EP2173977A1 - Gaswechselventilbetätigungsvorrichtung - Google Patents

Gaswechselventilbetätigungsvorrichtung

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EP2173977A1
EP2173977A1 EP08801530A EP08801530A EP2173977A1 EP 2173977 A1 EP2173977 A1 EP 2173977A1 EP 08801530 A EP08801530 A EP 08801530A EP 08801530 A EP08801530 A EP 08801530A EP 2173977 A1 EP2173977 A1 EP 2173977A1
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EP
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gas exchange
exchange valve
crankshaft
actuating device
decompression
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EP08801530A
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English (en)
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Marcus Hergert
Kai Kanning
Stefan Rudert
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Mercedes Benz Group AG
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Daimler AG
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Publication date
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    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
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    • F01L13/06Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for braking
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/02Valve drive
    • F01L1/04Valve drive by means of cams, camshafts, cam discs, eccentrics or the like
    • F01L1/08Shape of cams
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D13/00Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing
    • F02D13/02Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
    • F02D13/0273Multiple actuations of a valve within an engine cycle
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D13/00Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing
    • F02D13/02Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
    • F02D13/04Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation using engine as brake

Definitions

  • the invention relates to a gas exchange valve actuating device according to the preamble of claim 1.
  • the invention has for its object to provide a decompression brake device with a maximum braking power in different operating conditions.
  • the object is achieved in each case by the features of patent claim 1, wherein further embodiments of the invention can be taken from the subclaims.
  • the invention is based on a gas exchange valve actuating device, in particular for an internal combustion engine, with at least one firing camshaft which is phase-adjustable by means of a firing camshaft adjusting device to a crankshaft, and with a decompression brake device comprising at least one brake cam and at least one Dekompressionsgas monventil.
  • the gas exchange valve actuating device comprises an adjusting device which is provided to set a Dekompressionsgas crispventilbe- actuating time.
  • a “decompression gas exchange valve actuation time” should in particular be understood to mean a time that is related to the crankshaft, in particular a phase time point related to the crankshaft, at which the decompression gas exchange valve is actuated by the decompression brake device. and in particular is opened, the Dekompressionsgas grillventi! can be made in one piece or in several parts with a gas outlet.
  • “provided” is meant in particular specially equipped, designed and / or programmed
  • the brake cam is arranged on the firing camshaft.
  • a decompression brake device with an adjustable gas exchange valve actuation time which can be produced in a particularly simple and cost-effective manner.
  • an arrangement of the brake cam on a brake camshaft is conceivable.
  • the decompression gas exchange valve actuation timing at which the brake cam disposed on the firing camshaft actuates the decompression gas exchange valve can be set particularly easily.
  • the adjusting device is at least partially designed in one piece with the Befashionungsnockenwellenverstellvorraum. As a result, material, components and costs can be saved and the decompression brake can be made very compact.
  • a control unit provided to set the decompressing gas change valve actuation timing is proposed.
  • the decompression brake device can be adapted particularly flexibly to different operating conditions.
  • control unit is provided to set the Dekompressionsgaswech- selventilbetuschists time in dependence on a speed of the crankshaft.
  • a braking power adapted to the operating state can be set.
  • Dependence on further or alternative parameters that appear reasonable to a person skilled in the art, for example as a function of a loading state or a driver's request.
  • the brake camshaft actuation time is shifted in the direction of a top dead center with a decreasing rotational speed of the crankshaft.
  • a “top dead center” should be understood in particular a position of the crankshaft, in which a direction of movement of a piston attached to the crankshaft is changed or a position of the piston at which a compression of a gas enclosed in a cylinder by the piston is maximum.
  • FIG. 1 shows a gas exchange valve actuating device in the closed state
  • FIG. 2 shows a gas exchange valve actuating device in the open state at a top dead center of a crankshaft.
  • FIG. 1 shows a cross section through a gas exchange valve actuating device for an internal combustion engine with a firing camshaft 10, which is phase-adjustable by means of a firing camshaft adjusting device 11 to a crankshaft 12.
  • a decompression brake device 13 is arranged, which comprises a brake cam 14 and a decompression gas exchange valve 15.
  • the gas exchange valve actuating device comprises an adjusting device 16, by means of which a decompression device gas exchange valve timing at which the Dekompressionsgas monventi! 13 is opened, can be adjusted.
  • the brake cam 14 of the decompression brake device 13 is disposed on the firing camshaft 10. Via a brake cam follower 17, which is arranged on a brake rocker arm 18, the brake cam 14 is connected to the brake rocker arm 18.
  • the brake cam follower 17 follows the movement of the brake cam 14, whereby the brake rocker arm 18 performs a pivoting movement.
  • the brake rocker arm 18 is connected via a suitable device 27 with the decompression gas exchange valve 15 and the decompression gas exchange valve 15 is opened by the pivoting movement of the brake rocker arm 18 ( Figure 2).
  • rocker arm 26 About another rocker arm 26 is the Dekompressionsgas grillventi! 15, which also forms an exhaust gas outlet valve for a firing operation, connected to an exhaust cam 19.
  • the rocker arm 26 follows the movements of the exhaust cam 19 via a cam follower 25.
  • the gas 24 enclosed in a cylinder 20 is compressed by a movement of a piston 21 and a pressure is built up.
  • a maximum built-up pressure of the gas 24 enclosed in the cylinder 20, which is reached when the decompression gas exchange valve 15 remains closed, increases in particular with an increasing rotational speed of the crankshaft 12.
  • the rotational speed of the crankshaft 12 corresponds in particular to a rotational speed of the internal combustion engine.
  • An energy that is expended to compress the gas 24 depends, in particular, on the pressure built up in the cylinder 20. By opening the decompression gas exchange valve 15, the energy expended is dissipated in particular as heat energy and a braking effect is created.
  • a decompression gas exchange valve actuation time is set via a phase angle between the crankshaft 12 and the firing camshaft 10 at which the decompression gas exchange valve 15 is opened.
  • the pressure built up in the cylinder 20 is always less than or equal to a maximum allowable cylinder pressure.
  • the firing camshaft 10 is rotated by the adjusting device 16 against the crankshaft 12.
  • the pressure in the cylinder 20 is built up faster than at a low speed. Since the built-up pressure at a high speed is greater than at a low speed, especially at a high speed of the pressure built up in the cylinder 20 may exceed the maximum allowable cylinder pressure. To avoid this, the decompression gas exchange valve 15 is opened before reaching a top dead center 23, especially at a high speed.
  • the control unit 22 shifts the decompression gas exchange valve timing with decreasing speed in the direction of top dead center 23.
  • the maximum pressure built up of the gas 24 enclosed in the cylinder 20 remains below the maximum allowable cylinder pressure.
  • the decompression gas exchange valve 15 is then opened at top dead center 23 when the pressure built up in the cylinder 20 reaches a maximum and maximum braking power can be achieved. In principle, however, the decompression gas exchange valve 15 can also be opened at an earlier point in time if a small braking power is sufficient.

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Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Gaswechselventilbetätigungsvorrichtung, insbesondere für eine Brennkraftmaschine, mit zumindest einer Befeuerungsnockenwelle (10), die mittels einer Befeuerungsnockenwellenverstellvorrichtung (11) phasenverstellbar zu einer Kurbelwelle (12) ist, und mit einer Dekompressionsbremsvorrichtung (13), die zumindest einen Bremsnocken (14) und zumindest ein Dekompressionsgaswechselventil (15) umfasst. Es wird vorgeschlagen, dass die Gaswechselventilbetätigungsvorrichtung eine Verstellvorrichtung (16) umfasst, die dazu vorgesehen ist, einen Dekompressionsgaswechselventilbetätigungszeitpunkt einzustellen.

Description

Gaswechselventilbetätigungsvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Gaswechselventilbetätigungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es sind bereits Gaswechselventilbetätigungsvorrichtungen. insbesondere für Brennkraftmaschinen, mit zumindest einer Befeuerungsnockenwelle, die mittels einer Befeuerungs- nockenwellenverstellvorrichtung phasenverstellbar zu einer Kurbelwelle ist, und mit einer Dekompressionsbremsvorrichtung, die zumindest einen Bremsnocken und zumindest ein Dekompressionsgaswechselventil umfasst, bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dekompressionsbremsvorrichtung mit einer maximalen Bremsleistung in unterschiedlichen Betriebszuständen bereitzustellen. Die Aufgabe wird jeweils gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 , wobei weitere Ausgestaltungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
Die Erfindung geht aus von einer Gaswechselventilbetätigungsvorrichtung, insbesondere für eine Brennkraftmaschine, mit zumindest einer Befeuerungsnockenwelle, die mittels einer Befeuerungsnockenwellenverstellvorrichtung phasenverstellbar zu einer Kurbelwelle ist, und mit einer Dekompressionsbremsvorrichtung, die zumindest einen Bremsnocken und zumindest ein Dekompressionsgaswechselventil umfasst. Es wird vorgeschlagen, dass die Gaswechselventilbetätigungsvorrichtung eine Verstellvorrichtung umfasst, die dazu vorgesehen ist, einen Dekompressionsgaswechselventilbe- tätigungszeitpunkt einzustellen. Unter einem „Dekompressionsgaswechselventilbetäti- gungszeitpunkt" soll insbesondere ein auf die Kurbelwelle bezogener Zeitpunkt, insbesondere ein auf die Kurbelwelle bezogener Phasenzeitpunkt, verstanden werden, an dem das Dekompressionsgaswechselventil durch die Dekompressionsbremsvorrichtung betä- tigt und insbesondere geöffnet wird, wobei das Dekompressionsgaswechselventi! einteilig oder mehrteilig mit einem Gasauslassventil ausgeführt sein kann. Unter „vorgesehen" soll insbesondere speziell ausgestattet, ausgelegt und/oder programmiert verstanden werden. Durch einen einstellbaren Gaswechselventilbetätigungszeitpunkt kann eine Dekompres- sionsbremsvorrichtung mit einer maximalen Bremsleistung in unterschiedlichen Betriebs- zuständen einfach bereitgestellt werden.
Weiter wird vorgeschlagen, dass der Bremsnocken auf der Befeuerungsnockenwelle angeordnet ist. Dadurch kann eine besonders einfach und kostengünstig herstellbare De- kompressionsbremsvorrichtung mit einem einstellbaren Gaswechselventilbetätigungszeit- punkt bereitgestellt werden. Grundsätzlich ist aber auch eine Anordnung des Bremsnockens auf einer Bremsnockenwelle denkbar.
Ist ferner die Verstellvorrichtung dazu vorgesehen, eine PhasenversteNung zwischen der Kurbelwelle und der Befeuerungsnockenwelle einzustellen, kann der Dekompressions- gaswechselventilbetätigungszeitpunkt, an dem der auf der Befeuerungsnockenwelle angeordnete Bremsnocken das Dekompressionsgaswechselventil betätigt, besonders einfach eingestellt werden.
Weiter ist es vorteilhaft, wenn die Verstellvorrichtung zumindest teilweise einstückig mit der Befeuerungsnockenwellenverstellvorrichtung ausgeführt ist. Dadurch können Material, Bauteile und Kosten eingespart werden und die Dekompressionsbremsvorrichtung kann besonders kompakt ausgeführt werden.
Ferner wird eine Steuereinheit, die dazu vorgesehen ist, den Dekompressionsgaswech- selventilbetätigungszeitpunkt einzustellen, vorgeschlagen. Durch eine Steuereinheit kann die Dekompressionsbremsvorrichtung besonders flexibel an verschiedene Betriebszu- stände angepasst werden.
Vorteilhafterweise ist die Steuereinheit dazu vorgesehen, den Dekompressionsgaswech- selventilbetätigungszeitpunkt in Abhängigkeit von einer Drehzahl der Kurbelwelle einzustellen. Dadurch kann eine an den Betriebszustand angepasste Bremsleistung eingestellt werden. Insbesondere kann durch eine Einstellung in Abhängigkeit von der Drehzahl der Kurbelwelle, die insbesondere einer Drehzahl einer Brennkraftmaschine entspricht, ein zu hoher Zylinderdruck vermieden werden. Grundsätzlich ist aber auch eine Einstellung in Abhängigkeit von weiteren oder alternativen, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Parametern möglich, wie beispielsweise in Abhängigkeit von einem Beladungszustand oder einem Fahrerwunsch.
Erfolgt die Einstellung in Abhängigkeit von einer Drehzahl der Kurbelwelle, so wird insbesondere vorgeschlagen, dass der Bremsnockenwellenbetätigungszeitpunkt mit einer kleiner werdenden Drehzahl der Kurbelwelle in Richtung eines oberen Totpunkts verschoben wird. Unter einem „oberen Totpunkt" soll insbesondere eine Stellung der Kurbelwelle verstanden werden, bei der eine Bewegungsrichtung eines an der Kurbelwelle befestigten Kolbens geändert wird bzw. eine Stellung des Kolbens, an dem eine Kompression eines in einem Zylinder eingeschlossenen Gases durch den Kolben maximal ist. Durch eine derartige Einstellung kann auch in einem Betriebszustand mit einer kleinen Drehzahl ein maximales Bremsmoment bereitgestellt werden.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Dabei zeigen:
Fig. 1 eine Gaswechselventilbetätigungsvorrichtung in geschlossenem Zustand und Fig. 2 eine Gaswechselventilbetätigungsvorrichtung in geöffnetem Zustand an einem oberen Totpunkt einer Kurbelwelle.
Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Gaswechselventilbetätigungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einer Befeuerungsnockenwelle 10, die mittels einer Befeue- rungsnockenwellenverstellvorrichtung 11 phasenverstellbar zu einer Kurbelwelle 12 ist. In der Gaswechselventilbetätigungsvorrichtung ist eine Dekompressionsbremsvorrichtung 13 angeordnet, die einen Bremsnocken 14 und ein Dekompressionsgaswechselventil 15 umfasst. Um eine maximale Bremsleistung erzielen zu können, umfasst die Gaswechsel- ventilbetätigungsvorrichtung eine Verstellvorrichtung 16, mittels der ein Dekompressions- gaswechselventilbetätigungszeitpunkt, an dem das Dekompressionsgaswechselventi! 13 geöffnet wird, eingestellt werden kann.
Der Bremsnocken 14 der Dekompressionsbremsvorrichtung 13 ist auf der Befeuerungsnockenwelle 10 angeordnet. Über einen Bremsnockenfolger 17, der an einem Bremskipphebel 18 angeordnet ist, ist der Bremsnocken 14 mit dem Bremskipphebel 18 verbunden. Der Bremsnockenfolger 17 folgt der Bewegung des Bremsnockens 14, wodurch der Bremskipphebel 18 eine Schwenkbewegung ausführt. In einem Bremsbetrieb, in dem die Dekompressionsbremsvorrichtung 13 aktiviert ist, wird der Bremskipphebel 18 über eine geeignete Vorrichtung 27 mit dem Dekompressionsgaswechselventil 15 verbunden und das Dekompressionsgaswechselventil 15 wird durch die Schwenkbewegung des Bremskipphebels 18 geöffnet (Figur 2).
Über einen weiteren Kipphebel 26 ist das Dekompressionsgaswechselventi! 15, das zugleich ein Abgasauslassventil für einen Befeuerungsbetrieb bildet, mit einem Auslassnocken 19 verbunden. Der Kipphebel 26 folgt über einen Nockenfolger 25 den Bewegungen des Auslassnockens 19. Durch den Auslassnocken 19 und den Kipphebel 26 wird insbesondere in einem Befeuerungsbetrieb das Dekompressionsgaswechselventil 15, das dann das Abgasauslassventil bildet, geöffnet.
Die Verstellvorrichtung 16, die den Dekompressionsgaswechselventilbetätigungszeitpunkt einstellt, ist, da der Bremsnocken 14 auf der Befeuerungsnockenwelle 10 angeordnet ist, vorteilhafterweise einteilig mit der Befeuerungsnockenwellenverstellvorrichtung 11 ausgeführt.
Insbesondere im Bremsbetrieb wird das in einem Zylinder 20 eingeschlossene Gas 24 durch eine Bewegung eines Kolbens 21 komprimiert und ein Druck wird aufgebaut. Ein maximal aufgebauter Druck des in dem Zylinder 20 eingeschlossenen Gases 24, der erreicht wird, wenn das Dekompressionsgaswechselventil 15 geschlossen bleibt, steigt insbesondere mit einer größer werdenden Drehzahl der Kurbelwelle 12 an. Die Drehzahl der Kurbelwelle 12 entspricht insbesondere einer Drehzahl der Brennkraftmaschine. Eine Energie, die zu einer Kompression des Gases 24 aufgewendet wird, hängt insbesondere von dem in dem Zylinder 20 aufgebauten Druck ab. Durch das Öffnen des De- kompressionsgaswechselventils 15 wird die aufgewendete Energie insbesondere als eine Wärmeenergie abgeführt und es entsteht eine Bremswirkung. Mittels einer Steuereinheit 22 wird über einen Phasenwinkel zwischen der Kurbelwelle 12 und der Befeuerungsnockenwelle 10 ein Dekompressionsgaswechselventilbetätigungs- zeitpunkt eingestellt, an dem das Dekompressionsgaswechselventil 15 geöffnet wird. Der in dem Zylinder 20 aufgebaute Druck bleibt immer kleiner oder gleich wie ein maximal zulässiger Zylinderdruck. Zur Einstellung des Phasenwinkels wird die Befeuerungsnockenwelle 10 durch die Verstellvorrichtung 16 gegen die Kurbelwelle 12 verdreht.
Bei einer hohen Drehzahl wird der Druck in dem Zylinder 20 schneller aufgebaut als bei einer niedrigen Drehzahl. Da der aufgebaute Druck bei einer hohen Drehzahl größer ist als bei einer niedrigen Drehzahl, kann insbesondere bei einer hohen Drehzahl der in dem Zylinder 20 aufgebaute Druck den maximal zulässigen Zylinderdruck überschreiten. Um das zu vermeiden, wird insbesondere bei einer hohen Drehzahl das Dekompressionsgaswechselventil 15 vor Erreichen eines oberen Totpunkts 23 geöffnet.
Bei einer niedrigen Drehzahl wird der Druck in dem Zylinder 20 langsam aufgebaut und der maximal zulässige Zylinderdruck wird später erreicht. Um eine maximale Bremsleistung zu erzielen, verschiebt die Steuereinheit 22 den Dekompressionsgaswechselventil- betätigungszeitpunkt mit kleiner werdender Drehzahl in Richtung des oberen Totpunkts 23. Bei einer sehr kleinen Drehzahl bleibt der maximal aufgebaute Druck des in dem Zylinder 20 eingeschlossenen Gases 24 unterhalb des maximal zulässigen Zylinderdrucks. Das Dekompressionsgaswechselventil 15 wird dann am oberen Totpunkt 23 geöffnet, wenn der in dem Zylinder 20 aufgebaute Druck ein Maximum erreicht und eine maximale Bremsleistung erzielt werden kann. Grundsätzlich kann das Dekompressionsgaswechselventil 15 aber auch zu einem früheren Zeitpunkt geöffnet werden, wenn eine kleine Bremsleistung ausreichend ist.

Claims

Patentansprüche
1. Gaswechselventilbetätigungsvorrichtung, insbesondere für eine Brennkraftmaschine, mit zumindest einer Befeuerungsnockenwelle (10), die mittels einer Befeue- rungsnockenwellenverstellvorrichtung (11) phasenverstellbar zu einer Kurbelwelle (12) ist, und mit einer Dekompressionsbremsvorrichtung (13). die zumindest einen Bremsnocken (14) und zumindest ein Dekompressionsgaswechselventil (15) um- fasst, gekennzeichnet durch eine Verstellvorrichtung (16), die dazu vorgesehen ist, einen Dekompressionsgas- wechselventilbetätigungszeitpunkt einzustellen.
2. Gaswechselventilbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Bremsnocken (14) auf der Befeuerungsnockenwelle (10) angeordnet ist.
3. Gaswechselventilbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellvorrichtung (16) dazu vorgesehen ist, eine Phasenverstellung zwischen der Kurbelwelle (12) und der Befeuerungsnockenwelle (10) einzustellen.
4. Gaswechselventilbetätigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellvorrichtung (16) zumindest teilweise einstückig mit der Befeuerungsno- ckenwellenverstellvorrichtung (11) ausgeführt ist.
5. Gaswechselventübetätigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit (22), die dazu vorgesehen ist, den Dekompressionsgaswechsel- ventilbetätigungszeitpunkt einzustellen.
6. Gaswechselventilbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (22) dazu vorgesehen ist, den Dekompressionsgaswechselventil- betätigungszeitpunkt in Abhängigkeit von einer Drehzahl der Kurbelwelle (12) einzustellen.
7. Verfahren für eine Gaswechselventilbetätigungsvorrichtung, insbesondere für eine Brennkraftmaschine, mit zumindest einer Befeuerungsnockenwelle (10), die mittels einer Befeuerungsnockenwellenverstellvorrichtung (11) phasenverstellbar zu einer Kurbelwelle (12) ist, und mit einer Dekompressionsbremsvorrichtung (13), die zumindest einen Bremsnocken (14) und zumindest ein Dekompressionsgaswechsel- ventil (15) umfasst, insbesondere für eine Gaswechselventilbetätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gaswechselventilbetätigungszeitpunkt in Abhängigkeit von einer Drehzahl der
Kurbelwelle (12) eingestellt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremsnockenwellenbetätigungszeitpunkt mit einer kleiner werdenden Drehzahl der Kurbelwelle (12) in Richtung eines oberen Totpunkts (23) verschoben wird.
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