JP5293982B2 - バルブ駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前提部分に基づくバルブ駆動装置に関する。

特許文献１から、外部シャフト及びこの外部シャフトに接続されている一次カムを有する第１のカムシャフトユニットと、外部シャフト内を通っている内部シャフト及びこの内部シャフトに接続されている二次カムを有する第２のカムシャフトユニットと、両方のカムシャフトユニットを互いに調整するために設けられている調整ユニットと、を備える内燃機関バルブ駆動装置がすでに知られている。

独国特許出願公開第３９４３４２６Ｃ１号明細書

本発明は、特に、低コストのバルブ駆動装置を提供するという課題に基づいている。

この課題は、本発明に従って、請求項１の特徴により解決される。その他の実施形態は、従属請求項に示されている。

本発明は、外部シャフト及びこの外部シャフトに接続されている一次カムを有する第１のカムシャフトユニットと、外部シャフト内を通っている内部シャフト及びこの内部シャフトに接続されている二次カムを有する第２のカムシャフトユニットと、両方のカムシャフトユニットを互いに調整するために設けられている調整ユニットと、を備えるバルブ駆動装置、特に内燃機関バルブ駆動装置を前提としている。

提案されるのは、この調整ユニットが、少なくとも２段階による連続バルブリフト切替えを提供するために設けられていることである。２段階による連続バルブリフト切替えによって、一次カム及び／又は二次カムを切り替えるためのバルブ駆動装置の形態を単純化させることができる。とりわけ、このことにより、一次カム及び／又は二次カムの製造コストを削減することができることから、特に低コストのバルブ駆動装置を提供することが可能となる。「設けられている」とは、特に、特別に装備及び／又は設計されていることを意味するものとする。「２段階による連続バルブリフト切替え」とは、特に、少なくとも２段階で順番にバルブリフト切替えを生じる切替え動作を意味するものとする。「切替え動作」とは、この場合、特に、カムシャフトユニットの少なくとも１つが少なくとも部分的に軸方向に移動することを意味するものとする。一次カム及び／又は二次カムは、有利には少なくとも２つの異なるカムカーブを有しており、これらのカムカーブは、カムシャフトユニットの少なくとも１つが軸方向に移動することによって切り替えられることができ、それによってバルブリフト切替えを提供する。

さらに、カムシャフトユニットの少なくとも１つが少なくとも２つのシャフトエレメントを有しており、これらのシャフトエレメントは、少なくとも１回の切替え動作の中で連続して順番に移動するように設けられていることが提案される。複数の部品からなる内部シャフトの構造により、連続バルブリフト切替えを、簡単な方法で実現することができる。

特に、シャフトエレメントが内部シャフトの少なくとも一部を形成するように設けられている場合は有利である。これにより、内部シャフトの連続移動が可能となることによって、連続バルブリフト切替えを特に簡単な方法で実現することができる。

本発明によるもう１つの実施形態では、少なくとも２つのシャフトエレメントが共回転可能にかつ軸方向に移動可能に相互に接続されていることが提案される。これによって、これらのシャフトエレメントを別々に１つのクランクシャフトに連結するという複雑な連結方法を省略することができ、同時に、複数の部品で実施されている内部シャフトの連続移動が有利な形で可能となる。

特に好ましいのは、一次カムの少なくとも１つ及び／又は二次カムの少なくとも１つが、少なくとも２つの部分カムを有しており、これらの部分カムが様々なバルブリフトを提供するために設けられていることである。一次カム及び／又は二次カムが部分カムとして形成されていることにより、異なるカムカーブを備える一次カム及び／又は二次カムの製造を特に低コストで行うことが可能となる。とりわけ、このことにより、三次元的に連続して融合するカムカーブを備える複雑なカムの製造を省略することができる。有利には、部分カムが少なくとも異なるリフト高さを有していることにより、一次カム及び／又は二次カムの移動によって、とりわけ有利なバルブリフト切替えが提供される。さらに、調整ユニットは、少なくとも１つの作動状態において、一次カムの少なくとも一部又は二次カムの少なくとも一部を軸方向に動かすために設けられている少なくとも１つのシフティングゲートを有していることが提案される。これにより、単純かつメンテナンスをあまり必要としない方法で、一次カム又は二次カムの移動を達成することが可能となる。「シフティングゲート」とは、特に、シャフトエレメントの回転運動を、シャフトエレメントを動かす軸方向の力に変換する実施形態を意味するものとする。好ましいのは、このシフティングゲートが少なくとも１つのスライディングパスを有しており、有利には軸方向に固定されたシフトピンがこのスライディングパスの中に移動することであり、このシフトピンはシフティングゲートを使って軸方向の力を発生させる。通常では、シャフトエレメントの移動は、当業者には周知の別の方法によって、例えば流体力学的アクチュエータ、電気式及び／又は空気圧式アクチュエータによっても行うことができる。有利であるのは、このシフティングゲートが、内部シャフトの両方のシャフトエレメントを連続して移動させるために設けられていることである。

特に、少なくとも２つのシャフトエレメントを連続して移動させるため、これらのシャフトエレメントが少なくとも部分的に動作的に相互連結するようにシフティングゲートが設けられている場合は有利である。これによって、シフティングゲートのスライディングパスの数を有利に少なくすることができるため、シフティングゲートを有利にコンパクトな形に形成することが可能となる。「部分的に動作的に相互連結する」とは、この場合、特に、シフティングゲートにかみ合うシフト手段によってシャフトエレメントの移動を相互に連結するためにシフティングゲートが設けられていることを意味するものとする。特に、このことは、シフティングゲートが少なくとも１つのスライディングパスを有しており、このスライディングパスは両方のシャフトエレメントの連続移動のために設けられていることを意味するものとする。

同様に有利であるのは、バルブ駆動装置がポジティブ結合ユニットを有し、このユニットが、少なくとも１つの作動状態において、内部シャフトと外部シャフトとを少なくとも部分的に切離し可能な形で相互接続するために設けられていることである。これによって、作動安全性を簡単な方法で保証することができる。

さらに提案されるのは、少なくとも２つのカムシャフトユニットが、インテーク側／エグゾースト側カムシャフトの複合カムシャフトを形成するために設けられていることである。これにより、取付けスペースを削減し、重量を軽減した構造を達成することができる。「インテーク側／エグゾースト側カムシャフトの複合カムシャフト」とは、特に、一次カムと二次カムとが、軸方向に配置されたインテーク側カム及びエグゾースト側カムとして形成されているカムシャフトを意味するものとする。インテーク側／エグゾースト側カムシャフトの複合カムシャフトは、インテークバルブとエグゾーストバルブとを作動させるために設けられている。インテーク側／エグゾースト側カムシャフトとの複合カムシャフトを形成するために、カムシャフトユニットが様々なバルブ作動位相を有している場合は有利である。「様々なバルブ作動位相」とは、特に、様々な開時間を提供するために、特定の角度で相互に配置されているバルブを作動させることを意味するものとする。従って、１つのシリンダのインテークバルブとエグゾーストバルブのように、１つの共通のシリンダに２つのバルブがある例では、両方のバルブが同時に開くことはない。そのためバルブの作動は、常に同じリズムで行われる。

その他に、バルブ駆動装置が、外部シャフトを通りぬけてかみ合い、内部シャフトと二次カムとの固定接続を確立するために設けられている接続エレメントを有する場合は有利である。これにより、内部シャフトの移動と、それに伴う二次カムの外部シャフト及び一次カム方向への移動とを、とりわけ簡単に実現することができる。

さらに、外部シャフトが二次カムに割り当てられている矩形の壁開口部を有しており、この壁開口部が、バルブリフト切替えのため、少なくとも１つの軸方向への調整経路を提供するために設けられている場合は有利である。これにより、内部シャフト及び二次カムの軸方向への移動が、簡単な方法で可能となる。さらに、このことによって、バルブリフト切替えも可能になる。矩形の壁開口部は、有利には、カムユニットを相対的に位相調整するため、周辺方向に向けられた調整経路も備えている。

その他の利点は、以下の図から説明される。図には、本発明の２つの実施例が示されている。これらの図、説明及び請求項には、組合せの形で多数の特徴が含まれている。当業者は、これらの特徴を個々においても有利なものとみなし、その他の有効な組合せにまとめるであろう。

第１の切替え位置にあるインテーク／エグゾーストバルブを備えた本発明に基づくバルブ駆動装置である。 バルブ駆動装置の外部シャフトである。 バルブ駆動装置の内部シャフトである。 シフティングゲートのスライディングパスである。 第１の切替え位置から第２の切替え位置に切替え動作中のバルブ駆動装置である。 第２の切替え位置にあるバルブ駆動装置である。 マルチバルブ技術のために形成されたもう１つのバルブ駆動装置である。

図１は、内燃機関バルブ駆動装置として形成されている、直列に配置された４つのシリンダを制御するためのバルブ駆動装置を示している。これらのシリンダには、それぞれ、少なくとも１つのインテークバルブ３２ａ、３３ａ、３４ａ、３５ａと、少なくとも１つのエグゾーストバルブ３６ａ、３７ａ、３８ａ、３９ａと、が含まれている。インテークバルブ３２ａ、３３ａ、３４ａ、３５ａ及びエグゾーストバルブ３６ａ、３７ａ、３８ａ、３９ａを作動するため、本バルブ駆動装置は第１のカムシャフトユニットと第２のカムシャフトユニットとを有しており、これらは互いに連結されている。第１のカムシャフトユニットには、外部シャフト１０ａと、この外部シャフト１０ａに接続されている一次カム１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａとが含まれている。第２のカムシャフトユニットは、内部シャフト１５ａと、この内部シャフト１５ａに接続されている二次カム１６ａ、１７ａ、１８ａ、１９ａとを有している。この場合、内部シャフト１５ａは、外部シャフト１０ａの中を通っている。

これらの２つのカムシャフトユニットは、インテーク側／エグゾースト側カムシャフトの複合カムシャフトを形成しており、この複合カムシャフトは、シリンダごとに、インテークバルブ３２ａ、３３ａ、３４ａ、３５ａのためのバルブ作動位相及びエグゾーストバルブ３６ａ、３７ａ、３８ａ、３９ａのためのバルブ作動位相を有している。インテークバルブ３２ａ、３３ａ、３４ａ、３５ａ及びエグゾーストバルブ３６ａ、３７ａ、３８ａ、３９ａの作動は、主として、約９０度相互にずれた作動位相によって区別される。シリンダを制御するため、１つのシリンダには、それぞれ１つの一次カム１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａ及び二次カム１６ａ、１７ａ、１８ａ、１９ａが割り当てられている。１つのシリンダのエグゾーストバルブ３６ａ、３７ａ、３８ａ、３９ａは、一次カム１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａによって作動し、インテークバルブ３２ａ、３３ａ、３４ａ、３５ａは、隣接する二次カム１６ａ、１７ａ、１８ａ、１９ａによって作動する。４つのシリンダを制御するため、本バルブ駆動装置は、４つの一次カム１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａ及び４つの二次カム１６ａ、１７ａ、１８ａ、１９ａを有している。

カムシャフトユニットを互いに調整するため、本バルブ駆動装置は、２つの機能を含む調整ユニット２２ａを有している。この調整ユニット２２ａの第１の機能は、両方のカムシャフトユニットの位相調整として形成されている。調整ユニット２２ａは、特に、両方のカムユニットの相対位相を相互に調整するために設けられている。位相を調整するため、この調整ユニット２２ａは、例えば、動作可能な状態で両方のカムユニットの間に配置されている少なくとも１つのアジャスタを有している。基本的には、互いに独立して調整可能な２つのアジャスタを備える形態も考えられ、これらのアジャスタは、それぞれ、クランクシャフトと一方のカムユニットとの間に動作可能な状態で配置されている。アジャスタとしては、この場合、ベーンセルアジャスタを用いることができる。

調整ユニット２２ａの第２の機能は、第２のカムシャフトユニットに対する第１のカムシャフトユニットの軸方向への移動として形成されており、この移動により、２段階による連続バルブリフト切替えが提供される。この調整ユニット２２ａにより、インテークバルブ３２ａ、３３ａ、３４ａ、３５ａのバルブリフトを切り替えることができる。

外部シャフト１０ａは、中空シャフトとして形成されており、共回転可能にかつ軸方向に固定された状態で一次カム１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａに接続されている（図２を参照）。一次カム１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａは、エグゾーストバルブ３６ａ、３７ａ、３８ａ、３９ａを作動させるために設けられているカムカーブを有している。ベアリングのため、外部シャフト１０ａには、少なくとも１つの第１のインプット側ベアリング位置４０ａと、反対側の第２のベアリング位置４１ａとが含まれている。第１のベアリング位置４０ａは、固定ベアリングとして設けられている。第２のベアリング位置４１ａは、フローティングベアリングとして設けられている。その他のベアリング位置４２ａは、両方のベアリング位置４０ａ、４１ａの間に設けられている。

二次カム１６ａ、１７ａ、１８ａ、１９ａは、回転可能かつ軸方向に移動可能に、外部シャフト１０ａに取り付けられている。外部シャフト１０ａ内を通る内部シャフト１５ａは、複数の部品から実施されている（図３を参照）。内部シャフトには、動作可能なようにクランクシャフト（詳しく図示されていない）に連結されているドライブフランジ４３ａと、二次カム１６ａ、１７ａ、１８ａ、１９ａに連結されている２つのシャフトエレメント２０ａ、２１ａとが含まれている。二次カム１６ａ、１７ａ、１８ａ、１９ａはそれぞれ２つの部分カムを有しており、これらの部分カムはそれぞれ異なるカムカーブを提供している。内部シャフト１５ａが軸方向に移動し、それによって二次カム１６ａ、１７ａ、１８ａ、１９ａも軸方向に移動することにより、バルブリフト切替えが行われる。二次カム１６ａ、１７ａ、１８ａ、１９ａがインテーク側カムとして形成されていることにより、バルブリフト切替えの際には、特に、個々のシリンダのインテークバルブ３２ａ、３３ａ、３４ａ、３５ａのバルブリフトが切り替えられる。

内部シャフト１５ａの２つのシャフトエレメント２０ａ、２１ａは、軸方向に移動可能かつ共回転可能に、互いに接続されている。二次カム１６ａ、１７ａ、１８ａ、１９ａは、それぞれペアで、シャフトエレメント２０ａ、２１ａのどちらかに連結されている。内部シャフト１５ａと二次カム１６ａ、１７ａ、１８ａ、１９ａとを固定接続するため、第２のカムシャフトユニットには接続エレメント２３ａ、２４ａ、２５ａ、２６ａが含まれており、これらの接続エレメントは、外部シャフト１０ａを通り抜けて、シャフトエレメント２０ａ、２１ａとそれに関係する二次カム１６ａ、１７ａ、１８ａ、１９ａとを、それぞれ共回転可能かつ軸方向に固定した状態で接続している。接続エレメント２３ａ、２４ａ、２５ａ、２６ａは、この実施例ではピンとして実施されている。

外部シャフト１０ａは壁開口部２７ａ、２８ａ、２９ａ、３０ａを有しており、それぞれの壁開口部を、接続エレメント２３ａ、２４ａ、２５ａ、２６ａの１つが通っている。４つの壁開口部２７ａ、２８ａ、２９ａ、３０ａは矩形に形成されている。接続エレメント２３ａ、２４ａ、２５ａ、２６ａは、壁開口部２７ａ、２８ａ、２９ａ、３０ａから外部シャフト１０ａにかみ合う。壁開口部２７ａ、２８ａ、２９ａ、３０ａの周辺方向のサイズは、カムシャフトユニットの間で調整可能な位相と対応している。壁開口部２７ａ、２８ａ、２９ａ、３０ａの軸方向のサイズは、バルブリフト切替えのための軸方向の調整経路６０ａと対応している。

内部シャフト１５ａのシャフトエレメント２０ａ、２１ａは、調整ユニット２２ａによって、１つの切替え動作の中で連続して動かされる。シャフトエレメント２０ａ、２１ａと二次カム１６ａ、１７ａ、１８ａ、１９ａとを移動させるため、調整ユニット２２ａは、第１及び第２の切替え手段を有しており、これらの切替え手段は、シフティングゲート３１ａを使ってシャフトエレメント２０ａ、２１ａを移動させることができる。

第１の切替え手段は、第１のアクチュエータと第１の切替えエレメントとを有している。この切替えエレメントは、部分的に切替えピンとして形成されており、この切替えピンは、第１の切替えエレメント１４の切替え位置では外に送り出されている。この切替え位置においては、切替えピンが、シフティングゲート３１ａの第１のスライディングパス４４ａの中にかみ合っている（図４を参照）。第１の切替え手段と第１のスライディングパス４４ａとによって、シャフトエレメント２０ａ、２１ａは、第１の切替え方向に移動することができる。

第２の切替え手段も、同様に実施されている。この切替え手段は、第２のアクチュエータと、同様に部分的に切替えピンとして形成されている第２の切替えエレメントとを有している。切替え位置において、この切替えピンは、シフティングゲート３１ａの第２のスライディングパス４５ａの中にかみ合う。第２の切替え手段と第２のスライディングパス４５ａとによって、シャフトエレメント２０ａ、２１ａは、第１の切替え方向とは逆の第２の切替え方向へ移動することができる。

シャフトエレメント２０ａ、２１ａを動かすスライディングパス４４ａ、４５ａは、溝型の窪みとして実施されている。スライディングパス４４ａ、４５ａを形成するため、シフティングゲート３１ａは、２つのスライディングパスエレメント４６ａ、４７ａを有しており、これらのエレメントは、それぞれシャフトエレメント２０ａ、２１ａの１つに固定接続されている。スライディングパス４４ａ、４５ａは、スライディングパスエレメント４６ａ、４７ａの中に直接収納されている。シャフトエレメント２０ａ、２１ａを連続して動かすため、スライディングパスエレメント４６ａ、４７ａは、互いに隣接する部分がＬ型及び軸方向に重なり合って実施されている。周辺方向には、それぞれのスライディングパスエレメント４６ａ、４７ａが、スライディングパス４４ａ、４５ａの部分において、１８０°の回転角をとる。３６０°より大きな回転角にわたって延びているスライディングパス４４ａ、４５ａは、それぞれ、一部がシャフトエレメント２０ａに、一部がシャフトエレメント２１ａに配置されている。

両方のスライディングパス４４ａ、４５ａは、２重のＳ形構造を備える基本形態を有している（図４を参照）。スライディングパス４４ａ、４５ａは、切替えピンが進入するための進入セグメント４８ａ、４９ａをそれぞれ１つ、スライディングパスエレメント４６ａ、４７ａを連続移動させるための切替えセグメント５０ａ、５１ａ、５２ａ、５３ａをそれぞれ２つ、切替えセグメントを再び収納する離脱セグメント５４ａ、５５ａをそれぞれ１つ有している。切替えセグメント５０ａ、５１ａ、５２ａ、５３ａは、それぞれが完全にスライディングパスエレメント４６ａ、４７ａのいずれかの上に配置されており、連続する切替えセグメント５０ａ、５１ａ、５２ａ、５３ａは、スライディングパスエレメント４６ａ、４７ａ上に交互に配置されている。切替えセグメント５０ａ、５１ａ、５２ａ、５３ａ及びスライディングパスエレメント４６ａ、４７ａの回転運動によって、シャフトエレメント２０ａ、２１ａを切り替えるための軸方向の力が提供される。両方のスライディングパス４４ａ、５４ａの切替えセグメント５０ａ、５１ａ、５２ａ、５３ａは、この場合、様々な切替え方向のために設けられている。スライディングパスエレメント４６ａ、４７ａは、それぞれ、隣接して配置されている二次カム１７ａ、１８ａに固定接続されている。二次カム１７ａ、１８ａが関連するシャフトエレメント２０ａ、２１ａに固定接続されていることにより、スライディングパスエレメント４６ａ、４７ａが軸方向に移動すると、それによって関連するシャフトエレメント２０ａ、２１ａも軸方向に移動するため、二次カム１６ａ、１７ａ、１８ａ、１９ａも軸方向へ移動する。

シャフトエレメント２０ａ、２１ａは、シフティングゲート３１ａによって、動作的に、部分的に相互連結されている。調整ユニット２２ａによって、シャフトエレメント２０ａ、２１ａは、連続して移動することができる。この場合、シャフトエレメント２０ａ、２１ａは、バルブ駆動装置の回転角に応じて移動する。第１の切替え方向では、まず、シャフトエレメント２１ａが移動し、続いて、シャフトエレメント２１ａが完全に移動すると、シャフトエレメント２０ａが移動する。第２の切替え方向では、まず、シャフトエレメント２０ａが移動し、続いて、シャフトエレメント２１ａが移動する。動作的連結により、一方のシャフトエレメント２０ａ、２１ａが移動すると、内部シャフト１５ａの回転数に応じて、もう一方のシャフトエレメント２０ａ、２１ａは時間的にずれて移動する。シャフトエレメント２０ａ、２１ａのもう一方が連続して移動することなく、一方のシャフトエレメント２０ａ、２１ａだけが移動することは不可能である。

シャフトエレメント２１ａとシャフトエレメント２０ａとは、連結位置Ｐ’で共回転可能かつ軸方向に移動可能に、例えばギヤなどによって相互に接続されている。さらに、ドライブフランジ４３ａは、同様に、連結位置Ｐで共回転可能かつ軸方向に移動可能に、例えばギヤなどによってシャフトエレメント２０ａに接続されている。トルクは、ドライブフランジ４３ａから開始され、連結位置Ｐを介してシャフトエレメント２０ａに伝達され、さらに連結位置Ｐ’を介してシャフトエレメント２１ａに伝達される。

切替えエレメントを動かす両方のアクチュエータは、切替えエレメントを外に送り出すための電磁石ユニットをそれぞれ有している。これらのアクチュエータは相安定形として実施されており、この場合、電磁石ユニットが通電されていないと、切替えエレメントは、収納されている状態でも、外に送り出されている状態でも、そのままその位置に留まっている。切替えエレメントを外に送り出すためには、該当する電磁石ユニットに通電する。切替えエレメントの収納は、スライディングパス４４ａ、４５ａによって実施されている。

切替えセグメント５０ａ、５１ａ、５２ａ、５３ａによって、シャフトエレメント２０ａ、２１ａを２つの異なる切替え位置に切り替えることができる。二次カム１６ａ、１７ａ、１８ａ、１９ａは、それぞれ２つの部分カムを有しており、これらの部分カムによって、二次カム１６ａ、１７ａ、１８ａ、１９ａの異なるカムカーブが提供されている。これらの部分カムは、シャフトエレメント２０ａ、２１ａの切替え位置に割り当てられている。二次カム１６ａ、１７ａ、１８ａ、１９ａの部分カムは、インテークバルブ３２ａ、３３ａ、３４ａ、３５ａのいずれかを選択的に作動させるために設けられており、それぞれが隣接して配置されている。二次カム１６ａ、１７ａ、１８ａ、１９ａの部分カムの基本円位相はそれぞれ同じである。切替えセグメント５０ａ、５１ａ、５２ａ、５３ａは、該当するシャフトエレメント２０ａ、２１ａに割り当てられている二次カム１６ａ、１７ａ、１８ａ、１９ａの基本円位相において、シャフトエレメント２０ａ、２１ａをそれぞれ移動させる。

二次カム１６ａ、１７ａ、１８ａ、１９ａのカムカーブは、主としてリフト高さによって区別される。小さなカムカーブは、第１の切替え位置に割り当てられており、小さなリフト高さを有している。大きなカムカーブは、第２の切替え位置に割り当てられており、大きなリフト高さを有している。第１の部分カムは小さなカムカーブを有し、第２の部分カムは大きなカムカーブを有している。インテークバルブ３２ａ、３３ａ、３４ａ、３５ａは、異なるカムカーブをもつ２つの部分カムを備える二次カム１６ａ、１７ａ、１８ａ、１９ａによって作動するが、シャフトエレメント２０ａ、２１ａの第１の切替え位置においては、その二次カム１６ａ、１７ａ、１８ａ、１９ａの２つの隣接する部分カムのうち、より小さなリフト高さを有している部分カムによって操作される。シャフトエレメント２０ａ、２１ａの第２の切替え位置では、関連するインテークバルブ３２ａ、３３ａ、３４ａ、３５ａが、異なるカムカーブをもつ２つの部分カムを備える二次カム１６ａ、１７ａ、１８ａ、１９ａによって作動するが、その二次カム１６ａ、１７ａ、１８ａ、１９ａの２つの隣接する部分カムのうち、より大きなリフト高さを有している部分カムによって操作される。

第１の切替え位置では、シャフトエレメント２０ａがドライブフランジ４３ａのストップ位置まで軸方向に移動している。シャフトエレメント２１ａは、第１の切替え位置において、シャフトエレメント２０ａのストップ位置まで軸方向に移動している（図１を参照）。第２の切替え位置では、シャフトエレメント２１ａが外部シャフト１０ａのストップ位置まで軸方向に移動している。シャフトエレメント２０ａは、第２の切替え位置において、シャフトエレメント２１ａのストップ位置まで軸方向に移動している（図６を参照）。第１の切替え位置では、小さなリフトを備える部分カムがインテークバルブ３２ａ、３３ａ、３４ａ、３５ａに割り当てられ、第２の切替え位置では、大きなリフトを備える部分カムがインテークバルブ３２ａ、３３ａ、３４ａ、３５ａに割り当てられている。

シャフトエレメント２０ａ、２１ａを、それらの切替え位置に固定するため、本バルブ駆動装置にはポジティブ結合ユニットが含まれており、このユニットは、それぞれのシャフトエレメント２０ａ、２１ａに２つずつ割り当てられているプレッシャピースを有している。切替え位置において、ポジティブ結合ユニットのプレッシャピースは、内部シャフト１５ａのシャフトエレメント２０ａ、２１ａと外部シャフト１０ａとを、切離し可能な形で接続する。外部シャフト１０ａは内側に凹部を有しており、これらの凹部は切替え位置に割り当てられ、切替え位置においては、内部シャフト１５ａに固定接続されているプレッシャピースが凹部の中にかみ合っている。このポジティブ結合ユニットは、プレッシャピースによって、ボールロックとして形成されている。

シャフトエレメント２０ａ、２１ａが第１の切替え位置に切り替えられている作動状態では、インテークバルブ３２ａ、３３ａ、３４ａ、３５ａが第１の部分カムによって作動する。インテークバルブ３２ａ、３３ａ、３４ａ、３５ａが第２の部分カムによって作動する第２の切替え位置にシャフトエレメント２０ａ、２１ａを切り替えるため、第１の切替え手段がその切替え位置に切り替えられ、それによって第１の切替えピンが進入セグメント４８ａの中にかみ合う。切替えセグメント５０ａの形状は内部シャフト１５ａの回転運動によって軸方向の力を提供し、この力がシャフトエレメント２１ａと、このシャフトエレメント２１ａに接続されている二次カム１８ａ、１９ａとを、第２のベアリング位置４１ａの方向に移動させる。これによって、シャフトエレメント２１ａは第２の切替え位置に切り替えられるが、一方、通常はシャフトエレメント２０ａに連結されている二次カム１６ａ、１７ａによって作動するインテークバルブ３２ａ、３３ａは変化しないまま留まっている（図５を参照）。この作動状態において、シャフトエレメント２０ａ、２１ａの切替え動作は半分まで終了している。内部シャフト１５ａの次の回転運動により、引き続き、シャフトエレメント２０ａは、第１の切替えピンと切替えセグメント５１ａとによって、その第２の切替え位置に切り替えられ、これにより、シャフトエレメント２０ａに連結されている二次カム１６ａ、１７ａのためにも、第２の部分カムが切り替えられる（図６を参照）。この切替え動作は、離脱セグメント５４ａに到達し、第１の切替えピンが収納されることによって終了する。従って、バルブリフト切替えは、２段階による連続バルブリフト切替えとして行われる。

第２の切替え位置から第１の切替え位置に戻る切替え動作も同様に行われ、第２の切替えピンが第２のスライディングパス４５ａにかみ合い、シャフトエレメント２０ａ、２１ａが、シャフトエレメント２０ａから始まって、順番に第１の切替え位置に移動する。第１の切替え位置への切替え動作でも、同様に、２段階による連続バルブリフト切替えが行われる。

図７には、本発明のもう１つの実施例が示されている。この実施例と区別するために、図１〜６の実施例の符号中の文字ａは、図７の実施例の符号中では文字ｂになっている。以下の説明は、主に２つの実施例との間の違いに限定されている。同一のままの構成部品、特徴及び機能については、図１〜６の実施例の説明及び／又は図を参照することができる。

図７は、内燃機関バルブ駆動装置として形成されている、直列に配置された４つのシリンダを制御するための同様のバルブ駆動装置を示している。前述した実施例と異なるのは、それぞれのシリンダに、１つのインテークバルブと２つのエグゾーストバルブとが割り当てられていることである。インテークバルブ及びエグゾーストバルブを作動するため、本バルブ駆動装置は、第１のカムシャフトユニットと第２のカムシャフトユニットとを有しており、これらは互いに連結されている。第１のカムシャフトユニットには、外部シャフト１０ｂと、この外部シャフト１０ｂに接続されている一次カム１１ｂ、１１ｂ’、１２ｂ、１２ｂ’、１３ｂ、１３ｂ’、１４ｂ、１４ｂ’とが含まれている。第２のカムシャフトユニットは、内部シャフト１５ｂと、この内部シャフト１５ｂに接続されている二次カム１６ｂ、１６ｂ’、１７ｂ、１７ｂ’、１８ｂ、１８ｂ’、１９ｂ、１９ｂ’とを有している。一次カム１１ｂ、１１ｂ’、１２ｂ、１２ｂ’、１３ｂ、１３ｂ’、１４ｂ、１４ｂ’は、同じカムカーブをもつ２つの部分カムによって形成され、二次カム１６ｂ、１６ｂ’、１７ｂ、１７ｂ’、１８ｂ、１８ｂ’、１９ｂ、１９ｂ’は異なるカムカーブをもつ２つの部分カムによって形成されている。

これらの２つのカムシャフトユニットは、インテーク側／エグゾースト側カムシャフトの複合カムシャフトを形成しており、この複合カムシャフトは、シリンダごとに、インテークバルブのためのバルブ作動位相及びエグゾーストバルブのためのバルブ作動位相を有している。外部シャフト１５ｂは中空シャフトとして形成されており、この中に複数の部品から形成されている内部シャフト１５ｂが通され、この内部シャフト１５ｂは、１つのドライブフランジ４３ｂと２つのシャフトエレメント２０ｂ、２１ｂとから構成されている。この場合、ドライブフランジ４３ｂと両方のシャフトエレメント２０ｂ、２１ｂとは、共回転可能かつ軸方向に移動可能に、互いに接続されている。

カムシャフトユニットを互いに回転させ、移動させるため、本バルブ駆動装置は調整ユニット２２ｂを有している。シャフトエレメント２０ｂ、２１ｂを軸方向に移動させるため、この調整ユニット２２ｂは、両方のシャフトエレメント２０ｂ、２１ｂを、連続して２段階で軸方向に移動させるシフティングゲート３１ｂを有している。

同じシリンダのエグゾーストバルブを作動するための一次カム１１ｂ、１１ｂ’、１２ｂ、１２ｂ’、１３ｂ、１３ｂ’、１４ｂ、１４ｂ’は、それぞれ隣接して配置されており、これに関連する二次カム１６ｂ、１６ｂ’、１７ｂ、１７ｂ’、１８ｂ、１８ｂ’、１９ｂ、１９ｂ’を分離している二次カム１６ｂ’、１７ｂ、二次カム１７ｂ’、１８ｂ及び二次カム１８ｂ’、１９ｂは、同様に隣接して配置されており、二次カム１６ｂ’、１７ｂ、１７ｂ’、１８ｂ、１８ｂ’、１９ｂは、様々なシリンダのインテークバルブを作動するために用いられる。隣接している二次カム１６ｂ’、１７ｂ及び二次カム１８ｂ’、１９ｂは、互いに固定接続されている。また、隣接している二次カム１７ｂ’、１８ｂは、シフティングゲート３１ｂによって接続されている。内部シャフト１５ｂと二次カム１６ｂ、１６ｂ’、１７ｂ、１７ｂ’、１８ｂ、１８ｂ’、１９ｂ、１９ｂ’とを固定接続するため、第２のカムシャフトユニットには接続エレメント２３ｂ、２４ｂ、２５ｂ、２６ｂ、５６ｂ、５７ｂが含まれており、これらの接続エレメントは、外部シャフト１０ｂを通り抜けて、シャフトエレメント２０ｂ、２１ｂとそれに関係する二次カム１６ｂ、１６ｂ’、１７ｂ、１７ｂ’、１８ｂ、１８ｂ’、１９ｂ、１９ｂ’とを、それぞれ共回転可能かつ軸方向に固定した状態で接続している。接続エレメント５６ｂは、隣接する二次カム１６ｂ’、１７ｂとシャフトエレメント２０ｂ、２１ｂとを固定接続するため、接続エレメント５７ｂは、隣接する二次カム１８ｂ’、１９ｂとシャフトエレメント２０ｂ、２１ｂとを固定接続するために設けられている。一次カム１１ｂ、１１ｂ’、１２ｂ、１２ｂ’、１３ｂ、１３ｂ’、１４ｂ、１４ｂ’及び二次カム１６ｂ、１６ｂ’、１７ｂ、１７ｂ’、１８ｂ、１８ｂ’、１９ｂ、１９ｂ’のこのような配置により、外部シャフト１０ｂは、前述の実施例とは異なり、それぞれ３つの壁開口部２７ｂ、２８ｂ、２９ｂ、３０ｂ、５８ｂ、５９ｂを有している。壁開口部２７ｂ、２８ｂ、２９ｂ、３０ｂ、５８ｂ、５９ｂにより、外部シャフト１０ｂ上に回転可能かつ移動可能に支持されている二次カム１６ｂ、１６ｂ’、１７ｂ、１７ｂ’、１８ｂ、１８ｂ’、１９ｂ、１９ｂ’は、接続エレメントによって内部シャフト１５ｂに固定接続されており、二次カム１６ｂ’、１７ｂ及び二次カム１８ｂ’、１９ｂが互いに連結されている。

１０ａ、１０ｂ： 外部シャフト
１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａ ；
１１ｂ、１２ｂ、１３ｂ、１４ｂ；
１１ｂ’、１２ｂ’、１３ｂ’、１４ｂ’：一次カム
１５ａ、１５ｂ： 内部シャフト
１６ａ、１７ａ、１８ａ、１９ａ；
１６ｂ、１７ｂ、１８ｂ、１９ｂ；
１６ｂ’、１７ｂ’、１８ｂ’、１９ｂ’：二次カム
２０ａ、２１ａ；２０ｂ、２１ｂ ： シャフトエレメント
２２ａ；２２ｂ： 調整ユニット
２３ａ、２４ａ、２５ａ、２６ａ；
２３ｂ、２４ｂ、２５ｂ、２６ｂ、
５６ｂ、５７ｂ： 接続エレメント
２７ａ、２８ａ、２９ａ、３０ａ；
２７ｂ、２８ｂ、２９ｂ、３０ｂ 、
５８ｂ、５９ｂ： 壁開口部
３１ａ；３１ｂ： シフティングゲート
３２ａ、３３ａ、３４ａ、３５ａ ： インテークバルブ
３６ａ、３７ａ、３８ａ、３９ａ ： エグゾーストバルブ
４０ａ： 第１のベアリング位置
４１ａ： 第２のベアリング位置
４２ａ： その他のベアリング位置
４３ａ、４３ｂ： ドライブフランジ
４４ａ、４５ａ： スライディングパス
４６ａ、４７ａ： スライディングパスエレメント
４８ａ、４９ａ： 進入セグメント
５０ａ、５１ａ、５２ａ、５３ａ： 切替えセグメント
５４ａ、５５ａ： 離脱セグメント
６０ａ、６０ｂ： 調整経路

Claims (12)

1. 外部シャフト（１０ａ；１０ｂ）及び該外部シャフト（１０ａ；１０ｂ）に接続されている一次カム（１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａ；１１ｂ、１２ｂ、１３ｂ、１４ｂ、１１ｂ’、１２ｂ’、１３ｂ’、１４ｂ’）を有する第１のカムシャフトユニットと、前記外部シャフト（１０ａ；１０ｂ）内を通っている内部シャフト（１５ａ；１５ｂ）及び該内部シャフト（１５ａ；１５ｂ）に接続されている二次カム（１６ａ、１７ａ、１８ａ、１９ａ；１６ｂ、１７ｂ、１８ｂ、１９ｂ、１６ｂ’、１７ｂ’、１８ｂ’、１９ｂ’）を有する第２のカムシャフトユニットと、両方の前記カムシャフトユニットを互いに調整するために設けられている調整ユニット（２２ａ；２２ｂ）と、を備える内燃機関のバルブ駆動装置であって、
   前記調整ユニット（２２ａ；２２ｂ）が、少なくとも２段階による連続バルブリフト切替えを提供するために設けられており、前記カムシャフトユニットの少なくとも１つが、少なくとも２つのシャフトエレメント（２０ａ、２１ａ；２０ｂ、２１ｂ）を有しており、該シャフトエレメントは、少なくとも１回の切替え動作の中で連続して順番に移動するように設けられていることを特徴とするバルブ駆動装置。
2. 前記シャフトエレメント（２０ａ、２１ａ；２０ｂ、２１ｂ）が、前記内部シャフト（１５ａ；１５ｂ）の少なくとも一部を形成するように設けられていることを特徴とする、請求項１に記載のバルブ駆動装置。
3. 少なくとも２つの前記シャフトエレメント（２０ａ、２１ａ；２０ｂ、２１ｂ）が、共回転しかつ軸方向に移動可能に相互接続されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載のバルブ駆動装置。
4. 前記一次カム（１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａ；１１ｂ、１２ｂ、１３ｂ、１４ｂ、１１ｂ’、１２ｂ’、１３ｂ’、１４ｂ’）の少なくとも１つ及び／又は二次カム（１６ａ、１７ａ、１８ａ、１９ａ；１６ｂ、１７ｂ、１８ｂ、１９ｂ、１６ｂ’、１７ｂ’、１８ｂ’、１９ｂ’）の少なくとも１つが、少なくとも２つの部分カムを有しており、該部分カムは、様々なバルブリフトを提供するために設けられていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のバルブ駆動装置。
5. 前記調整ユニット（２２ａ；２２ｂ）が、少なくとも１つの作動状態において、前記一次カム（１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａ；１１ｂ、１２ｂ、１３ｂ、１４ｂ、１１ｂ’、１２ｂ’、１３ｂ’、１４ｂ’）の少なくとも一部又は前記二次カム（１６ａ、１７ａ、１８ａ、１９ａ；１６ｂ、１７ｂ、１８ｂ、１９ｂ、１６ｂ’、１７ｂ’、１８ｂ’、１９ｂ’）の少なくとも一部を軸方向に動かすために設けられている少なくとも１つのシフティングゲート（３１ａ；３１ｂ）を有していることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のバルブ駆動装置。
6. 少なくとも２つの前記シャフトエレメント（２０ａ、２１ａ；２０ｂ、２１ｂ）を連続して移動させるため、前記シャフトエレメントが少なくとも部分的に動作的に相互連結するように前記シフティングゲート（３１ａ；３１ｂ）が設けられていることを特徴とする、請求項５に記載のバルブ駆動装置。
7. 少なくとも１つの作動状態において、前記内部シャフト（１５ａ；１５ｂ）と前記外部シャフト（１０ａ、１０ｂ）とを少なくとも部分的に切離し可能に相互接続するために設けられているポジティブ結合ユニットを有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のバルブ駆動装置。
8. 少なくとも２つの前記カムシャフトユニットが、インテーク側／エグゾースト側カムシャフトの複合カムシャフトを形成するために設けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のバルブ駆動装置。
9. 前記カムシャフトユニットが、様々なバルブ作動位相を有していることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載のバルブ駆動装置。
10. 前記外部シャフト（１０ａ；１０ｂ）を通り抜けてかみ合い、前記内部シャフト（１５ａ；１５ｂ）と前記二次カム（１６ａ、１７ａ、１８ａ、１９ａ；１６ｂ、１７ｂ、１８ｂ、１９ｂ、１６ｂ’、１７ｂ’、１８ｂ’、１９ｂ’）との固定接続を確立するために設けられている接続エレメント（２３ａ、２４ａ、２５ａ、２６ａ；２３ｂ、２４ｂ、２５ｂ、２６ｂ、５６ｂ、５７ｂ）を特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載のバルブ駆動装置。
11. 前記外部シャフト（１０ａ；１０ｂ）が、前記二次カム（１６ａ、１７ａ、１８ａ、１９ａ；１６ｂ、１７ｂ、１８ｂ、１９ｂ、１６ｂ’、１７ｂ’、１８ｂ’、１９ｂ’）に割り当てられている矩形の壁開口部（２７ａ、２８ａ、２９ａ、３０ａ；２７ｂ、２８ｂ、２９ｂ、３０ｂ、５８ｂ、５９ｂ）を有しており、該壁開口部が、バルブリフト切替えのため、少なくとも１つの軸方向への調整経路（６０ａ；６０ｂ）を提供するために設けられていることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のバルブ駆動装置。
12. 外部シャフト（１０ａ；１０ｂ）及び該外部シャフト（１０ａ；１０ｂ）に接続されている一次カム（１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａ；１１ｂ、１２ｂ、１３ｂ、１４ｂ、１１ｂ’、１２ｂ’、１３ｂ’、１４ｂ’）を有する第１のカムシャフトユニットと、前記外部シャフト（１０ａ；１０ｂ）内を通っている内部シャフト（１５ａ；１５ｂ）及び該内部シャフト（１５ａ；１５ｂ）に接続されている二次カム（１６ａ、１７ａ、１８ａ、１９ａ；１６ｂ、１７ｂ、１８ｂ、１９ｂ、１６ｂ’、１７ｂ’、１８ｂ’、１９ｂ’）を有する第２のカムシャフトユニットと、両方の前記カムシャフトユニットを互いに調整するために設けられている調整ユニット（２２ａ；２２ｂ）と、を備える内燃機関のバルブ駆動装置のための方法であって、
    前記調整ユニット（２２ａ；２２ｂ）が、少なくとも２段階による連続バルブリフト切替えを提供しており、前記カムシャフトユニットの少なくとも１つが、少なくとも２つのシャフトエレメント（２０ａ、２１ａ；２０ｂ、２１ｂ）を有し、該シャフトエレメントは、少なくとも１つの切替え動作の中で連続して順番に移動することを特徴とする方法。

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