CN104675473B - 螺线管致动器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种螺线管致动器。适配器(551、552)被提供到定位在柱塞(651、652)被放置的一侧上的永磁体(521、522)端部。适配器(551)收集永磁体(521、522)的磁通并且将收集的磁通传导到柱塞(651、652)。适配器(551、552)包括构造成板形状的主体部(560)和基部(570)，所述基部是台阶式的以从所述主体部(560)朝向所述柱塞(651、652)突出并且在一距离处与所述柱塞(651、652)相对，该距离能够实现在基部(570)与柱塞(651、652)之间的有效磁传递。基部(570)关于垂直于基准线(x)的垂直线(y)对称。基准线(x)是连接在主体部(560)的中心轴线(M)与基部(570)的中心轴线(Q)之间的直线。

Description

螺线管致动器
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的阀升程调节装置的螺线管致动器。
背景技术
在调节内燃机的进气门或排气门的升程量的已知类型的阀升程调节装置中，可以与凸轮轴一体旋转并且可以相对于凸轮轴沿轴向移动的滑动件的位置是可变化的。而且，一种这样的螺线管致动器基于滑动件的移动方向选择性地操作两个限制销中的一个从而将这个限制销的远端部接合到在滑动件中形成的接合凹槽。
例如，在JP2013-239538A(对应于CN103423503A)中记载的螺线管致动器中，两个永磁体以此方式固定到静止部以使得永磁体中的一个的S极到N极的方向与永磁体中的另一个的S极到N极的方向相反，其中所述永磁体中的每个设置到两个柱塞中的对应的一个以磁性吸引所对应的柱塞。通过改变线圈中的电流的流动方向，产生沿着与永磁体中的一个的磁通的流动方向相反的方向流动的磁通以减小所述永磁体中的所述一个的磁吸引力，以使得对应于所述永磁体中的所述一个的两个限制销中的对应的一个通过对应的弹簧的推动力沿向前方向移动。
在JP2013-239538A(对应于CN103423503A)的螺线管致动器中，与对应的柱塞相对的每个永磁体的端面的表面积是大的，并且适配器(用作磁通连接元件)设置到永磁体的定位在柱塞被放置的一侧上的端部。柱塞的中心轴线放置在永磁体的中心轴线的径向侧上，螺线管致动器的中心轴线被定位在所述永磁体的中心轴线的径向侧处。也就是，永磁体的中心轴线和适配器的永磁体侧端面的中心轴线从柱塞的中心轴线偏移。
两个限制销之间的节距由阀升程调节装置的规格限定。而且，每个永磁体需要具有最小的表面积，所述最小的表面积被需要以获得所需要的磁吸引力，并且所需要的间隙需要设置在两个永磁体之间。因此，需要在许多情况下使用上述构造。
在实际产品中，由于存在每个柱塞的滑动间隙和部件间隙的累加，每个柱塞相对于适配器的定位在柱塞侧上的端面的中心轴线在预定的范围内偏心。
在下面的讨论中，其中磁在适配器与对应的柱塞之间有效地传导的有效传导表面积将被称为有效相对表面积。例如，在适配器的柱塞侧端面构造以具有多个台阶并且磁在适配器的第一台阶与柱塞之间不被有效地传导而在适配器的第二台阶与柱塞之间有效地传导的情况下，适配器的第二台阶与柱塞之间的相对表面积用作有效相对表面积。
在这种情况下，取决于有助于有效相对表面积的适配器的台阶的构造，有效相对表面积可能由于柱塞的偏心而变化从而导致磁吸引力的变化。因此，将存在死区时间的变化，所述死区时间是从线圈通电开始的时间点到限制销开始移动的时间点的时间段。从而，将存在螺线管致动器的响应性(也称为响应时间段)的变化。螺线管致动器的响应性(响应时间段)是通过从线圈通电开始的时间点到限制销到达全冲程的时间点的时间段减去预定的预期控制操作时间段(也就是，在死区时间期间，用于使线圈通电提前执行预期控制操作的时间段)而得到的时间段。
发明内容
本发明鉴于上述缺点而做出。因此本发明的目的是提供一种螺线管致动器，其适用于内燃机的阀升程调节装置并且能够减小由柱塞相对于磁通收集元件偏心导致的螺线管致动器的响应性的变化。
根据本发明，提供了一种用于阀升程调节装置的螺线管致动器，所述阀升程调节装置调节内燃机的进气门和排气门中的一个的升程量。所述螺线管致动器包括限制销、柱塞、永磁体、磁通收集元件、线圈和弹簧。所述限制销可相对于在滑动件中形成的接合凹槽向前和向后移动，所述滑动件可与阀升程调节装置的凸轮轴一体旋转并且可相对于所述凸轮轴沿轴向方向移动。在限制销的远端部与接合凹槽接合时，限制销沿向前方向向前移动，并且在限制销的远端部远离接合凹槽而脱离接合时，限制销沿向后方向向后移动。柱塞由软磁材料制成并且具有限制销紧固地连接到其的一个端部。永磁体沿向后方向磁性地吸引所述柱塞。磁通收集元件由软磁材料制成并且设置到永磁体的定位在柱塞被放置的一侧上的端部。磁通收集元件收集永磁体的磁通并且将收集的磁通传导至柱塞。线圈一经通电，所述线圈产生沿着与永磁体产生的磁通的流动方向相反的相反流动方向流动的磁通以减小永磁体的磁吸引力，所述磁吸引力通过磁通收集元件施加到柱塞以吸引柱塞。在永磁体的施加到柱塞的磁吸引力通过线圈的通电而减小的状态下，弹簧沿向前方向推动限制销以通过弹簧的推动力沿向前方向驱动限制销。磁通收集元件包括构造成板形的主体部、和基部，所述基部是台阶式的以从主体部朝向柱塞突出并且可以在一定距离处与柱塞相对，所述距离能够实现基部与柱塞之间的有效磁传送。永磁体的中心轴线和主体部的中心轴线从柱塞的中心轴线偏移。当沿轴向观察基部时，基部关于垂直于基准线的垂直线对称，所述基准线是连接在主体部的中心轴线与基部的中心轴线之间的直线。
附图说明
本文中所描绘的附图仅仅是为了示出的目的并且不旨在以任何方式限制本发明的范围。
图1是根据本发明的实施例在断电状态下的螺线管致动器的横截面图；
图2是沿着图1的箭头II的方向得到的视图(平面图)；
图3是根据该实施例在第一线圈的通电状态中螺线管致动器的横截面图；
图4是图3的局部放大横截面图；
图5是示出根据该实施例在断电状态下施加到柱塞上的力的示意图；
图6是示出根据该实施例在第一线圈的通电状态下施加到柱塞的力的示意性横截面图；
图7是示出根据该实施例柱塞的冲程和限制销的冲程与力之间的关系的特征图；
图8A至图8C是示出对比示例中的适配器的图；
图9A至图9D是用来描绘在对比示例中由适配器与柱塞之间的偏心引起的有效相对表面积的变化的图；
图10A至图10C是示出根据该实施例的适配器的图；
图11A至图11D是用来描述在该实施例中由适配器与柱塞之间的偏心引起的有效相对表面积的变化的图；
图12A是示出在对比示例中磁吸引力的变化的特征图；
图12B是示出在该实施例中磁吸引力的变化的特征图；
图13A是示出在对比示例中操作启动电流的变化的特征图；
图13B是示出在该实施例中操作启动电流的变化的特征图；
图14A是示出在对比示例中死区时间的变化的特征图；
图14B是示出在该实施例中死区时间的变化的特征图；和
图15A至图15C是示出该实施例的适配器的修改的图。
具体实施方式
将参考附图描述根据本发明的实施例和其修改。
与JP2013-239538A(对应于CN103423503A)的螺线管致动器相似，该实施例和其修改的螺线管致动器适用于通过凸轮调节内燃机的进气门或排气门的升程量的阀升程调节装置，所述凸轮与可与凸轮轴一体旋转的滑动件一体形成。
阀升程调节装置的滑动件与凸轮轴一体旋转并且可以相对于凸轮轴沿轴向方向移动，并且用于响应于旋转角度逐渐地改变轴向位置的接合凹槽在滑动件的外周面中形成。基于从控制装置(控制器件)接收的指令，螺线管致动器沿向前方向移动两个限制销中的一个作为操作侧限制销从而将所述限制销中的所述一个的远端部接合到滑动件的接合凹槽从而在使得滑动件旋转的同时使得滑动件沿轴向移动。而且，在使得所述限制销的远端部与接合凹槽分离时，所述限制销由凸轮轴的扭矩向后推动。
所述阀升程调节装置的基本结构和操作的细节与JP2013-239538A(对应于CN103423503A)的阀升程调节装置的基本结构和操作的细节相同并且因此为了简化不再描述。
(实施例)
将参考图1至图4描述根据本发明的实施例的螺线管致动器的结构。螺线管致动器40包括两个限制销(也被称为第一和第二限制销)601、602，所述限制销601、602在凸轮轴的轴向方向上接连地布置并且这些限制销601、602中对应的一个作为操作侧限制销被选择性地操作。图1是示出其中限制销601、602都不被操作的状态下的横截面图，并且图3和图4是示出其中第一限制销601被操作的另一状态的横截面图。其中第二限制销602被操作的状态的横截面图将是图3和图4的镜像反转图像并且因此为了简化将不再描述。
如图2所示，除了从螺线管致动器40的主体向外突出的附接部475以外，螺线管致动器40被形成以具有左右对称的结构。
螺线管致动器40包括两个线圈(也被称为第一和第二线圈)451、452、两个盖(也被称为第一和第二盖)501、502、两个永磁体(也被称为第一和第二永磁体)521、522、两个适配器(也被称为第一和第二适配器)551、552、两个柱塞(也被称为第一和第二柱塞)651、652和两个弹簧(也被称为第一和第二弹簧)761、762，所述两个弹簧被提供以对应于两个限制销(也被称为第一和第二限制销)601、602。
限制销601、602中的每个和对应的柱塞651、652用作本发明的可移动装置。第一限制销601和第一柱塞651沿着销轴线P1一体地结合在一起并且在图1所示的最向后位置与图3所示的最向前位置之间往复。而且，第二限制销602和第二柱塞652沿着销轴线P2结合在一起并且在图1所示的最向后位置与最向前位置(与图3所示的第一限制销601和第一柱塞651的最向前位置相似)之间往复。在下文中，销轴线P1和销轴线P2也分别被称为柱塞轴线P1和柱塞轴线P2。
在这里，每个限制销601、602和对应的柱塞651、652从最向后位置向前移动的距离将称为冲程。而且，每个限制销601、602和对应的柱塞651、652的最向后位置将被称为零冲程，并且每个限制销601、602和对应的柱塞651、652的最向前位置将被称为全冲程。在下文的描述中，向前方向(推进方向)和前侧分别指在图1、图3和图4中的向下方向和向下侧，并且向后方向(缩回方向)和后侧分别指图1、图3和图4中的向上方向和向上侧。而且，限制销601、602沿着其向前和向后移动的方向将被称为螺线管致动器40的轴向方向，并且垂直于螺线管致动器40的所述轴向方向的方向将被称为径向方向。
而且，线圈451、452、盖501、502、永磁体521、522、适配器551、552、后轭(也被称为第一和第二后轭)411、412、两个线圈芯(也被称为第一和第二线圈芯)421、422、两个前轭(也被称为第一和第二前轭)431、432、套筒70以及附接板78形成静止装置。
在下文中，将顺序地描述静止装置的构成部件并且然后将描述可移动装置的结构。
在静止装置的后部中，形成磁路并且形成为由软磁材料制成的元件的后轭411、412、线圈芯421、422和前轭431、432与线圈451、452和两个线轴(第一和第二线轴)461、462通过树脂模制部47模制到一起并且一体地放置在附接板78的后侧上。朝向后侧开口的两个磁体接收孔(也被称为第一和第二磁体接收孔)481、482在树脂模制部47中形成。朝向后侧突出的连接器49也在树脂模制部47中形成。
后轭411、412中的每个与前轭431、432中所对应的一个构造为沿着垂直于销轴线P1、P2的方向彼此平行延伸的板。线圈芯421、422中的每个构造为柱体，所述线圈421、422中的每个具有线圈轴线C1、C2并且连接在对应的后轭411、412与对应的前轭431、432之间。两个柱塞引导部(也被称为第一和第二柱塞引导部)441、442中对应的一个围绕对应的销轴线P1、P2形成并且连接到对应的前轭431、432，其中所述两个柱塞引导部441、442中的每个构造为筒状体。柱塞引导部441、442在销轴线P1与销轴线P2之间对应的位置处连接到一起。
线圈451、452中的每个通过围绕对应的线轴461、462缠绕电线而形成，所述对应的线轴461、462在线圈芯421、422的径向外侧上配合到对应的线圈芯421、422。每个线轴461、462由树脂制成并且在对应的线圈芯421、422与对应的线圈451、452的电线之间电绝缘。当线圈451、452通过连接器49由外部电源通电时，由线圈451、452的对应于操作侧限制销(也就是，限制销601、602中的当前被操作的一个)的对应一个产生磁场。将在下面描述由磁场产生的磁通的通路和流动方向。
树脂模制部47的磁体接收孔481、482中的每个构造成与永磁体521、522的对应的一个的磁体轴线M1、M2同轴的圆柱状管形式。适配器551、552、永磁体521、522和盖501、502以此顺序从底侧接收在对应的磁体接收孔481、482中。
如图2和图4所示，在对应的后轭411、412中形成的内螺纹部413、414在对应的磁体接收孔481、482的内壁处露出。在盖501、502的外周壁中形成的外螺纹部51与对应的后轭411、412的内螺纹部413、414可旋拧地接合以使得盖501、502由对应的后轭411、412保持并且覆盖对应的永磁体521、522。
沿径向方向(垂直于磁体轴线M1、M2的方向)截取的每个永磁体521、522的横截面构造成圆板形状。在该实施例中，每个永磁体521、522的直径设置成大于对应的柱塞651、652的直径。也就是，永磁体521、522的定位在对应的柱塞651、652定位于此的轴向侧上的端面的表面积大于柱塞651、652的定位在永磁体521、522被定位于此的轴向侧上的端面的表面积。
如图4所示，第一永磁体521和第二永磁体522被磁化以使得在第一永磁体521中的S极到N极的方向与在第二永磁体522中的S极到N极的方向相反。例如，在该实施例中，第一永磁体521具有在盖501侧处的N极和在柱塞651侧处的S极。第二永磁体522具有在盖502侧处的S极和在柱塞652侧处的N极。从而，形成如图5所示的磁回路。
每个适配器551、552由软磁材料(诸如，铁)制成并且设置到对应的永磁体521、522的定位在对应的柱塞651、652所放置的一侧上的端部。适配器551、552通过对应的永磁体521、522磁化并且用作磁通收集元件，其收集对应的永磁体521、522的磁通并且将收集的磁通传导到对应的柱塞651、652。
每个适配器551、552包括主体部560、基部570和接合部58。主体部560构造成板体(板形状)并且具有这样的横截面面积，所述横截面沿着径向方向截取并且等于永磁体521、522的沿着径向方向截取的横截面面积。基部570是台阶式的从而从主体部560朝向柱塞651、652突出。接合部58从基部570朝向柱塞651、652突出并且朝向柱塞651、652渐细。在这里，渐细形式包括截头圆锥形状。
基部570的和接合部58的中心轴线Q1、Q2从对应的永磁体521、522的磁体轴线M1、M2偏移并且所述基部570的和所述接合部58的中心轴线Q1、Q2在中心轴线Q1、Q2的变化的中心处和柱塞轴线P1、P2的变化的中心处与对应的柱塞651、652的柱塞轴线P1、P2相一致。将在下文描述基部570的细节。
形成静止装置的前部的外壳体的套筒70构造成管状形状并且被放置在附接板78的中心部的前侧上。套筒70包括接收限制销601、602和弹簧761、762的接收孔72。两个滑动孔(也被称为第一和第二滑动孔)751、752在接收孔72的孔底壁74中形成以分别可滑动地接收限制销601、602。两个衬套(也被称为第一和第二衬套)731、732分别固定在柱塞引导部441、442中。
然后，针对限制销601、602和柱塞651、652，将作为代表性示例描述形成可移动装置的第一限制销601和第一柱塞651。
限制销601包括与销轴线P1同轴的轴主体611、连接件621和凸缘631。连接件621紧固地连接到柱塞651。凸缘631形成弹簧761的底座表面。在该实施例中，凸缘631可以与轴主体611一体地形成。可替代地，与轴主体611分离形成的轴环可以压配合到轴主体611以形成凸缘631。
套筒70接收除了远端部641以外的大部分轴主体611。轴主体611在套筒70的后侧上的位置处被在衬套731的孔中引导。而且，在套筒70的前侧处，轴主体611被在滑动孔751中可滑动地引导。远端部641从套筒70突出并且一旦限制销601在向前方向移动就与阀升程调节装置的滑动件的接合凹槽相接合。
柱塞651构造成管状形式并且由软磁材料(例如，铁)制成。柱塞651紧固地连接到限制销601的连接件621。柱塞651由柱塞引导部441引导并且与限制销601一体地向前或向后移动。接收部66在柱塞651的定位在适配器551被放置的一侧上的端面中形成。接收部66是凹入的并且沿限制销601的轴向方向远离适配器551渐细从而接收适配器551的接合部58。
柱塞651通过永磁体521的磁吸引力朝向适配器551侧推动(也就是，被沿向后方向推动)。当柱塞651与适配器551通过磁性吸引接合时，适配器551的接合部58配合到柱塞651的接收部66中。
第二限制销602和第二柱塞652具有与上面针对第一限制销601和第一柱塞651所讨论的结构相同的结构。
每个弹簧761、762在对应的限制销601、602的轴主体611、612的径向外侧上配合到轴主体611、612。每个弹簧761、762的两端分别由对应的衬套731、732和对应的凸缘631、632支撑。在这里，弹簧761、762沿远离衬套731、732的方向推动凸缘631、632以使得限制销601、602被沿向前方向推动。
如上所述，永磁体521、522的磁吸引力(也被称为磁性吸引力)和对应的弹簧761、762的弹簧力分别沿两个相反的方向施加到第一柱塞651与第一限制销601的组件和第二柱塞652与第二限制销602的组件的对应的一个上。响应于磁吸引力和弹簧力的变化，柱塞651、652被沿着磁吸引力和弹簧力中的一个的推动方向移动，所述磁吸引力和弹簧力中的一个大于所述磁吸引力和所述弹簧力中的另一个。
然后，将参考图5至图7描述以上述方式构造的螺线管致动器40的操作。图5示出在线圈451、452的断电状态下在第一柱塞651和第二柱塞652中流动的磁通。图6示出在第一线圈451的通电状态下在第一柱塞651和第二柱塞652中流动的磁通。
图7是示出沿着横坐标轴的柱塞和限制销的冲程以及沿着纵坐标轴的施加到柱塞和限制销上的力的特征图。在这个讨论中，将表示出与操作第一限制销601的情况相关的附图标记。在图7中，通过实线表示在线圈451、452的断电状态下，永磁体521、522的磁吸引力Fm的特性线，并且通过点划线表示永磁体521、522的减小的磁吸引力Fm-的特性线，所述减小的磁吸引力由在线圈451通电时沿相反方向施加的磁力Fc减小。
而且，在图7中，弹簧761的弹簧力Fsp由虚线表示。响应于柱塞651和限制销601的冲程的增大，弹簧761的弹簧力Fsp从在柱塞651和限制销601的零冲程L0处测量的弹簧力Fsp0线性地减小。在柱塞651和限制销601的全冲程Lf处测量的弹簧力Fsp对应于开-时刻保持力Fh开，所述开-时刻保持力Fh开将柱塞651和限制销601保持在最向前位置处。
如图5所示，在线圈451、452的断电状态下，由永磁体521、522产生的磁通Φ0从第二永磁体522的N极通过第二适配器552、第二柱塞652、柱塞引导部442、441、第一柱塞651和第一适配器551传导至第一永磁体521的S极，并且磁通Φ0还在磁路中从第一永磁体521的N极通过第一盖501、第一后轭411、第一线圈芯421、第一前轭431、第二前轭432、第二线圈芯422、第二后轭412和第二盖502传导到第二永磁体522的S极。
在图7的零冲程L0处，由磁通Φ0产生的磁吸引力Fm0大于弹簧力Fsp0，并且磁吸引力Fm0与弹簧力Fsp0之间的差是关-时刻保持力Fh关，所述关-时刻保持力将柱塞651、652和限制销601、602保持在其最向后位置。由于施加这个关-时刻保持力Fh关，第一柱塞651被磁性地吸引到第一永磁体521并且由第一永磁体521保持，并且第二柱塞652被磁性地吸引到第二永磁体522并且由第二永磁体522保持。
以此方式，第一限制销601的远端部641和第二限制销602的远端部642中的每个被保持在其最向后位置处并且从而与在阀升程调节装置中的滑动件的接合凹槽分离。
如图6所示，当电流被供应到第一线圈451时，电流在第一线圈451的线圈轴线C1的左侧上从图6的平面的背面侧流到图6的平面的正面侧并且在第一线圈451的线圈轴线C1的右侧上从图6的平面的正面侧流到图6的平面的背面侧。从而，此时，产生在第一线圈芯421处从图6的下侧流到上侧的线圈磁通Φ1(由长虚线表示)。线圈磁通Φ1沿着用于抵消由第一永磁体521产生的磁通Φ0的方向施加。从而，施加到第一柱塞651的磁吸引力减小为如图7所示的磁吸引力Fm-。换言之，第一永磁体521的磁性由线圈磁通Φ1减小。该示例中第一线圈451的通电对应于JP2013-239538A(对应于CN103423503A)的“相反方向通电”。
因此，在零冲程L0处的磁吸引力Fm-变得小于在零冲程L0处的弹簧力Fsp0，从而关-时刻保持力Fh关消失。结果，第一限制销601由通过第一弹簧761的弹簧力Fsp减去磁吸引力Fm-得到的力沿向前方向移动。一旦第一限制销601的冲程变得大于阈值冲程Lt，即使当线圈451的通电停止时，第一限制销601也沿向前方向移动，在所述阈值冲程Lt处，磁吸引力Fm等于弹簧力Fsp。当限制销601达到全冲程Lf时，第一限制销601由开-时刻保持力Fh开保持。
以此方式，在第一线圈451通电时，第一限制销601作为操作侧限制销被操作，并且从而第一限制销601的远端部641接合到滑动件的接合凹槽。
相反，在第一限制销601的远端部641与滑动件的接合凹槽分离时，远端部641通过接合凹槽的底部被向后推动。当第一限制销601的这个向后移动的量最小时，第一限制销601的冲程将被称为第一柱塞651和第一限制销601的最大拉入(pull-in)冲程Lu。螺线管致动器40需要具有磁吸引力Fm，所述磁吸引力被需要以将第一柱塞651从最大拉入冲程Lu拉至零冲程L0。
因此，最大拉入冲程Lu需要小于阈值冲程Lt，并且在最大拉入冲程Lu处，磁吸引力Fm需要大于弹簧力Fsp。换言之，磁吸引力Fm和弹簧力Fsp需要被设置以使得通过在最大拉入冲程Lu处由磁吸引力Fm减去弹簧力Fsp得到的过剩拉入力Fu大0(零)。
在该实施例中，渐细的接合部58和接收部66分别在适配器551和柱塞651中形成。因此，接合部58和接收部66的一部分在预定的冲程区域中沿轴向方向彼此重叠，并且从而限制了由冲程的变化导致的磁吸引力Fm的变化。具体地，在图7的部分X中形成表示冲程与磁吸引力之间的关系的特性线的大致平坦部。
以此方式，表示冲程与磁吸引力之间的关系的特性线相对于特性线Fmn(双点划线)沿着用于增大阈值冲程Lt的方向转移，所述特性线Fmn是表示在渐细的接合部和渐细的接收部未分别在适配器551和柱塞651中形成的情况下冲程与磁吸引力之间的关系的特性线。而且，能够在最大拉入冲程Lu处获得过剩拉入力Fu。
已经描述了在第一线圈通电时的操作。在第一线圈通电时，电流不在第二线圈452中流动。从而，第二线圈452不产生任何方向的磁通。具体地，在该实施例中不存在JP2013-239538A(对应于CN103423503A)中的“相同方向通电”。
相反，在第二限制销602作为操作侧限制销沿向前方向移动的情况下，电流以此方式供应到第二线圈452以使得线圈磁通被产生以沿着用于抵消由第二永磁体522产生的磁通Φ0的方向流动，也就是，沿着图6中第二线圈芯422中上侧到下侧的方向流动。
如上所述，在螺线管致动器40中，在线圈451、452的断电状态下，限制销601、602不被操作。而且，在第一线圈通电时，仅仅第一限制销601被操作。此外，在第二线圈通电时，仅仅第二限制销602被操作。因此，在螺线管致动器40中，通过改变线圈451与线圈452之间的通电，两个限制销601、602中对应的一个被选择性地操作。
在实际产品中，由于每个柱塞651、652存在滑动间隙和部件间隙的累积，每个柱塞651、652相对于对应的适配器551、552的基部570和接合部58的中心轴线Q1、Q2在预定的范围内偏心。在以下讨论中，其中在适配器551、552与对应的柱塞651、652之间有效地传导磁的有效传导表面积将被称为有效相对表面积。
在该实施例中，在适配器551、552的主体部560与柱塞651、652之间磁隙过大。因此，不能够在适配器551、552的主体部560与柱塞651、652之间有效地传导磁，而能够在适配器551、552的基部570与柱塞651、652之间有效地传导磁。因此，基部570与柱塞651、652之间的相对表面积用作有效相对表面积。
当有效相对表面积变化时，施加到柱塞651、652的磁吸引力Fm变化以导致螺线管致动器40的响应性(响应时间段)的变化。
该实施例的特性特征包括适配器551、552的特性结构，其使得由柱塞651、652的偏心导致的有效相对表面积的分散范围(也称为变化范围)最小。
在以下讨论中，参考图8A至图14B，将与对比示例比较描述该实施例的特性结构和其优点。在以下讨论中，将使用第一适配器551、第一柱塞651和对应于第一适配器551、第一柱塞651的对应部件的附图标记以讨论该实施例的特性结构。而且，在对比示例的以下讨论中，假设适配器的接合部58以及与适配器相对的柱塞651和接收部66具有与该实施例的接合部58、柱塞651和接收部66基本上相同的结构并且从而由与该实施例的接合部58、柱塞651和接收部66相同的附图标记表示。
图8B是沿着图8A的箭头VIIIB的方向得到的视图，并且图8C是沿着图8A的箭头VIIIC的方向得到的视图。图10B是沿着图10A的箭头XB的方向得到的视图，并且图10C是沿着图10A的箭头XC的方向得到的视图。图9B是沿图9A的箭头IXB的方向得到的视图，并且图9D是沿着图9C的箭头IXD的方向得到的视图。图11B是沿着图11A的箭头XIB的方向得到的视图，并且图11D是沿着图11C的箭头XID的方向得到的视图。
在这些部分的讨论中，在上述讨论中用在描述螺线管致动器40的整体结构中的磁体轴线M将被称为主体轴线M，所述主体轴线M是适配器的主体部的中心轴线。而且，在以下讨论中，对比示例的接合部58的中心轴线Q和该实施例的基部570的和接合部58的中心轴线Q将被称为磁通收集轴线Q。
首先，将参考图8A至图9D描述对比示例的适配器的结构。
如图8A至8C所示，对比示例的适配器559包括主体部569和接合部58。主体部569构造成圆板形状。接合部58从主体部569突出并且是渐细的。主体轴线M和磁通收集轴线Q彼此偏移。参考沿着轴向(图8A的箭头VIIIB的方向)得到的图8B，在主体轴线M与磁通轴线Q之间连接的直线将被定义为基准线x，并且延伸穿过磁通收集轴线Q并且垂直于基准线x的直线将被定义为垂直线y。
图9A至图9D表示在由于存在例如接合部58与接收部66之间的配合间隙导致的柱塞相对于磁通收集轴线Q沿着基准线x的方向偏心时，柱塞轴线P的两个极限位置(极端位置)。图9A和图9B示出其中柱塞轴线P处于最靠近主体轴线M的位置的状态，并且图9C和图9D示出其中柱塞轴线P处于最远离主体轴线M的位置的状态。与在柱塞轴线P与磁通收集轴线Q沿基准线x的方向偏心时发生的有效相对表面积的变化相比，在柱塞轴线P与磁通收集轴线Q沿垂直线y的方向(图9B和图9D中的上下方向)偏心时发生的有效相对表面积的变化相对小。因此，为了简化，将不描述在柱塞轴线P与磁通收集轴线Q在垂直线y的方向偏心时发生的有效相对表面积的变化。
如图9A和图9C所示，在对比示例中，在柱塞651的零冲程L0处形成的主体部569与柱塞651之间的磁隙g9相对小以使得磁隙g9的尺寸(距离)能够实现在主体部569与柱塞651之间的有效的磁传导。因此，在图9B和图9D中柱塞651与主体部569彼此重叠的重叠表面积用作有效相对表面积。
通过如图9B所示的有效相对表面积A9+与图9D所示的有效相对表面积A9-之间的比较，应理解的是，在图9B所示的有效相对表面积A9+与如图9D所示的有效相对表面积A9-之间存在很大差异。如上所述，在对比示例中，由柱塞651的偏心导致的有效相对表面积A9的分散范围(变化范围)较大。
然后，将参考图10A至图11D描述该实施例的适配器的结构和操作。以上参考图8A至图9D所讨论的注解也适用于图10A至图11D。如图10A至图10C所示，该实施例的适配器551与对比示例的适配器559在以下方面不同，即，基部570在构造成圆板形状的主体部560与渐细的接合部58之间形成。
如图10B所示，基部570构造成假想的相交区域的形状(两个重叠圆的相交区域)，所述假想的相交区域通过使得主体部560与主体部560的镜像560’部分地彼此相交而形成。镜像560’是圆形的图像并且通过将主体部560的图像以关于垂直线y对称的方式投影以与主体部560重叠而形成。具体地，基部570构造成分别具有不同的圆心M、M’并且具有相同的半径r的两个圆形之间相交区域的形状。基部570关于垂直于基准线x的垂直线y对称，所述基准线x连接在主体轴线M与磁通收集轴线Q之间。
而且，将参考图11A和图11C描述基部570的高度。在该实施例中，在柱塞651的零冲程L0中，在主体部560与柱塞651的端面之间的磁隙gb1较大。从而，不能够在主体部560与柱塞651的端面之间有效地传导磁。相反，在基部570与柱塞651的端面之间的磁隙较小。从而，能够在基部570与柱塞651的端面之间有效地传导磁。换言之，一旦柱塞651放置在零冲程L0中或者放置在与零冲程L0邻近的位置处，基部570可与柱塞651在基部570与柱塞651之间能够有效磁传送的距离(间距ga1)处相对。
因此，关于图11B和图11D，其中柱塞651与基部570彼此重叠的重叠表面积用作有效相对表面积，而其中主体部560与柱塞651彼此相对的相对表面积不形成有效相对表面积。
通过如图11B所示的有效相对表面积A1+与如图11D所示的有效相对表面积A1-之间的比较，理解的是，如图11B所示的有效相对表面积A1+与如图11D所示的有效相对表面积A1-基本上彼此相同。如上所述，根据该实施例，当基部570构造成关于垂直线y对称的形状时，能够减小由柱塞651的偏心所导致的有效相对表面积A1的分散范围(变化范围)。
然后，将参考图12A至图14B描述有效相对表面积的分散(变化)对于螺线管致动器40的响应性(响应时间段)的影响。图12A、图13A和图14A是对比示例的特性图并且图12B、图13B和图14B是该实施例的特性图。对比示例的特性值通过在相应值的末端增加撇号(’)而区别于该实施例的特性值。
图12A表示特性线，所述特性线中的每个表示对比示例中的冲程与磁吸引力之间的对应的关系(类似图7的特性线)，并且图12B表示特性线，所述特性线中的每个表示该实施例的冲程与磁吸引力之间的对应的关系(类似图7的特性线)。在图12A和图12B中，当柱塞轴线P与磁通收集轴线Q一致时产生的磁吸引力Fm-C、Fm-C’用实线表示为中间值。在对比示例与该实施例之间，磁吸引力Fm的中间值Fm-C、Fm-C’是共同的。而且，在图12A和图12B中，磁吸引力的最大值Fm-H、Fm-H’由点划线表示并且磁吸引力的最小值Fm-L、Fm-L’由虚线表示。同样，在图12A和图12B中，在零冲程L0处的磁吸引力Fm0(在下文中也被称为“零点磁吸引力”)的偏差范围由ΔFm0、ΔFm0’表示。如图12A和图12B所示，该实施例的零点磁吸引力的分散范围ΔFm0小于对比示例中的零点磁吸引力的分散范围ΔFm0’。
图13A表示对比示例的线圈电流与零点磁吸引力Fm0之间的关系，并且图13B表示该实施例的线圈电流与零点磁吸引力Fm0之间的关系。在沿着与永磁体521的磁通的流动方向相反的方向流动的线圈磁通由使电流传导通过线圈451而产生的状态下，当传导通过线圈451的电流增大时，零点磁吸引力Fm0减小。然后，当零点磁吸引力Fm0变得等于或小于弹簧力Fsp0时，关时刻保持力Fh关消失，并且限制销601开始其操作。
在这里，用来将零点磁吸引力Fm0减小至等于弹簧力Fsp0的值所需要的电流将被称为“操作启动电流”。在图13A和图13B中，操作启动电流Is对应于表示线圈电流Ic与零点磁吸引力Fm0之间的关系的每个对应的特性线与弹簧力Fsp0之间的交点。
在对比示例中，其中零点磁吸引力的分散范围ΔFm0’较大，操作启动电流的分散范围ΔIs’也较大。在该实施例中，其中零点磁吸引力的分散范围ΔFm0较小，并且操作启动电流的分散范围ΔIs也较小。
图14A表示在对比示例中在线圈451开始通电时线圈电流Ic关于通电时间的上升特征，并且图14B表示在该实施例中在线圈451开始通电时线圈电流Ic关于通电时间的上升特征。线圈电流Ic从线圈451开始通电时刻随着时间逐渐增大。当线圈电流Ic达到操作启动电流Is时，限制销601开始其操作(朝向滑动件的接合凹槽向前移动)。用于线圈电流Ic达到操作启动电流Is所需要的时间段将被称为死区时间，在所述死区时间期间，限制销601不被操作。当操作启动电流Is最小时，死区时间DT最小。而且，当操作启动电流Is最大时，死区时间DT最大。
在对比示例中，其中操作启动电流的分散范围ΔIs’较大，死区时间的分散范围ΔDT’也较大。在该实施例中，其中操作启动电流的分散范围ΔIs较小，死区时间的分散范围ΔDT也较小。
而且，螺线管致动器40的响应性(响应时间段)Tres由下面的等式表达，其中Tw表示操作时间段，所述操作时间段是限制销601从零冲程L0到全冲程Lf的操作时间段，并且Tex表示预期控制操作时间段Tex(也就是，在死区时间期间，对线圈通电提前执行预期控制操作的时间段)。
Tres＝DT+Tw-Tex
在这里，当假设操作时间段Tw和预期控制操作时间段Tex是常数时，死区时间DT的变化直接反映到响应性(响应时间段)Tres的变化。因此，该实施例的螺线管致动器40能够减小螺线管致动器40的响应性(响应时间段)的变化。
现在将描述该实施例的螺线管致动器40的优点。
(1)在该实施例中，永磁体521、522的端面的表面积大于柱塞651、652的与永磁体521、522的端面相对的端面的表面积。而且，由软磁材料制成的适配器(用作磁通收集元件)551、552设置在永磁体521、522的定位在柱塞651、652被放置的那侧上的端部。
从而，更大量的磁通能够从具有相对大的横截面的永磁体521、522有效收集到具有相对小的横截面的柱塞651、652以使得施加到柱塞651、652上的磁吸引力能够增大。
(2)在这里，两个限制销601、602之间的节距基于阀升程调节装置的规格来确定。相比之下，永磁体521、522需要具有最小的所需表面积以保证所需的磁吸引力Fm，并且所需的间隙需要被设置在彼此相邻放置的永磁体521、522之间。因此，在许多情况下，永磁体521、522和适配器551、552的中心轴线M1、M2需要相对于限制销601、602和柱塞651、652的中心轴线P1、P2在径向外侧上偏移。
根据该实施例，在螺线管致动器中，其中永磁体521、522的中心轴线M从柱塞651、652的中心轴线P偏移，适配器551、552的基部570构造为关于垂直线y对称。
以此方式，能够减小由柱塞651、652相对于适配器551、552的基部570偏心导致的有效相对表面积的变化。当有效相对表面积的变化减小时，零点磁吸引力Fm0的变化减小从而减小操作启动电流Is的变化。从而，死区时间DT的变化减小。因此，能够减小螺线管致动器40的响应性(响应时间段)的变化。
(3)在该实施例中，渐细的接合部58和渐细的接收部66分别在适配器551、552和柱塞651、652中形成。从而，能够在表示冲程与磁吸引力之间的关系的特性线中提供大致平坦部，并且能够将所述特性线沿用于增大阈值冲程Lt(见图7的部分X)的方向转移。因此能够在保证在最大拉入冲程Lu处的过剩的拉入力Fu的同时增大弹簧761、762的推力。因此，这在改进限制销601、602的响应性(响应时间段)和增大开时刻保持力Fh开方面是有利的。
(4)在该实施例中，适配器551、552的主体部560构造成在主体部560的轴向视图中的圆形形状。而且，基部570构造成两个圆形之间的相交区域的形状，所述两个圆形分别具有不同的圆心并且具有相同的半径。以此方式，能够使得适配器551、552的处理和接收适配器551、552的磁体接收孔481、482的产生变得容易。
现在将描述该实施例的修改。
(A)图15A至图15C示出根据本发明的螺线管致动器的适配器的修改。在如图15A至图15C所示的相应适配器中，磁通收集轴线Q从主体轴线M偏移。而且，在图15A至图15C中，接合部58的结构基本上与上述实施例的结构相同。
图15A的适配器553具有基部573，其构造成沿着构造成D形的主体部563的直线侧边缘延伸的长方形的形式。基部573关于垂直线y对称。
图15B的适配器554具有基部574，其构造成沿着构造成长方形形式的主体部564的长侧边缘延伸的长方形的形式。基部574关于垂直线y对称。
图15C的适配器555具有主体部565，其构造成具有沿垂直线y的方向延伸的主轴的椭圆形形式。基部575构造成如图15C所示的主体部565与主体部565的镜像565’之间的相交区域的形状。镜像565’是椭圆图像并且通过将主体部565的图像以关于垂直线y对称的方式投影以与主体部565重叠而形成。基部575关于垂直线y对称。
其中每个具有关于垂直线y对称的基部的适配器能够具有在上述实施例的上述部分(1)和(2)中讨论的优点。而且，在如图15B和图15C所示的适配器553、554中，在保持主体部564、565的相同的表面积的同时，沿着基准线x的方向测量的主体部564、565的宽度能够减小。因此，在沿着基准线x的方向接连地布置两个适配器时，能够使得由两个适配器所占据的空间更接近方形形状。因此，这个构造在布置方面是有利的。
(B)在接合部和接收部分别在适配器和柱塞中形成的情况下，接合部的构造和接收部的构造不局限于上述的渐细构造。也就是，如果期望，接合部和接收部可以不是渐细的。而且，多个接合部和多个接收部可以被设置到每组适配器和柱塞。可替代地，接合部和接收部可以从适配器和柱塞删除。在这种情况下，磁通可以在适配器的平面表面与柱塞的平面表面之间传导。
(C)除了适配器(磁通收集元件)的基部的构造之外，螺线管致动器的剩余结构(例如，磁回路的永磁体以及部件的形状和位置)不局限于上述构造。在上述实施例中，两个线圈被设置以分别与两个限制销对应。可替代地，如JP2013-239538A(对应于CN103423503A)所公开的，可以设置单个线圈来代替两个线圈。
(D)本发明可以适用于包括三个或更多限制销的螺线管致动器。相比之下，在包括单个限制销的螺线管致动器的情况下，可设想永磁体、适配器和柱塞同轴放置，并且永磁体的轴线从柱塞的轴线的偏移仅仅有很小的可能性。而且，在永磁体、适配器和柱塞同轴放置的情况下，通常，彼此相对的相对部的形状关于中心轴线对称，并且由柱塞的偏心所导致的有效相对表面积的变化可以不是问题。
然而，能够通过使用具有两个限制销的螺线管致动器的部件(诸如套筒)形成具有单个限制销的螺线管致动器。因此，本发明的范围覆盖其中永磁体和适配器从柱塞偏移并且有效相对面积由于柱塞的偏心而变化的螺线管致动器，与限制销的数量无关。
如上所述，本发明不局限于上述实施例及其修改。也就是，上述实施例及其修改可以进一步以各种方式修改而不离开本发明的范围。

Claims (4)

1.一种用于阀升程调节装置的螺线管致动器，所述阀升程调节装置调节内燃机的进气门和排气门中的一个的升程量，所述螺线管致动器包括：
能够相对于在滑动件中形成的接合凹槽前后移动的限制销(601、602)，所述滑动件能够与阀升程调节装置的凸轮轴一体旋转并且能够相对于所述凸轮轴沿轴向移动，其中，在所述限制销(601、602)的远端部(641、642)与所述接合凹槽接合时，所述限制销(601、602)沿向前方向向前移动，并且在所述限制销(601、602)的远端部(641、642)远离所述接合凹槽而脱离接合时，所述限制销(601、602)由所述凸轮轴的扭矩沿向后方向向后移动；
柱塞(651、652)，其由软磁材料制成并且具有所述限制销(601、602)所紧固地连接到的一个端部；
沿向后方向磁性吸引所述柱塞(651、652)的永磁体(521、522)；
磁通收集元件(551-555)，其由软磁材料制成并且设置到所述永磁体(521、522)的放置所述柱塞(651、652)的一侧上的端部，其中所述磁通收集元件(551-555)收集所述永磁体(521、522)的磁通并且将所收集的磁通传导至所述柱塞(651、652)；
线圈(451、452)，一旦所述线圈(451、452)通电，所述线圈(451、452)产生沿着与所述永磁体(521、522)产生的磁通的流动方向相反的相反流动方向流动的磁通以减小所述永磁体(521、522)的磁吸引力(Fm)，所述磁吸引力通过所述磁通收集元件(551-554)施加到柱塞(651、652)以磁性吸引所述柱塞(651、652)；和
弹簧(761、762)，在所述永磁体(521、522)施加到所述柱塞(651、652)的磁吸引力(Fm)通过所述线圈(451、452)的通电而减小的状态下，通过所述弹簧(761、762)的推动力，所述弹簧(761、762)沿向前方向推动所述限制销(601、602)以沿向前方向驱动所述限制销(601、602)，其中：
所述磁通收集元件(551-555)包括：
构造成板形式的主体部(560、563、564、565)；和
基部(570、573、574、575)，其是台阶式的以从所述主体部(560、563、564、565)朝向所述柱塞(651、652)突出并且能够在一距离处与所述柱塞(651、652)相对，该距离能够实现所述基部(570、573、574、575)与所述柱塞(651、652)之间的有效磁传递；
所述永磁体(521、522)的中心轴线(M)和所述主体部(560、563、564、565)的中心轴线(M)从所述柱塞(651、652)的中心轴线(P)偏移；以及
当沿轴向方向观察所述基部(570、573、574、575)时，所述基部(570、573、574、575)关于垂直于基准线(x)的垂直线(y)对称，所述基准线(x)是连接在所述主体部(560、563、564、565)的中心轴线(M)与所述基部(570、573、574、575)的中心轴线(Q)之间的直线。
2.根据权利要求1所述的螺线管致动器，其中：
所述限制销(601、602)是设置在所述螺线管致动器中的两个限制销中的一个；
所述柱塞(651、652)是设置在所述螺线管致动器中的两个柱塞中的一个；
所述永磁体(521、522)是设置在所述螺线管致动器中的两个永磁体中的一个；
所述磁通收集元件(551-555)是设置在所述螺线管致动器中的两个磁通收集元件中的一个；
所述弹簧(761、762)是设置在所述螺线管致动器中的两个弹簧中的一个；
所述两个限制销彼此平行并且能够朝向所述接合凹槽移动和远离所述接合凹槽移动；
所述两个永磁体中的一个的S极到N极的方向与所述两个永磁体中的另一个的S极到N极的方向相反；
所述线圈(451、452)产生沿所述相反流动方向流动的磁通，所述相反流动方向与所述两个永磁体的对应一个产生的磁通的流动方向相反；和
所述两个弹簧被构造以沿向前方向驱动所述两个限制销中作为操作侧限制销的对应一个，该对应一个限制销从所述两个永磁体中的所述对应一个接收减小的磁吸引力。
3.根据权利要求1所述的螺线管致动器，其中所述磁通收集元件(551-555)包括接合部(58)，其从所述基部(570、573、574、575)朝向所述柱塞(651、652)突出并且朝向所述柱塞(651、652)渐细，并且所述接合部(58)能够配合到在所述柱塞(651、652)中形成的接收部(66)中。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的螺线管致动器，其中所述基部(570、573、574、575)被构造成两个圆形之间的相交区域的形状，所述两个圆形分别具有不同的圆心而具有相同的半径。
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