ersten Hydraulikleitung 5a und zur zweiten Hydraulikleitung 5b erstreckt. Des Weiteren weist die Hubkolbenbrennkraftmaschine 1 im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Hydraulikspeicher 6, zwei Schaltventile 7, 8, zwei Rückschlagventile 9, 10 und zwei Drosselventile 11, 12, zwei Druckbegrenzungsventile 15, 16 und zwei Öldrucksensoren (oder -schalter) 17, 18 auf. Die Schaltventile 7, 8 können z.B. 3/2-Wegeventile sein.
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Von einem Anschluss 13 für eine Ölpumpe 19 erstreckt sich die dritte Hydraulikleitung 5c in einer ersten Richtung an den Einlassventilen 4a, 4b vorbei bis zu den Drosselventilen 11 und 12 und in der entgegengesetzten Richtung bis zum ersten Schaltventil 7 und zum Rückschlagventil 9.
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Vom ersten Schaltventil 7 erstreckt sich die erste Hydraulikleitung 5a entlang der Auslassventile 3a, 3b und den Einlassventilen 4a, 4b hindurch und mündet dann in die dritte Hydraulikleitung 5c. Zwischen den Zylindern 2 und der dritten Hydraulikleitung 5c ist das erste Drosselventil 11 angeordnet.
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Vom zweiten Schaltventil 8 erstreckt sich die erst Hydraulikleitung 5a an den Auslassventilen 3a, 3b vorbei bis zum zweiten Schaltventil 8. Dabei sind zwischen der Abzweigung und den Zylindern 2 das zweite Rückschlagventil 10 und das zweite Drosselventil 12 angeordnet.
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Vom zweiten Schaltventil 8 erstreckt sich eine Verbindungsleitung 14 zu dem Hydraulikspeicher 6.
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In die Verbindungsleitung 14 mündet die dritte Hydraulikleitung 5c, wobei nach der Abzweigung zu Schaltventil 7 und der Verbindungsleitung 14 das erste Rückschlagventil 9 angeordnet ist.
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Im Betrieb kann die Hubkolbenbrennkraftmaschine 1 drei verschiedene Betriebszustände einnehmen: einen ersten Betriebszustand, bei dem sowohl der Hilfs-Hub als auch der Deko-Hub deaktiviert sind (siehe 1), einen zweiten Betriebszustand, bei dem Hilfs-Hub aktiviert und der Deko-Hub deaktiviert sind, und einen dritten Betriebszustand, bei dem der Hilfs-Hub deaktiviert und der Deko-Hub aktiviert sind.
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Ein Betrieb mit aktiviertem Hilfs-Hub und Deko-System ist nicht vorgesehen, jedoch auch möglich.
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Im ersten Betriebszustand werden die beide Schaltventil 7, 8 derart angesteuert, dass beide Schaltventile 7, 8 jeweils sperren.
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Es stellt sich eine Ölströmung von dem Anschluss 13 durch die dritte Hydraulikleitung 5c und durch das in dieser Strömungsrichtung öffnende erste Rückschlagventil 9 ein, die zu einer Druckerhöhung im Hydraulikspeicher 6 führt.
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Diese Druckerhöhung erfolgt bevorzugt bei einem Motorstart und bei Bedarf.
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Ferner stellt sich eine Ölströmung durch das zweite Drosselventil 12 und das in dieser Strömungsrichtung öffnende zweite Rückschlagventil 10 ein. Dabei bewirkt das zweite Drosselventil 12 eine Druckabsenkung, sodass in der ersten Hydraulikleitung 5a im ersten Betriebszustand ein reduzierter Druck herrscht, der nicht zur Aktivierung des Hilfs-Hubs ausreicht.
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Des Weiteren bewirkt das erste Drosselventil 11 ebenfalls eine Druckabsenkung, sodass in der zweiten Hydraulikleitung 5b im ersten Betriebszustand ebenfalls der reduzierte Druck herrscht, der nicht zur Aktivierung des Deko-Hubs ausreicht.
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Um von dem ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand zu wechseln wird das erste Schaltventil 7 derart angesteuert, dass es öffnet, während das zweite Schaltventil 8 geschlossen bleibt. Nun wird auch die zweite Hydraulikleitung 5b mit dem Schaltdruck beaufschlagt.
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Die Druckerhöhung in der zweiten Hydraulikleitung 5b vom reduzierten Druck auf den Schaltdruck bewirkt eine Strömungsrichtungsumkehr in der zweiten Hydraulikleitung 5b im Vergleich zum ersten Betriebszustand. D.h. es stellt sich eine Strömung vom ersten Schaltventil 7 an den Zylindern 2 vorbei durch das erste Drosselventil 11 ein, die dann in die dritte Hydraulikleitung 5c mündet.
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Der Schaltdruck in der zweiten Hydraulikleitung 5b bewirkt nun eine Aktivierung des Hilfs-Hubs.
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Um hingegen von dem ersten Betriebszustand in der dritten Betriebszustand zu wechseln wird das zweite Schaltventil 8 derart angesteuert, das es öffnet, während das erste Schaltventil 7 geschlossen bleibt. Nun wird die erste Hydraulikleitung 5a mit dem Schaltdruck beaufschlagt, wobei der Schaltdruck nun vom Hydraulikspeicher 6 bereitgestellt wird. Ferner kann im dritten Betriebszustand z.B. bei Motorstart die Ölpumpenleistung zur Bereitstellung des erforderlichen Systemdrucks noch nicht ausreichend vorhanden sein, d.h. in der dritten Hydraulikleitung 5c herrscht ein reduzierter Öldruck.
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Die Druckerhöhung in der ersten Hydraulikleitung 5a vom reduzierten Druck auf den Schaltdruck bewirkt, dass das zweite Rückschlagventil 10 nun sperrt. Ferner sperrt nun auch das erste Rückschlagventil 9 eine vierte Hydraulikleitung 5d vom Hydraulikspeicher 6 ab, d.h. die vierte Hydraulikleitung 5d wird nicht vom Hydraulikspeicher 6 mit dem Schaltdruck beaufschlagt. Die zweite Hydraulikleitung 5b weist im Vergleich zum ersten Betriebszustand ebenfalls einen reduzierten Druck auf.
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Der Schaltdruck in der ersten Hydraulikleitung 5a bewirkt nun eine Aktivierung des Deko-Hubs.
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Somit bietet die Hubkolbenbrennkraftmaschine 1 zugleich die Vorteile eines schaltbaren Ventiltriebs und einer Dekompression bei optimierter Ölpumpengröße, minimalen Systemöldruck sowie möglichst einfacher Kanalführung.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hubkolbenbrennkraftmaschine
- 2
- Zylinder
- 3a
- Auslassventil
- 3b
- Auslassventil
- 4a
- Einlassventil
- 4b
- Einlassventil
- 5a
- Hydraulikleitung
- 5b
- Hydraulikleitung
- 5c
- Hydraulikleitung
- 5d
- Hydraulikleitung
- 6
- Hydraulikspeicher
- 7
- Schaltventil
- 8
- Schaltventil
- 9
- Rückschlagventil
- 10
- Rückschlagventil
- 11
- Drosselventil
- 12
- Drosselventil
- 13
- Anschluss
- 14
- Verbindungsleitung
- 15
- Druckbegrenzungsventil
- 16
- Druckbegrenzungsventil
- 17
- Öldrucksensor/-schalter
- 18
- Öldrucksensor/-schalter
- 19
- Ölpumpe
