JP5487451B2 - 内燃エンジンバルブトレイン切替え装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前提部分に従った内燃エンジンバルブトレイン切替え装置に関する。

特許文献１（独国特許出願公開ＤＥ１０２００５００６４８９Ａ１号明細書）から、相互に連結された切換え動作が同時に実施される、内燃エンジンバルブトレイン切替え装置が公知である。

独国特許出願公開ＤＥ１０２００５００６４８９Ａ１号明細書

本発明の課題は、動作信頼性の高さを保ちつつ、装置寸法及び重量を抑制でき、またコストも削減できるように、バルブトレイン切替え装置を形成することである。

この課題は、独立請求項の諸特徴によってそれぞれ解決され、本発明のさらなる形態は従属請求項から読み取ることができる。

本発明は、切替えユニットを備えた内燃エンジンバルブトレイン切替え装置に基づいている。

切替えユニットが作動ユニットを有し、この作動ユニットが、少なくとも１つの信号に基づいて第１の切替え動作を実施した後に、電子的解析とは無関係に第２の切替え動作を実施するために設けられていることが提案される。「切替えユニット」とは、特に、少なくとも１つのバルブトレインの切替え動作を生じさせるために設けられている、１つのユニットを意味する。「設けられる」とは、特に、特別に装備され、及び／又は、設計されていることを意味する。このときに、「信号」とは、特に、始動動作及び／又はシグナルを意味し、これはたとえば、あらかじめ決められた意味を与えられた電流パルスであり、及び／又は作動ユニットの外から誘発された負荷であり、及び／又は機械的構成部品が作動位置に置かれていることであり、及び／又は機械的な相互作用である。「始動動作」とは、特に、機械的、電気的、量子力学的、及び／又は電気機械的な動作を意味し、この動作に基づき、とりわけ、切替え機器を特定の位置に位置することができるようになる。「作動ユニット」とは、特に、１つの信号に基づいて少なくとも１つの動作を１回のみ実施するユニットを意味し、また特に、機械的、量子力学的、電気的、及び／又は電磁的な構成部品から構成されていることができ、とりわけ、電子的な構成部品が動作に及ぼす影響が、少なくとも非本質的なものであり、特に有利な場合には、電子的な構成部品が動作に影響を与えないときには、電子的な構成部品からも構成されていることができる、そのようなユニットを意味する。「切替え動作」とは、特に、２つの構成部品の間の相対運動、とりわけ軸方向の相対運動を意味する。１つの切替え動作がもう１つの別の切替え動作の「後」に行われるということは、特に、これらの切替え動作が少なくとも部分的には時間的にずらされて行われ、及び／又は特に有利な場合には、これらの間に時間的なオーバーラップがないということを意味する。電子的な「解析」とは、特に、構成部品、及び／又は１つの状態、及び／又は１つの信号、及び／又は１つの動作の電子的な配列を意味する。電子的解析とは「無関係な」実施とは、特に、機械的、量子力学的、電子的、及び／又は電磁的な方式による自動化された実施を意味する。本発明に基づく実施形態を用いて、切替えユニットの簡単な構造を達成することができる。

本発明の１つの好適な実施形態では、作動ユニットは、少なくとも部分的には機械式ユニットとして形成されている。これによって、製作コストを抑制することができる。

さらに、作動ユニットを少なくとも部分的にはトランスミッションとして形成することが提案されている。このため、作動ユニットを簡単な構造にすることができる。トランスミッションは、これを特にカム構造として形成することができる。さらにその他にも、たとえば、ギヤトランスミッション、レバートランスミッション、油圧トランスミッションなどの、当業者にとって有意であると見なされるような別のトランスミッションも考えられる。

有利であるのは、１つのバルブトレインの切替え、及び／又は少なくとも１つのバルブリフト曲線の変更、及び／又は少なくとも１つのバルブの遮断、及び／又は内燃機関の作動状態の少なくとも１つの変更を生じさせるために、作動ユニットが設けられていることである。これによって、バルブトレインのバルブを簡単かつ効果的に操作することができるようになる。「バルブトレイン」とは、特に、コンポーネントユニットを意味し、このコンポーネントユニットは、往復ピストン機関に基づく内燃エンジンの中で少なくとも部分的にガス交換を許容するために設けられている。バルブトレインの「切替え」とは、特に、バルブトレインの少なくとも１つの特性及び／又は少なくとも１つの機能を変更するための変更動作、及び／又は相異なった作動モードの間の変更を意味する。「バルブリフト曲線」とは、バルブが割り当てられているシリンダに対して相対的に計測されるバルブリフトを、デカルト座標系においてバルブトレインに割り当てられたドライブシャフトの回転角度に対してプロットした場合に得られる機能のグラフを意味する。「相異なった作動モード」とは、特に、相異なったバルブタイミング及び／又はバルブリフト曲線を備えたバルブを作動させることを意味する。「作動状態の変更」とは、この場合には特に、全負荷、部分負荷、自己着火運転、シリンダ遮断、早いインテーク終了又は遅いインテーク終了、又は当業者には有意であると見なされるような作動状態での、内燃機関の稼働を意味する。

本発明の１つの有利な構造では、作動ユニットが、少なくとも１つの切替え手段と、少なくとも２つのスイッチユニットとを含んでおり、この作動ユニットは、少なくともスイッチユニットの位置に応じて、切替え手段に対して相対的に、少なくとも１つの作動モードにおいて、これらのスイッチユニットを相互に独立に作動させるために設けられている。これによって、必要な切替え手段の数を少なくすることができる。「切替え手段」とは、特に、少なくとも１つのスイッチユニット又はその他のユニットとの相互作用においても、１つの切替え動作を生じさせるために設けられている、１つの手段を意味する。「スイッチユニット」とは、特に、少なくとも１つの切替え手段又はその他のユニットとの相互作用の中でもまた、１つの切替え動作を生じさせるために設けられている、１つのユニットを意味する。作動ユニットが１つのスイッチユニットを「作動させる」とは、特に、１つの切替え動作を生じさせることができるような、１つの相互作用、及び／又は作動ユニットの、又はスイッチユニットを備えた作動ユニットの諸部分の、１つの相互影響関係を意味する。作動ユニットが諸々のスイッチユニットを「相互に独立に」作動させるとは、特に、作動ユニットによって１つのスイッチユニットを作動させることが、この作動ユニットによってその他のスイッチユニットを作動させることに対して影響を及ぼさないということを意味する。「作動モード」とは、特に、作動の１つの方式を意味する。

本発明の１つの好適な構造では、作動ユニットが、少なくとも２つのスイッチユニットと、少なくとも１つの切替え手段とを含んでおり、この切替え手段は、少なくとも１つの作動モードにおいて、少なくとも２つのスイッチユニットを、少なくとも部分的には時間的にずらして作動させるために設けられている。これによって、必要な切替え手段の数を少なくすることができる。

そのうえ、作動ユニットが、少なくとも２つのスイッチユニットと、少なくとも１つの切替え手段とを有し、この切替え手段が、少なくとも１つのスイッチユニットの少なくとも１つの位置変更に応じて、切替え手段に対して相対的に、前記１つのスイッチユニットを作動させるために設けられることも、提案されている。これによって、必要とされるスイッチユニットの数と、必要不可欠な切替え手段の数とを削減することができる。

さらに、作動ユニットが、少なくとも２つの相異なった切替え方向に割り当てられた切替え手段を有することが提案されている。このため、切替え動作を、構成部品を節約した方法で構成することができる。「切替え方向」とは、特に、１つの構成部品が、少なくとも部分的には切替え手段によって生じさせられた切替え動作によって、切替え手段に対して相対的に動かされ、とりわけ、直進的に動かされる方向を意味する。原則的には、たとえば直進運動と回転運動とが重ね合わされた運動を考えることもできる。

有利なことには、作動ユニットは、少なくとも１つの切替え手段と少なくとも２つの、切替え手段に対応したスイッチユニットとを含んでおり、これらのスイッチユニットは、それらの運動において、少なくとも部分的には連結解除されている。このため、これらのスイッチユニットを、切替え手段に対して相対的に、相異なった方向へ動かすことができる。とりわけ、他方のスイッチユニットが切替え手段に対して相対的に動かされている間に、一方のスイッチユニットをこの切替え手段に対して相対的に静止させておくことができる。切替え手段に「対応した」スイッチユニットとは、特に、切替え手段との相互作用の中で１つの切替え動作を可能にするような方法で構成されている１つのスイッチユニットを意味する。それらの運動の中で少なくとも部分的に「連結解除する」スイッチユニットとは、特に、一方のスイッチユニットの少なくとも１つの運動が、他方のスイッチユニットに対して相対的に、少なくとも１つの作動モードにおいて、他方のスイッチユニットとは独立に行われるようなスイッチユニットを意味する。

その上さらに、作動ユニットが、少なくとも１つの作動モードにおいて少なくとも２つのスイッチユニットを同時に作動させるために設けられていることも提案されている。これによって、１つの切替え手段が２つのスイッチユニットを、少なくとも部分的には連結解除された状態で作動させることができるということを、構造的に簡単な方法で達成することができる。

本発明の１つの好適な実施形態では、作動ユニットが、少なくとも２つのスイッチユニットと、少なくとも２つの制御手段とを有し、これらの制御手段は、作動ユニットの少なくとも２つのスイッチユニットの、相互に対向した端部上に位置決めされている。これによって、特に、個々の制御手段の外周を小さくすることができる。「制御手段」とは、特に、動作を制御するための手段、とりわけ切替え動作を制御するための手段を意味する。特に、スイッチユニットを、特に相異なったシリンダに割り当てられていることが可能な、相異なったバルブに割り当てることができる。特に柔軟な切替えのためには、スイッチユニットを、ただ１つのバルブに割り当ててもよい。

好ましくは、制御手段が、少なくとも１つの制御ガイドを構成している。これによって、スイッチユニットと切替え手段との間で切替え動作を行うための切替え装置を、簡単な方法で実施することができる。「制御ガイド」とは、特に、少なくとも１つの形状、又はエッジを備えた複数の形状を意味し、これらのエッジは、１つの切替え手段を少なくとも１つの切替え動作の際にガイドするために設けられており、それぞれ別個に又は一緒に、たとえば、好ましくは１０°以上、有利な場合には８０°以上、特に好適には１８０°以上の特定の角度範囲を越えて、ドライブシャフト又はドライブシャフトと結合された構成部品の周方向に延長しており、その際に、これらの形状は、空間的に相互に切り離されていることができ、この空間的な分離は切替え動作によって解除可能であることができる。「形状」とは、特に、突出部又は切欠き部を意味し、これらは、当業者には有意であると見なされるような、相異なった延長形態を有することができ、たとえば特に、長く伸びた延長形態を有することができる。形状は、特にスロット又は切込み溝であることができる。「スロット」とは、特に、細い切欠きを意味する。「突出部」とは、特に、その箇所を取り囲む平面に比べて隆起した箇所、及び／又は膨らみを意味する。

本発明の好適な構造では、内燃エンジンバルブトレイン切替え装置が、少なくとも１つの制御ガイドを含み、この制御ガイドは、作動ユニットの少なくとも２つのスイッチユニットによって形成されている。これによって、スイッチユニットが関与している切替え動作のための切替え装置を、特別に簡単な方法で実現することができる。

好ましくは、制御ガイドが、スイッチユニットが切替え手段によって１つの定義された切替えシーケンスにおいて作動可能であるように形成されている。このため、制御ガイドは、作動の継続中に使用されることができる。「定義された切替えシーケンス」とは、特に、前もって決められた手順に従って行われ、少なくとも部分的には時間的にずらされており、及び／又は分離されている切替え動作を意味するものであり、特に、少なくとも２つの定義された切替えシーケンスが生じる継続的動作にもまた、適している。

さらに、作動ユニットが、少なくとも１つの制御ガイドと少なくとも１つの切替え手段を有しており、これらは、相互作用によってバルブトレインの切替えを行うために設けられていることも提案されている。これによって、バルブリフト曲線の確実な変更を達成することができる。

好適には、作動ユニットは、少なくとも１つの切替え手段と、少なくとも１つの制御手段を有する少なくとも１つのスイッチユニットとを有し、その際には、この制御手段と切替え手段とが、お互いの相互作用に基づいて、スイッチユニット及び／又は切替え手段の少なくとも１つの機能を変更するために設けられている。これによって、コンパクトな切替え構成を達成することができる。「機能」とは、特に、作動方式及び特に、その他のコンポーネントユニットとの相互作用における作動方式を意味し、このコンポーネントユニットは、たとえば切替え手段又はスイッチユニットであることができる。

これに連関して、その機能が、切替え手段をスイッチユニットの中へ挿入すること、及び／又は切替え手段をスイッチユニットの中から排出すること、及び／又はスイッチユニットを切替え手段によって作動させること、及び／又は切替え手段を１つのスイッチユニットからその他のスイッチユニットへと転換すること、及び／又はスイッチユニットの運動を静止させることによって、１つの有利点を達成することができる。このため、効果的な機械的切替え装置を実現することができる。切替え手段をスイッチユニットの中へ「挿入する」とは、特に、突出部又はピンとして形成された切替え手段を、スイッチユニットの切り込み溝又はスロットの中へ挿入することを意味する。切替え手段をスイッチユニットの中から「排出する」とは、特に、突出部又はピンとして形成された切替え手段を、スイッチユニットの切り込み溝又はスロットから取り外すことを意味する。さらに、スイッチユニットの運きを「静止させる」とは、切替え手段に対するスイッチユニットの相対的な運動の後で、スイッチユニットを、切替え手段に対して相対的に不動化することを意味する。

好ましくは、少なくとも１つの切替え手段が、少なくとも１つの半径方向へ、少なくとも１つの制御ガイドに当接させるために設けられている。このため、切替え手段と制御ガイドとの間の設計上の簡単な相互作用を達成することができる。「半径方向」とは、特に、ドライブシャフトに関する半径の方向を意味する。切替え手段による制御ガイドの「当接」とは、特に、この切替え手段が、運動の際に制御ガイドの形状に当たるために、及び／又は力によって作用することを意味する。

さらには、作動ユニットがカムシャフトを有し、少なくともその大部分では、それらによって、このカムシャフトに割り当てられているバルブのバルブリフト曲線が変更可能であるようなスイッチユニットを有し、このスイッチユニットを作動させるために設けられている少なくとも１つの切替え手段を有することが提案されている。これによって、コヒーレントな切替えを達成することができ、そのため、個別のカムの切替え間違いを防止することができる。「大部分」とは、特に、総数の少なくとも５０％、特に、少なくとも７０％、特に有利には少なくとも９０％を意味する。バルブは、特に、そのバルブがカムシャフトによって間接的又は直接的に開放され、及び／又は閉鎖されるとき、カムシャフトに「割り当てられて」いることになっている。

好ましくは、作動ユニットが、切替えピンとして形成されている切替え手段を含んでいる。それによって、切替え手段を、コストを抑えて実施することが可能となる。

有利なことには、作動ユニットが、少なくとも１つのスイッチユニットと、少なくとも１つの切替え手段とを有しており、これらは、互いの相互作用により切替え手段に対して相対的にスイッチユニットの軸方向の移動が生じ、それによってバルブトレインの切替えを生じさせる。これにより、バルブトレインを構造的に簡単な方法で切替えることができる。スイッチユニットの「軸方向の」移動とは、特に、カムシャフトであり得るドライブシャフトの、主軸方向における、スイッチユニットの移動を意味する。

さらに、作動ユニットが、少なくとも１つのスイッチユニットを有しており、このスイッチユニットが、少なくとも部分的には相異なった輪郭を有するカムを備えたカムシャフトの、軸方向で移動可能な部分として形成されていることが提案されている。このような方法で、スイッチユニットは、切替え動作を直接的にカムにおいて実施することができる。「カム」とは、特に、作動モードにおいて回転する、カムシャフトとして形成されていることが可能なシャフト上の、曲線状の突出部を意味する。「少なくとも部分的には相異なって形成された輪郭」とは、特に、相異なったカム及び／又は１つのカムの、突出部の相異なった伸長を意味する。

本発明の１つの好ましい変更例では、作動ユニットが少なくとも１つのスイッチユニットを含み、このスイッチユニットが、少なくとも２つの、それらの相互に相対的な位置に応じて少なくとも１つの切替え動作を生じさせている切替えエレメントを有している。それにより、構造的に単純な方法で、切替え手段を用いて、１つのカムシャフトの全てのバルブリフト曲線を変更することができ、これによって、カムシャフトのバルブが相異なったバルブリフト曲線により意図せずに作動させられ、内燃機関の排気ガス放出量に不利な影響が及ぶことを避けることができる。

好適には、作動ユニットが、少なくとも１つのエネルギー貯蔵エレメントを備えた少なくとも１つのスイッチユニットを含んでおり、このエネルギー貯蔵エレメントは、切替え動作において放出されたエネルギーを、少なくとも部分的には蓄積するために設けられている。このような仕方で、カムシャフトに必要な切替え手段の数を少なくすることができる。その際に、エネルギー貯蔵エレメントは、当業者には有意であると見なされるような機械的、化学的、及び／又は電気的な貯蔵エレメントとして形成されることができる。

有利なことには、エネルギー貯蔵エレメントが、蓄積されたエネルギーを用いて切替え動作を生じさせ、それによって、エネルギーの有利な利用を達成することができ、特に、これによって、スイッチユニットの作動に対して相対的に、切替え手段によって時間的に遅らされたカムの軸方向の移動を達成することができる。

１つの変更例では、作動ユニットが、スラストロッドとして形成されている切替え手段を含んでおり、それによって、この切替え手段を構造的に単純に、しかも場所を取らないようにして組み込むことができ、特にスプリングとして構造的に単純に形成されたエネルギー貯蔵エレメントに、切替え動作のために予荷重をかけることが可能である。

さらに、作動ユニットが、少なくとも１つの切替え手段と、少なくとも１つのアンカと、少なくとも１つのねじ付きスピンドルとを有し、このねじ付きスピンドルが、アンカとの相互作用において切替え手段を軸方向で移動させるために設けられることも提案されている。これによって、有利な動力伝達を達成することができ、特に、構造的に単純な方法で、回転運動の機械的エネルギーをエネルギー貯蔵エレメントの中に蓄積することができる。

本発明のさらなる有利点が、以下の図の説明で明らかにされる。図の中では、本発明の実施形態が示されている。説明及び請求項には、組み合わせによって数多くの特徴が含まれている。当業者は、これらの特徴を適切な方法で詳細に検討し、さらなる有意な組み合わせにまとめるであろう。

切替えユニットを備えた内燃エンジンバルブトレイン切替え装置の部分図である。 制御ガイドの展開図である。 ２つの制御ガイドの平面展開図である。 右方向への切替え動作の第１ステップにおける中間状態を示す図である。 右方向への切替え動作の第１ステップにおける中間状態を示す図である。 右方向への切替え動作の第２ステップにおける中間状態を示す図である。 右方向への切替え動作の第２ステップにおける中間状態を示す図である。 右方向への切替え動作の第３ステップにおける中間状態を示す図である。 右方向への切替え動作の第３ステップにおける中間状態を示す図である。 右方向への切替え動作の第４ステップにおける中間状態を示す図である。 右方向への切替え動作の第４ステップにおける中間状態を示す図である。 右方向への切替え動作の第５ステップにおける中間状態を示す図である。 右方向への切替え動作の第５ステップにおける中間状態を示す図である。 右方向への切替え動作の第６ステップにおける中間状態を示す図である。 右方向への切替え動作の第６ステップにおける中間状態を示す図である。 右方向への切替え動作の第７ステップにおける中間状態を示す図である。 右方向への切替え動作の第７ステップにおける中間状態を示す図である。 右方向への切替え動作の第８ステップにおける中間状態を示す図である。 右方向への切替え動作の第８ステップにおける中間状態を示す図である。 左方向への切替え動作の第１ステップにおける中間状態を示す図である。 左方向への切替え動作の第１ステップにおける中間状態を示す図である。 左方向への切替え動作の第２ステップにおける中間状態を示す図である。 左方向への切替え動作の第２ステップにおける中間状態を示す図である。 左方向への切替え動作の第３ステップにおける中間状態を示す図である。 左方向への切替え動作の第３ステップにおける中間状態を示す図である。 左方向への切替え動作の第４ステップにおける中間状態を示す図である。 左方向への切替え動作の第４ステップにおける中間状態を示す図である。 左方向への切替え動作の第５ステップにおける中間状態を示す図である。 左方向への切替え動作の第５ステップにおける中間状態を示す図である。 左方向への切替え動作の第６ステップにおける中間状態を示す図である。 左方向への切替え動作の第６ステップにおける中間状態を示す図である。 左方向への切替え動作の第７ステップにおける中間状態を示す図である。 左方向への切替え動作の第７ステップにおける中間状態を示す図である。 左方向への切替え動作の第８ステップにおける中間状態を示す図である。 左方向への切替え動作の第８ステップにおける中間状態を示す図である。 作動ユニットを備えた内燃エンジンバルブトレイン切替え装置のその他の実施形態を示す断面図である。 スイッチユニットの部分図である。 カムシャフトの部分図である。 作動ユニットの部分図である。

図１は、切替えユニット３６を備えた内燃エンジンバルブトレイン切替え装置を示しており、この切替えユニットは、２つのアクチュエータ６４、６５と、カムシャフト４６と、作動ユニット３８とを有し、この作動ユニットは、信号に基づいて第１の切替え動作を実施した後に、電子的解析からは独立に第２の切替え動作を実施するために設けられている。作動ユニット３８は、機械的構成部品のみを有し、それゆえに、機械的ユニット４０として形成されている。さらに、作動ユニット３８は、２つの、それぞれが１つの切替えピンによって形成された切替え手段３、４を含み、これらの切替え手段は、アクチュエータ６４、６５によって作動可能であり、もしくはアクチュエータ６４、６５から引き出されることが可能である。そのうえ、作動ユニット３８は、スイッチユニット１、２を含んでおり、これらのスイッチユニットは、カムシャフト４６の一部分である。スイッチユニット１、２は、共通した主軸方向を有し、この主軸方向は、カムシャフト４６の主軸方向と一致する。これと同様に、切替え手段３、４は、共通した主軸方向を有し、この主軸方向は、カムシャフト４６と、スイッチユニット１、２と、に対して半径方向に伸びている。

切替え手段３、４が、２つのスイッチユニット１、２を作動させるためにそれぞれ設けられている。切替え手段３、４は、その主軸方向において、ユニット１、２に至るように設けられており、これらの切替え手段が引き出される際には、まず、スイッチユニット１、２への当接が起こり、その後に切替え手段３、４とスイッチユニット１、２との間の相互作用が生じる。この相互作用は、図４ａ〜図１９ｂによって説明されており、この相互作用に基づいて、スイッチユニット１、２の軸方向での移動が、切替え手段３、４に対して相対的に、スイッチユニット１、２の主軸方向に沿って行われる。スイッチユニット１、２の軸方向での移動とともに、スイッチユニット１、２に属するカム７、８、４８、５０、２６、２７、２８、２９、３０、３１の、軸方向での移動が行われる。カム７、８および４８、５０は、相異なった輪郭を有し、これは、カム８、５０の半径方向での最大限の伸長が、カム４８、７の半径方向での最大限の伸長とは異なっているような種類の輪郭である。カムシャフト４６はカム７、８、４８、５０、２６、２７、２８、２９、３０、３１だけを含んでいるので、２つの切替え手段３、４は、それぞれ、スイッチユニット１、２を作動させることができ、これらのスイッチユニット１、２によって、カムシャフト４６に割り当てられたバルブのバルブリフト曲線を変更することが可能である。

スイッチユニット１は、制御手段５２を有し、この制御手段５２は、４つの切り込み溝によって形成された部分９、１１、１３、１６、１８（図３を参照）によって形成されている。さらに、スイッチユニット２は、制御手段５４を有し、この制御手段５４は、４つの切り込み溝によって形成された部分１０、１２、１４、１５、１７（図３を参照）によって形成されている。制御手段５２、５４は、スイッチユニット１、２の端部領域即ち端部５６、５８上に位置決めされており、これらのスイッチユニット１、２は、カムシャフト４６の主軸方向において、相互に向き合わされており、直接的に互いに隣接している。制御手段５２、５４は、制御ガイド５、６を形成しており、これらの制御ガイド５、６は、カムシャフト４６の主軸方向において、相前後して配置されている。したがって、制御ガイド５、６は、それぞれ、２つのスイッチユニット１、２によって形成されている。

切替え手段３、４は、これらが切替え動作の際、半径方向へ制御ガイド５、６に当接することができるように配置されている。切替え手段３、４は、カムシャフト４６の主軸方向に沿って、制御ガイド６、５と同じ順序で、相前後して配置されている。切替え手段３は、制御ガイド６に当接することができ、切替え手段４は、制御ガイド５に当接することができる。

図２は、制御ガイド５又は６の展開図であり、これらの制御ガイド５、６は、カムシャフトの１回転分以上にわたり、しかも、ほぼ５４０°以上にわたって伸長している。原則的には、当業者には有意であると見なされるような別の角度範囲を考えることもできる。

本発明に基づいて、制御ガイド５、６は、どちらも、スイッチユニット２から別のスイッチユニット１への切替え動作、及びその逆の切替え動作が行われる間に、切替え手段３、４の変更を許容する。

図３は、制御ガイド５及び６の平面展開図であり、これらの制御ガイド５、６は、トランスミッション４２を形成しており、このトランスミッション４２は、カム構造として形成されている。２つの制御ガイド５、６の展開図は、スイッチユニット１、２の展開図の、２つのＬ字型をした部分によって形成されており、これらの部分は、相異なった切替え手段３、４が関与する２つの切替え動作の間には、矩形の形状を為す。１つのＬ字型部分は、それぞれ、制御ガイド５、６の２つの半分を含んでおり、これらの２つの半分は、相異なった制御ガイド５、６に属している。制御ガイド５、６は、９〜１８までの部分を有し、これらの部分は、切替え手段３、４との相互作用において、切替え手段３、４及び／又はスイッチユニット１、２の相異なった機能を生じさせる。その場合に、制御ガイド５、６の相異なった９〜１８までの部分は、カムシャフト４６の回転角度に応じて（図１を参照）、切替え手段３、４と作動連結される。

これらの９〜１８までの部分とは、挿入部分９及び１０と、作動部分１１及び１２と、排出部分１３及び１４と、転換部分１５及び１６と、安定部分１７及び１８と、のことである。これらの機能とは、制御ガイド５、６の挿入部分９、１０の中へ切替え手段３、４を挿入することであり、制御ガイド５、６の排出部分１３、１４の中から切替え手段３、４を排出することであり、スイッチユニット１、２を作動部分１１、１２の中にある切替え手段３、４を越えてさらに移動させることによって、スイッチユニット１、２の中の少なくとも１つを作動させることであり、切替え手段３、４をスイッチユニット１、２から別のスイッチユニット１、２へと転換することであり、スイッチユニット１、２の中の１つの切替え運動を安定させることである。切替え手段３、４は、カムシャフト４６の回転方向に応じて、相異なった順序で９〜１８までの部分と作動連結される。

図４ａ、４ｂ〜１１ａ、１１ｂ並びに１２ａ、１２ｂ〜１９ａ、１９ｂは、個別の中間状態に基づいて、カムシャフト４６のカム７、８、４８、５０によって（図１を参照）作動させられるバルブトレインの、２つのスイッチユニット１、２の軸方向での移動による切替えを示しており、この場合に、図４ａ、４ｂ〜１１ａ、１１ｂでは右方向への切替え動作が説明されており、図１２ａ、１２ｂ〜１９ａ、１９ｂでは左方向への切替え動作が説明されている。左方向への切替え動作では、端部５６、５８が、切替え手段３、４に対して相対的に、カム４８、５０の方向において、カムシャフト４６の主軸方向６２の方向へ向けて（図１６ａ及びｂを参照）動かされる（図１を参照）ように、そのようにスイッチユニット１、２が動かされる。右方向への切替え動作では、これに対して反対の主軸方向６０へ向けて（図５ａ及びｂを参照）、スイッチユニット１、２が動かされる。右方向への切替え動作と、左方向への切替え動作とは、それぞれ、２つの切替え動作からなり、これらの切替え動作の中では、個別のスイッチユニット１、２が、切替え手段３、４に対して相対的に、軸方向へ動かされる。

以下では、右方向への切替え動作が詳しく説明される。図４ａ及び４ｂに基づく第１のステップでは、右側の切替え手段３が、アクチュエータ６５（図１を参照）により、アクチュエータ６５によって磁界という形で与えられた信号に基づき、制御ガイド６の挿入部分９の中へ挿入される。図５ａ及び５ｂに基づく第２のステップでは、右側の切替え手段３が、制御ガイド６の作動部分１２の中にあり、右側のスイッチユニット２を、カムシャフト４６の、軸方向である主軸方向６０の方向へ向けて（図１を参照）移動させ始める。図６ａ及び６ｂに基づく第３のステップでは、右側のスイッチユニット２の移動が減速し、その後に完了する。切替え手段３、４に対して相対的な位置変更である、スイッチユニット２の移動の後で、切替え手段３がスイッチユニット１を作動させる。図７ａ及び７ｂに基づく第４のステップでは、右側の切替え手段３が、スイッチユニット１の制御ガイド６の作動部分１１の直前にある。図８ａ及び８ｂに基づく第５のステップでは、右側の切替え手段３が、左側のスイッチユニット１の制御ガイド６の作動部分１１の中にあり、主軸方向６０の方向へ移動を始めている。図９ａ及び９ｂに基づく第６のステップでは、左側のスイッチユニット１の移動が完了している。図１０ａ及び１０ｂに基づく第７のステップでは、右側の切替え手段３が、右側のスイッチユニット２の制御ガイド６の排出部分１４の中にあり、垂直軸１９の方向における初期位置の中へと押し戻される。この垂直軸１９は、カムシャフト４６に対して半径方向に（図１を参照）伸びている。図１１ａ及び１１ｂに基づく第８のステップでは、右側の切替え手段３が、再び初期位置にある。このように、スイッチユニット１、２が切替え手段３、４に対して相対的に右側へ移動させられる、２つの切替え動作は、アクチュエータ６４又はアクチュエータ６５が（図１を参照）信号を与えた後に行われ、カムシャフト４６が回転している際に自動的に、したがって、それ以上の、作動ユニット３８の外側から与えられるような信号なしに行われる。スイッチユニット１、２が順序に従って左側へ移動させられる切替え動作についても、これと同じことがあてはまる。一方のスイッチユニット１、２が左側又は右側へ移動させられる切替え動作の前半が行われている間には、カムシャフト４６の回転の角速度が変化することもあり得るが、他方のスイッチユニット１、２がこれと同じ方向へ向けて軸方向で移動させられる、切替え動作の後半は、自動的に行われ、角速度の電子的測定又はその他の電子的解析とは無関係に行われる。

以下では、左方向への切替え動作が詳しく説明される。図１２ａ及び１２ｂに基づく第１のステップでは、左側の切替え手段４が、アクチュエータ６４によって与えられた信号に基づき、アクチュエータ６４（図１を参照）により、制御ガイド５の挿入部分１０の中へ挿入される。図１３ａ及び１３ｂに基づく第２のステップでは、左側の切替え手段４が、左側のスイッチユニット１の制御ガイド５の作動部分１１の直前にある。図１４ａ及び１４ｂに基づく第３のステップでは、左側の切替え手段４が、左側のスイッチユニット１の制御ガイド５の作動部分１１の中にあり、左側のスイッチユニット１を、これもまた軸方向である主軸方向６２の方向へ移動させ始める。図１５ａ及び１５ｂに基づく第４のステップでは、左側のスイッチユニット１の移動が完了する。図１６ａ及び１６ｂに基づく第５のステップでは、右側のスイッチユニット２の、主軸方向６２の方向へ向けた左側への移動が始まる。このように、スイッチユニット１、２を左側へ移動させるためには、切替え手段４が、スイッチユニット１、２を相互に独立に作動させなければならない。図１７ａ及び１７ｂに基づく第６のステップでは、右側のスイッチユニット２の移動が減速され、その後、完了する。図１８ａ及び１８ｂに基づく第７のステップでは、左側の切替え手段４が、左側のスイッチユニット１の制御ガイド５の排出部分１３の中にあり、垂直軸２０の方向における初期位置の中へと押し戻される。図１９ａ及び１９ｂに基づく第８のステップでは、左側の切替え手段４が、再び初期位置にある。切替え手段４を一つのスイッチユニット１、２から別のスイッチユニット１、２へ転換する際には、２つのスイッチユニット１、２が時間的に同時に作動させられる。右方向への切替え動作についても、これに類似した事情が当てはまる。以上で説明された全ての切替え動作の際には、切替え手段３、４が、スイッチユニット１、２に対応している。

制御ガイド５、６の特性に基づき、２つのスイッチユニット１、２は、切替え手段３、４によって、定義された切替えシーケンスにおいて作動可能である。それゆえに、左側への切替え動作と、右側への切替え動作とは、交互に連続して、原理的には任意の頻度で反復可能である。その場合に、スイッチユニット１、２は、挿入、作動、転換、静止のための制御ガイド５、６によって、何度も繰り返し、相異なった切替え状態にされる。

左方向もしくは右方向への切替え動作では、スイッチユニット１、２が、別個に次々と、左方向もしくは右方向の同じ方向へ移動させられる。このように、スイッチユニット１、２は、カムシャフト４６の主軸方向（図１を参照）へ向けたそれらの運動において、部分的に連結解除される。

以上で説明された切替え動作に基づき、左側の切替え手段４によって左側への切替え動作が実施され、右側の切替え手段３によって右側への切替え動作が行われることが明白である。そのため、各切替え手段３、４には、それぞれ、１つの切替え方向が割り当てられている。

以上で説明されたバルブトレインの切替えにおいて、作動モードにおけるカムシャフト４６の回転に基づいて開放され、閉鎖されるバルブのバルブリフト曲線が変更される。さらに、切替えによって、バルブを遮断することができ、それによってバルブを閉鎖されたままにしておくことができる。バルブリフト曲線の変更に付随して、内燃機関の作動状態の変更が行われることができる。

図２０〜２３では、１つの代替の実施形態が説明されている。実質的に同じ構成部品、特徴及び機能には、原則的に同じ記号が付されている。だが、この実施形態を他から区別するために、図２０〜２３における代替実施形態の記号には、“ａ”が追加されている。以下の説明は、実質的に、図１〜１９での実施形態との相違に限定されており、その場合に、同じ構成部品、特徴及び機能については、図１〜１９での実施形態の説明を参照することができる。

図２０は、切替えユニット３６ａを備えた内燃エンジンバルブトレイン切替え装置の、代替実施形態による１つのステップを示している。切替えユニット３６ａは、作動ユニット３８ａと、カムシャフト８０とを含む。作動ユニット３８ａは、３つのバルブトレイン作動ユニット８２、８４、８６を含み、これらは、全てが一緒になって、複数のバルブを備えた１つのシリンダバンクのエグゾーストバルブ、及び／又はインテークバルブを作動させる。作動ユニット３８ａは、もっぱら機械的構成部品のみを有し、それゆえに、機械式ユニット４０ａとして形成されている。バルブトレイン作動ユニット８２、８４、８６は同じ構造のものであるから、以下では、もっぱら１つのバルブトレイン作動ユニットだけが説明される。バルブトレイン作動ユニット８２は、カムセグメント８８を含み、このカムセグメント８８は、円周方向でカムシャフト８０のシャフト部分を包囲しており、もしくは、スリーブ型に形成されて、軸方向でカムシャフト８０の主軸方向へ向けて移動可能な仕方で、カムシャフト８０のシャフト部分の上で支持されている。カムセグメント８８は、連結ピン９０、９２を用いて、切替え部品９４と結合されている。切替え部品９４は、コイルスプリング９６、９８の２つの端部間にはめ込まれている。コイルスプリング９６、９８は、エネルギー貯蔵エレメント１４６、１４８と同一である。コイルスプリング９６、９８の偏倚方向は、カムシャフト８０の主軸方向と同一である。コイルスプリング９６、９８の、切替え部品９４とは別の方向に向いた端部は、スプリングプレート１００、１０２に当接し、これらのスプリングプレートは、切替え手段７４に固定されている。この切替え手段７４は、スラストロッドとして形成されている。その主軸方向は、カムシャフト８０の主軸方向と同一である。切替え手段７４は、回転対称性を具備しており、その場合に、対称軸の方向は、その主軸方向と同一である。この対称軸は、カムシャフト８０の回転軸と一致する。カムシャフト８０は、中空軸として形成されている。切替え手段７４は、カムシャフト８０の内部に伸びている。これと同様に、コイルスプリング９６、９８と切替え部品９４もまた、カムシャフト８０の内部にある。連結ピン９０、９２は、カムシャフト８０に対して半径方向に伸びている。カムセグメント８８は、カム１０８、１１０、１１２、１１４、１１６、１１８を有する。カム１０８〜１１２は、第１のバルブ１２６に割り当てられており、カム１１４〜１１８は、第２のバルブ１２８に割り当てられている。２つのバルブ１２６、１２８は、同一のシリンダに割り当てられている。カムセグメント８８上には、切替要素１２０、１２２が配置されており、これらの切替要素は、カムシャフト８０に対して相対的に、周方向で、あるカムシャフト回転角度範囲に渡り伸長しており、このカムシャフト回転角度範囲は、３６０°より小さい。切替要素１２０、１２２は、相異なったカムシャフト回転角度において、切替要素１２４によって接触され、この切替要素１２４は、バルブ１２６、１２８の、シリンダを閉鎖している位置に対して相対的に静止状態にある。切替要素１２０、１２２、１２４は、連結ピン９０、９２と、切替え部品９４と、スプリングプレート１００、１０２と、コイルスプリング９６、９８と共に、１つのスイッチユニット１３０を形成している。

切替え手段７４の一端には、ねじ付きスピンドル７６が、係合手段によって固定されている。切替え手段７４の他端には、切替え手段７４とカムシャフト８０との間に、切替え手段リターンスプリング１４４があり、この切替え手段リターンスプリングは、主軸方向に沿って、切替え手段７４が運動することによって圧縮されることができる。

図２１は、スイッチユニット１３０の部分を、切替え手段７４の部分と共に示している。切替え部品９４には、２つの連結ピン９０、９２が、逆向きの方向で固定されている。２つのコイルスプリング９６、９８は、切替え手段７４の主軸方向において、スプリングプレート１００、１０２を用いて相互に予荷重がかけられている。コイルスプリング９６、９８の間には、切替え部品９４がある。この切替え部品９４は、コイルスプリング９６又は９８の圧縮によって、切替え手段７４に対して切替え手段７４の主軸方向に沿って相対的に動かされることができる。

図２２は、カムシャフト８０のシャフト部分を示しており、このシャフト部分は、組み付けられた状態ではカムセグメント８８によって包囲されている。接触面１３２は、縦方向の歯を具備しており、この接触面１３２において、カムセグメント８８（図２０を参照）が、シャフト部分に接触することができる。この縦方向の歯は、組み付けられた状態ではシャフト部分の方向に向けられている面上に、これに対応する縦方向の歯を具備したカムセグメント８８に対して、シャフト部分に対する軸方向での相対的な運動を許容し、円周囲方向での相対運動を防止する。連結ピン９０は、切欠き部１０４を通って突出しており、この切欠き部は、連結ピン９０に対して、軸方向での移動を許容する。これに類似した切欠き部１０６（図２０を参照）が、連結ピン９２のために存在する。

図２３は、マグネットステータ１３６と、ねじ付きスピンドル７６を備えた作動ユニット３８ａの部分とを示す分解図である。以下では、取り付けた状態での作動ユニット３８ａのこの部分の構成が説明される。ねじ付きスピンドル７６は、カムシャフト８０の端部から形成されているねじ付きナット１４０の中へねじ込まれており、切替え手段７４を備えた係合手段によって、ねじ付きスピンドル７６が切替え手段７４に対して相対的に切替え手段７４の主軸方向へ向けて不動であるように、切替え手段７４と結合されている。切替え手段７４は、ねじ付きスピンドル７６に対向した側で、スラストベアリング１４２を有し、このスラストベアリングは、ねじ付きスピンドル７６と切替え手段７４とを、カムシャフト８０の回転軸を中心として相互に回転可能に支持している。ねじ付きスピンドル７６は、立方形の部分を有し、この立方形の部分がアンカ７８を、切替え手段７４の主軸方向へ向けて可動的に支持している。ねじ付きスピンドル７６とアンカ７８とは、カムシャフト８０の円周方向で相互に相対的に不動である。ねじ付きスピンドル７６は、スラストベアリング１４２を用いて、切替え手段７４と結合されている。これによって、カムシャフト８０のシャフト部分と、静止しているマグネットステータ１３６に対して相対的な円周方向におけるねじ付きスピンドル７６と、の運動は、切替え手段７４とは切り離されている。カムシャフト８０の円周方向におけるアンカ７８の回転は、スラストベアリング１３８によって、アンカリターンスプリング１３４から切り離されている。アンカリターンスプリング１３４は、アンカ７８を、ねじ付きナット１４０の方向に押し、マグネットステータ１３６から離す。マグネットステータ１３６は、ソレノイドを有し、アンカ７８は、このソレノイドによって吸着されることができる。

さて、内燃エンジンバルブトレイン切替え装置の代替実施形態の切替え動作は、以下のような方法で行われることができる。マグネットステータ１３６は、これがソレノイドを用いてアンカ７８を吸着することによって、作動ユニット３８ａに信号を送り、その結果、アンカ７８は、マグネットステータ１３６に密着し、マグネットステータ１３６に対して相対的に静止状態にあることになる。これによって、切替え手段７４の対称軸を中心とした、マグネットステータ１３６に対して相対的な、ねじ付きスピンドル７６の回転が妨げられる。ねじ付きナット１４０が、カムシャフト８０のシャフト部分の回転を実施するので、ねじ付きナット１４０は、ねじ付きスピンドル７６に対して相対的に回転する。それゆえに、ねじ部に基づいて、ねじ付きスピンドル７６と、切替え手段７４の主軸方向に沿って、マグネットステータ１３６から離反する、カムシャフト８０のシャフト部分に対して相対的な、軸方向での移動が行われ、これによって、切替え手段リターンスプリング１４４が圧縮される。さらに、これによって、コイルスプリング９６が圧縮され、それによって、連結ピン９０、９２は、切替え手段７４の主軸方向に沿って、マグネットステータ１３６から離れる方向に、カムセグメント８８に対して力を及ぼす。この力は、まず、切替要素１２４が接触を介して切替要素１２２に及ぼす力によって、打ち消される。さて、もしも切替要素１２４が、カムシャフトの回転に基づいて切替要素１２２に対する接触をしていない場合には、この力によって、カムセグメント８８が、切替え手段７４の主軸方向に沿って、マグネットステータ１３６から離反するようにして、切替要素１２４が切替要素１２０に接触するまで、移動させられる。カムセグメント８８の軸方向での移動に基づいて、初期位置ではバルブ１２６、１２８のフルリフトを調整していたカム１１２及び１１８が、作動解除され、カム１１０、１１６が作動させられ、これらのカムが部分ストロークを生じさせる。この場合に、コイルスプリング９６は、初期位置に比べて圧縮されたままになっており、その結果、切替え手段７４の主軸方向へ向けて、マグネットステータ１３６から離れる方向で、カムセグメント８８に対して、引き続き力が及ぼされる。このような力は、切替要素１２４、１２０の接触に基づいて打ち消される。さて、切替要素１２４が、カムシャフトの回転に基づいて切替要素１２０に対する接触をしていないときは、コイルスプリング９６によってカムセグメント８８に及ぼされる力によって、カムセグメント８８の、切替え手段７４の主軸方向へ向けての、マグネットステータ１３６から離れる、軸方向でのさらなる移動が達成される。このため、カム１１０、１１６が作動解除され、カム１０８、１１４が作動させられ、これによって、バルブ１２６、１２８の、部分ストロークからゼロストロークへの切替えが生じさせられる。そのため、切替要素１２０、１２２、１２４は、２つの切替え動作のための形状コーディングを形成する。もしも、アンカ７８が、マグネットステータ１３６と、カムシャフト８０との、どちらにも密着していないとすれば、圧縮された切替え手段リターンスプリング１４４は、切替え手段７４を、カムシャフト８０のシャフト部分に対して相対的に、切替え手段７４の主軸方向に沿って、マグネットステータ１３６の方向に動かすことができる。これによって、バルブ１２６、１２８のバルブリフト曲線は、ゼロストロークからフルストロークまで転換される。これに類似した仕方で、その他のバルブトレイン作動ユニット８４、８６もまた、切替えられる。

Claims (10)

1. 切替えユニット（３６）を備えた内燃エンジンバルブトレイン切替え装置であり、
   前記切替えユニット（３６）が作動ユニット（３８）を有しており、
   前記作動ユニット（３８）が、
   軸方向に移動可能な部品として形成されていて、それらの軸方向の運動において、少なくとも部分的に連結解除される、少なくとも２つのスイッチユニット（１、２）と、
   前記スイッチユニット（１、２）が、切替え手段（３、４）によって、定義された切替えシーケンスにおいて作動可能であるように構成されている、少なくとも１つの制御ガイド（５、６）と、を有しており、
   前記制御ガイド（５、６）が、少なくとも２つのスイッチユニット（１、２）に設けられていて、前記制御ガイド（５、６）が、切替え動作中に、前記切替え手段（３、４）に１つのスイッチユニット（１、２）から他のスイッチユニット（２、１）への乗り替えをさせるものであり、これにより、前記作動ユニット（３８）は、１つのスイッチユニット（１、２）による第１の切替え動作を実施した後に、他のスイッチユニット（２、１）による第２の切替え動作を実施するように設けられており、
   前記作動ユニット（３８）が、少なくとも部分的には、機械式ユニット（４０）として形成されており、
   前記作動ユニット（３８）が、少なくとも部分的にはトランスミッションとして形成されており、
   前記作動ユニット（３８）が、バルブトレインの切替え、及び／又は少なくとも１つのバルブリフト曲線の変更、及び／又は少なくとも１つのバルブ（１２６、１２８）の遮断、及び／又は１つの内燃機関の作動モードの少なくとも１つの変更を生じさせるために設けられており、
   前記作動ユニット（３８）が、少なくとも前記切替え手段（３、４）に対する前記スイッチユニット（１、２）の位置に応じて、少なくとも１つの作動モードにおいて、少なくとも２つの前記スイッチユニット（１、２）を、相互に独立に作動させるために設けられており、
   前記作動ユニット（３８）が、少なくとも１つの作動モードにおいて、少なくとも２つの前記スイッチユニット（１、２）を、少なくとも部分的には時間をずらした形で作動させるために設けられていることを特徴とする、内燃エンジンバルブトレイン切替え装置。
2. 前記作動ユニット（３８）が、少なくとも１つの作動モードにおいて、少なくとも２つの前記スイッチユニット（１、２）を同時に作動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に記載の内燃エンジンバルブトレイン切替え装置。
3. 前記作動ユニット（３８）が、前記切替え手段（３、４）に対する前記スイッチユニット（１、２）の１つの少なくとも１つの位置変更に応じて、前記スイッチユニット（１、２）の少なくとも１つを作動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又は２に記載の内燃エンジンバルブトレイン切替え装置。
4. 前記作動ユニット（３８）が、少なくとも２つの相異なった切替え方向に割り当てられた少なくとも２つの切替え手段（３、４）を有することを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の内燃エンジンバルブトレイン切替え装置。
5. 少なくとも２つの制御手段（５２、５４）が、少なくとも２つの前記スイッチユニット（１、２）の、相互に対向した端部（５６、５８）上に位置決めされていて、
   前記制御手段（５２、５４）が、少なくとも１つの制御ガイド（５、６）を構成していることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の内燃エンジンバルブトレイン切替え装置。
6. 前記作動ユニット（３８）が、相互作用によって１つのバルブトレインの切替えを行うために設けられていることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の内燃エンジンバルブトレイン切替え装置。
7. 前記作動ユニット（３８）が、互いの相互作用に基づいて、前記スイッチユニット（１、２）及び／又は前記切替え手段（３、４）の少なくとも１つの機能を変更するために設けられていることを特徴とする、請求項１ないし６のいずれか一項に記載の内燃エンジンバルブトレイン切替え装置。
8. 前記少なくとも１つの制御ガイド（５、６）が、前記切替え手段（３、４）に少なくとも１つの半径方向で当接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ないし７のいずれか一項に記載の内燃エンジンバルブトレイン切替え装置。
9. 前記作動ユニット（３８）が、１つのカムシャフト（４６）を有していて、前記スイッチユニット（１、２）によって、前記カムシャフト（４６）に割り当てられているバルブのバルブリフト曲線が変更可能であることを特徴とする、請求項１ないし８のいずれか一項に記載の内燃エンジンバルブトレイン切替え装置。
10. 前記作動ユニット（３８）が、互いの相互作用によって前記切替え手段（３、４）に対して相対的に前記スイッチユニット（１、２）の軸方向の移動を生じさせ、それによって少なくとも１つのバルブトレインの切替えを生じ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ないし９のいずれか一項に記載の内燃エンジンバルブトレイン切替え装置。

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