JP5684409B2 - 内燃機関バルブトレイン装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関のための内燃機関バルブトレイン装置に関する。

特許文献１により、互いに独立して軸方向にスライド可能なカム要素と、カム要素をスライドさせるための切替えゲートとを備えた内燃機関バルブトレイン装置がすでに公知である。

独国特許出願公開第１０２００４０２１３７５Ａ１号明細書

本発明の課題は、２つを超える、互いに独立して切替え可能なカム要素を備えた、内燃機関のための安価な内燃機関バルブトレイン装置を提供することである。本課題は、本発明に従い、請求項１の特徴によって解決される。さらなる実施形態は、従属請求項によって開示される。

本発明は、２つの互いに独立して軸方向にスライド可能なカム要素と、カム要素をスライドさせるための切替えゲートを備えた内燃機関バルブトレイン装置に関するものである。

本発明により、内燃機関バルブトレイン装置が少なくとも３つの互いに独立して軸方向にスライド可能なカム要素と、少なくとも１つの連続したゲートパスを有する切替えゲートとを備え、このゲートパスが、少なくとも３つのカム要素を順次連続してスライドさせるために設けられていることが提示される。これにより内燃機関のための切替え可能なバルブトレインが提供されることができ、このバルブトレインは、特に３気筒直列エンジンとして形成された内燃機関及び／又は６気筒Ｖ型エンジンとして形成された内燃機関のように、異なったバルブ動作時間を持つ少なくとも３つの直列に配置されたシリンダーを有している。「切替えゲート」という言葉は、ここでは少なくとも３つのカム要素を軸方向調整するための切替えユニットと理解されるべきであり、これは少なくとも１つのゲートパスを有し、このゲートパスは回転動作を軸方向の調整力に変換するために設けられている。「ゲートパス」は、特に切替えピンの片側又は両側を強制的に案内するパスであると理解される。ゲートパスは好ましくは、ウェブの形で、スリットの形で、及び／又は溝の形で形成されている。切替えピンは好ましくはウェブを取り囲む切替えシューの形で、スリット内に係合したピンの形で、及び／又は溝内に案内されたピンの形で形成されている。「連続したゲートパス」とは、特に切替えピンがこれによって常に強制的に案内されるゲートパスであると理解される。「カム要素」とは、特にカムを支持するためのキャリア要素であると理解される。カムは好ましくはカム要素と一体形成されており、つまりカム要素はキャリア要素とカムとを一体化して形成している。しかし、基本的にカムがキャリア要素とは別々に仕上げられ、キャリア要素と固定的に接続されていることも考えられ得る。「設けられている」とは、特に、専用に装備されている及び／又は設計されていると理解される。「順次連続して」とは、特に、カム要素が切替えプロセスにおいて連続して個々の段階でスライドされると理解される。

さらに、少なくとも１つのゲートパスが少なくとも３つの切替えセグメントを有し、これら切替えセグメントがそれぞれカム要素の１つに割り当てられていることが提示される。それによってカム要素を順次スライドすることが特に簡単に実現され得る。ここで「切替えセグメント」とは、特にゲートパスのセグメントと理解されるべきであり、これは少なくとも１つの軸方向の傾斜を有している。「軸方向傾斜」とは、特に、ゲートパスがこのセグメント内で傾斜を備え、これによってゲートパスの経路が、少なくとも３つのカム要素の主回転軸を中心とする円周から軸方向に外れ、それによってカムシャフトの回転動作が軸方向に作用する力に変換され得ることであると理解される。方向を示す「軸方向」、「円周方向」及び「半径方向」に関して、本稿では、特に明記しない限り、カムシャフトの主回転軸により規定される。「カム要素に割り当てられる」とは、特に、対応するカム要素を切り替えるために切替えセグメントが設けられていると理解される。

好ましくはカム要素のうちの２つがそれぞれ少なくとも１つのゲートパスの一部を形成する。それによってゲートパスは構造的に特に簡単に作ることができる。この関連において、「形成する」とは、特に、ゲートパスが特に溝の形でカム要素と一体形成されおり、この溝がカム要素を２つに分けていると理解される。

特に好適には、カム要素が、それぞれ少なくとも１つのゲートパスの一部を形成しており、少なくとも切替えゲートの範囲では、カム要素がそれぞれ約１２０度のカムシャフト角度の角度範囲を占めている。それによってゲートパスは特に好適に形成され得る。ここで「切替えゲートの範囲」とは、特にカムシャフトの軸方向の範囲であり、少なくとも１つのゲートパスを備えていると理解される。「角度範囲」とは、特に円周方向へのカム要素の範囲であると理解される。「カムシャフト角度」とは、特にカムシャフトに関係する角度を示すと理解される。つまりカムシャフトの１回転が３６０度のカムシャフト角度に相当する。これに対して「クランクシャフト角度」とは、クランクシャフトに関係する角度を示すと理解されるべきであり、その際、この角度指示ではカムシャフトの１回転が７２０度のクランクシャフト角度に相当する。ゲートパスは好ましくは少なくとも３３０度のカムシャフト角度の長さを有する。「約」とは、特に精度±５度のカムシャフト角度と理解されるべきであり、その際、好適にはカムシャフト角度が±２度、特に好適にはカムシャフト角度が±１度である。

さらに、少なくとも１つのゲートパスが、少なくとも３６０度のカムシャフト角度の長さを有することが提示される。それによって、特に好適な切替えセグメントの範囲がこのゲートパスによって実現し得る。特にこれによって、切替えセグメント全体が少なくとも９０度のカムシャフト角度の長さを有することが可能であり、その際、少なくとも１００度のカムシャフト角度の長さが有利であり、特に約１１０度のカムシャフト角度の長さが有利である。

さらに内燃機関バルブトレイン装置がゲート要素を備えていることが提示され、このゲート要素は少なくとも１つのゲートパスの一部を形成している。それによって、第３のカム要素は、好ましくはゲートパスを有さずに、有利には切替えゲートを使用して操作され得る。

特に好適には、ゲート要素は少なくとも切替えゲートの範囲で約１２０度の角度範囲を占める。それによってゲート要素は特に好適にはカム要素の間に挿入され得る。ゲート要素と少なくとも２つのカム要素は隣接しており、つまり円周方向にほとんど隙間なく相互に移行している。

さらに内燃機関バルブトレイン装置が接続ユニットを備え、この接続ユニットがカム要素の１つとゲート要素とを移動可能に互いに連結することが提示される。それによって第３のカム要素を切替えゲートと間隔をあけて配置することができるため、切替えゲートを構造的に単純に形成することが可能である。ここで「移動可能に連結されている」とは、特に回転方向及び軸方向に固定的に互いに接続されていると理解される。

本発明の特に好適な実施形態では、少なくとも１つのゲートパスがコースインセグメントを有しており、このコースインセグメントが少なくとも１つの切替えセグメントの少なくとも部分的に一体形成されていることが提示される。それによってゲートパスの長さを特に短くすることができ、それによってゲートパスは少なくとも３つの切替えセグメントを有することができる。ここで「コースインセグメント」とは、特に少なくとも１つの半径方向傾斜を備えたゲートパスのセグメントであると理解される。「半径方向傾斜」とは、特に、ゲートパスがこのセグメント内で傾斜を有しており、これによってゲートパスの経路が、少なくとも３つのカム要素の主回転軸を中心とする円周から半径方向へ外れ、それによってカムシャフトの回転運動が半径方向に作用する力に変換され得ることであると理解される。コースインセグメントでは、変化する深さ及び／又は高さをゲートパスが有し、それによって切替えピンがゲートパスにコースインできる。文中における「一体形成に」とは、ゲートパスが少なくとも一部分で半径方向傾斜と軸方向傾斜を有している、つまり円周方向に関して軸方向及び半径方向に傾斜しており、それによって切替えピンのゲートパスへのコースイン中にもなお、軸方向の力作用を対応するカム要素に加え得ることであると理解される。

代替及び／又は追加の方法として、少なくとも１つのゲートパスがコースアウトセグメントを有しており、このコースアウトセグメントは少なくとも１つの切替えセグメントと、少なくとも部分的に一体形成されている。それによってゲートパスの長さはさらに短縮可能であり、それによって特に好適な実施形態を実現することができる。ここで「コースアウトセグメント」とは、ゲートパスの別のセグメントと理解されるべきであり、このセグメントは少なくとも１つの半径方向傾斜を有し、それによって切替えピンと切替えゲートの間の係合が再度分離され得る。

そのために、内燃機関バルブトレイン装置が第２のゲートパスを備え、このゲートパスが第１のゲートパスに対して実質的に位相をずらして配置されていることが提示される。それによって、切替えゲートの取付けスペースを特に小さくすることが実現され得る。ここで「位相をずらして」とは、特に、第１のゲートパスと第２のゲートパスがカムシャフトの円周方向に沿って互いにずれていることであると理解される。ここで円周方向とは、カムシャフトの主回転軸を中心とする円弧に対して正接に、カムシャフトのために備えられた回転方向に向けられた方向であると理解される。

さらに、内燃機関バルブトレイン装置が切替えユニットを備え、この切替えユニットが切替え方向ごとにただ１つの切替えピンを有し、この切替えピンは切替えゲートを使用してすべてのカム要素を対応する切替え方向へスライドさせるために設けられていることが提示される。それによってこの内燃機関バルブトレイン装置を、特に安価に形成することができる。なぜなら構成部品の数、特に切替えピンのためのアクチュエータの数が少なくて済むからである。

その他の利点は、以下の図面の説明によって開示される。図面では、本発明の具体例が示される。図面、説明、請求項中には、多数の特徴が組み合わされて含まれている。当業者はこれらの特徴を個々においても好適なものとみなし、その他の有意義な別の組み合わせにまとめるであろう。

本発明による内燃機関バルブトレイン装置の斜視図である。 内燃機関バルブトレイン装置の長手方向部分断面図である。 内燃機関バルブトレイン装置の切替えゲートの図である。 切替えゲートのゲートパスの模式図である。 第１の切替え方向に沿った切替えプロセスの図である。 第１の切替え方向に沿った切替えプロセスの図である。 第１の切替え方向に沿った切替えプロセスの図である。 第１の切替え方向に沿った切替えプロセスの図である。 第１の切替え方向に沿った切替えプロセスの図である。 第２の切替え方向に沿った切替えプロセスの図である。 第２の切替え方向に沿った切替えプロセスの図である。 第２の切替え方向に沿った切替えプロセスの図である。 第２の切替え方向に沿った切替えプロセスの図である。 第２の切替え方向に沿った切替えプロセスの図である。

図１〜図１４は、本発明による内燃機関バルブトレイン装置を示す図である。この内燃機関バルブトレイン装置は、少なくとも３つの直列に配置されたシリンダーを有し、異なったバルブ動作時間を有する内燃機関のために設けられている。この内燃機関バルブトレイン装置は内燃機関のために使用可能であり、この内燃機関では、例えば３気筒直列エンジン又は６気筒Ｖ型エンジンのように１列にシリンダーが３つだけ配置されている。しかし、この内燃機関バルブトレイン装置は、例えば、隣接したシリンダーがそれぞれ同一の又は少なくとも類似したバルブ動作時間を有する６気筒直列エンジンのように、それぞれが対になって同一の又は少なくとも類似したバルブ動作時間を有するシリンダーが１つの列に６つ配置される内燃機関にも使用可能である。

内燃機関バルブトレイン装置は、３つのカム要素１０、１１、１２を備えたカムシャフト３１を含んでいる。このカム要素１０、１１、１２はカムキャリアとして形成されている。各カム要素１０、１１、１２には少なくとも１つのカム３２が配置されており、このカムは異なったバルブリフトカーブを具備した２つの部分カム３３、３４を有している。カム３２のうちの１つの部分カム３３、３４はそれぞれ直接隣接して配置されている。カム要素１０、１１、１２は、軸方向へスライド可能である。カム要素１０、１１、１２のいずれかが軸方向へスライドすることにより、カム３２内で一方の部分カム３３から他方の部分カム３４へ切り替えられる。これらのカム要素１０、１１、１２は、これによってそれぞれ２つの個別の切替え位置を有し、その中では、対応するカム要素１０、１１、１２に割り当てられている１つ又は複数のシリンダーに対して異なったバルブリフトに切り替えられている。

カム要素１０、１１、１２を配置するために、カムシャフト３１はドライブシャフト３５を備えている。ドライブシャフト３５は、詳細には図示していないクランクシャフトとの接続のためにクランクシャフト接続を備えている。このクランクシャフト接続は、そのために設けられているカムシャフトアジャスタを使用してカムシャフト３１とクランクシャフトとの間の位相位置を調節するために形成されることができる。

カム要素１０、１１、１２は、軸方向にスライド可能かつ回転方向に固定的にドライブシャフト３５上に配置されている。ドライブシャフト３５は、その外周に平歯車を有している。カム要素１０、１１、１２はその内周に、対応する平歯車を有しており、これがドライブシャフト３５の平歯車に係合する。

さらに内燃機関バルブトレイン装置は切替えゲート１３を備えている。この切替えゲート１３は、３つのカム要素１０、１１、１２を切替えプロセス中に順次連続してスライドさせるために設けられている。カム要素１０、１１、１２をスライドさせるために切替えゲート１３は２つのゲートパス１４、１５を備えている。第１のゲートパス１４はカム要素１０、１１、１２を第１の切替え方向に沿って第１の切替え位置から第２の切替え位置にスライドさせるために設けられている（図５〜図９を参照）。第２のゲートパス１５は、カム要素を第２の切替え方向に沿って第２の切替え位置から第１の切替え位置へスライドさせるために設けられている（図１０〜図１４を参照）。

さらに、内燃機関バルブトレイン装置は切替えユニット２８を備えており、これはゲートパス１４、１５に係合させるための切替えピン２９、３０を有している。切替えユニット２８は、ステータハウジング３６を有しており、このステータハウジングは詳細には図示していない内燃機関のエンジンブロックと固定的に接続されている。切替えピン２９、３０はその主延長方向に沿ってスライド可能にステータハウジング３６内に配置されている。ゲートパス１４、１５は溝として形成され、その中では切替えピン２９、３０が少なくとも部分的に両側とも強制的に案内されることができる。第１の切替え方向への切替えプロセスでは、第１の切替えピン２９が第１のゲートパス１４に係合するようにされる。第２の切替え方向への切替えプロセスでは、第２の切替えピン３０が第２のゲートパス１５に係合するようにされる。

ゲートパス１４、１５は、複数の切替えセグメント１６、１７、１８、１９、２０、２１を有している。第１のゲートパス１４は、３つの切替えセグメント１６、１７、１８を備え、これらは３つのカム要素１０、１１、１２を第１の切替え方向に切り替えるために設けられている。切替えセグメント１６、１７、１８は、それぞれカム要素１０、１１、１２のうちの１つに正確に割り当てられている。さらにゲートパス１４はコースインセグメント２４とコースアウトセグメント２６を備えている。第２のゲートパス１５も同様に形成されている。第２のゲートパス１５は３つの切替えセグメント１９、２０、２１、コースインセグメント２５及びコースアウトセグメント２７を備えている。

切替えセグメント１６、１７、１８、１９、２０、２１は、それぞれ軸方向傾斜を有している。軸方向傾斜によって、対応する切替えピン２９、３０が対応する切替えセグメント１６、１７、１８、１９、２０、２１と係合している場合に、対応する切替えセグメント１６、１７、１８、１９、２０、２１に割り当てられたカム要素１０、１１、１２がスライドする。コースインセグメント２４、２５は半径方向傾斜を有している。ゲートパス１４、１５は、溝として形成されており、コースインセグメント２４、２５の範囲に連続的に増大する深さを有している。コースインセグメント２４、２５とコースアウトセグメント２６、２７との間にある範囲には、対応するゲートパス１４、１５が実質的に一定の深さを有している。コースアウトセグメント２６、２７の範囲には、対応するゲートパス１４、１５が連続的に減少する深さを有している。

２つのゲートパス１４、１５は、それぞれ連続している。つまり対応するコースインセグメント２４、２５を通ってゲートパス１４、１５と係合するようにされた切替えピン２９、３０は、コースアウトセグメント２６、２７を使用して切替えピン２９、３０が再度ゲートパス１４、１５から解放される前に、対応するゲートパス１４、１５の切替えセグメント１６、１７、１８、１９、２０、２１を連続して通り抜ける。カム要素１０、１１、１２は、これによって連続して順次切り替えられる。第１の切替え方向に沿った切替えプロセスでは、最初に軸方向外側のカム要素１０が、続いて軸方向中央のカム要素１１が、そして最後に軸方向外側のカム要素１２が切り替えられる。第２の切替え方向に沿った切替えプロセスでは、最初に軸方向中央のカム要素１１が、続いて軸方向外側のカム要素１２が、及び最後に軸方向の外側のカム要素１０がスライドされる。したがって２つの切替えプロセスは、カム要素１０、１１、１２の切替え順序に関しては対称ではない。

切替えゲート１３は、カムシャフト３１の範囲に配置され、その中では軸方向外側のカム要素１０と軸方向中央のカム要素１１が互いに隣接している。２つのカム要素１０、１１はこの範囲で、それぞれ１２０度のカムシャフト角度の角度範囲のみを占めている。さらに内燃機関バルブトレイン装置はゲート要素２２を備えており、これはカム要素１０、１１が互いに隣接しているカムシャフト３１の範囲に配置されている。ゲート要素２２は、同様に１２０度のカムシャフト角度の角度範囲を占めている。切替えゲート１３の範囲では２つのカム要素１０、１１とゲート要素２２がほぼ同じ大きさの角度範囲を占めている。したがって、カムシャフト３１がカムシャフト角度を３６０度回転させると、それによってカム要素１０、カム要素１１及びゲート要素２２が連続して切替えユニット２８の方を向く。

２つのカム要素１０、１１とゲート要素２２は、ゲートパス１４、１５を形成する。溝として形成されているゲートパス１４、１５は、直接カム要素１０、１１及びゲート要素２２の中に設けられている。２つのカム要素１０、１１とゲート要素２２は、それぞれゲートパス１４、１５の一部分を形成する。しかし基本的に、切替えゲート１３に対して、カム要素１０、１１の代わりに別のゲート要素を設けることも考えられ、これらのゲート要素は移動可能にカム要素１０、１１と連結されるものとする。

ゲートパス１４のコースインセグメント２４はゲート要素２２上で始まり、軸方向外側のカム要素１０上で終わる。ゲートパス１４の第１の切替えセグメント１６は、軸方向外側のカム要素１０に配置されている。ゲートパス１４の第２の切替えセグメント１７は、軸方向中央のカム要素１１上に配置されている。ゲートパス１４の第３の切替えセグメント１８は、ゲート要素２２上に配置されている。ゲートパス１４のコースアウトセグメント２６は、ゲート要素２２から軸方向外側のカム要素１０まで伸びている。それにより、ゲートパス１４は３６０度のカムシャフト角度より大きい角度にかけて伸びている。

ゲートパス１５のコースインセグメント２５は、軸方向外側のカム要素１０上で始まり、軸方向中央のカム要素１１上で終わる。ゲートパス１５の第１の切替えセグメント１９は、軸方向中央のカム要素１１上に配置されている。ゲートパス１５の第２の切替えセグメント２０は、ゲート要素２２上に配置されている。ゲートパス１５の第３の切替えセグメント２１は、軸方向外側のカム要素１０上に配置されている。ゲートパス１５のコースアウトセグメント２７は、軸方向外側のカム要素１０から中央のカム要素１１まで伸びている。それによりゲートパス１５は同様に３６０度のカムシャフト角度より大きい角度にかけて伸びている。

ゲート要素２２及び軸方向外側のカム要素１２は、互いに移動可能に連結されている（図２参照）。ドライブシャフト３５は、少なくとも部分的に中空シャフトとして設けられている。内燃機関バルブトレイン装置は接続ユニット２３を備え、この接続ユニット２３はゲート要素２２をカム要素１２と連結する。接続ユニット２３は連結棒３７を備え、この連結棒はドライブシャフト３５内に通されている。ドライブシャフト３５は、第１の開口部を備え、この開口部を通って連結棒３７がゲート要素２２と連結されており、ドライブシャフト３５は第２の開口部を備え、この開口部を通って連結棒３７がカム要素１２と連結されている。カム要素１２は、それによって少なくともほとんど固定的にゲート要素２２の軸方向の動きに連結されている。ドライブシャフト３５を介してカム要素１２とゲート要素２２は回転方向に固定的に互いに結合されている。

第１のゲートパス１４は、カム要素１０、１１、１２を第１の切替え方向へ調整するために設けられている。第２のゲートパス１５は、第１のゲートパス１４に対して位相をずらした鏡像として配置される。したがって第２のゲートパス１５は構造的に第１のゲートパス１４に相当する。２つのゲートパス１４、１５の違いは、第２のゲートパス１５の切替えセグメント１９、２０、２１の軸方向の傾斜が、第１のゲートパス１４の切替えセグメント１６、１７、１８の軸方向の傾斜に対して逆の方向に向けられていることである。加えて第２のゲートパス１５の始まりが第１のゲートパス１４の始まりに対して位相をずらされている。したがって構造的に類似しているために、以下では特に第１のゲートパス１４について記載し、その記載は、位相のずれを考慮した上で基本的に第２のゲートパス１５に同様に当てはめることができる。

ゲートパス１４のコースインセグメント２４と第１の切替えセグメント１６は、部分的に一体形成で設けられる。コースインセグメント２４と切替えセグメント１６が一体形成で設けられる範囲では、ゲートパス１４は軸方向傾斜と半径方向傾斜を有している。さらに、コースアウトセグメント２６と切替えセグメント１８が部分的に一体形成で設けられている。コースアウトセグメント２６と切替えセグメント１８が一体形成で設けられている範囲では、同様にゲートパス１４は軸方向傾斜と半径方向傾斜を有している。

コースインセグメント２４、切替えセグメント１６、１８及びコースアウトセグメント２６は部分的に別々に設けられている。ゲートパス１４は始まりを基点に、半径方向傾斜のみ有する範囲を含む。この範囲ではゲートパス１４が円周方向に伸び、増大する半径方向深さのみを備えており、コースインセグメント２４が切替えセグメント１６とは別々に設けられている。この範囲ではコースインセグメント２４と切替えセグメント１６が別々に設けられており、大部分がゲート要素２２上に配置されている。

切替えセグメント１６とコースインセグメント２４が一体形成で設けられている範囲は、半径方向傾斜だけを備えた範囲につながっている。切替えセグメント１６、及びコースインセグメント２４と切替えセグメント１６が一体形成で設けられている範囲も、完全にカム要素１０上に配置されている。

この範囲には、ゲートパス１４が軸方向傾斜のみを有する、ゲートパス１４の範囲がつながっている。この範囲には、切替えセグメント１６とコースインセグメント２４が再度別々に設けられている。ゲートパス１４は、この範囲ではほぼ一定の深さを有している。

切替えセグメント１６には、ゲートパス１４は半径方向傾斜も軸方向傾斜も有していない移行セグメント３８が続いている。移行セグメント３８により、カム要素１０からカム要素１１へ移行される。移行セグメント３８は、一部がカム要素１０によって形成されている。移行セグメント３８は、２つの切替えセグメント１６、１７の間に配置されている。

カム要素１１上に配置されたゲートパスの一部は、実質的に一定の深さを備えている。カム要素１１は、移行セグメント３８の別の一部を形成する。加えて切替えセグメント１７は完全にカム要素１１上に配置されている。

切替えセグメント１７と切替えセグメント１８の間の移行のために、ゲートパス１４は半径方向傾斜も軸方向傾斜も有していない別の移行セグメント３９を備えている。この別の移行セグメント３９は、切替えセグメント１７に続く。移行セグメント３９は部分的にカム要素１１により、及び部分的にゲート要素２２により形成されている。

切替えセグメント１８はカム要素１２に割り当てられており、移行セグメント３９に続く。直接移行セグメント３９に続く範囲では、ゲートパス１４が、まず軸方向傾斜だけを備えている。切替えセグメント１８は、最初はコースアウトセグメント２６とは別々に設けられている。

その後の移行では、ゲートパス１４は再度軸方向傾斜と半径方向傾斜を備える範囲を有している。コースアウトセグメント２６と切替えセグメント１８は一体形成で設けられている。コースアウトセグメント２６と切替えセグメント１８が一体形成で設けられているこの範囲では、ゲートパスは減少する深さを有している。この範囲には、コースアウトセグメント２６が切替えセグメント１８とは別々に設けられた範囲がつながっている。この最後の範囲では、ゲートパス１４は半径方向傾斜のみを有している。コースアウトセグメント２６が切替えセグメント１８とは別々に設けられているこの範囲の大部分は、カム要素１０から形成されている。

切替えユニット２８の切替えピン２９、３０は、それぞれが２つの切替え方向の１つのために設けられており、この方向にカム要素１０、１１、１２がスライド可能である。第１の方向にカム要素１０、１１、１２をスライドするために、第１の切替え方向のために設けられた切替えピン２９が繰り出される。カムシャフト３１の回転運動により、切替えピン２９は第１のゲートパス１４のコースインセグメント２４に係合される（図５を参照）。カムシャフト３１のさらなる回転運動により、切替えピン２９は軸方向の力をカム要素１０、１１、１２の１つに作用させることなく、まず部分的に、ゲートパス１４にコースインする。

カムシャフト３１のさらなる回転運動により、切替えピン２９は切替えセグメント１６に係合する（図６を参照）。切替えセグメント１６はコースインセグメント２４と一体形成で設けられているため、切替えピン２９は引き続きコースインセグメント２４と係合している。それによって、カムシャフト３１の回転運動は、カム要素１０への軸方向の力を生じ、一方で切替えピン２９は引き続きゲートパス１４にコースインする。切替えピン２９が切替えセグメント１６に係合し、カムシャフト３１が回転運動することで、カム要素１０は第１の切替え位置から第２の切替え位置へスライドする。

切替えピン２９が切替えセグメント１６を完全に通り抜けた後、カム要素１０は第２の切替え位置に切り替えられる。さらなる回転運動により、切替えピン２９は第１の移行セグメント３８に係合する。カムシャフト３１の回転運動により、切替えピン２９は、カム要素１０上に配置されたゲートパス１４の部分から、カム要素１１上に配置されているゲートパス１４の部分に受け渡される。

さらなる回転運動により、切替えピン２９はカム要素１１上に配置されている切替えセグメント１７と係合する（図７を参照）。カムシャフト３１の回転運動及び切替えピン２９の切替えセグメント１７への係合により、カム要素１１に軸方向の力が作用し、この力によりカム要素１１が第１の切替え位置から第２の切替え位置に切り替えられる。切替えピン２９が切替えセグメント１７を完全に通り抜けた後では、カム要素１１は第２の切替え位置に切り替えられている。

カムシャフト３１のさらなる回転運動により、切替えピン２９は移行セグメント３９を通ってカム要素１１からゲート要素２２へ受け渡される。切替えピン２９はそれによって、ゲート要素２２上に配置され、カム要素１２に割り当てられた切替えセグメント１８と係合する。

切替えセグメント１８が部分的にコースアウトセグメント２６と別々に設けられているため、カムシャフト３１の回転運動及び切替えピン２９のゲートパス１４への係合は、まずカム要素１２への軸方向の力だけを生じる。さらなる回転運動により、切替えピン２９は切替えセグメント１８とコースアウトセグメント２６が一体形成で設けられている範囲に到達する（図８を参照）。切替えピン２９は、それによってコースアウトする一方で、カム要素１２上にはまだ力が作用しており、この力によってカム要素１２が第１の切替え方向に沿ってスライドする。

切替えピン２９が切替えセグメント１８を通り抜けると、カム要素１２も第２の切替え位置に切り替えられている。その後切替えセグメント１８とは別々に設けられているコースアウトセグメント２６により、切替えピン２９はさらにコースアウトする（図９を参照）。コースアウト中に切替えピン２９は、カムシャフト３１の回転運動及びゲートパス１４の半径方向傾斜によってステータハウジング３６へ押し込まれる。切替えピン２９がコースアウトセグメント２６を完全に通り抜けると、第１の切替え位置から第２の切替え位置へのカム要素１０、１１、１２の切替えプロセスは完了する。

第２の切替え方向への切替えプロセスは第２のゲートパス１５を使用して同様に行われる。ゲートパス１５のコースインセグメント２５へのコースイン後（図１０を参照）、切替えピン３０はコースインセグメント２５と切替えセグメント１９を通り抜ける（図１１を参照）。続いて切替えピン３０は移行セグメント４０を使用して後続の切替えセグメント２０に受け渡される（図１２を参照）。切替えピン３０は移行セグメント４１を使用して、切替えセグメント２１に受け渡され（図１３を参照）、続いてコースアウトセグメント２７を使用して再びコースアウトする（図１４を参照）。

コースインセグメント２４、２５は、それぞれが約１１０度のカムシャフト角度の角度範囲を占める。切替えセグメント１６、１７、１８、１９、２０、２１は、同様にそれぞれが約１１０度のカムシャフト角度の角度範囲を占める。移行セグメント３８、３９、４０、４１は、それぞれが約１０度のカムシャフト角度の角度範囲を占める。コースアウトセグメント２６、２７は、それぞれが約９５度のカムシャフト角度の角度範囲を占める。

コースインセグメント２４と第１の切替えセグメント１６は、約４０度のカムシャフト角度の角度範囲にわたり一体形成で設けられている。最後の切替えセグメント１８とコースアウトセグメント２６は、同様に約４０度のカムシャフト角度の角度範囲にわたり一体形成で設けられている。第２のゲートパス１５も、同様に設けられている。したがって、ゲートパス１４、１５は、それぞれが約４７５度のカムシャフト角度の長さを有している。ゲートパス１４、１５のコースインセグメント２４、２５とコースアウトセグメント２６、２７は、それによってそれぞれ部分的に軸方向に並んで配置されている。

切替えピン２９、３０が、対応するコースインセグメント２４、２５を省略して、誤って直接切替えセグメント１６、１７、１８、１９、２０の１つにコースインすることを防止するため、内燃機関バルブトレインユニットはカバーユニット４２を備えている（図３を参照）。カバーユニット４２は、ゲートパス１４、１５の未使用部分を覆うために備えられている。

第１のゲートパス１４を部分的にカバーするためにカバーユニット４２は第１のカバー要素４３を含み、このカバー要素はコースインセグメント２４を形成するカム要素１０と固定的に接続されている。カム要素１０、１１、１２が切替え位置の１つに配置される作動状態においては、カバー要素４３により、第２のカム要素１１の切替えセグメント１７とゲート要素２２の切替えセグメント１８が覆われている。コースインセグメント２４と第１のカム要素１０の切替えセグメント１６は覆われていない。第１のカム要素１０を第１の切替えセグメント１６を使用してスライドさせることで、第１のカム要素１０と連結されているカバー要素４３は、第２のカム要素１１の切替えセグメント１７とゲート要素２２の切替えセグメント１８を開放する。切替えピン２９はそれによって、第１のカム要素１０上に配置されているゲートパス１４の部分だけを通って、第２のカム要素１１上及びゲート要素２２上に配置されているゲートパス１４の一部に入り、ゲートパス１４にコースインすることができる。

第２のゲートパス１５を部分的に覆うために、カバーユニット４２は第２のカバー要素４４を備えている。第２のカバー要素４４は、第１のカバー要素４３と同様に設けられている。ここで２つのカバー要素４３、４４はスリーブ形状に仕上げられており、対応する切替え位置で切替えゲート１３の一部を取り囲み、それによってゲートパス１４、１５を部分的に覆っている。カバー要素４３、４４は、約２４０度のカムシャフト角度の角度範囲を占める。コースインセグメント２４、２５は、部分的にカバー要素４３、４４内に取り付けられている。

切替えユニット２８は双安定に設けられる。２つの切替えピン２９、３０は、繰り出している切替え位置においても、収納されている切替え位置においても、動作しない状態で留まっている場合がある。切替えピン２９、３０は、その際、不安定な中間位置を有している。切替えピン２９、３０の１つが、繰り出している切替え位置と中間位置の間にある場合、該当する切替えピン２９、３０は繰り出している切替え位置に自動的に切り替わる。切替えピン２９、３０の１つが収納されている切替え位置と中間位置の間にある場合、該当する切替えピン２９、３０は収納されている切替え位置に自動的に切り替わる。

切替えピン２９、３０を繰り出すために、切替えユニット２８は電動アクチュエータユニットを備え、これを使って繰り出すための力を切替えピン２９、３０に加えることができる。その際、切替えピン２９、３０は、互いに無関係に繰り出すことができる。アクチュエータユニットは切替えピン２９、３０の繰出しのためにのみ設けられている。切替えピン２９、３０の収納のために、切替えゲート１３が設けられている。切替えピン２９、３０が対応するゲートパス１４、１５からコースアウトする間、切替えピン２９、３０は不安定な中間位置を超えて動き、自動的に収納される。したがって切替えピン２９、３０の収納のために、ゲートパス１４、１５のコースアウトセグメント２６、２７が設けられている。

カム要素１０、１１、１２が切替え位置に係合するため、内燃機関バルブトレイン装置はラッチユニット４５を有している。カム要素１０、１１、１２はそれぞれ２つのラッチ位置を有している。ラッチユニット４５は、複数の係止凹部４６、４７、４８を備え、これらの係止凹部はカム要素１０、１１、１２の内側に取り付けられている。加えてラッチユニット４５は複数のスラストピース４９、５０、５１を備え、これらスラストピースは固定的にドライブシャフト３５と接続されている。スラストピース４９、５０、５１を使用して、カム要素１０、１１、１２がドライブシャフト３５に対してロックされる。

切替えピン２９、３０が対応するゲートパス１４、１５を通過する際にカム要素１０、１１及びゲート要素２２に係合する順番は、基本的に任意とすることができる。例えば、ゲート要素２２がコースインセグメントを有し、続いてゲート要素２２上にカム要素１１が配置されており、カム要素１０はコースアウトセグメントを有していることも考えられる。したがって、カム要素１０、１１、１２がスライドする順番は基本的に自由に決めることができる。

Claims (8)

1. 互いに独立して軸方向にスライド可能な３つのカム要素（１０、１１、１２）と、連続したゲートパス（１４、１５）を有する切替えゲート（１３）とを備え、該ゲートパスが、該３つのカム要素（１０、１１、１２）を順次連続してスライドさせるために設けられている内燃機関バルブトレイン装置であって、
   該ゲートパス（１４、１５）が、３つの切替えセグメント（１６、１７、１８、１９、２０、２１）を有し、該切替えセグメントが該３つのカム要素（１０、１１、１２）の１つにそれぞれ割り当てられ、
   ２つのカム要素（１０、１１）およびゲート要素（２２）が、それぞれ該ゲートパス（１４、１５）の一部を形成し、
   接続ユニット（２３）が、該カム要素（１０、１１、１２）の１つと該ゲート要素（２２）を移動可能に互いに連結する
   ことを特徴とする内燃機関バルブトレイン装置。
2. 前記ゲートパス（１４、１５）の一部をそれぞれ形成する前記カム要素（１０、１１）が、少なくとも前記切替えゲート（１３）の範囲で、それぞれ約１２０度のカムシャフト角度の角度範囲を占めることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関バルブトレイン装置。
3. 前記ゲートパス（１４、１５）が、３６０度のカムシャフト角度の長さを有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関バルブトレイン装置。
4. 前記ゲート要素（２２）が、少なくとも前記切替えゲート（１３）の範囲で約１２０度の角度範囲を占めることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関バルブトレイン装置。
5. 前記ゲートパス（１４、１５）が、コースインセグメント（２４、２５）を有し、該コースインセグメントが少なくとも１つの前記切替えセグメント（１６、１９）と少なくとも部分的に一体形成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関バルブトレイン装置。
6. 前記ゲートパス（１４、１５）が、コースアウトセグメント（２６、２７）を有し、該コースアウトセグメントが少なくとも１つの前記切替えセグメント（１８、２１）と少なくとも部分的に一体形成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関バルブトレイン装置。
7. 第２のゲートパス（１５）が、前記第１のゲートパス（１４）に対して位相をずらして配置されていることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の内燃機関バルブトレイン装置。
8. 切替えユニット（２８）が、切替え方向ごとにただ１つの切替えピン（２９、３０）を有し、該切替えピンが前記切替えゲート（１３）を使用してすべてのカム要素（１０、１１、１２）を対応する切替え方向にスライドさせるために設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の内燃機関バルブトレイン装置。

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