DE102013206311A1

DE102013206311A1 - Elektromagnetischer Aktor

Info

Publication number: DE102013206311A1
Application number: DE201310206311
Authority: DE
Inventors: Yasuyoshi Suzuki; Yuuya Takahashi; Hitoshi Amano
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2012-05-14
Filing date: 2013-04-10
Publication date: 2013-11-14
Also published as: CN103423503B; CN103423503A

Abstract

Ein elektromagnetischer Aktor (40) weist zwei Permanentmagneten (501, 502) auf, die an einer Elektrodenhalterung (45) befestigt sind. Die Magnetpolrichtungen der Permanentmagneten (501, 502) verlaufen entgegengesetzt zueinander. Die Permanentmagneten (501, 502) ziehen Kolben (651, 652) in Rückwärtsrichtung magnetisch an. Durch Wechseln der Erregungsrichtung der Spule (47) erzeugt einer der Permanentmagneten (501, 502) einen Spulenmagnetfluss, dessen Richtung entgegengesetzt zu dem vom anderen Permanentmagneten erzeugten Spulenmagnetfluss verläuft, wodurch die Anziehungskraft verringert wird. Einer der Steuerstifte (601, 602), bei dem die Anziehungskraft der Permanentmagneten (501, 502) verringert wird, wird durch eine Vorspannungskraft von Federn (751, 752) in Vorwärtsrichtung bewegt. Eine Ansprechgeschwindigkeit der Steuerstifte (601, 602) kann verbessert werden, ohne die Spule (47) zu vergrößern.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Aktor, der auf eine Ventilhubabstimmvorrichtung eines Verbrennungsmotors angewandt wird. Der elektromagnetische Aktor bewegt einen Steuerstift, um diesen in Eingriff mit einer Eingriffsnut zu bringen, wodurch eine Position eines Gleitstücks gewechselt wird.
Bekannt ist eine Ventilhubabstimmvorrichtung, die eine Position eines Gleitstücks, das zusammen mit einer Nockenwelle rotiert und sich axial bezüglich der Nockenwelle bewegt, wechseln kann. Die Ventilhubabstimmvorrichtung stimmt einen Hubbetrag eines Einlassventils oder eines Auslassventils des Verbrennungsmotors ab. Um die Position des Gleitstücks zu wechseln, wird ein elektromagnetischer Aktor verwendet. Der elektromagnetische Aktor bewegt alternativ einen von zwei Steuerstiften in Übereinstimmung mit einer Bewegungsrichtung des Gleitstücks, so dass eine Spitze des Steuerstifts in Eingriff mit einer im Gleitstück gebildeten Eingriffsnut gebracht wird.
Die DE 10 2009 015 86 A1 beispielsweise zeigt, dass ein elektromagnetischer Aktor zwei Steuerstifte aufweist und ein Permanentmagnet jeweils an einem Basisende jedes Steuerstifts vorgesehen ist. Die Polarität der Permanentmagneten ist in einer Bewegungsrichtung der Steuerstifte entgegengesetzt zueinander. Wenn eine Spule erregt wird, um ein Magnetfeld zu erzeugen, werden eine abstoßende Kraft in einem der Permanentmagneten und eine Anziehungskraft im anderen Permanentmagneten erzeugt. Der Steuerstift mit dem Permanentmagneten, der die abstoßende Kraft erzeugt, wird bewegt. Wenn eine Erregungsrichtung der Spule geändert wird, nimmt eine Magnetflussrichtung des Magnetfeldes eine entgegengesetzte Richtung an, so dass der andere Steuerstift bewegt wird.
In dem vorstehend beschriebenen elektromagnetischen Aktor werden die Steuerstifte durch die elektromagnetische Kraft bewegt, welche die Spule und der Permanentmagnet erzeugen. Um die abstoßende Kraft ausreichend zu erzeugen, um eine Ansprechgeschwindigkeit der Steuerstifte zu verbessern, müssen die Spule und der Permanentmagnet jeweils vergrößert werden. Ferner wird, da sich der Permanentmagnet zusammen mit den Steuerstiften bewegt, dann, wenn der Permanentmagnet vergrößert wird, das Gewicht eines sich bewegenden Elements erhöht. Die Spule muss eine größere elektromagnetische Kraft erzeugen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen elektromagnetischen Aktor bereitzustellen, der eine Ansprechgeschwindigkeit eines Steuerstifts verbessern kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein elektromagnetischer Aktor auf eine Ventilhubabstimmvorrichtung angewandt, die einen Hubbetrag eines Einlassventils oder eines Auslassventils eines Verbrennungsmotors abstimmt. Der elektromagnetische Aktor weist ein Gleitstück auf, das zusammen mit einer Nockenwelle der Ventilhubabstimmvorrichtung rotiert. Das Gleitstück bewegt sich axial bezüglich der Nockenwelle und definiert eine Eingriffsnut.
Der elektromagnetische Aktor weist einen ersten Steuerstift und einen zweiten Steuerstift auf, die bezüglich der Eingriffsnut ausgerichtet sind. Einer der Steuerstifte dient als ein in Betrieb befindlicher Steuerstift, der in Eingriff mit der Eingriffsnut gebracht werden kann. Ein erster Kolben, der aus weichmagnetischem Material aufgebaut, ist mit dem ersten Steuerstift verbunden. Ein zweiter Kolben, der aus weichmagnetischem Material aufgebaut, ist mit dem zweiten Steuerstift verbunden.
Ein erster Permanentmagnet ist derart auf dem ersten Kolben angeordnet, dass seine Magnetpolrichtung parallel zu einer Bewegungsrichtung des ersten und des zweiten Kolbens verläuft. Der erste Permanentmagnet zieht den ersten Kolben in einer Rückwärtsrichtung (Rückkehrrichtung) an, in der ein Endabschnitt des ersten Kolbens aus der Eingriffsnut gelöst wird.
Ein zweiter Permanentmagnet ist derart auf dem zweiten Kolben angeordnet, dass seine Magnetpolrichtung parallel zu einer Bewegungsrichtung der Kolben und entgegengesetzt zur Magnetpolrichtung des ersten Permanentmagneten verläuft. Der zweite Permanentmagnet zieht den zweiten Kolben in einer Rückwärtsrichtung an, in der ein Endabschnitt des zweiten Kolbens aus der Eingriffsnut gelöst wird.
Der elektromagnetische Aktor weist ferner eine Spule bzw. Wicklung auf, die einen Spulenmagnetfluss erzeugt, dessen Richtung entgegengesetzt zu einer Magnetkraft verläuft, die von einem gewählten des ersten Permanentmagneten und des zweiten Permanentmagneten erzeugt wird, so dass die vom gewählten Permanentmagneten erzeugte Magnetanziehungskraft verringert wird.
Der elektromagnetische Aktor weist ferner eine erste Feder und eine zweite Feder auf, die jeweils den ersten Steuerstift und den zweiten Steuerstift in einer Vorwärtsrichtung vorspannen, in der sich der erste Steuerstift und der zweite Steuerstift in Richtung der Eingriffsnut bewegen. Die Spule wird alternativ in einer ersten Richtung oder in einer zweiten Richtung erregt, so dass die Richtung des erzeugten Spulenmagnetflusses zwischen zwei Richtungen gewechselt wird.
Die obige und weitere Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher ersichtlich. In den Zeichnungen zeigt:
1 eine Abbildung zur Veranschaulichung einer Ventilhubabstimmvorrichtung mit einem elektromagnetischen Aktor, bei der ein Ventilhubzustand beginnt, von einem Kleinhubzustand zu einem Großhubzustand zu wechseln, gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 eine Querschnittsansicht entlang einer Linie II-II in der 1;
3 eine Abbildung zur Veranschaulichung einer Ventilhubabstimmvorrichtung mit einem elektromagnetischen Aktor, bei der ein Ventilhubzustand dabei ist, von einem Kleinhubzustand zu einem Großhubzustand zu wechseln, gemäß der ersten Ausführungsform;
4 eine Querschnittsansicht entlang einer Linie IV-IV in der 3;
5 eine Abbildung zur Veranschaulichung einer Ventilhubabstimmvorrichtung mit einem elektromagnetischen Aktor, bei der ein Ventilhubzustand beginnt, vom Großhubzustand zum Kleinhubzustand zu wechseln, gemäß der ersten Ausführungsform;
6 eine Querschnittsansicht entlang der Linie VI-VI in der 5;
7 eine Schnittansicht des elektromagnetischen Aktors, der stromlos ist, gemäß der ersten Ausführungsform;
8 eine Querschnittsansicht entlang einer Linie VIII-VIII in der 7;
9 eine Querschnittsansicht entlang einer Linie IX-IX in der 7;
10 eine Schnittansicht des elektromagnetischen Aktors, der in einer ersten Richtung erregt wird, gemäß der ersten Ausführungsform;
11 eine Schnittansicht des elektromagnetischen Aktors, der in einer zweiten Richtung erregt wird, gemäß der ersten Ausführungsform;
12 eine vergrößerte Schnittansicht zur Veranschaulichung eines wesentlichen Teils des elektromagnetischen Aktors gemäß der ersten Ausführungsform;
13 ein Kennfeld zur Veranschaulichung einer Änderung in der Magnetkraft, wenn der elektromagnetische Aktor aktiviert wird, gemäß der ersten Ausführungsform;
14 eine Schnittansicht des elektromagnetischen Aktors, der in einer zweiten Richtung erregt wird, gemäß einer zweiten Ausführungsform;
15 eine Querschnittsansicht entlang einer Linie XV-XV in der 14;
16 eine vergrößerte Schnittansicht zur Veranschaulichung eines wesentlichen Teils des elektromagnetischen Aktors gemäß der zweiten Ausführungsform;
17 eine Abbildung zur Veranschaulichung einer Ventilhubabstimmvorrichtung mit einem elektromagnetischen Aktor, bei der ein Ventilhubzustand beginnt, von einem Kleinhubzustand zu einem Großhubzustand zu wechseln, gemäß einer dritten Ausführungsform;
18 eine Abbildung zur Veranschaulichung einer Ventilhubabstimmvorrichtung mit einem elektromagnetischen Aktor, bei der ein Ventilhubzustand beginnt, vom Großhubzustand zum Kleinhubzustand zu wechseln, gemäß der dritten Ausführungsform;
19 eine Schnittansicht des elektromagnetischen Aktors, der stromlos ist, gemäß der dritten Ausführungsform;
20 eine Querschnittsansicht entlang einer Linie XX-XX in der 19;
21 eine Schnittansicht des elektromagnetischen Aktors, der stromlos ist, gemäß einer vierten Ausführungsform; und
22 ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung einer Spannung, die ein Detektor in Übereinstimmung mit einer Position eines in Betrieb befindlichen Steuerstifts erfasst.
Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
(Erste Ausführungsform)
Gemäß einer ersten Ausführungsform wird ein elektromagnetischer Aktor auf eine Ventilhubabstimmvorrichtung angewandt, die einen Hubbetrag eines Einlassventils eines Verbrennungsmotors abstimmt.
Nachstehend wird ein Aufbau der Ventilhubabstimmvorrichtung unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 beschrieben. Die Ventilhubabstimmvorrichtung 10 stimmt Hubbeträge von Einlassventilen 91, 92 mittels einer Nocke ab, die an einem Gleitstück 21 vorgesehen ist, das zusammen mit einer Nockenwelle 11 rotiert. Die Einlassventile 91, 92 sind über Rollen 31, 32 und Schwenkarme 33, 34 miteinander verknüpft.
Die Nockenwelle 11 ist derart mit einer Kurbelwelle verbunden, dass beide zusammen rotieren. Die Nockenwelle 11 rotiert, wie in 1 gezeigt, in einer Richtung „R”. Die Nockenwelle 11 weist, wie in den 2, 4 und 6 gezeigt, eine Außenkeilverzahnung auf, mit der sich das Gleitstück 21 in Eingriff befindet. Das Gleitstück 21 rotiert zusammen mit der Nockenwelle 11 und bewegt sich axial bezüglich der Nockenwelle 11. D. h., das Gleitstück 21 kann sich axial zwischen zwei Gleitbegrenzern 12, 22 bewegen, die auf der Nockenwelle 11 befestigt sind.
Ein Wechselabschnitt 20, Kleinhubnocken 18, 28 und Großhubnocken 19, 29 sind einteilig an beiden Enden des Gleitstücks 21 gebildet. Der Wechselabschnitt 20 wechselt eine axiale Position des Gleitstücks 21 bezüglich der Nockenwelle 11. Der Wechselabschnitt 20 weist eine erste Eingriffsnut 14 und eine zweite Eingriffsnut 24 auf, die symmetrisch ausgebildet sind. Die erste Eingriffsnut 14 weist eine Vorstufe 15, einen Verschiebungsabschnitt 16 und eine Nachstufe 17 auf. Die zweite Eingriffsnut 24 weist eine Vorstufe 25, einen Verschiebungsabschnitt 26 und eine Nachstufe 27 auf. Die Nachstufe 17 der ersten Eingriffsnut 14 und die Nachstufe 27 der zweiten Eingriffsnut 24 überlappen sich gegenseitig, so dass die erste und die zweite Eingriffsnut 14, 24 gleich dem Buchstaben „Y” (Y-förmig) ausgebildet sind.
Die Vorstufe 15 und die Nachstufe 17 der ersten Eingriffsnut 14 erstrecken sich in einer senkrechten Richtung bezüglich der Achse. Ferner wird eine Zahntiefe der Vorstufe 15, wie in 2 gezeigt, in einer Rotationsrichtung „R” flacher. Eine Zahntiefe der Nachstufe 17 wird, wie in 6 gezeigt, in einer Gegenrotationsrichtung flach. Der Verschiebungsabschnitt 16 ist bezüglich einer axialen Richtung geneigt, um die Vorstufe 15 und die Nachstufe 17 zu verbinden.
Die zweite Eingriffsnut 24 weist den gleichen Aufbau wie die erste Eingriffsnut 14 auf.
Der auf die Ventilhubabstimmvorrichtung 10 angewandte elektromagnetische Aktor 40 weist einen ersten Steuerstift 601 und einen zweiten Steuerstift 602 auf, die jeweils der ersten Eingriffsnut 14 und der zweiten Eingriffsnut 24 entsprechen. Wenn der elektromagnetische Aktor 40 den ersten Steuerstift 601 synchron zur Rotation der Nockenwelle 11 vorwärts bewegt und den ersten Steuerstift 601 in Eingriff mit der ersten Eingriffsnut 14 bringt, bewegt sich das Gleitstück 21 zusammen mit einer Rotation der Nockenwelle 11 in Richtung des ersten Gleitbegrenzers 12. Währenddessen bewegt sich das Gleitstück 21 dann, wenn der elektromagnetische Aktor 40 den zweiten Steuerstift 602 synchron zur Rotation der Nockenwelle 11 vorwärts bewegt und den zweiten Steuerstift 602 in Eingriff mit der zweiten Eingriffsnut 24 bringt, zusammen mit einer Rotation der Nockenwelle 11 in Richtung des zweiten Gleitbegrenzers 22. Der obige Betrieb wird nachstehend noch näher beschrieben.
Die erste Kleinhubnocke 18 und die erste Großhubnocke 19 sind zwischen dem Gleitstück 21 und dem Wechselabschnitt 20 benachbart angeordnet. Die erste Kleinhubnocke 18 und die erste Großhubnocke 19 sind, wie in 2 gezeigt, bezüglich eines Referenzkreises exzentrisch nach außen gerichtet. Ein Exzenterbetrag der ersten Großhubnocke 19 liegt über demjenigen der ersten Kleinhubnocke 18.
Die zweite Kleinhubnocke 28 und die zweite Großhubnocke 29 sind an einem rechten Ende des Gleitstücks 21 benachbart angeordnet. Die zweite Kleinhubnocke 28 und die zweite Großhubnocke 29 sind in einer Richtung um ungefähr 180 Grad entgegengesetzt zur ersten Kleinhubnocke 18 und ersten Großhubnocke 19 exzentrisch.
Die Rollen 31, 32 und die Schwenkarme 33, 34 entsprechen jeweils der ersten und der zweiten Kleinhubnocke 18, 28 und befinden sich in Kontakt mit einer Außenoberfläche eines exzentrischen Abschnitts der ersten Kleinhubnocke 18, 19, wodurch die Drehbewegung der Nockenwelle 11 in eine Hin- und Herbewegung der Einlassventile 91, 92 gewandelt wird. Die Rollen 31, 32 sind zwischen der ersten und der zweiten Kleinhubnocke 18, 28, der ersten und der zweiten Großhubnocke 19, 29 und den Schwenkarmen 33, 34 angeordnet.
Ein Ende der Schwenkarme 33, 34 befindet sich in Kontakt mit jedem von Schnelleinstellern 35, 36, und das andere Ende der Schwenkarme 33, 34 befindet sich in Kontakt mit jedem der Einlassventile 91, 92. Die Schwenkarme 33, 34 schwingen derart, dass sie den Einlassventilen 91, 92 nahe sind oder sich von den Einlassventilen 91, 92 entfernt befinden. Es sollte beachtet werden, dass der Schnelleinsteller 35 entsprechend dem Schwenkarm 33 in den 2, 4 und 6 gezeigt ist. Der Schnelleinsteller 36 entsprechend dem Schwenkarm 34 ist jedoch nicht gezeigt.
Nachstehend wird ein Betrieb der Ventilhubabstimmvorrichtung 10 unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 beschrieben.
Wenn das Gleitstück 21, wie in den 1 und 2 gezeigt, nahe dem ersten Gleitbegrenzer 22 angeordnet ist, befindet sich die Rolle 31 in Kontakt mit einer Außenoberfläche eines exzentrischen Abschnitts der ersten Kleinhubnocke 18, um den Schwenkarm 33 herabzudrücken. Das Einlassventil 91, das an einem Zylinderkopf 90 vorgesehen ist, wird um einen verhältnismäßig kleinen Hubbetrag „L1” geöffnet. Die Rolle 32 befindet sich in Kontakt mit einer Außenoberfläche eines exzentrischen Abschnitts der zweiten Kleinhubnocke 18, an einer Winkelposition um 180 Grad entfernt, so dass der Schwenkarm 34 herabgedrückt wird. Folglich wird das Einlassventil 92 um einen Hubbetrag „L1” geöffnet.
Der vorstehend beschriebene Zustand der Ventilhubabstimmvorrichtung 10 wird als „Kleinhubzustand” bezeichnet. Währenddessen wird dann, wenn sich die Rolle 31 in Kontakt mit einer Außenoberfläche des exzentrischen Abschnitts der ersten Großhubnocke 19 befindet, dieser Zustand als „Großhubzustand” bezeichnet.
Im Kleinhubzustand ist der erste Steuerstift 601 des elektromagnetischen Aktors 40 genau oberhalb der Vorstufe 15 der ersten Eingriffsnut 14 angeordnet. Wenn ein Wechsel von dem Kleinhubzustand in den Großhubzustand erfolgt, bewegt der elektromagnetische Aktor 40 den ersten Steuerstift 601 vorwärts, um diesen in Eingriff mit der ersten Eingriffsnut 14 zu bringen, zu einem Zeitpunkt, an dem sich die Nockenwelle 11 an einer in den 1 und 2 gezeigten Position befindet.
Wenn das Gleitstück 21 in einem Zustand, in dem sich der erste Steuerstift 601 in Eingriff mit der ersten Eingriffsnut 14 befindet, zusammen mit der Nockenwelle 11 rotiert, bewegt sich die Position, an der sich der erste Steuerstift 601 in Eingriff befindet, von der Vorstufe 15 über den Verschiebungsabschnitt 16 zur Nachstufe 17. Das Gleitstück 21 bewegt sich, wie durch einen Pfeil „X1” in der 1 gezeigt, in Richtung des ersten Gleitbegrenzers 12.
Wenn das Gleitstück 21 von einer Position „P0”, die in den 1 und 2 gezeigt ist, 90 Grad rotiert, sind die Nocken 18, 19, wie durch die durchgezogenen Linien in den 3 und 4 gezeigt, an „P1” angeordnet. Wenn das Gleitstück 21 von der Position „P0” 180 Grad und 270 Grad rotiert, werden die Nocken 18, 19, wie durch die gestrichelten Linien in der 4 gezeigt, an „P2”, „P3” angeordnet. In einem Rotationsbereich von der Position „P1” zur Position „P3” werden die Einlassventile 91, 92 geschlossen gehalten, da sich die Rolle 31 in Kontakt mit einer Außenoberfläche von Referenzkreispositionen der Nocken 18, 19 befindet. Ferner wird, an einer Drehposition, welche die Position „P3” passiert, die Zahntiefe der Nachstufe 17 flach und drückt eine Bodenwand der Nachstufe 17 den ersten Steuerstift 601 des elektromagnetischen Aktors 40 zurück.
Wenn das Gleitstück 21 von der Position „P0” 360 Grad zur Position „P4” rotiert, befindet sich die Rolle 31, wie in den 5 und 6 gezeigt, in Kontakt mit einer Außenoberfläche eines exzentrischen Abschnitts der ersten Großhubnocke 19, um den Schwenkarm 33 herabzudrücken. D. h., die Ventilhubabstimmvorrichtung 10 befindet sich im Großhubzustand. Das Einlassventil 91, das an einem Zylinderkopf 90 vorgesehen ist, wird um einen verhältnismäßig großen Hubbetrag „L2” geöffnet. Die Rolle 32 befindet sich in Kontakt mit einer Außenoberfläche eines exzentrischen Abschnitts der zweiten Großhubnocke 29, an einer Winkelposition 180 Grad von der Rolle 31 entfernt, so dass der Schwenkarm 34 herabgedrückt wird. Hierdurch wird das Einlassventil 92 um den Hubbetrag „L2” geöffnet.
Im Großhubzustand befindet sich der zweite Steuerstift 602 des elektromagnetischen Aktors 40 genau oberhalb der Vorstufe 25 der zweiten Eingriffsnut 24. Wenn ein Wechsel von dem Großhubzustand in den Kleinhubzustand erfolgt, bewegt der elektromagnetische Aktor 40 den zweiten Steuerstift 602 vorwärts, um diesen in Eingriff mit der zweiten Eingriffsnut 24 zu bringen, an einem Zeitpunkt, an dem sich die Nockenwelle 11 an einer in den 5 und 6 gezeigten Position befindet.
Wenn das Gleitstück 21 in einem Zustand, in dem sich der zweite Steuerstift 602 in Eingriff mit der zweiten Eingriffsnut 24 befindet, zusammen mit der Nockenwelle 11 rotiert, bewegt sich die Position, an der sich der zweite Steuerstift 602 in Eingriff befindet, von der Vorstufe 25 über den Verschiebungsabschnitt 26 zur Nachstufe 27. Das Gleitstück 21 bewegt sich, wie durch einen Pfeil „X2” in der 5 gezeigt, in Richtung des zweiten Gleitbegrenzers 22.
Der elektromagnetische Aktor 40 wird, wie vorstehend beschrieben, synchron zur Rotation der Nockenwelle 11 betrieben, wodurch die Ventilhubabstimmvorrichtung 10 den Hubbetrag der Einlassventile 91, 92 zwischen dem Hubbetrag „L1” und dem Hubbetrag „L2” wechseln kann. Insbesondere wird der Ventilhubbetrag in Übereinstimmung mit einer Verbrennungsmotordrehzahl und einer Verbrennungsmotorlast abgestimmt, so dass ein Betriebszustand des Verbrennungsmotors in geeigneter Weise verbessert werden kann.
Nachstehend wird der bestimmte Aufbau des elektromagnetischen Aktors unter Bezugnahme auf die 7 bis 12 beschrieben.
Der elektromagnetische Aktor 40 weist den ersten Steuerstift 601 und den zweiten Steuerstift 602 auf. Einer der Steuerstifte 601, 602 wird alternativ als „in Betrieb befindlicher Steuerstift” betrieben. Jeder der Steuerstifte 601, 602 ist mit zwei Kolben 651, zwei Federn 751, 752, zwei Permanentmagneten 501, 502 und zwei Adaptern 551, 552 versehen.
Der erste und der zweite Steuerstift 601, 602 und der erste und der zweite Kolben 651, 652 entsprechen einem „sich bewegenden Element”. Der erste Steuerstift 601 und der erste Kolben 651 sind einteilig auf einer Stiftachse „O1” verbunden und bewegen sich zwischen einer in der 7 gezeigten am weitesten zurückgezogenen Position und einer in der 10 gezeigten am weitesten vorangeschrittenen Position hin und her.
Der zweite Steuerstift 602 und der zweite Kolben 652 sind einteilig auf einer Stiftachse „O2” verbunden und bewegen sich zwischen der in der 7 gezeigten am weitesten zurückgezogenen Position und einer in der 11 gezeigten am weitesten vorangeschrittenen Position hin und her.
Die am weitesten zurückgezogene Position wird als „Nullhub” bezeichnet, und die am weitesten vorangeschrittene Position wird als „Vollhub” bezeichnet. Eine Vorwärtsbewegungsstrecke der Steuerstifte 601, 602 von der am weitesten zurückgezogenen Position wird durch einen „Hub (mm)” beschrieben. Nachstehend beschreiben „Vorwärtsbewegungsrichtung” und „vorne” eine Abwärtsrichtung in den 7 und 10 bis 12 und beschreiben „Rückwärtsbewegungsrichtung” und „hinten” eine Aufwärtsrichtung in den 7 und 10 bis 12. Ferner wird die Richtung, in der sich die Steuerstifte 601, 602 hin- und herbewegen, als „axiale Richtung” des elektromagnetischen Aktors 40 bezeichnet, und wird die Richtung, welche die axiale Richtung des elektromagnetischen Aktors 40 senkrecht schneidet, als „radiale Richtung” bezeichnet.
Ferner ist der elektromagnetische Aktor 40 mit einem Joch 41, einer Elektrodenhalterung 45, einer Spule bzw. Wicklung 47 und einer Buchse 70 bezüglich der Steuerstifte 601, 602 versehen. Das Joch 41, die Elektrodenhalterung 45, die Spule 47, die Buchse 70, die Permanentmagneten 501, 502 und die Adapter 551, 552 entsprechen einem „festen Element”.
Nachstehend wird der Aufbau vom „festen Element” beschrieben. Anschließend wird der Aufbau vom „sich bewegenden Element” beschrieben.
Das Joch 41 ist ein Doppelzylinder aus weichmagnetischen Materialien, wie beispielsweise Eisen, und bildet einen Magnetkreis zwischen der Spule 47, den Permanentmagneten 501, 502 und den Kolben 651, 652.
Eine Querschnittsform des Jochs 41 ist, wie in den 8 und 9 gezeigt, eine Ellipse, die gebildet wird, indem ein Halbkreis mit der Stiftachse „O1” und ein Halbkreis mit der Stiftachse „O2” durch eine gemeinsame Tangente verbunden werden. Ferner ist das Joch 41 symmetrisch bezüglich einer virtuellen Ebene „V” einschließlich der Stiftachse „O1” und der Stiftachse „O2” gebildet. Ein Außenzylinderabschnitt 42 des Jochs 41 weist eine Öffnung 421 und eine Bodenwand 422 auf. Ein Innenzylinderabschnitt 43 des Jochs 41 weist zwei Kolbenlöcher 431, 432 und einen Trennbereich 433 dazwischen auf.
Ein Stator 44 ist eine Platte aus weichmagnetischen Materialien, wie beispielsweise Eisen. Der Stator 44 bedeckt die Öffnung 421 des Außenzylinderabschnitts 42. Die Elektrodenhalterung 45 ist aus nichtmagnetischem Material aufgebaut. Die Elektrodenhalterung 45 wird zwischen einem Spulenkörper 46 und dem Stator 44 gehalten. Die Elektrodenhalterung 45 weist, wie in 8 gezeigt, zwei Unterbringungslöcher 451, 452 auf, in denen die Permanentmagneten 501, 502 jeweils untergebracht sind. Die Elektrodenhalterung 45 weist einen Trennbereich 453 zwischen zwei Unterbringungslöchern 451, 452 auf.
Ein Spulenkörper 46 ist aus Harzmaterial aufgebaut und bedeckt die Spule 47. Ein Frontabschnitt des Spulenkörpers 46 ist zwischen dem Außenzylinderabschnitt 42 und dem Innenzylinderabschnitt 43 angeordnet. Ein Rückseitenabschnitt des Spulenkörpers 46 ist zwischen dem Außenzylinderabschnitt 42 und der Elektrodenhalterung 45 angeordnet. Ein Verbinder 48 ist einteilig mit dem Spulenkörper 46 ausgebildet. Ein O-Ring 491 ist zwischen dem hinteren Ende des Spulenkörpers 46 und dem Stator 44 angeordnet. Ein weiterer O-Ring 492 ist zwischen dem Spulenkörper 46 und einer Innenwand des Außenzylinderabschnitts 42 angeordnet.
Die Spule 47 empfängt Elektrizität von einer Energiequelle 81 über den Verbinder 48. Wenn die Spule erregt wird, wird ein Spulenmagnetfluss erzeugt. Der Spulenmagnetfluss fließt durch das Joch 41, den Stator 44 und die Kolben 651, 652. Ferner erzeugt die Spule 47 dann, wenn eine Fließrichtung der in die Spule 47 gespeisten Elektrizität durch eine Erregungsrichtungswechseleinheit 82 geändert wird, den Spulenmagnetfluss entgegengesetzter Richtung.
Die Permanentmagneten 501, 502 sind an der Elektrodenhalterung 45 befestigt. Die Permanentmagneten 501, 502 sind, wie in 12 gezeigt, derart in den Unterbringungslöchern 451, 452 angeordnet, dass sich Seitenwände 52 der Permanentmagneten 501, 502 in Kontakt mit Innenwänden der Unterbringungslöcher 451, 452 befinden.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die Querschnittsform der Permanentmagneten 501, 502, wie in 8 gezeigt, ein Kreis. Jeder Durchmesser der Permanentmagneten 501, 502 ist größer als derjenige der Kolben 651, 652 ausgelegt bzw. erstellt. Magnetachsen „Q1”, „Q2” der Permanentmagneten 501, 502 sind beide außerhalb der Stiftachsen „O1”, „O2” angeordnet. Ferner ist ein Abstand „dm” zwischen den Permanentmagneten 501, 502, wie in den 8 und 9 gezeigt, gleich einem Abstand „dp” zwischen den Kolben 651, 652 ausgelegt. Genauer gesagt, die minimale Breite des Trennbereichs 453 der Elektrodenhalterung 45 ist gleich der minimalen Breite des Trennbereichs 433 des Innenzylinderabschnitts 43 ausgelegt.
Ferner werden der erste Permanentmagnet 501 und der zweite Permanentmagnet 502 derart magnetisiert, dass eine Richtung des Magnetpols parallel zu einer Bewegungsrichtung des ersten und des zweiten Kolbens 651, 652 verläuft. Die Richtung des Magnetpols des ersten Permanentmagneten 501 verläuft entgegengesetzt zur Richtung des Magnetpols des zweiten Permanentmagneten 502. Der erste Permanentmagnet 501 weist einen S-Pol nahe dem Stator 44 und einen N-Pol nahe dem ersten Kolben 651 auf. Der zweite Permanentmagnet 502 weist einen N-Pol nahe dem Stator 44 und einen S-Pol nahe dem zweiten Kolben 651 auf.
Ferner sind Adapter 551, 552 aus weichmagnetischen Materialen, wie beispielsweise Eisen, zwischen den Permanentmagneten 501, 502 und den Kolben 651, 652 vorgesehen. Rückseitenendoberflächen 56 der Adapter 551, 552 befinden sich, wie in 12 gezeigt, in Kontakt mit Frontseitenendoberflächen 53 der Permanentmagneten 501, 502. Alternativ ist ein kleiner Spaltabstand zwischen Oberflächen 56 und den Vorderseiten bzw. Frontenden 53 definiert. Ferner befinden sich dann, wenn die Spule 47 stromlos ist, Rückseitenendoberflächen 66 der Kolben 651, 652 in Kontakt mit den Frontseitenendoberflächen 58 der Adapter 551, 552.
Eine Fläche „Am” der Frontseitenendoberflächen 53 der Permanentmagneten 501, 502 ist größer als eine Fläche „Ap” der Rückseitenendoberflächen 66 der Kolben 651, 652. Die Rückseitenendoberflächen 56 der Adapter 551, 552 entsprechen den Frontseitenendoberflächen 53 der Permanentmagneten 501, 502. Die Frontseitenendoberflächen 58 der Adapter 551, 552 entsprechen den Rückseitenendoberflächen 66 der Kolben 651, 652. Folglich nimmt die Querschnittsfläche der Adapter 551, 552 von den Rückseitenendoberflächen 56 zu den Frontseitenendoberflächen 58 graduell ab. Außenseitenwände 57 der Adapter 551, 552 sind geneigt, und Innenseitenwände der Adapter 551, 552 verlaufen parallel zu den Stiftachsen „O1”, O2”. D. h., die Adapter 551, 552 sind überwiegend in der Form eines schiefen Kreiskegels aufgebildet.
Die Adapter 551, 552 werden durch die Permanentmagneten 501, 501 magnetisiert und dienen als „Magnetsammelabschnitt”, der den von den Permanentmagneten 501, 502 erzeugten Magnetfluss zu den Kolben 651, 652 leitet. Wenn die Adapter 551, 552 nicht zwischen den Permanentmagneten 501, 502 und den Kolben 651, 652 vorgesehen sind, können die Permanentmagneten 501, 502 durch die Kolben 651, 652 beschädigt werden, wenn die Kolben 651, 652 zu den Permanentmagneten 501, 502 gezogen werden. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform verringern die Adapter 551, 552 einen mechanischen Stoß, wenn die Kolben 651, 652 magnetisch zu den Permanentmagneten 501, 502 gezogen werden. D. h., die Adapter 551, 552 dienen als „Stoßdämpfer”.
Die Buchse 70 weist einen Flanschabschnitt 71 und einen Hauptabschnitt 72 auf. Der Flanschabschnitt 71 ist mit einer Bodenwand 422 des Jochs 41 verbunden. Ein O-Ring 493 ist zwischen dem Flanschabschnitt 71 und dem Bodenwand 422 angeordnet. Der Hauptabschnitt 72 weist Unterbringungslöcher 721, 722 auf, in denen die Steuerstifte 601, 602 und die Federn 751, 752 untergebracht sind. Die Unterbringungslöcher 721, 722 kommunizieren mit den Bolzenlöchern 431, 432 des Innenzylinderabschnitts 43. Nachdem Flanschabschnitte 631, 632 der Steuerstifte 601, 602 in die Unterbringungslöcher 721, 722 eingefügt wurden, werden Hülsen 731, 732 in den Unterbringungslöcher 721, 722 eingefügt. Ferner sind Gleitlöcher 761, 762 an Böden 741, 742 der Unterbringungslöcher 721, 722 definiert.
Federn 751, 752 sind um Schaftkörper 611, 612 der Steuerstifte 601, 602 herum angeordnet. Beide Enden jeder Feder 751, 752 werden von den Hülsen 731, 732 und den Flanschabschnitten 631, 632 gehalten. Die Federn 751, 752 spannen die Flanschabschnitte 631, 632 vor, um getrennt von den Hülsen 731, 732 zu sein, wodurch die Steuerstifte 601, 602 in der Vorwärtsrichtung vorgespannt werden.
Nachstehend werden die Konfigurationen der Steuerstifte 601, 602 und der Kolben 651, 652 auf der Grundlage der Konfigurationen des ersten Steuerstifts 601 und des ersten Kolbens 651 beschrieben. Der erste Steuerstift 601 weist einen Verbindungsabschnitt 621, der den Schaftkörper 611 mit dem ersten Kolben 651 verbindet, und einen Flanschabschnitt 631 in Eingriff mit der ersten Feder 751 auf. Der Verbindungsabschnitt 621, der Schaftkörper 611 und der Flanschabschnitt 631 sind koaxial auf der Stiftachse „O1” gebildet. Der Flanschabschnitt 631 kann einteilig mit dem Schaftkörper 611 ausgebildet oder durch ein unabhängiges Teil gebildet sein.
Der Schaftkörper 611 ist mit Ausnahme eines Spitzenendabschnitts 641 in der Buchse 70 untergebracht. Der Schaftkörper 611 wird von der Buchse 70 geführt und gleitet in das Gleitloch 761. Der Spitzenendabschnitt ragt aus der Buchse 70 hervor und wird in Eingriff mit der ersten Eingriffsnut 14 der Ventilhubabstimmvorrichtung 10 gebracht, wenn der erste Steuerstift 601 vorwärts bewegt wird.
Der erste Kolben 651 ist zylindrisch ausgebildet und aus weichmagnetischen Materialen, wie beispielsweise Eisen, aufgebaut. Der erste Kolben 651 ist mit dem Verbindungsabschnitt 621 des ersten Steuerstifts 601 verbunden. Der erste Kolben 651 wird von einem ersten Kolbenloch 431 des Innenzylinderabschnitts 43 geführt, um sich entlang des ersten Steuerstifts 601 zu bewegen. Wenn der erste Kolben 651 am weitesten zurückgezogen ist, überlappt wenigstens ein Teil einer Außenwand des ersten Kolbens 651 eine Innenwand des ersten Kolbenlochs 431 des Innenzylinderabschnitts 43 in dessen axialer Richtung. Dieser überlappte Teil bildet einen Magnetflusspfad vom Joch 41 zum ersten Kolben 651. Der zweite Steuerstift 602 und der zweite Kolben 652 weisen Konfigurationen gleich den vorstehend beschriebenen Konfigurationen des ersten Steuerstifts 601 und des ersten Kolbens 651 auf. Ein Spitzenendabschnitt 642 des zweiten Steuerstifts 602 wird in Eingriff mit der zweiten Eingriffsnut 24 der Ventilhubabstimmvorrichtung 10 gebracht, wenn der zweite Steuerstift 602 vorwärts bewegt wird.
Nachstehend werden schließlich die Konfigurationen von Teilen beschrieben, welche den elektromagnetischen Aktor 40 umgeben. Die Energiequelle 81, die Erregungsrichtungswechseleinheit 82 und Verbindungsverdrahtungen 84 sind um den elektromagnetischen Aktor 40 herum angeordnet. Die Energiequelle 81 ist über die Verbindungsverdrahtung 84 derart mit dem Verbinder 48 verbunden, dass ein Ansteuerstrom in die Spule 47 gespeist wird. Die Erregungsrichtungswechseleinheit 82 wechselt die Richtung des von der Energiequelle 81 in die Spule 47 gespeisten elektrischen Stroms. Alternativ stoppt die Erregungsrichtungswechseleinheit 82 die Versorgung der Spule 47 mit elektrischem Strom.
Nachstehend wird ein Betrieb des elektromagnetischen Aktors 40 unter Bezugnahme auf die 7, 10, 11 und 13 beschrieben.
(Wenn die Spule stromlos ist)
Wenn die Spule 47, wie in 7 gezeigt, stromlos ist bzw. nicht erregt wird, werden sowohl der erste Steuerstift 601 als auch der zweite Steuerstift 602 an der am weitesten zurückgezogenen Position gehalten. Nachstehend wird ein Betrieb des ersten Steuerstifts 601 beschrieben.
Wenn die Spule 47, wie in 13 gezeigt, nicht erregt wird, wirkt eine Magnetanziehungskraft Fm0 durch den ersten Permanentmagneten 501 und eine Federkraft Fsp durch die erste Feder 751 auf den ersten Kolben 651. Die Magnetanziehungskraft Fmo wirkt in einer Richtung, in der der erste Kolben zurückgezogen wird, auf den ersten Kolben 651. Wenn der Hub des ersten Kolbens 651 zunimmt, nimmt die Magnetanziehungskraft Fm0 ab. Die Federkraft Fsp wirkt in einer Richtung, in der der erste Kolben vorwärts bewegt wird, auf den ersten Kolben 651. Wenn der Hub des ersten Kolbens 651 zunimmt, nimmt die Federkraft Fsp linear ab. Wenn der Hub des ersten Kolbens 651 ein Nullhub „S0” ist, ist die Federkraft Fsp größer als die Magnetanziehungskraft Fm0. Der erste Kolben 651 wird zum ersten Permanentmagneten 501 gezogen.
Was den zweiten Steuerstift 602 betrifft, so wird der zweite Kolben 652 in gleicher Weise zum zweiten Permanentmagneten 502 gezogen. Auf diese Weise werden die Spitzenendabschnitte 641, 642 des ersten Steuerstifts 601 und des zweiten Steuerstifts 602 an der am weitesten zurückgezogenen Position gehalten. Sowohl der erste Steuerstift 601 als auch der zweite Steuerstift 602 werden aus den Eingriffsnuten 14, 24 gelöst.
(Wenn elektrischer Strom in einer ersten Richtung durch die Spule fließt)
Wenn die Spule 47, wie in 10 gezeigt, in einer ersten Richtung erregt wird, erzeugt die Spule 47 Spulenmagnetfluss Φsol1, dessen Richtung entgegengesetzt zum Magnetfluss Φm1 verläuft, der vom ersten Permanentmagneten 501 erzeugt wird. D. h., der Magnetfluss Φm1 des ersten Permanentmagneten 501 fließt abwärts vom S-Pol zum N-Pol. Der Spulenmagnetfluss Φsol1 fließt aufwärts durch den ersten Permanentmagneten 501. Wenn die Spule 47 in der ersten Richtung erregt wird, wird, wie vorstehend beschrieben, der Spulenmagnetfluss erzeugt, dessen Richtung entgegengesetzt zum Magnetfluss des ersten Permanentmagneten 501 verläuft. Diese Erregung bzw. Stromzufuhr in der ersten Richtung wird nachstehend als „Erregung in entgegengesetzter Richtung” bezeichnet.
Da sich die Innenwand des ersten Kolbenlochs 431 und die Außenwand des ersten Kolbens 651 in der axialen Richtung gegenseitig überlappen, fließt der Spulenmagnetfluss Φsol1 während dieser Zeit durch diesen Überlappungsabschnitt. Da der durch den ersten Permanentmagneten 501 fließende Magnetfluss durch den Spulenmagnetfluss Φsol1 aufgehoben wird, nimmt die Magnetanziehungskraft des ersten Permanentmagneten 501, wie durch eine Kurve „Fm–” in der 13 gezeigt, ab. Genauer gesagt, der erste Permanentmagnet 501 wird durch den Spulenmagnetfluss Φsol1 entmagnetisiert.
Ferner wird, da der erste Adapter 551 zwischen dem ersten Permanentmagneten 501 und dem ersten Kolben 651 angeordnet ist, die Magnetanziehungskraft Fm an der Frontseitenendoberfläche 58 bezüglich der Frontseitenendoberfläche 53 des Permanentmagneten 501 um einen Betrag entsprechend einer Dicke „Ta” des ersten Adapters 551 verringert. Folglich fällt, wie in 13 gezeigt, obgleich die Magnetanziehungskraft „Fm–” der Erregung in entgegengesetzter Richtung die Federkraft Fsp an der Frontseitenendoberfläche 53 des Permanentmagneten 501 überschreitet, die Magnetanziehungskraft „Fm–” unter die Federkraft Fsp an der Frontseitenendoberfläche 58, was einem Nullhub „S0” entspricht.
Genauer gesagt, die Dicke „Ta” des ersten Adapters 551 wird derart ausgelegt, dass die Magnetanziehungskraft „Fm–” beim Nullhub „S0” unter die Federkraft Fsp fällt.
Dies führt dazu, dass der erste Steuerstift 601, da die Magnetanziehungskraft „Fm–” beim Nullhub „S0” unter die Federkraft Fsp fällt, durch eine Kraft vorwärts bewegt wird, die erhalten wird, indem die Magnetanziehungskraft „Fm-” von der Federkraft Fsp der ersten Feder 751 verringert wird. Auch wenn die Spule stromlos geschaltet wird, nachdem der Hub einen Schwellenwerthub „St” überschreitet, bei dem die Magnetanziehungskraft Fm0 gleich der Federkraft Fsp nach dem Stromlosschalten ist, erreicht der erste Steuerstift 601 durch die Federkraft Fsp einen vollständigen Hub „Sf”. D. h., wenn die Spule 47 in der ersten Richtung erregt wird, dient der erste Steuerstift 601 als „in Betrieb befindlicher Steuerstift”.
Hierdurch wird der Spitzenendabschnitt 641 des ersten Steuerstifts 601 in Eingriff mit der ersten Eingriffsnut 14 der Ventilhubabstimmvorrichtung 10 gebracht. Anschließend wird das Gleitstück 21 zusammen mit einer Rotation der Nockenwelle 11 in einer durch den Pfeil „X1” in der 1 gezeigten Richtung bewegt und wird der Ventilhubbetrag vom Hubbetrag „L1” zum Hubbetrag „L2” gewechselt.
Nachdem das Gleitstück 21 bewegt wurde, wird der Spitzenendabschnitt 641 des ersten Steuerstifts 601 durch eine Rotation des Wechselabschnitts 20 zurück gedrückt, wodurch der erste Kolben 651 von dem vollständigen Hub „Sf” auf weniger als den Schwellenwerthub „St” zurückgeführt wird. Da die Magnetanziehungskraft Fm0 des ersten Permanentmagneten 501 die Federkraft Fsp überschreitet, wird der erste Kolben 651 angezogen, bis der erste Kolben 651 in Kontakt mit dem ersten Adapter 551 gebracht wird. Zu dieser Zeit dient der erste Adapter 551 derart als ein Stoßdämpfer, dass der erste Kolben 651 nicht direkt mit dem ersten Permanentmagneten 501 kollidiert. Es wird vermieden, dass der erste Permanentmagnet 501 durch den mechanischen Stoß beschädigt wird.
Was den zweiten Permanentmagneten 502 betrifft, so fließt der Spulenmagnetfluss Φsol1, dessen Richtung gleich dem Magnetfluss Φm2 ist, durch den zweiten Permanentmagneten 502. Wenn die Spule 47 in der ersten Richtung erregt wird, wird, wie vorstehend beschrieben, der Spulenmagnetfluss, dessen Richtung gleich dem Magnetfluss des zweiten Permanentmagneten 502 ist, erzeugt. Diese Erregung in der ersten Richtung wird nachstehend als „Erregung in gleicher Richtung” bezeichnet.
Da der durch den zweiten Permanentmagneten 502 fließende Magnetfluss zum Spulenmagnetfluss Φsol1 hinzugefügt wird, nimmt die Magnetanziehungskraft des zweiten Permanentmagneten 502, wie durch eine Kurve „Fm+” in der 13 gezeigt, zu. Folglich wird der zweite Kolben 652 mit größerer Kraft vom zweiten Permanentmagneten 502 angezogen als in dem Fall, dass die Spule 47 nicht erregt wird. Der zweite Steuerstift 602 wird an der am weitesten zurückgezogenen Position gehalten.
(Wenn elektrischer Strom in einer zweiten Richtung durch die Spule fließt)
Wenn die Spule 47, wie in 11 gezeigt, in einer zweiten Richtung erregt wird, erzeugt die Spule 47 Spulenmagnetfluss Φsol2, dessen Richtung gleich dem Magnetfluss Φm1 ist, der vom ersten Permanentmagneten 501 erzeugt wird, und entgegengesetzt dem Magnetfluss Φm2 ist, der vom zweiten Permanentmagneten 502 erzeugt wird. D. h. die Erregung in der zweiten Richtung ist die Erregung in entgegengesetzter Richtung für den zweiten Permanentmagneten 502. Folglich wird dann, wenn die Spule 47 in der zweiten Richtung erregt wird, der zweite Permanentmagnet 502 entmagnetisiert und die den zweiten Kolben 652 anziehende Magnetanziehungskraft Fm0 verringert. Der zweite Steuerstift 602 dient durch die Federkraft Fsp der zweiten Feder 752 als „in Betrieb befindlicher Steuerstift”.
Folglich wird der Spitzenendabschnitt 642 des zweiten Steuerstifts 602 in Eingriff mit der zweiten Eingriffsnut 24 der Ventilhubabstimmvorrichtung 10 gebracht. Anschließend wird das Gleitstück 21 zusammen mit einer Rotation der Nockenwelle 11 in einer Richtung bewegt, die durch den Pfeil „X2” in der 5 gezeigt ist, und wird der Ventilhubbetrag vom Hubbetrag „L2” zum Hubbetrag „L1” gewechselt. Nachdem das Gleitstück 21 bewegt wurde, wird der Spitzenendabschnitt 642 des zweiten Steuerstifts 602 durch eine Rotation des Wechselabschnitts 20 zurück gedrückt, wodurch der zweite Kolben 651 angezogen wird, bis der zweite Kolben 652 in Kontakt mit dem zweiten Adapter 552 gebracht wird. Währenddessen wird der erste Kolben 651, da die Erregung in der zweiten Richtung die Erregung in gleicher Richtung für den ersten Permanentmagneten 501 ist, vom ersten Permanentmagneten 501 angezogen, und zwar mit einer größeren Kraft als in dem Fall, in dem die Spule 47 nicht erregt wird. Der erste Steuerstift 601 wird an der am weitesten zurückgezogenen Position gehalten.
Der erste Steuerstift 601 und der zweite Steuerstift 602 werden, wie vorstehend beschrieben, nicht bewegt, wenn die Spule 47 nicht erregt wird. Wenn die Spule 47 in der ersten Richtung erregt wird, wird einzig der erste Steuerstift 601 bewegt. Wenn die Spule 47 in der zweiten Richtung erregt wird, wird einzig der zweite Steuerstift 602 bewegt. D. h., der elektromagnetische Aktor 40 kann in Übereinstimmung mit dem Schaltbetrieb der Erregungsrichtungswechseleinheit 82 alternativ einen der zweite Steuerstifte 601, 602 betreiben.
(Vorteile)
Nachstehend werden Vorteile des elektromagnetischen Aktors 40 beschrieben.

(1) Gemäß dem elektromagnetischen Aktor 40 der vorliegenden Ausführungsform sind zwei Permanentmagneten 501, 502 an der Elektrodenhalterung 45 befestigt. Die Magnetpolrichtungen der Permanentmagneten 501, 502 verlaufen entgegengesetzt zueinander. Die Permanentmagneten 501, 502 ziehen die Kolben 651, 652 in einer Rückwärtsrichtung magnetisch an. Indem die Erregungsrichtung der Spule 47 gewechselt wird, erzeugt einer der Permanentmagneten 501, 502 den Spulenmagnetfluss, dessen Richtung entgegengesetzt zum Spulenmagnetfluss ist, den der andere Permanentmagnet erzeugt, wodurch die Anziehungskraft verringert wird. Einer der Steuerstifte 601, 602, bei dem die Anziehungskraft der Permanentmagneten 501, 502 verringert wird, wird durch die Vorspannungskraft der Federn 751, 752 in der Vorwärtsrichtung bewegt. D. h., die von der Spule 47 erzeugte elektromagnetische Kraft wird zur Verringerung der Anziehungskraft der Permanentmagneten 501, 502 verwendet. Die Steuerstifte 601, 602 werden durch die Vorspannungskraft der Federn 751, 752 bewegt. Folglich kann, verglichen mit einem Fall, in dem die Steuerstifte durch eine elektromagnetische Kraft bewegt werden, die von einer Spule erzeugt wird, die Ansprechgeschwindigkeit der Steuerstifte 601, 602 verbessert werden, ohne die Spule 47 zu vergrößern.
(2) Da die Permanentmagneten 501, 502 an dem festen Element vorgesehen sind, können die Permanentmagneten 501, 502 größer ausgelegt werden, um die Magnetanziehungskraft zu erhöhen, ohne das Gewicht des sich bewegenden Elements zu erhöhen. Gemäß der Erhöhung der Magnetanziehungskraft kann die Vorspannungskraft der Federn 751, 752, welche den Kolben von den Permanentmagneten 501, 502 weg bewegt, höher eingestellt werden. Dementsprechend kann die Ansprechgeschwindigkeit der Steuerstifte 601, 602 weiter verbessert werden.
(3) Da die Permanentmagneten 501, 502 an dem festen Element vorgesehen sind, kann vermieden werden, dass die Permanentmagneten mechanisch beschädigt werden, wenn der elektromagnetische Aktor betrieben wird.
(4) Die Fläche „Am” der Frontseitenendoberflächen 53 der Permanentmagneten 501, 502 ist größer als eine Fläche „Ap” der Rückseitenendoberflächen 66 der Kolben 651, 652. Ferner sind die Adapter 551, 552 aus weichmagnetischen Materialien, wie beispielsweise Eisen, zwischen den Permanentmagneten 501, 502 und den Kolben 651, 652 vorgesehen. Die Adapter 551, 552 dienen als der Magnetsammelabschnitt. Der Magnetfluss kann von den Permanentmagneten 501, 502 effektiv gesammelt werden. Die auf die Kolben 651, 652 wirkende Magnetanziehungskraft kann erhöht werden.
(5) Ferner wird, da die Adapter 551, 552 zwischen den Permanentmagneten 501, 502 und den Kolben 651, 652 angeordnet sind, die Magnetanziehungskraft Fm an der Frontseitenendoberfläche 58 bezüglich der Frontseitenendoberfläche 53 um einen Betrag entsprechend der Dicke „Ta” der Adapter 551, 552 verringert. Folglich kann der Spulenmagnetfluss, dessen Richtung entgegengesetzt verläuft, auf einfache Weise erzeugt werden, um zu bewirken, dass die Magnetanziehungskraft „Fm–” bei einem Nullhub „S0” während der Erregung in entgegengesetzter Richtung unter die Federkraft Fsp fällt. Dementsprechend können die Kolben 651, 652 entgegen der Magnetanziehungskraft bei einem geringeren elektrischen Strom auseinander bewegt werden.
(6) Die Adapter 551, 552, die zwischen den Permanentmagneten 501, 502 und den Kolben 651, 652 angeordnet sind, verringern einen mechanischen Stoß, wenn die Kolben 651, 652 magnetisch zu den Permanentmagneten 501, 502 gezogen werden. Folglich kann vermieden werden, dass die Permanentmagneten durch den mechanischen Stoß mechanisch beschädigt werden.
(7) Der Innenzylinderabschnitt 43 ist derart angeordnet, dass die Innenwände der Kolbenlöcher 431, 432 die Außenwände der Kolben 651, 652 überlappen, wenn sich die Kolben 651, 652 an der am weitesten zurückgezogenen Position befinden. Da der Magnetflusspfad vom Joch 41 zu den Kolben 651, 652 gewährleistet wird, können die Kolben 651, 652 auf einfache Weise entgegen die Magnetanziehungskraft durch den Spulenmagnetfluss auseinander bewegt werden.
(8) Die Steuerstifte 601, 602 werden durch eine ausreichende Kraft zurück versetzt, wenn die Spitzenendabschnitte 641, 642 der Steuerstifte 601, 602 aus den Eingriffsnuten 14, 24 gelöst werden. Folglich kann die Vorspannungskraft der Federn 751, 752 größer eingestellt werden, wodurch die Ansprechgeschwindigkeit der Steuerstifte 601, 602 verbessert werden kann.

(Zweite Ausführungsform)
Nachstehend wird eine zweite Ausführungsform des elektromagnetischen Aktors unter Bezugnahme auf die 14 bis 16 beschrieben. In jeder der folgenden Ausführungsformen sind Teile und Komponenten im Wesentlichen gleich denjenigen in der ersten Ausführungsform mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden diese Teile und Komponenten nicht wiederholt beschrieben.
Der elektromagnetische Aktor 405 der zweiten Ausführungsform weist, wie in den 14 und 15 gezeigt, einen einteiligen bzw. integrierten Permanentmagneten 54, die Adapter 555, 556 und die Elektrodenhalterung 85 auf. Die Konfigurationen dieser Elemente unterscheiden sich von der ersten Ausführungsform. Der einteilige Permanentmagnet 54, die Adapter 555, 556 und die Elektrodenhalterung 85 sind bezüglich einer virtuellen Ebene „V”, welche die Stiftachse „O1” und der Stiftachse „O2” aufweist, symmetrisch gebildet.
Der einteilige Permanentmagnet 54 ist ein Stab bzw. eine Säule mit einer elliptischen Querschnittsform. Der einteilige Permanentmagnet 54 ist derart an der Elektrodenhalterung 85 befestigt, dass seine Magnetpolrichtung senkrecht zur Bewegungsrichtung der Kolben 651, 652 verläuft. Ein Magnetpol nahe dem ersten Kolben 651 wird als „horizontaler erster Magnetpol 541” bezeichnet, und ein Magnetpol nahe dem zweiten Kolben 652 wird als „horizontaler zweiter Magnetpol 542” bezeichnet. In der vorliegenden Ausführungsform ist der horizontale erste Magnetpol 541 ein N-Pol und der horizontale zweite Magnetpol 542 ein S-Pol.
Wenn die Spule 47 stromlos geschaltet wird, zieht der horizontale erste Magnetpol 541 des einteiligen Permanentmagneten 54 den ersten Kolben 651 in einer Rückwärtsrichtung. Ferner zieht der horizontale zweite Magnetpol 542 des einteiligen Permanentmagneten 54 den zweiten Kolben 651 in der Rückwärtsrichtung. Der einteilige Permanentmagnet 54 weist die Funktion des ersten Permanentmagneten 501 und des zweiten Permanentmagneten 502 der ersten Ausführungsform auf.
Die Adapter 555, 556 sind aus weichmagnetischen Materialien, wie beispielsweise Eisen, aufgebaut und weisen einen „L”-förmigen Querschnitt entlang der virtuellen Ebene „V” auf. D. h., jeder der Adapter 555, 556 ist aus einem Basisabschnitt 580 und einem Seitenabschnitt 59 aufgebaut. Eine Rückseitenendoberfläche 56 des Basisabschnitts 580 befindet sich in Kontakt mit einer Frontseitenendoberfläche 545 des einteiligen Permanentmagneten 54. Alternativ wird ein schmaler Spaltabstand zwischen Oberflächen 56 und der Frontseitenendoberfläche 545 definiert. Ferner befinden sich dann, wenn die Spule 47 stromlos geschaltet wird, die Rückseitenendoberflächen 66 der Kolben 651, 652 in Kontakt mit der Frontseitenendoberfläche 58 des Basisabschnitts 580.
Die Adapter 555, 556 empfangen den Magnetfluss von dem horizontalen ersten Magnetpol 541 und dem horizontalen zweiten Magnetpol 542 an dessen Frontseitenendoberfläche 545 und dessen Außenwand 544. Der empfangene Magnetfluss wird über die Frontseitenendoberfläche 58 der Adapter 555, 556 zu den Kolben 651, 652 übertragen. Wenn sich die Kolben 651, 652 an der am weitesten zurückgezogenen Position befinden, wird ein Teil der Außenwände der Kolben 651, 652 von der Innenwand der Kolbenlöcher 431, 432 des Innenzylinderabschnitts 43 überlappt.
Die Elektrodenhalterung 85 ist aus nichtmagnetischem Material aufgebaut. Die Elektrodenhalterung 85 weist einen Unterbringungsabschnitt 850 auf, in dem der einteilige Permanentmagnet 54 und die Adapter 555, 556 untergebracht sind. Die Elektrodenhalterung 85 weist eine Rückwand 853, welche dem Stator 44 gegenüberliegt, und eine Umfangswand 854, welche der Spulenkörper 46 gegenüberliegt, auf. Die Rückwand 853 bedeckt die Rückseitenendoberfläche 543 des einteiligen Permanentmagneten 54. Die Umfangswand 854 bedeckt den Seitenabschnitt 59 der Adapter 555, 556 und bedeckt die Außenwand 544 des einteiligen Permanentmagneten 54.
Nachstehend wird ein Betrieb des elektromagnetischen Aktors 405 der zweiten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 14 beschrieben.
Die Rückseitenendoberfläche 543 des einteiligen Permanentmagneten 54 wird von der Endwand 853 der Elektrodenhalterung 85 aus nichtmagnetischem Material bedeckt. Folglich wird, wie durch eine gestrichelte Pfeillinie in der 16 gezeigt, verhindert, dass der Magnetfluss Φms zwischen dem horizontalen ersten Magnetpol 541 und dem horizontalen zweiten Magnetpol 542 durch den Stator 44 fließt. Der Streufluss vom einteiligen Permanentmagneten 54 zum Stator 44 kann verringert werden.
Die Seitenwand 59 der Adapter 555, 556 ist derart angeordnet, dass sie der Außenwand 544 des horizontalen ersten Magnetpols 541 und des horizontalen zweiten Magnetpols 542 gegenüberliegt, und die Umfangswand 854 der Elektrodenhalterung 85 ist derart angeordnet, dass sie der Seitenwand 59 gegenüberliegt. Folglich fließt der radiale Magnetfluss Φmp vom horizontalen ersten Magnetpol 541 (oder vom horizontalen zweiten Magnetpol 542) abwärts und anschließend durch die Kolben 651, 652 und den Innenzylinderabschnitt 43 in den horizontalen zweiten Magnetpol 542 (oder den horizontalen ersten Magnetpol 541), wie durch eine durchgehende Pfeillinie in der 16 gezeigt.
Folglich wird vorzugsweise der durch die Kolben 651, 652 fließende Magnetfluss Φmp erzeugt und der durch den Stator 44 fließende Magnetfluss Φms beschränkt. Dies führt dazu, dass der Magnetfluss Φm1 abwärts durch den ersten Kolben 651 fließt und der Magnetfluss Φm2 aufwärts durch den zweiten Kolben 652 fließt.
Indem die Erregungsrichtung der Spule 47 gewechselt bzw. umgeschaltet wird, erzeugt der horizontale erste Magnetpol 541 oder der horizontale zweite Magnetpol 542 den Spulenmagnetfluss, dessen Richtung entgegengesetzt zum Spulenmagnetfluss des anderen ist, wodurch die Anziehungskraft verringert wird. Einer der Steuerstifte 601, 602, an dem die Anziehungskraft verringert wird, wird durch die Vorspannungskraft der Feder 751, 752 vorwärts bewegt. Hierdurch kann die Ansprechgeschwindigkeit der Steuerstifte 601, 602 verbessert werden, ohne die Spule 47 zu vergrößern.
Die Adapter 555, 556 leiten den Magnetfluss, der an dem horizontalen ersten Magnetpol 541 und dem horizontalen zweiten Magnetpol 542 erzeugt wird, in die Kolben 651, 652 als der Magnetsammelabschnitt. Ferner dienen die Adapter 555, 556 als Stoßdämpfer, wenn die Kolben 651, 652 zum einteiligen Permanentmagneten 54 gezogen werden. Darüber hinaus können, gemäß der zweiten Ausführungsform, die vorstehend beschriebenen Vorteile (2), (3), (5), (7) und (8) der ersten Ausführungsform erzielt werden.
Gemäß der zweiten Ausführungsform können beide Magnetpole 541, 542 des einteiligen Permanentmagneten 54 effektiv zur Erzeugung der Magnetkraft verwendet werden. Folglich kann die Anzahl von Permanentmagneten von zwei auf eins verringert werden, während eine Magnetanziehungskraft äquivalent zur ersten Ausführungsform aufrechterhalten werden kann.
(Dritte Ausführungsform)
Nachstehend wird eine dritte Ausführungsform des elektromagnetischen Aktors unter Bezugnahme auf die 17 bis 20 beschrieben.
Die Ventilhubabstimmvorrichtung 10, auf die die elektromagnetischen Aktoren 407, 408 angewandt werden, weist, wie in den 17 und 18 gezeigt, zwei Wechselabschnitte 13, 23 auf. Der erste Wechselabschnitt 13 weist eine erste Eingriffsnut 14 auf, und der zweite Wechselabschnitt (Änderungsabschnitt) 23 weist eine zweite Eingriffsnut 24 auf.
Die elektromagnetischen Aktoren 407, 408 weisen jeweils einen Steuerstift 607, 608 auf. Der erste elektromagnetische Aktor 407 entsprechend dem ersten Wechselabschnitt 13 bewegt den Steuerstift 607 synchron zur Rotation der Nockenwelle 11 vorwärts, so dass der Steuerstift 607, wie in 17 gezeigt, in Eingriff mit der ersten Eingriffsnut 14 gebracht wird. Der zweite elektromagnetische Aktor 408 entsprechend dem zweiten Wechselabschnitt 23 bewegt den Steuerstift 608 synchron zur Rotation der Nockenwelle 11 vorwärts, so dass der Steuerstift 608, wie in 18 gezeigt, in Eingriff mit der zweiten Eingriffsnut 24 gebracht wird.
Ein Betrieb der Ventilhubabstimmvorrichtung 107 ist gleich der ersten Ausführungsform. Gemäß der dritten Ausführungsform werden der erste und der zweite elektromagnetische Aktor 407, 408, die jeweils nur einen Steuerstift aufweisen, abwechselnd betrieben.
Nachstehend wird ein Betrieb des elektromagnetischen Aktors 407 der dritten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 19 und 20 beschrieben.
Im ersten elektromagnetischen Aktor 407 weisen ein Steuerstift 607, ein Kolben 657, eine Hülse 737 und eine Feder 757 den gleichen Aufbau wie diejenigen in der ersten Ausführungsform auf. Ein Joch 417, ein Spulenkörper 467, ein Stator 447, eine Elektrodenhalterung 457, eine Spule 477 und eine Buchse 707 weisen jeweils eine kreisförmige Querschnittsform um eine Stiftachse „O7” herum auf. Wenn sich der Kolben 651 an der am weitesten zurückgezogenen Position befindet, überlappt ein Teil des Kolbens 651 eine Innenwand des Kolbenlochs 439 eines Innenzylinderabschnitts 437.
Ein Permanentmagnet 507 ist koaxial bezüglich des Kolbens 657 angeordnet. Der Permanentmagnet 507 ist in einem Unterbringungsabschnitt 459 einer Elektrodenhalterung 457 auf einer Stiftachse „O7” angeordnet. Der Adapter 557 ist ein kreisförmiger Kegelstumpf.
Ferner weist eine Endoberfläche 53 des Permanentmagneten 507 eine größere Fläche als eine Endoberfläche 66 des Kolbens 657 auf. Die Rückseitenendoberflächen 56 des Adapters 557 entsprechen den Frontseitenendoberflächen 53 des Permanentmagneten 507. Die Frontseitenendoberflächen 58 des Adapters 557 entsprechen den Rückseitenendoberflächen 66 des Kolbens 657. Folglich nimmt die Querschnittsfläche des Adapters 557 von den Rückseitenendoberflächen 56 zu den Frontseitenendoberflächen 58 graduell ab. Ferner dient der Adapter 57 als Stoßdämpfer, wenn der Kolben 657 zum Permanentmagneten 507 gezogen wird.
Eine Richtung des Magnetpols des Permanentmagneten 507 verläuft parallel zur Bewegungsrichtung des Kolbens 657. Ferner verläuft die Richtung des Magnetpols des Permanentmagneten 507 entgegengesetzt zu einer Richtung eines Spulenmagnetflusses, der erzeugt wird, wenn die Spule 477 durch die elektrische Energiequelle 81 erregt wird. In dieser Situation ist die Erregungsrichtungswechseleinheit 82, ungleich der ersten Ausführungsform, nicht erforderlich. Die dritte Ausführungsform bringt die gleichen Vorteile (1) bis (8) wie die erste Ausführungsform hervor.
(Vierte Ausführungsform)
Nachstehend wird eine vierte Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 21 und 22 beschrieben.
Gemäß der vierten Ausführungsform weist der elektromagnetische Aktor 40 ferner einen Spannungsdetektor 83 auf. Der Spannungsdetektor 83 erfasst eine induzierte elektromotorische Kraft, die vom elektromagnetischen Aktor 40 erzeugt wird, wenn die Kolben 651, 652 zu der am weitesten zurückgezogenen Position zurückkehren.
Der Spannungsdetektor 83 erfasst, wie in 22 gezeigt, eine Ansteuerspannung Vd1 an einem Zeitpunkt t11, an dem ein elektrischer Strom beginnt, durch die Spule 47 zu fließen. Der Spulenmagnetfluss Φsol1 wird erzeugt, wodurch die Magnetanziehungskraft beim Nullhub „S0” unter die Federkraft fällt. Folglich wird der erste Steuerstift 601 durch die Federkraft der ersten Feder 751 vorwärts bewegt. Auch wenn die Spule 47 an einem Zeitpunkt t12 stromlos geschaltet wird, wird der erste Steuerstift 601 an einem Zeitpunkt t12 zum vollständigen Hub „Sf” vorwärts bewegt. D. h., wenn die Spule 47 in der ersten Richtung erregt wird, dient der erste Steuerstift 601 als „in Betrieb befindlicher Steuerstift”. Hierdurch wird der Spitzenendabschnitt 641 des ersten Steuerstifts 601 in Eingriff mit der ersten Eingriffsnut 14 der Ventilhubabstimmvorrichtung 10 gebracht. Anschließend wird das Gleitstück 21 zusammen mit einer Rotation der Nockenwelle 11 in einer Richtung bewegt, die durch den Pfeil „X1” in der 1 gezeigt ist, und wird der Ventilhubbetrag vom Hubbetrag „L1” zum Hubbetrag „L2” gewechselt.
Nachdem das Gleitstück 21 bewegt wurde, wird der Spitzenendabschnitt 641 des ersten Steuerstifts 601 durch eine Rotation des Wechselabschnitts 20 zurück gedrückt, wodurch der erste Kolben 651 von dem vollständigen Hub „Sf” an einem Zeitpunkt t14 zu einem Schließ-Hub „Sn” an einem Zeitpunkt t15 zurückgeführt wird. In dieser Zeitspanne sind der erste Kolben 651 und der erste Adapter 551 voneinander entfernt angeordnet. Zwischen ihnen ist eine Luftschicht definiert. Die Luftschicht dient als magnetischer Widerstand. Folglich wird auch dann, wenn die Position des ersten Kolbens 651 geändert wird, keine signifikante Flussänderung erzeugt. Die Erfassungsspannung, die der Spannungsdetektor 83 erfasst, wird kaum geändert.
Da die Magnetanziehungskraft des ersten Permanentmagneten 501 die Federkraft beim Schließ-Hub „Sn” überschreitet, wird der erste Kolben 651 angezogen, bis der erste Kolben 651 in Kontakt mit dem ersten Adapter 551 gebracht wird. Da die Magnetanziehungskraft des ersten Permanentmagneten 501 zunimmt, wenn sich der erste Permanentmagnet 501 dem ersten Adapter 551 nähert, wird der erste Kolben 501 an einem Zeitpunkt t16 zum Nullhub „S0” zurückgeführt.
Für gewöhnlich beträgt die Permeabilität von weichmagnetischem Material das 1000- bis 10000-fache der Permeabilität von Luft. Folglich wird dann, wenn der erste Kolben 651 und der erste Adapter 551 in Kontakt miteinander oder dicht zueinander gebracht werden, der zwischen dem ersten Kolben 651 und dem ersten Adapter 551 fließende Magnetfluss schnell zunehmen. Folglich wird, in einer Zeitspanne vom Zeitpunkt t15 bis zum Zeitpunkt t16, eine induzierte elektromotorische Kraft Vi1 aufgrund einer schnellen Flussänderung erzeugt wird. Die Spule 47 überträgt die induzierte elektromotorische Kraft Vi1 zum Spannungsdetektor 83. Der Spannungsdetektor (Spannungssensor) 83 empfängt die induzierte elektromotorische Kraft Vi1 als „Rückkehrsignal”, das anzeigt, dass der erste Steuerstift 601 zum Nullhub „S0” zurückkehrt (am weitesten zurückgezogene Position). Die Spule 47 dient als „Rückkehrsignalausgabeabschnitt”.
In einer Zeitspanne vom Zeitpunkt t21 zum Zeitpunkt t26 sind die Operationen des zweiten Kolbens 652 und des zweiten Steuerstifts 602, wie in 22 gezeigt, gleich denjenigen des ersten Kolbens 651 und des ersten Steuerstifts 601. Da die Richtungen des Magnetpols des ersten Permanentmagneten 501 und des zweiten Permanentmagneten 502 jedoch entgegengesetzt zueinander verlaufen, kehren sich positiv/negativ der Spannung, die der Spannungsdetektor 83 erfasst, um. D. h., positiv/negativ der induzierten elektromagnetischen Kraft Vi1 und der induzierten elektromotorischen Kraft Vi2 sind entgegengesetzt zueinander. Die induzierte elektromotorische Kraft Vi1 wird erzeugt, wenn die Ansteuerspannung Vd1 in der ersten Richtung angelegt wird und der erste Kolben 651 zur am weitesten zurückgezogenen Position zurückkehrt. Die induzierte elektromotorische Kraft Vi2 wird erzeugt, wenn die Ansteuerspannung Vd2 in der zweiten Richtung angelegt wird und der zweite Kolben 652 zur am weitesten zurückgezogenen Position zurückkehrt.
Der erste Kolben 651 wird mit höherer Kraft vom ersten Permanentmagneten 501 angezogen als in dem Fall, dass die Spule 47 nicht erregt wird. Der erste Steuerstift 601 wird an der am weitesten zurückgezogenen Position gehalten.
(Weitere Ausführungsformen)
In der ersten und in der zweiten Ausführungsform ist die Fläche „Am” der Frontseitenendoberflächen 53 der Permanentmagneten 501, 502 größer als eine Fläche „Ap” der Rückseitenendoberflächen 66 der Kolben 651, 652. Wenn der vom Permanentmagneten zum Kolben übertragene Magnetfluss jedoch vollständig gewährleistet wird, kann die Fläche „Am” kleiner oder gleich der Fläche „Ap” sein. In dieser Situation kann der Adapter ein Stab bzw. eine Säule als ein Stoßdämpfer sein. Alternativ ist der Adapter in einem Fall, in dem ein anderer Stopper für den Kolben vorgesehen ist, nicht stets als der Stoßdämpfer erforderlich.
In der ersten und in der dritten Ausführungsform ist die Querschnittsform des Permanentmagneten nicht auf einen Kreis beschränkt. Es kann ein Halbkreis oder ein Polygon verwendet werden. Ferner sind die Querschnittsformen des Jochs und der Elektrodenhalterung nicht auf diejenigen der obigen Ausführungsformen beschränkt. Alternativ sind das Joch und die Elektrodenhalterung nicht immer erforderlich.
In den obigen Ausführungsformen überlappt dann, wenn sich die Kolben 651, 652 an der am weitesten zurückgezogenen Position befinden, die Innenwand der Kolbenlöcher 431, 432 die Außenwand der Kolben 651, wodurch der Pfad des magnetischen Flusses gewährleistet wird. In einem Fall, in dem der Pfad des magnetischen Flusses jedoch durch eine andere Konfiguration gewährleistet wird, kann das Joch den Kolben auch nicht überlappen.
Die Ventilhubabstimmvorrichtung kann den Hubbetrag nicht nur eines Einlassventils, sondern ebenso eines Auslassventils abstimmen. Der Mechanismus zur Bewegung der Steuerstifte ist nicht auf den obigen Mechanismus beschränkt.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann auf verschiedene Ausführungsformen angewandt werden.
Vorstehend wird ein elektromagnetischer Aktor offenbart.
Ein elektromagnetischer Aktor 40 weist zwei Permanentmagneten 501, 502 auf, die an einer Elektrodenhalterung 45 befestigt sind. Die Magnetpolrichtungen der Permanentmagneten 501, 502 verlaufen entgegengesetzt zueinander. Die Permanentmagneten 501, 502 ziehen Kolben 651, 652 in Rückwärtsrichtung magnetisch an. Durch Wechseln der Erregungsrichtung der Spule 47 erzeugt einer der Permanentmagneten 501, 502 einen Spulenmagnetfluss, dessen Richtung entgegengesetzt zu dem vom anderen Permanentmagneten erzeugten Spulenmagnetfluss verläuft, wodurch die Anziehungskraft verringert wird. Einer der Steuerstifte 601, 602, bei dem die Anziehungskraft der Permanentmagneten 501, 502 verringert wird, wird durch eine Vorspannungskraft von Federn 751, 752 in Vorwärtsrichtung bewegt. Eine Ansprechgeschwindigkeit der Steuerstifte 601, 602 kann verbessert werden, ohne die Spule 47 zu vergrößern.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10200901586 A1 [0003]

Claims

Elektromagnetischer Aktor, der auf eine Ventilhubabstimmvorrichtung (10) angewandt wird, die einen Hubbetrag eines Einlassventils (91, 92) oder eines Auslassventils eines Verbrennungsmotors abstimmt, wobei der elektromagnetische Aktor aufweist: – ein Gleitstück (21), das zusammen mit einer Nockenwelle (11) der Ventilhubabstimmvorrichtung (10) rotiert, sich axial bezüglich der Nockenwelle (11) bewegt und eine Eingriffsnut (14, 24) definiert; – einen ersten Steuerstift (601) und einen zweiten Steuerstift (602), die bezüglich der Eingriffsnut (14, 24) ausgerichtet sind und von denen einer ein in Betrieb befindlicher Steuerstift ist, der in Eingriff mit der Eingriffsnut (14, 24) gebracht werden kann; – einen ersten Kolben (651), der aus weichmagnetischem Material aufgebaut und mit dem der erste Steuerstift (601) verbunden ist; – einen zweiten Kolben (652), der aus weichmagnetischem Material aufgebaut und mit dem der zweite Steuerstift (601) verbunden ist; – einen ersten Permanentmagneten (501), der derart auf dem ersten Kolben angeordnet ist, dass seine Magnetpolrichtung parallel zu einer Bewegungsrichtung des ersten und des zweiten Kolbens verläuft, wobei der erste Permanentmagnet den ersten Kolben (651) in einer Rückwärtsrichtung anzieht, in der ein Endabschnitt (641) des ersten Kolbens (651) aus der Eingriffsnut (14, 24) gelöst wird; – einen zweiten Permanentmagneten (501), der derart auf dem zweiten Kolben angeordnet ist, dass seine Magnetpolrichtung parallel zu einer Bewegungsrichtung des ersten und des zweiten Kolbens und entgegengesetzt zur Magnetpolrichtung des ersten Permanentmagneten (501) verläuft, wobei der zweite Permanentmagnet den zweiten Kolben (652) in einer Rückwärtsrichtung anzieht, in der ein Endabschnitt (642) des zweiten Kolbens (652) aus der Eingriffsnut (14, 24) gelöst wird; – eine Spule (47), die einen Spulenmagnetfluss erzeugt, dessen Richtung entgegengesetzt zu einer Magnetkraft verläuft, die von einem gewählten des ersten Permanentmagneten und des zweiten Permanentmagneten erzeugt wird, so dass die vom gewählten Permanentmagneten erzeugte Magnetanziehungskraft verringert wird; – eine erste Feder (751) und eine zweite Feder (752), die jeweils den ersten Steuerstift (601) und den zweiten Steuerstift (602) in einer Vorwärtsrichtung vorspannen, in der sich der erste Steuerstift und der zweite Steuerstift in Richtung der Eingriffsnut (14, 24) bewegen, wobei – die Spule (47) alternativ in einer ersten Richtung oder in einer zweiten Richtung erregt wird, so dass die Richtung des erzeugten Spulenmagnetflusses zwischen zwei Richtungen gewechselt wird.
Elektromagnetischer Aktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – jeder der Permanentmagneten eine Endoberfläche aufweist, deren Fläche größer als diejenige eines Abschnitts des Kolbens ist, welcher der Endoberfläche gegenüber liegt; und – jeder der Permanentmagneten mit einem Magnetsammelabschnitt (551, 552) versehen ist, der aus einem weichmagnetischen Material aufgebaut, zum Einleiten des von jedem Permanentmagneten erzeugten Magnetflusses in den Kolben.
Elektromagnetischer Aktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass er ferner aufweist: – einen Stoßdämpfer (551, 552), der zwischen jedem Permanentmagneten und dem Kolben angeordnet ist, um einen mechanischen Stoß zu verringern, der erzeugt wird, wenn der Kolben zum Permanentmagneten gezogen wird.
Elektromagnetischer Aktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – der erste Permanentmagnet und der zweite Permanentmagnet aus einem einteiligen Permanentmagneten (54) aufgebaut sind, der derart angeordnet ist, dass seine Magnetpolrichtung senkrecht zur Bewegungsrichtung des ersten und des zweiten Kolbens verläuft; – der einteilige Permanentmagnet (54) einen horizontalen ersten Magnetpol (541) aufweist, der den ersten Kolben (651) anzieht; und – der einteilige Permanentmagnet (54) einen horizontalen zweiten Magnetpol (542) aufweist, der den zweiten Kolben (652) anzieht.
Elektromagnetischer Aktor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass er ferner aufweist: – einen Magnetsammelabschnitt (555, 556), der aus einem weichmagnetischen Material aufgebaut und zwischen dem einteiligen Permanentmagneten (54) und dem Kolben vorgesehen ist, um den vom einteiligen Permanentmagneten (54) erzeugten Magnetfluss in den Kolben einzuleiten.
Elektromagnetischer Aktor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass er ferner aufweist: – einen Stoßdämpfer (555, 556), der zwischen dem einteiligen Permanentmagneten (54) und dem Kolben vorgesehen ist, um einen mechanischen Stoß zu verringern, der erzeugt wird, wenn der Kolben zum einteiligen Permanentmagneten (54) gezogen wird.
Elektromagnetischer Aktor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass er ferner aufweist: – ein Joch (41), das aus einem weichmagnetischen Material aufgebaut ist und einen Magnetkreis zwischen der Spule, dem Permanentmagneten oder dem kombinierten Permanentmagneten und dem Kolben bildet, wobei – das Joch einen Innenzylinderabschnitt (43) aufweist, der den Magnetfluss zum ersten Kolben und zum zweiten Kolben übertragen kann, und – sich dann, wenn sich der Kolben an einer am weitesten zurückgezogenen Position befindet, wenigstens ein Teil des Kolbens und des Innenzylinderabschnitts gegenseitig überlappen.
Elektromagnetischer Aktor, der auf eine Ventilhubabstimmvorrichtung (10) angewandt wird, die einen Hubbetrag eines Einlassventils (91, 92) oder eines Auslassventils eines Verbrennungsmotors abstimmt, wobei der elektromagnetische Aktor aufweist: – ein Gleitstück (21), das zusammen mit einer Nockenwelle (11) der Ventilhubabstimmvorrichtung (10) rotiert, sich axial bezüglich der Nockenwelle (11) bewegt und eine Eingriffsnut (14, 24) definiert; – einen Steuerstift (607), der in Eingriff mit der Eingriffsnut (14, 24) gebracht werden kann; – einen Kolben (657), der aus einem weichmagnetischen Material aufgebaut und mit dem Steuerstift verbunden ist; – einen Permanentmagneten (507), der derart angeordnet ist, dass seine Magnetpolrichtung parallel zur Bewegungsrichtung des Kolbens verläuft, und der eine Anziehungskraft erzeugt, die den Kolben in einer Richtung anzieht, in welcher der Kolben aus der Nut (14, 24) gelöst wird; – eine Spule (447), die einen Magnetfluss erzeugt, dessen Richtung entgegengesetzt zu einem Magnetfluss verläuft, der vom Permanentmagneten (507) erzeugt wird, so dass die vom Permanentmagneten erzeugte Anziehungskraft verringert wird; und – eine Feder (757), die den Steuerstift in einer Vorwärtsrichtung vorspannt, in der sich der Steuerstift in Richtung der Eingriffsnut bewegt.
Elektromagnetischer Aktor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass – der Permanentmagnet eine Endoberfläche aufweisen, deren Fläche größer als diejenige eines Abschnitts des Kolbens gegenüber der Endoberfläche ist; und – der Permanentmagnet mit einem Magnetsammelabschnitt (557) versehen sind, der aus einem weichmagnetischen Material aufgebaut ist, zum Einleiten des vom Permanentmagneten erzeugten Magnetflusses in den Kolben.
Elektromagnetischer Aktor nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass er ferner aufweist: – einen Stoßdämpfer (557), der zwischen dem Permanentmagneten und dem Kolben vorgesehen ist, um einen mechanischen Stoß zu verringern, der erzeugt wird, wenn der Kolben zum Permanentmagneten gezogen wird.
Elektromagnetischer Aktor nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass er ferner aufweist: – ein Joch (41), das aus einem weichmagnetischen Material aufgebaut ist und einen Magnetkreis zwischen der Spule, dem Permanentmagneten und dem Kolben bildet, wobei – das Joch einen Innenzylinderabschnitt (437) aufweist, der den Magnetfluss zum Kolben übertragen kann, und – sich dann, wenn sich der Kolben an einer am weitesten zurückgezogenen Position befindet, wenigstens ein Teil des Kolbens und des Innenzylinderabschnitts gegenseitig überlappen.
Elektromagnetischer Aktor, der auf eine Ventilhubabstimmvorrichtung (10) angewandt wird, die einen Hubbetrag eines Einlassventils (91, 92) oder eines Auslassventils eines Verbrennungsmotors abstimmt, wobei der elektromagnetische Aktor aufweist: – ein Gleitstück (21), das zusammen mit einer Nockenwelle (11) der Ventilhubabstimmvorrichtung (10) rotiert, sich axial bezüglich der Nockenwelle (11) bewegt und eine Eingriffsnut (14, 24) definiert; – einen ersten Steuerstift (601) und einen zweiten Steuerstift (602), die bezüglich der Eingriffsnut (14, 24) ausgerichtet sind und von denen einer ein in Betrieb befindlicher Steuerstift ist, der in Eingriff mit der Eingriffsnut (14, 24) gebracht werden kann; – einen ersten Kolben (651), der aus weichmagnetischem Material aufgebaut und mit dem der erste Steuerstift (601) verbunden ist; – einem zweiten Kolben (652), der aus weichmagnetischem Material aufgebaut und mit dem der zweite Steuerstift (601) verbunden ist; – einen ersten Permanentmagneten (501), der derart auf dem ersten Kolben angeordnet ist, dass seine Magnetpolrichtung parallel zu einer Bewegungsrichtung des ersten und des zweiten Kolbens verläuft, wobei der erste Permanentmagnet den ersten Kolben (651) in einer Rückwärtsrichtung anzieht, in der ein Endabschnitt (641) des ersten Kolbens (651) aus der Eingriffsnut (14, 24) gelöst wird; – einen zweiten Permanentmagneten (501), der derart auf dem zweiten Kolben angeordnet ist, dass seine Magnetpolrichtung parallel zu einer Bewegungsrichtung des ersten und des zweiten Kolbens und entgegengesetzt zur Magnetpolrichtung des ersten Permanentmagneten (501) verläuft, wobei der zweite Permanentmagnet den zweiten Kolben (652) in einer Rückwärtsrichtung anzieht, in der ein Endabschnitt (642) des zweiten Kolbens (652) aus der Eingriffsnut (14, 24) gelöst wird; – eine Spule (47), die einen Spulenmagnetfluss erzeugt, dessen Richtung entgegengesetzt zu einer Magnetkraft verläuft, die von einem gewählten des ersten Permanentmagneten und des zweiten Permanentmagneten erzeugt wird, so dass die vom gewählten Permanentmagneten erzeugte Magnetanziehungskraft verringert wird; – eine erste Feder (751) und eine zweite Feder (752), die jeweils den ersten Steuerstift (601) und den zweiten Steuerstift (602) in einer Vorwärtsrichtung vorspannen, in der sich der erste Steuerstift und der zweite Steuerstift in Richtung der Eingriffsnut (14, 24) bewegen; und – einen Rückkehrsignalausgabeabschnitt, der ein Rückkehrsignal aussendet, das beschreibt, dass der in Betrieb befindliche Steuerstift zu einer am weitesten zurückgezogenen Position zurückkehrt, wobei – die Spule (47) alternativ in einer ersten Richtung oder in einer zweiten Richtung erregt wird, so dass die Richtung des erzeugten Spulenmagnetflusses zwischen zwei Richtungen gewechselt wird.
Elektromagnetischer Aktor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass – die Spule als der Rückkehrsignalausgabeabschnitt dient; und – der Rückkehrsignalausgabeabschnitt eine induzierte elektromotorische Kraft als das Rückkehrsignal erzeugt, wenn der mit dem in Betrieb befindlichen Steuerstift verbundene Kolben dem Permanentmagneten nahekommt.
Elektromagnetischer Aktor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass er ferner aufweist: – ein Joch (41), das aus einem weichmagnetischen Material aufgebaut ist und einen Magnetkreis zwischen der Spule, dem Permanentmagneten und dem Kolben bildet.