EP4726182A1 - Gaswechselventilansteuersystem für eine brennkraftmaschine und brennkraftmaschine - Google Patents

Gaswechselventilansteuersystem für eine brennkraftmaschine und brennkraftmaschine

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EP4726182A1
EP4726182A1 EP25202693.5A EP25202693A EP4726182A1 EP 4726182 A1 EP4726182 A1 EP 4726182A1 EP 25202693 A EP25202693 A EP 25202693A EP 4726182 A1 EP4726182 A1 EP 4726182A1
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cams
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exhaust
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EP25202693.5A
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Matthias Söngen
Johannes Bertenbreiter
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Everllence SE
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Abstract

Gaswechselventilansteuersystem (10) für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für eine Großbrennkraftmaschine, mit mindestens einer Nockenwelle (11), die für eine Zylindergruppe aus nebeneinander angeordneten Zylindern Einlassnocken (12) für die Ansteuerung der Einlassventile und Auslassnocken (13) für die Ansteuerung der Auslassventile trägt, wobei in einer ersten Variante die Einlassnocken (12) und in einer zweiten Variante die Auslassnocken (13) verdrehfest auf der jeweiligen Nockenwelle (11) angeordnet und von der jeweiligen Nockenwelle (11) antreibbar sind, und wobei in der ersten Variante die Auslassnocken (13) und in der zweiten Variante die Einlassnocken (12) auf der jeweiligen Nockenwelle (11) drehbar gelagert sind und von einer separaten Antriebswelle (14) antreibbar sind. Fig. 1

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Gaswechselventilansteuersystem für eine Brennkraftmaschine und eine Brennkraftmaschine.
  • Großbrennkraftmaschinen kommen zum Beispiel auf Schiffen als Schiffsmotoren zum Einsatz. Bei Großbrennkraftmaschinen weisen die Zylinder Kolbendurchmesser von mindestens 140 mm, insbesondere von mindestens 175 mm, auf.
  • Eine Brennkraftmaschine verfügt über mehrere Zylinder. Jeder der Zylinder der Brennkraftmaschine verfügt über jeweils mindestens ein Einlassventil und mindestens ein Auslassventil, wobei über das mindestens eine Einlassventil Verbrennungsluft in den jeweiligen Zylinder eingebracht werden kann, und wobei über das mindestens eine Auslassventil Abgas vom jeweiligen Zylinder abgeführt werden kann. Zusätzlich zu den Gaswechselventilen weisen die Zylinder einer Brennkraftmaschine Kraftstoffdosiereinrichtungen auf, über die in jeden Zylinder Kraftstoff eingebracht werden kann.
  • Zur Ansteuerung der Gaswechselventile der Zylinder einer Brennkraftmaschine weist die Brennkraftmaschine ein Gaswechselventilansteuersystem auf. Ein solches Gaswechselventilansteuersystem weist mindestens eine Nockenwelle auf.
  • Aus der Praxis sind Brennkraftmaschine bekannt, bei welchen Einlassnocken für die Ansteuerung der Einlassventile und Auslassnocken für die Ansteuerung der Auslassventile von Zylindern auf jeweils getrennten Nockenwellen angeordnet sind. Ferner sind Gaswechselventilansteuersysteme für Brennkraftmaschinen bekannt, bei welchen die Einlassnocken für die Ansteuerung der Einlassventile und die Auslassnocken für die Ansteuerung der Auslassventile von Zylindern auf mindestens einer gemeinsamen Nockenwelle angeordnet sind. Nockenwellen, die sowohl Einlassnocken als auch Auslassnocken tragen, werden auch als gemischte Nockenwellen bezeichnet.
  • Gaswechselventile mit Nockenwellen, auf welchen sowohl Einlassnocken für die Ansteuerung der Einlassventile als auch Auslassnocken für die Ansteuerung der Auslassventile angeordnet sind, erlauben bislang keine unabhängige flexible Einstellung von Steuerzeiten für die Einlassventile und Auslassventile der Zylinder der Brennkraftmaschine. Hierzu ist es bislang erforderlich, die Einlassnocken und die Auslassnocken auf separaten Nockenwellen anzuordnen. Es besteht Bedarf an einem Gaswechselventilansteuersystem für eine Brennkraftmaschine, bei welchem Einlassnocken und Auslassnocken gemeinsam auf mindestens einer Nockenwelle angeordnet sein können, welches jedoch unabhängige flexible Steuerzeiten für die Einlassventile und Auslassventile der Zylinder der Brennkraftmaschine ermöglicht.
  • Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein neuartiges Gaswechselventilansteuersystem für eine Brennkraftmaschine und eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Gaswechselventilansteuersystem schaffen. Diese Aufgabe wird durch ein Gaswechselventilansteuersystem gemäß Anspruch 1 und eine Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 11 gelöst.
  • In einer ersten Variante der Erfindung sind die Einlassnocken und in einer zweiten Variante der Erfindung die Auslassnocken verdrehfest auf der jeweiligen Nockenwelle angeordnet und ausgehend von der jeweiligen Nockenwelle antreibbar sind. In der ersten Variante der Erfindung sind die Auslassnocken und in der zweiten Variante der Erfindung die Einlassnocken auf der jeweiligen Nockenwelle drehbar gelagert und von einer separaten Antriebswelle antreibbar. Beim erfindungsgemäßen Gaswechselventilansteuersystem sind in der ersten Variante ausschließlich die Einlassnocken und in der zweiten Variante ausschließlich die Auslassnocken verdrehfest auf der jeweiligen Nockenwelle angeordnet, wohingegen in der ersten Variante die Auslassnocken und in der zweiten Variante die Einlassnocken drehbar auf der jeweiligen Nockenwelle gelagert und ausgehend von der jeweiligen separaten Antriebswelle antreibbar sind. So ist es möglich, bei minimalem Bauraumbedarf trotz der Anordnung der Einlassnocken und Auslassnocken auf einer gemeinsamen Nockenwelle unabhängige flexible Steuerzeiten für die Einlassventile und Auslassventile der Zylinder der Brennkraftmaschine bereitzustellen. Insbesondere können mit dem erfindungsgemäßen Gaswechselventilansteuersystem bestehende Brennkraftmaschinen einfach nachgerüstet oder umgerüstet werden.
  • Vorzugsweise stehen die jeweilige Nockenwelle und die jeweilige separate Antriebswelle über Antriebszahnrahräder in Eingriff, nämlich über ein auf der jeweiligen Nockenwelle angeordnetes Nockenwellenantriebszahnrad und über ein auf der jeweiligen Antriebswelle angeordnetes Antriebswellenantriebszahnrad. Dies erlaubt den Antrieb der jeweiligen Antriebswelle ausgehend von der jeweiligen Nockenwelle.
  • Vorzugsweise ist der jeweiligen Nockenwelle ein Phasensteller zugordnet, um den die jeweilige Nockenwelle relativ zum Nockenwellenantriebszahnrad zu verdrehen. Alternativ oder zusätzlich ist der jeweiligen Antriebswelle ein Phasensteller zugordnet, um die jeweilige Antriebswelle relativ zum Antriebswellenantriebszahnrad zu verdrehen. Über den jeweiligen Phasenversteller kann das Nockenwellenantriebszahnrad relativ zur Nockenwelle und das Antriebswellenantriebszahnrad relativ zur Antriebswelle verdreht werden, um entsprechend flexible Steuerzeiten im Bereich der Einlassventile und/oder Auslassventile bereitzustellen.
  • Vorzugsweise steht in der ersten Variante der Erfindung jeder Auslassnocken und in der zweiten Variante der Erfindung jeder Einlassnocken über ein individuelles Zahnrad mit einem Zahnrad der jeweiligen Antriebswelle in Eingriff. Alternativ stehen in der ersten Variante der Erfindung jeweils zwei Auslassnocken und in der zweiten Variante der Erfindung jeweils zwei Einlassnocken über ein gemeinsames Zahnrad mit einem Zahnrad der jeweiligen Antriebswelle in Eingriff. Dann, wenn in der ersten Variante der Erfindung jeder Auslassnocken und in der zweiten Variante der Erfindung jeder Einlassnocken über ein individuelles Zahnrad mit einem Zahnrad der Antriebswelle in Eingriff steht, kann gegenüber einer Brennkraftmaschine mit gemischten Nockenwellen, auf welchen jeweils die Einlassnocken und Auslassnocken verdrehfest angeordnet sind, die übrige Motorarchitektur unverändert bleiben, insbesondere die Ausgestaltung und Anordnung von Stößeln und Kipphebeln. Werden jedoch in der ersten Variante der Erfindung jeweils zwei Auslassnocken und in der zweiten Variante der Erfindung jeweils zwei Einlassnocken über ein gemeinsames Zahnrad mit einem Zahnrad der Antriebswelle wirkverbunden, so muss die Ausgestaltung und Anordnung der Stößel und Kipphebel angepasst werden.
  • Vorzugsweise sind auf der jeweiligen Nockenwelle Kraftstoffnocken, die der Ansteuerung von Kraftstoffpumpen dienen, verdrehfest angeordnet und ausgehend von der jeweiligen Nockenwelle antreibbbar. Der von den Kraftstoffpumpen geförderte Kraftstoff ist über elektronisch oder elektrisch ansteuerbare Kraftstoffdosiereinrichtungen in den jeweiligen Zylinder individuell einbringbar. Hiermit ist eine besonders kompakte Bauform einer Brennkraftmaschine möglich.
  • Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
    • Fig. 1
    einen schematisierten Ausschnitt aus einer Nockenwelle einer ersten erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine,
    Fig. 2
    einen schematisierten Ausschnitt aus einer Nockenwelle einer zweiten erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine,
    Fig. 3
    einen schematisierten Ausschnitt aus einer Nockenwelle einer dritten erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine,
    Fig. 4
    einen weiteren schematisierten Ausschnitt der Nockenwelle der Fig. 1, 2 oder 3,
    Fig. 5
    eine Alternative zur Fig. 4.
  • Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem ersten erfindungsgemäßen Gaswechselventilansteuersystem 10 für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für eine Großbrennkraftmaschine, wobei Fig. 1 eine Nockenwelle 11 zeigt, auf welcher sowohl Einlassnocken 12 für die Ansteuerung von Einlassventilen als auch Auslassnocken 13 für die Ansteuerung von Auslassventilen einer Gruppe von in einer Reihe nebeneinander angeordneten Zylindern angeordnet sind. In Fig. 1 sind die Auslassnocken 13 verdrehfest auf der Nockenwelle 11 angeordnet, insbesondere über einen Presssitz. Die Einlassnocken 12 hingegen sind in Fig. 1 verdrehbar auf der Nockenwelle 11 angeordnet. Die verdrehbar auf der Nockenwelle 11 angeordneten Einlassnocken 12 sind von einer separaten Antriebswelle 14 aus antreibbar.
  • Die Antriebswelle 14 verläuft parallel zur Nockenwelle 11, wobei zum Antreiben der auf der Nockenwelle 11 verdrehbar gelagerten Einlassnocken 12 jeder Einlassnocken 12 mit einem Zahnrad 15 wirkverbunden ist, welches in ein auf der separaten Antriebswelle 14 angeordnetes Zahnrad 16 kämmt. Eine Drehbewegung der Antriebswelle 14 wird demnach über die ineinander kämmenden Zahnräder 15, 16 auf den jeweiligen Einlassnocken 12 übertragen.
  • Fig. 2 zeigt eine Abwandlung des Gaswechselventilansteuersystems 10 der Fig. 1, bei welchem die Einlassnocken 12 verdrehfest auf der Nockenwelle 11 angeordnet und die Auslassnocken 13 verdrehbar auf der Nockenwelle 11 gelagert sind. Demnach sind in Fig. 2 mit den Auslassnocken 13 Zahnräder 17 wirkverbunden, die in auf der separaten Antriebswelle 14 angeordnete Zahnräder 18 kämmen, um über die ineinander kämmenden Zahnräder 17, 18 eine Drehbewegung der separaten Antriebswelle 14 auf die Auslassnocken 13 zu übertragen.
  • In den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 und 2 sind demnach auf der jeweiligen Nockenwelle 11 die drehbar gelagerte Nocken, in Fig. 1 die Einlassnocken 12 und in Fig. 2 die Auslassnocken 13, individuell mit einem auf der Nockwelle 11 drehbar gelagerten Zahnrad 15 bzw. 17 wirkverbunden und stehen über das jeweilige Zahnrad 15, 17, welches auf der jeweiligen Nockenwelle 11 verdrehbar angeordnet ist, mit einem individuellen Zahnrad 16 bzw. 18 der jeweiligen separaten Antriebswelle 14 in Eingriff, um ausgehend von der Antriebswelle 14 die ineinander kämmenden Zahnräder 15, 16 oder 17, 18 und so den jeweiligen Nocken, in Fig. 1 den Einlassnocken 12 und in Fig. 2 den Auslassnocken 13, anzutreiben. Die Zahnräder 16, 18 sind verdrehfest auf der Antriebswelle 14 angeordnet.
  • Fig. 3 zeigt eine weitere Abwandlung eines erfindungsgemäßen Gaswechselventilansteuersystems 10, bei welchem in Fig. 3 jeweils zwei verdrehbar auf der Nockenwelle 11 angeordneten Einlassnocken 15 ein gemeinsames, ebenfalls auf der Nockenwelle 11 drehbar gelagertes Zahnrad 15 zugeordnet ist, um über dieses gemeinsame Zahnrad 15 in ein auf der separaten Antriebswelle 14 verdrehfest angeordnetes Zahnrad 16 zu kämmen. Hierdurch kann im Vergleich zur Fig. 1 die Anzahl der Zahnräder 15, 16 reduziert, nämlich halbiert, werden.
  • Das Prinzip der Fig. 3 ist auch auf Fig. 2 übertragbar, um dann jeweils zwei verdrehbar gelagerte Auslassnocken 13 über ein gemeinsames Zahnrad 17, welches in ein auf der Antriebswelle 14 angeordnetes Zahnrad 18 kämmt, anzutreiben.
  • Die Nockenwelle 11 wird gemäß Fig. 4 über ein auf der Nockenwelle 11 angeordnetes Nockenwellenantriebszahnrad 19 und die separate Antriebswelle 14 über ein auf derselben angeordnetes Antriebswellenzahnrad 20 angetrieben, die in Fig. 4 ineinander kämmen. Das Nockenwellenantriebszahnrad 19 ist ausgehend von einer Kurbelwelle aus antreibbar, um die Nockenwelle 11 anzutreiben. Ausgehend von der Nockenwelle 11 ist dann auch die separate Antriebswelle 14 antreibbar, und zwar über die ineinander kämmenden bzw. die ineinander in Eingriff stehenden Antriebszahnräder 19, 20.
  • Gemäß Fig. 4 ist der Nockenwelle 11 ein Phasenversteller 21 und/oder der separaten Antriebswelle 14 ein Phasenversteller 22 zugeordnet. Über den Phasenversteller 21 kann die Nockenwelle 11 relativ zum Nockenwellenantriebszahnrad 19 verdreht werden, über den Phasensteller 22 kann die Antriebswelle 14 relativ zum Antriebswellenzahnrad 20 verdreht werden. Dies dient der vorteilhaften Bereitstellung unabhängiger flexibler Steuerzeiten für die Einlassventile und Auslassventile.
  • Fig. 5 zeigt eine Abwandlung der Fig. 4, bei welcher zusätzlich zum Nockenwellenantriebszahnrad 19 ein weitere Nockenwellenantriebszahnrad 23 vorhanden ist, welches letztendlich der Anbindung der Nockenwelle 11 an die Kurbelwelle dient. Dies kann zur Minimierung des Bauraums von Vorteil sein.
  • In den gezeigten Ausführungsbeispielen sind auf den Nockenwellen 11 weiterhin Kraftstoffnocken 24 verdrehfest angeordnet und über die jeweilige Nockenwelle 11 antreibbar. Die Kraftstoffnocken 24 dienen der Ansteuerung von Kraftstoffpumpen, insbesondere von Hochdruckkraftstoffpumpen, um Kraftstoff zu fördern, wobei zwischen die jeweilige Kraftstoffpumpe und den jeweiligen Zylinder eine elektronisch oder elektrisch ansteuerbare Kraftstoffdosiereinrichtung, insbesondere ein Kraftstoffinjektor, gekoppelt ist, über den letztendlich der Kraftstoff individuell in den jeweiligen Zylinder eingebracht werden kann.
  • Wie bereits ausgeführt, sind beim erfindungsgemäßen Gaswechselventilansteuersystem 10 entweder die auf der jeweiligen Nockenwelle 11 angeordneten Einlassnocken 12 oder die auf der jeweiligen Nockenwelle 11 angeordneten Auslassnocken 13 nicht mehr fest auf der jeweiligen Nockenwelle angeordnet, sondern vielmehr drehbar, um flexible Steuerzeiten für die Einlassventile und Auslassventile zu ermöglichen. Die jeweiligen auf der jeweiligen Nockenwelle 11 drehbar gelagerten Nocken sind von einer separaten Antriebswelle 14 aus antreibbar. Nockenwelle 11 und separate Antriebswelle 14 können jeweils über Phasensteller 21, 22 phasenverstellbar sein.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennkraftmaschine mit einem Gaswechselventilansteuersystem 10, welches wie oben beschrieben ausgebildet ist. Dieses dient zumindest der Ansteuerung der Gaswechselventile, also der Einlassventile und Auslassventile, von in einer Reihe nebeneinander angeordneten Zylindern der Brennkraftmaschine, insbesondere auch der Ansteuerung von Kraftstoffpumpen. Bilden die Zylinder mehrere Zylindergruppen aus nebeneinander angeordneten Zylindern aus, so wirkt vorzugsweise mit jeder Zylindergruppe ein Gaswechselventilansteuersystem 10 zusammen.
  • Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ist insbesondere eine Großbrennkraftmaschine, wie sie zum Beispiel auf Schiffen zum Einsatz kommen. Bei Großbrennkraftmaschinen weisen die Zylinder Kolbendurchmesser von mindestens 140 mm, insbesondere von mindestens 175 mm, auf.
    • Bezugszeichenliste
    • 10
    Gaswechselventilansteuersystem
    11
    Nockenwelle
    12
    Einlassnocken
    13
    Auslassnocken
    14
    Antriebswelle
    15
    Zahnrad
    16
    Zahnrad
    17
    Zahnrad
    18
    Zahnrad
    19
    Nockenwellenantriebszahnrad
    20
    Antriebswellenantriebszahnrad
    21
    Phasensteller
    22
    Phasensteller
    23
    Nockenwellenantriebszahnrad
    24
    Kraftstoffnocken

Claims (11)

  1. Gaswechselventilansteuersystem (10) für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für eine Großbrennkraftmaschine,
    mit mindestens einer Nockenwelle (11), die für eine Zylindergruppe aus nebeneinander angeordneten Zylindern Einlassnocken (12) für die Ansteuerung der Einlassventile und Auslassnocken (13) für die Ansteuerung der Auslassventile trägt, dadurch gekennzeichnet, dass
    in einer ersten Variante die Einlassnocken (12) und in einer zweiten Variante die Auslassnocken (13) verdrehfest auf der jeweiligen Nockenwelle (11) angeordnet und von der jeweiligen Nockenwelle (11) antreibbar sind,
    in der ersten Variante die Auslassnocken (13) und in der zweiten Variante die Einlassnocken (12) auf der jeweiligen Nockenwelle (11) drehbar gelagert sind und von einer separaten Antriebswelle (14) antreibbar sind.
  2. Gaswechselventilansteuersystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Nockenwelle (11) und die jeweilige separate Antriebswelle (14) parallel zueinander verlaufen.
  3. Gaswechselventilansteuersystem (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Nockenwelle (11) und die jeweilige separate Antriebswelle (14) über Antriebszahnrahräder (19, 20) in Eingriff stehen, nämlich über ein auf der jeweiligen Nockenwelle (11) angeordnetes Nockenwellenantriebszahnrad (19) und über ein auf der jeweiligen Antriebswelle (14) angeordnetes Antriebswellenantriebszahnrad (20).
  4. Gaswechselventilansteuersystem (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweiligen Nockenwelle (11) ein Phasensteller (21) zugordnet ist, um die jeweilige Nockenwelle (11) relativ zum Nockenwellenantriebszahnrad (19) zu verdrehen.
  5. Gaswechselventilansteuersystem (10) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweiligen Antriebswelle (14) ein Phasensteller (22) zugordnet ist, um die jeweilige Antriebswelle (14) relativ zum Antriebswellenantriebszahnrad (20) zu verdrehen.
  6. Gaswechselventilansteuersystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Nockenwelle (11) von einer Kurbelwelle aus und die jeweilige Antriebswelle (14) von der jeweiligen Nockenwelle (11) aus antreibbar ist.
  7. Gaswechselventilansteuersystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Variante jeder Auslassnocken (13) und in der zweiten Variante jeder Einlassnocken (12) über ein individuelles Zahnrad (15, 17) mit einem Zahnrad (16, 18) der jeweiligen Antriebswelle (14) in Eingriff steht.
  8. Gaswechselventilansteuersystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Variante jeweils zwei Auslassnocken (13) und in der zweiten Variante jeweils zwei Einlassnocken (12) über ein gemeinsames Zahnrad (15, 17) mit einem Zahnrad (16, 18) der jeweiligen Antriebswelle (14) in Eingriff stehen.
  9. Gaswechselventilansteuersystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf der jeweiligen Nockenwelle (11) Kraftstoffnocken (24), die der Ansteuerung von Kraftstoffpumpen dienen, verdrehfest angeordnet und ausgehend von der jeweiligen Nockenwelle (11) antreibbbar sind.
  10. Gaswechselventilansteuersystem (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der von den Kraftstoffpumpen geförderte Kraftstoff über elektronisch oder elektrisch ansteuerbare Kraftstoffdosiereinrichtungen in den jeweiligen Zylinder individuell einbringbar ist.
  11. Brennkraftmaschine, insbesondere Großbrennkraftmaschine,
    mit mehreren Zylindern, wobei jeder Zylinder als Gaswechselventile jeweils mindestens ein Einlassventil und jeweils mindestens ein Auslassventil aufweist, um jedem Zylinder individuell über das jeweilige mindestens eine Einlassventil Verbrennungsluft zuzuführen und um vom jeweiligen Zylinder individuell über das jeweilige mindestens eine Auslassventil Abgas abzuführen,
    wobei die Zylinder mindestens eine Zylindergruppe aus nebeneinander angeordneten Zylindern ausbilden,
    gekennzeichnet durch
    den Zylindern einer jeweiligen Zylindergruppe ein Gaswechselventilansteuersystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zugeordnet ist, welches die Einlassventile und Auslassventile der Zylinder der jeweiligen Zylindergruppe ansteuert.
EP25202693.5A 2024-10-10 2025-09-17 Gaswechselventilansteuersystem für eine brennkraftmaschine und brennkraftmaschine Pending EP4726182A1 (de)

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