提升阀用来控制流体的流动，并且同样证明提供了一种用来控制 和密封流体的较粗方法，这些流体不怕阻力的，例如在流体具有高温 和高压的地方。尤其地，提升阀常常借助旋转凸轮来操纵，而这些旋 转凸轮进行工作以克服以关闭阀的方式起作用的弹簧，该提升阀被用 来控制空气或者空气和燃料的混合物的流入到内燃机的燃烧室中并且 控制燃烧产物离开内燃机的燃烧室。
借助仔细地选择凸轮轮廓，可以使阀关闭件接近阀座的方式和关 闭件在关闭和打开位置之间的运动方式和速度产生小量的变化，及反 之亦然，使快速离开阀实际打开和关闭的时间产生小量变化。 关闭件的运动模式称为阀运动轮廓。
在发动机使凸轮进行旋转的地方，通常不可能改变一个发动机速 度或者负荷和另一个之间的阀运动轮廓。但是，已长时间认识到，如 果在不同速度或者负荷时采用不同阀运动轮廓，那么可以获得更大的 效率。但是，在机械驱动的凸轮涉及固定凸轮轮廓的地方，不得不选 择后者以在发动机速度和负载的期望范围内产生最好的折中阀运动轮 廓。
通常的实践是，限定出凸轮轮廓从而确保阀关闭件的前进速度是 阀的最大速度的一小部分，从而在关闭时减少阀座上的撞击应力，同 时在打开时和在其它部分的运动时提供阀关闭件的高速运动。
当以高速运转发动机时，需要以较大的加速和减速来操纵提升阀， 并且常常发现，推杆、凸轮或者弹簧所产生的力是发动机运转速度的 限制因素。
为了更好地控制内燃机的进气阀和排气阀的打开和关闭，尤其改 变不同工作速度下的阀运动轮廓(profile)，因此已经提出，用电磁螺 线管致动器来取代凸轮，其中该致动器由来自计算机所控制的发动机 处理系统的电流来驱动。但是至今，这些结果不能令人满意。因此， 当用来以高速打开和关闭这些阀时，发现螺线管致动器产生较大的前 进速度，并且当工作速度增大时这些控制系统不能调节阀的动能。此 外，电磁螺线管驱动不能实现燃烧室的进气门和排气门所需要的阀工 作速度，这些燃烧室具有设计成以高速运转的内燃机活塞。
本发明的目的是提供一种磁致动器，该致动器更好地适合于控制 内燃机的进气门和排气门的打开和关闭。

根据本发明的一个方面，提供了一种电磁致动器，在该致动器中， 转子在定子中可以进行旋转，该定子借助使电流流过与定子相关连的 至少一个绕组而可以得到磁化，该转子在稳定的停止位置之间可以旋 转，而这些稳定停止位置借助弹簧和/或作用在转子上的磁力的结合来 限定出，其中在转子运动的一部分期间，弹簧装置储存能量，并且在 从一个停止位置到另一个停止位置的随后运动期间，提供动能以使转 子进行加速，其中，当电流在所述至少一个绕组中进行流动(该绕组 足以克服把转子保持在那个停止位置上的磁力)时，把磁扭矩施加在 转子上，从而使转子沿着从那一个停止位置到另一个停止位置的方向 进行旋转，转子借助机械连接件而连接到推力件上，借助该机械连接 件，把转子的旋转运动转换成基本上是线性的运动，该连接件具有机 械增益，在转子旋转期间，该机械增益以预定方式发生改变。
根据本发明的另一个方面，提供了一种前述的致动器，在该致动 器中，转子只具有两个稳定停止位置，每个停止位置由作用在转子上 的磁性和/或弹簧力来限定出，其中在转子向着一个停止位置进行运动 的期间，第一弹簧装置储存能量，并且提供动能以加速转子从而远离 那个停止位置向着它的另一个停止位置，及当转子向着它的另一个停 止位置进行旋转以提供动能，从而当它沿着相反方向移离所述另一个 停止位置返回到它的第一停止位置上时在转子上提供加速力时，第二 弹簧装置储存能量。
机械增益变化称为致动器的机械增益轮廓。典型地，该轮廓是非 线性的。在一种布置中，机械增益随着转子的角度运动而改变假正弦 曲线，但是进行改进，以致在一个停止位置附近，转子的角度运动导 致推力件进行基本上是非线性的运动。
在转子和推力件之间使用改变的机械增益驱动，可以在转子运动 和推力件运动之间产生非线性关系。
典型地，定子具有偶数个极，而转子包括永磁体装置，并且具有 偶数个节，这些节借助永磁体装置绕着转子交替地磁化北极和南极。
优选地，由于只有磁能量而作用来把转子保持在任何一个停止位 置上的磁力与由弹簧装置所形成的停止位置相一致。
优选地，停止位置与这样的位置相一致：在这些位置上，节和极 对准。
环绕着定子的每个极，具有电绕组，在该电绕组借助电流来供电 时，该电绕组在转子上产生磁发电机运动力。这些绕组通过电流脉冲 来连续地供电，定时成与转子的旋转位置和所需要的扭矩相一致。
优选地，定子具有八个隔开的电磁极化极，及转子具有四个隔开 的永久磁化节。优选地，这些极和节以相等的距离隔开。
当用来打开和关闭内燃机的进气门或者排气门时，与阀关闭位置 相对应的停止位置称为初始停止位置。机械增益轮廓布置来在阀开始 打开的旋转位置上产生较高的机械增益。在初始打开阀之后，该轮廓 是这样的，以致机械增益减少了，然后又增大了，直到阀完全打开为 止。机械增益又减少到另一个最小值，并且当转子向着它的初始第一 停止位置进行旋转时升高，阀靠近它的原始关闭位置，在没有进一步 使阀进行运动的情况下，转子连续旋转通过该位置，直到转子又处于 它的第一停止位置上为止。
借助使用具有变化机械增益的驱动装置，在关闭到较小程度时， 可以减少前进速度，从而减少阀和阀座上的磨损及噪声。
借助使用具有变化机械增益的驱动装置，也可以使作用在阀上的 力最大化，在发动机的点火冲程完成并且该室已被排空准备来接受下 一个燃料和空气的充量之后，由于燃烧室内的残余气体压力而需要该 力来克服作用在关闭件上的气体压力。
如果驱动装置的机械增益轮廓允许转子在阀没有任何必然线性运 动的情况从它的第一停止位置产生一些旋转运动，那么到阀关闭件上 的连接可以被认为是具有一些空动，在力施加到作用在阀上的推力件 上之前，该空动开始时使转子以很小的运动阻力进行旋转一个较小的 角度。
在初始运动期间，在驱动装置和推力件之间或者在推力件和阀关 闭件之间产生了空动。
在形成4冲程发动机工作循环的曲轴两转期间，任何一个阀常常 在曲轴旋转200到290度之间打开，因此每隔720度的曲轴旋转，阀 进行完全的打开和关闭顺序。
借助采用与变化机械增益和停止或者空动(在停止或者空动期间， 阀保持关闭，同时转子仍然自由运动)相相系，与阀打开的时间相比， 转子运动一个更长的时间。对于给定的电磁致动器电驱动扭矩和旋转 惯性而言，这允许阀在一个更短的时间内打开和关闭，因此对于一个 给定的阀打开曲轴角度而言允许发动机运转得更快。
在根据所述一个方面所构造出的致动器中，在阀关闭时，当转子 处于它的第一停止位置上时单个弹簧储存机械能。该弹簧可以包括弹 性悬臂弹簧臂，该臂的自由端压在偏心装置的外圆周上，该偏心装置 与转子一起进行旋转，及在这样做时使臂偏转，并且在这样做时，在 其内储存能量。偏心装置相对于转子的角度位置是这样的，当阀打开 时，从弹簧中释放能量，从而有助于转子加速以打开阀，并且当阀关 闭时，偏心装置又使弹簧臂进行偏转，因此能量又储存在其中，这使 得转子向着第一停止位置减速。
当弹簧处于它的最大释放量或者很小偏转量的位置上时，阀完全 打开。这个位置称为第二停止位置。
当转子旋转时，来自永磁体装置的储存磁能的脉动所产生的扭矩 产生了所谓的磁转矩变动。如果这种磁转矩变动较大，那么转子和阀 可以具有许多第二停止位置。
在阀是内燃机的一个阀并且每个阀借助上述致动器来操纵时，借 助把保持电流输送到绕组中，使阀旋转不同角度范围以适合于发动机 的不同工作条件。
弹簧装置的工作提供了能量再循环，并且与以相同惯性和速度采 用传统电磁致动器相比，允许致动器通过输入较小的电能以高速进行 工作。
当发动机以高速进行工作时阀关闭件(提升阀)的运动类似于中 断的摆动，并且本发明所提供的弹簧装置吸收来自关闭件摆动和摆动 转子运动的能量。
在四冲程内燃机中，在打开阀期间阀关闭件上的气体力随着发动 机负荷的改变而改变。尽管一旦阀打开，气体压力快速下降并且几乎 没有不得不做的进一步工作来连续地使关闭件移离座，但这影响开始 时不得不做以从它的关闭位置上释放阀的机械工作量。
优选地，控制系统设置来把电能的脉冲供给到绕组中，该绕组进 行工作以在每个电流脉冲中提供所需要的瞬间电能，以响应变化的发 动机负荷来控制相位(即正时)和/或每个脉冲的持续时间，从而在阀 打开和关闭期间在每个时刻产生足够大的磁扭矩，从而在这个循环内 在那个时间克服作用在阀关闭件上的力，并且它可以随着负荷、曲柄 角从一个循环到另一个循环地进行改变。
在优选实施例中，定子具有绕着转子等距离地隔开的八个极，并 且转子具有四个等距离地隔开的节，这些节通过转子内的永磁体装置 来磁化，如果定子的每个极的圆周范围具有大约每个转子节的一半， 那么该转子在正常情况下通常保持对准在一对邻近定子极之间。当由 永磁体装置所感应出的磁通量可以以最小阻力流过磁路时，该系统产 生最小的磁能量。
初始运动由到达绕组的电流脉冲来产生，这种流动方向可以使转 子节受到抵制以远离位于节的一侧(后侧)上的极，并且同时受到节 的另一侧(前侧)上的极的吸收。当转子节刚好移出与定子极对准的 位置时，借助使电流方向反向，使驱动扭矩连续地作用在转子上，从 而使转子加速。
为制动转子的运动，因此绕组可以短路，从而在合适探测电流的 初始脉冲时使感应电流在绕组中进行流动，因此使定子极性反向并且 消耗转子、连接件和阀系统的动能。这个作为绕组中的热量出现。此 外，控制系统可以产生类似的(反向)电流，从而使减速扭矩的方向 反向，并且使转子停止在通过阀控制流体流所需要的停止位置如它的 第一停止位置或者任何其它停止位置上。
在根据本发明第二方面所构造出的致动器中，当只需要很小的力 来移动阀关闭件时，弹簧装置储存来自电枢运动的能量，并且通常地， 一旦电枢运动离开移动位置的端部，这就可以被释放。
当转子处于与阀关闭时相对应的位置上，借助永磁体的磁通量所 产生的力来抵抗储存在弹簧装置中的能量。这种阻力称为“转矩变动”， 并且如果永磁体具有足够的功率，那么不需要电流来把转子保持在那 个位置上。当阀完全打开时，相同情况可以施加在转子移动的另一端 上，并且转矩变动又进行工作，及又根据永磁体的强度，不需要电流 来把转子保持在它的停止位置上。
因此，永磁体的磁通量和产生扭矩变动的弹簧力的相互作用用来 把转子保持在移动位置的两端上，因此不需要电力来把转子保持在这 些停止位置中的每一个上，转子和定子可以连接到只具有两个位置的 步进电机上。如果永磁体的磁通量不够大，那么它可以借助该绕组或 者每个绕组中的稳定电流来加强，在转子运动期间，该稳定电流可以 用电流脉冲来取代。
在定子具有以两个相反成对进行布置的四个极及转子是永磁体的 地方，转子在正常情况下与一对极局部对准地停止，并且借助使转子 受到排斥以离开局部对准的极的电流脉冲来产生初始运动，这种初始 运动有助于旋转运动，类似电流脉冲可以施加到其它绕组中以在它们 和转子之间产生吸引力，因此转子从一对中受到排斥，并且同时吸收 到另一对极中。借助使在绕组中进行流动的电流方向反向，转子刚好 运动成不与所述其它对的极相对准。
在本发明一个方面的一个实施例中，在该发明中，如果需要的话， 那么转子可以沿着相同方向连续地进行旋转，该致动器包括：
a)定子由八个成圆形布置的、径向向内的的极形成，每个极用绝 缘导体来缠绕，从而在每个极上产生电磁装置，
b)转子，它包括两对沿着直径方向相对的永磁体极，磁方向绕 着转子交替为北-南-北-南，因此通过合适的撇去，转子沿着每个方向 可以旋转；
c)弹簧元件，当转子旋转到第一停止位置上时，它储存机械能；
d)销，它由管形轮元件来包围，它从转子的旋转轴线并且平行 于该轴线地横向地延伸，但是偏离该轴线；
e)第一杠杆，它绕着平行于转子轴线的轴线可旋转地安装；
f)第一杠杆中的弧形槽，轮和销安装在该槽中，轮在该槽中相对 于槽可以进行滚动或者滑动，并且也可以把旋转运动传递到杠杆上， 机械增益随着转子的角度位置进行改变范围，销和轮的角度运动使杠 杆中的角度运动产生到该范围，该角度运动由槽的形状来确定，
g)第一杠杆，它具有十字销接头，从而把推力传递到致动器的外 部中；
h)套从转子进行延伸，该转子与第二杠杆相接触，
i)第二杠杆形成有弧形接触表面，从而使弹簧经过滑动球轴承装 置进行移动，因此弹簧位移是转子角度位置的函数，
j)第二杠杆的弧形表面提供了第一停止位置，因此转子在第一停 止位置每侧上的小角度位移导致弹簧没有运动或者稍稍地额外拉紧弹 簧，因此弹簧的较大运动导致弹簧逐渐地卸载，直到转子从第一停止 位置基本上移动180度为止，及
k)壳体，定子、绕组、转子杠杆和弹簧设置在该壳体内，
l)该壳体为转子、第一杠杆和第二杠杆提供轴承装置。
优选的是，电流控制系统设置来把具有控制大小、方向和正时的 电流脉冲供给到每个绕组中。
至少在转子从它的第一停止位置开始旋转期间，及在它返回到第 一停止位置之前的旋转的最后部分期间，在第一个路线，在旋转通过 180度之后，及然后沿着相反的方向旋转一个相同的量，或者在旋转 通过360度的完整循环之后，销、轮和第一杠杆槽连接件在转子和杠 杆之间可以部分地提供空动连接。
销可以连接到曲柄臂的外端上或者与其形成一体，该曲柄臂从毂 进行延伸，该毂适合绕着转子轴线进行旋转，该毂沿着轴向延伸并且 在壳体的邻近端部上可旋转地支撑在第一轴承上。转子的另一端共轴 线地延伸，从而形成呈偏心设置的轴承形状的滑轮，当弹簧力把它压 到与之接触时，该滑轮的外座圈借助来接合第二杠杆，并且支撑第二 杠杆的接触力。滑轮之外的转子的轴向延伸部在与第一轴承相类似的 第二轴承中进行延伸，两个轴承为转子提供支撑，因此只限制转子响 应所施加的扭矩而旋转地运动。第二轴承可以设置在另一个壳体内。
优选的是，杠杆可旋转地连接到刚性连接件上，该刚性连接件本 身连接到提升阀关闭件的杆上，该提升阀关闭件控制燃烧气体进入到 来自内燃机燃烧室中的废气或者从该废气中出来。
优选的是，调整这种布置，以致当阀完全打开时，转子处于停止 位置上，并且保持在那个位置上，而不需要任何电流流过定子绕组。
包括转子、两个杠杆、弹簧和阀的该系统的惯性借助来自主弹簧 的力来起作用。这种惯性弹簧系统形成了具有两个停止位置的摆动系 统，一个当转子处于第一停止位置上，当阀关闭时，而当阀打开时， 另一个远离它大约180度。当转子离开第一停止位置地运动通过小角 度时，与第二杠杆的弧形表面一起进行工作的弹簧施加了恢复力。较 大的运动角度使转子在储存于弹簧中的能量的影响下运动到第二停止 位置上。当转子运动到第二停止位置的每一侧上时，该弹簧产生明显 的惯性力。在两个转子位置上，弹簧力作用在惯性上以产生摆动。选 择弹簧能量，从而使摆动时间最小化并且减小峰值电磁感应的扭矩， 从而使转子在所需要的时间内进行运动。
在本发明的所述其它方面的一个实施例中，该致动器包括：
a)定子，它具有四个以圆形布置的、径向向内的极，
b)转子，它包括一对沿直径方向相对的永磁体极，并且它在它 的两个移动极端位置上从一个停止位置到另一个停止位置在四个定子 极内可以旋转通过180度，
c)第一弹簧元件，当转子旋转到它的两个移动极端位置中的每个 上时，它储存机械能，
d)销，它从转子的旋转轴线横向地延伸，并且平行于该转子的 旋转轴线，但是偏离该轴线，
e)杆，它连接到销上，并且可旋转地安装成绕着也平行于转子轴 线的一个轴线进行旋转运动，从而把推力施加到致动器的外部上，
f)位于杆中的弧形槽，销安装在该槽中，它在该槽中相对于槽可 以滑动，并且也可以把旋转运动传递到杆中，销的角度运动所产生的 杆角度运动的范围由槽的形状来确定，
g)第二弹簧元件，当杆旋转到它的两个移动极端的每一个上时， 它储存机械能，
h)至少一个绕组，当电流流过其中时，它绕着四个定子极产生 交替的北极和南极，
i)壳体，定子、绕组、转子、杆和弹簧安装于该壳体内，该壳体 的相对端部为可旋转的零件提供支承，其特征在于，
j)选择槽的形状，以致在连续的转子旋转导致通过销传递到杆上 的增大旋转驱动之前，在一个转子移动极端位置上，转子从那个位置 向着另一个位置的初始旋转在销和槽之间可以导致相对滑动，因此初 始转子运动期间的机械增益基本上大于转子移动剩余部分上的机械增 益。
优选地，电流控制系统设置来把具有控制大小和/或方向和/或相 位(即正时)的电流的脉冲供给到该绕组或者每个绕组或者每个线圈 中。
至少在转子旋转开始期间，销和槽的连接在转子和杆之间可以部 分地提供空动连接。
该销可以连接到曲柄臂的外端上或者与之形成一体，该曲柄臂从 毂进行延伸，该毂适合绕着转子轴线进行旋转，毂轴向地延伸从而支 撑在位于壳体邻近端部的轴承内。转子的其它端部可以共轴线地进行 延伸以安装在类似的轴线上，该轴承与第一轴承共轴线，但是位于壳 体的相反端表面上，因此转子受到限制，但可以绕着由两个轴承所限 定出的轴线自由地进行旋转。
优选地，杆可旋转地连接到刚性连接件上，该连接件本身连接到 提升阀关闭件的杆上，该杆控制气体进入到内燃机的燃烧室中，或者 控制气体从内燃机的燃烧室中出来。
优选地，调整这种布置，以致当阀完全打开或者完全关闭时，转 子处于停止位置上，并且在不需要任何电流流过绕组的情况下，在其 内保持静止不动。借助下面方法来实现这个：在停止位置上，确保两 个弹簧件施加到转子上的扭矩借助位于转子极和定子极之间的磁性吸 引力所产生的扭矩来平衡。
典型地，每个绕组包括两个独立的线圈，每个定子极具有一个线 圈，因此借助施加到每个线圈中的合适电流脉冲的顺序来实现阀打开 和关闭。
优选地，电流脉冲施加到四个线圈中的每一个上，从而完全克服 和产生永磁体通量的合适通量，该永磁体通量把电枢保持在停止位置 上，从而在弹簧所产生的力和现在作用在转子上的电磁力所产生的力 的结合扭矩作用下，使转子旋转到它的其它停止位置上。
总之，两个停止位置与每对定子极不对准，因此转子的初始运动 沿着这样的方向：该方向使它的两极从与一对定子极进一步不对准地 运动到这样的位置：在该位置上，以电动马达的方式，它们将与定子 极的另一对相对准。一旦转子刚好运动通过与该另一对极相对准的位 置，那么使四个线圈中的电流反向可以在转子上产生马达扭矩，该转 子趋于以相同的方向连续地旋转，直到它旋转通过大约180度从而到 达它的其它停止位置上为止。
当每个弹簧扭矩减少到0并且不再有助于使转子进行旋转时，在 转子旋转时到达位置。转子由于惯性和磁马达扭转而连续地旋转，现 在在每个弹簧中开始储存能量，但是它是沿着相反的方向储存能量， 从而使转子慢下来，并且最后到达以停止在它的其它停止位置上。在 返回循环中可以产生这种能量，从而当它开始旋转返回到它的前面位 置上时有助于加速转子的旋转。
优选地，在每个转子的旋转期间，两个弹簧在相同的位置上产生 0扭矩的位置。
就第一停止位置而言，当转子处于它的第二停止位置上时，永磁 体磁通量所产生的扭矩又通过现在储存在两个弹簧中的能量所产生的 扭矩来平衡，但是是沿着相反的方向进行工作。因此，如前面一样， 如果永磁体可以提供所有吸引力需要，那么不需要保持电流在线圈内 进行流动。
把合适电流脉冲施加到线圈中从而推翻这种平衡，可以克服保持 磁通量，并且把相反的磁扭矩施加到转子上，可以与储存在弹簧中的 能量相结合以产生净扭矩，该净扭矩使转子从所述第二停止位置上旋 转出来并且返回到它的第一停止位置上。
在转子极通过与中间定子极相对准的位置，又一次把大小和相位 合适的但是方向相反的电流脉冲施加到线圈中，从而可以把另一电磁 (马达)驱动扭矩施加到转子上。如前面一样，转子旋转回到它的第 一停止位置上，将会受到弹簧的阻力，该弹簧在转子的返回运动的后 面部分期间又一次储存能量，而不是释放能量。
转子的运动传递到阀关闭件(如提升阀杆)上，从而使后者运动 通过可变机械增益机构。在转子的有效初始旋转期间，这种机构成形 来提供最小的推力件运动(即非常高的机械增益)。但是，一旦阀具有 离开座，那么机械增益可以剧烈减小，因为一旦阀没有落座，并且气 体压力减少，那么提升阀关闭件的运动阻力大大下降。在它旋转到它 的其它停止位置上的其余部分期间作用在转子上的马达扭矩可以大大 地得到以储存在弹簧中，从而当阀关闭时有助于使转子进行相反的旋 转。
当转子旋转返回以关闭阀时，该机构的机械增益以较小的程度开 始，并且随着转子到达它的初始停止位置而增大，但是现在它是沿着 相反的方向。因此，转子和阀关闭件慢下来了，从而产生了较小的“前 进速度”，这种前进速度确保，尽管转子内具有较大残余惯性能量、当 阀关闭件落座时的撞击力适中，但是在前进时所产生的噪声减小了， 并且对关闭件或者座产生了较小的损坏。
销和槽接合的设计意味着阀关闭件产生于转子旋转到它的初始停 止位置完成之前。当转子连续地旋转到它的初始停止位置(阀关闭时)， 转子弹簧连续地储存转子的剩余动能。尽管现在储存在转子弹簧中的 较多能量和由转子弹簧所施加的、合适朝向的扭矩趋于使它旋转离开 那个位置，但是一旦处于停止，由连接转子的永磁体通量所感应出的 扭矩变动把转子保持在停止位置上。应该注意的是，当转子极运动得 更近从而完全与定子极对准时，磁路的磁阻剧烈增大到它们对准时的 最大值。这提高了作用在转子上的磁力。
优选地，借助圆柱形辊来包围销，而滚动轴承设置在销和辊子之 间。
这两个轴承用来提供质量弹簧摆动机械系统，该系统有助于减少 阀的工作时间。转子弹簧把扭矩施加到转子上，从而当转子运动离开 它的平衡(停止)位置时施加恢复扭矩。当杠杆运动离开它的平衡(停 止)位置时，作用在杠杆上的其它弹簧把恢复力施加到杆上。选择这 两个弹簧的相对强度，从而使摆动时间最小化，并且减少峰值磁性扭 矩，该磁性扭矩在其它情况下需要电磁驱动。
附图说明
现在，参照附图，借助例子来描述本发明，其中：
图1是从曲柄端看去的、转子的等角投影图；
图2是从偏心端部看去的转子和一个壳体的分解图；
图3是从曲柄端看去的、转子、杠杆和其它壳体的分解图；
图4是拆去壳体的、致动器偏心端的视图，它示出了第二杠杆和 主弹簧；
图5是通过垂直于转子轴线的平面中的转子的剖视图，它示出了 定子极和转子节
图6是与图5相同的视图，但是它涉及到绕组；
图7是装配好的致动器的透视图；
图8是致动器的放大端视图；
图9是通过致动器的横剖视图，该致动器示成连接到提升阀上；
图10是与图9相类似的视图，在该图中，包括额外的轴承以使转 子变硬从而允许旋转速度更高；
图11是方块示意图，它示出了如何从各种传感器和发动机处理计 算机中产生电流脉冲；
图12是沿着转子的旋转轴线看去的、体现本发明的双稳态致动器 的垂直剖视图，该致动器连接到提升阀上，但是在该视图中包括通过 提升阀关闭件和连接件的截面，该连接件把它连接到致动器中的杠杆 上；
图13是沿着转子轴线的、定子端部被拆下的、图12的致动器的 示意性端视图；
图14是与图13相类似的视图，它示出了靠近一个停止位置的转 子；
图15是与图13相类似的视图，它示出了刚好离开一个停止位置 的转子；
图16示出了刚好接近其它停止位置的转子；
图17示出了处于其它停止位置上的转子；
图18是另一个横截面，它示出了螺旋形弹簧和扭力棒弹簧。

参照图1，永磁体10和12夹在转子的三个铁磁(典型为软铁) 极靴14、16和18之间。磁性组件设置在两个非磁性端盖20、22之间。
参照图2，转子的端盖20位于偏心轴颈24上，短轴通过设置在 壳体28内的轴承26从该偏心轴颈24伸出。轴承32所支撑的中空圆 柱形轮箍30环绕着偏心轴颈24进行延伸。
参照图3，转子22的端盖具有锥形孔34，该锥形孔允许曲柄销 36的锥形端刚性地固定到其中。圆柱形曲柄销36的圆柱形区域支承 着辊子38，该辊子38安装在第一杆40的弧形槽中。在杆40之外， 曲柄销36在外置端支承着曲柄臂，该曲柄臂具有圆柱形短轴部分，该 短轴部分可旋转地支撑在轴承42上，该轴承42固定到第二壳体50 上。杆40固定到短轴52上，该短轴52在两个轴承54和56内进行旋 转，并且沿着轴向借助两个推力环58和62来限制。杆40通过刚性连 杆72连接到提升阀的杆70上。
在关闭时，提升阀头150安置在环形座152上，并且借助致动器 向下推离环形座152来打开。在致动器和阀的打开和关闭运动期间， 刚性杆72和杆40和刚性杆72和提升阀杆70之间的旋转连接允许各 种零件进行任何旋转相对运动。
参照图4，借助杯形滑动轴承82和球形头部销84使第二杆80推 动到圆柱形轮箍30中。销84设置在主弹簧86中，该主弹簧86借助 夹紧梁88而被夹紧到壳体50中。
参照图5，转子可旋转地设置在定子内，该定子总体上用90来表 示。定子具有八个极100、102、104、106、108、110、112、114，这 八个极包围着转子极靴14、16和18。中央转子极靴具有两个磁性节 点120和122。
参照图6，绕组130、132、134、136、138、140、142、144环绕 着定子的每个极，电流流过该绕组从而使面对转子的、交替地作为北 极和南极的这些极磁化。
壳体28、50通过紧固件固定到发动机上，而紧固件能够进行一些 空动从而在关闭阀时可以防止产生任何较大的力。在杆40的初始旋转 期间进行这种运动。
在考虑用来打开和关闭内燃机气门的致动器的要求时，下面这些 被认为是基本要求，即：
长行程；
快速运动；
较小的前进速度(landing speed)；
较大的阀开度对基本压力。
此外，理想的特征是：
各自完全独立的驱动机构
沿着两个方向的、可编程的正时(可变角度比)；
可变行程。
到目前为止，使用凸轮轴来打开这些阀，并且采用这些弹簧来关 闭这些阀。这些机构受到下面这些限制：
固定的角度比；
固定的行程。
借助采用根据本发明来构造和操纵的致动器，其中在致动器驱动 的范围内，该致动器包括一个或者多个弹簧内的储能，因此采用了所 谓的能量再循环，可以得到下面优点，即：
沿着两个方向主动地驱动阀(机械控制式阀系统，不需要传统的 强大阀关闭弹簧)；
充分的正时灵活性(两个方向)
极好的行程灵活性，它包括在整个一些发动机循环期间阀保持关 闭；
即使在较小的发动机速度时，也能进行快速空气流入，从而基本 上减少了燃烧产物的不良排放
各自阀驱动机构(每个阀具有完全独立的驱动器，因此如果需要 的话，那么在每个发动机循环期间，不是所有阀不得不打开)
发动机操纵的充分灵活性允许一些阀、不是所有阀在所有气缸或 者一些气缸内被驱动
可选择的发动机工作模式：四冲程或者两冲程允许输出功率最大 化，同时保持较小的排放
上述模式选择可以应用到一些或者所有汽缸中，事实上，可以设 想逐渐过渡的过程。
致动器主要包括电动马达，并且可以连接到所谓的步进电机上， 该步进电机设置有：定子，它通过永磁体或者磁体来进行磁性极化； 及多极圆形定子。典型地，定子所具有的极至少是转子的两倍多。在 要描述的双稳定致动器中，转子具有两极，而定子具有四极，同时在 可以旋转360度的致动器中，在转子上具有四极，而在定子上具有八 极。该对定子极借助各自线圈利用磁场作用来通电，从而在能量操纵 上具有充分的灵活性。把电流输送到线圈中，从而沿着每个方向来驱 动马达。就后部e.m.f效果而言，可以在转子的任何位置上带走能量。 为了简化驱动过程，成对连接这些线圈。一个或者多个弹簧提供能量 再循环/储存。
在双稳定装置中，使转子运动限制成小于180度并且转子运行一 个所谓的摆动。如后面所描述的一样，这种布置具有用作储能机构的 两个弹簧，该两极转子具有足够的锁紧力来保持在两个稳定位置上： 一个位置是阀关闭的位置，另一个位置是阀打开的位置，及在该装置 中，需要外部能量从一个稳定位置改变到另一个位置上。
在图1-10所示的实施例中，转子的运动不受限制，并且弹簧机构 可以进行360度旋转。在发动机高速时，这是有利的，因为在提升阀 打开时，不需要使马达停止并且不需要使它的运动方向反向。借助在 它的旋转相关部分期间，使转子减速或者加速来控制阀打开状态的持 续时间。这导致主要有利于速度和能量的保持。
在发动机中速和低速期间，在图1-10所示的致动器的情况下可以 使用两种运动(全程旋转和摆动)，这在发动机处理时提供了额外的自 由度。在这种结构中，使用强大的片弹簧(图4中的86)来实现能量 再循环。该弹簧作用在偏心轮上，该偏心轮连接到转子上并且与该转 子一起进行旋转，该弹簧不能阻止转子的全程旋转。弹簧的最大偏转 量产生于转子的固定停止位置上。在这种方法中，当转子从任一方向 到达它的顶部位置上时，动能转换成势能，并且储存在弹簧中。因此， 这种结构在全程旋转模式和摆动模式中同样有效。
为了输送强大得足以克服点火冲程结束时的较大汽缸压力而打开 排气门的推力，以及为了确保提升阀的温和前进速度，因此使用了可 变机械有利驱动传动机构。在打开循环期间，具有三相位，并且在关 闭循环期间具有三相位。
打开循环相位是：
1.初始转子加速和能量累积相位，在该相位中，没有线性运动产 生，并且没有推力。使用凸轮表面来实现这个，该凸轮表面在与转子 的这部分相关的曲率半径上变化很小或者没有改变。
2.初始打开相位-温和的线性运动，伴随有强大的推力。使用适度 的曲率变化来实现这个。在图1-10的致动器中，这个机械装置由片弹 簧来支撑。
3 快速打开到完全打开相位，连接到快速线性运动只需要适度的 推力，并且借助快得多的凸轮表面曲率变化来实现。
关闭循环相位是：
1.快速主关闭相位，它连接到快速线性运动和阀关闭时的适度拉 力，这个通过凸轮曲率的非常剧烈变化来实现。在这个相位期间，动 能再循环开始了。
2.温和前进(landing)、最后关闭相位，它连接到转子产生的温和 线性运动的减速中，它通过更多的适度凸轮表面曲率变化来实现，现 在转子开始推靠在片弹簧上。
3.最后使转子减速到它的最后停止位置上，在这个期间，在阀关 闭时，又没有垂直运动，并且没有拉力。借助恒定半径凸轮表面来实 现这个，这个相位允许实现无反跳阀关闭顺序。在马达停止过程期间， 可以产生一些程度的不稳定性，但由于在这个相位阶段没有传递线性 运动，因此任何这样的不稳定性不会传递到阀关闭件中。
知道转子的即刻角度位置是重要的，为此设置了精确位置传感器。 位置传感器用153来表示，该传感器连接到图7和8的致动器的旋转 部分上。该传感器可以产生数字或者模拟格式信号。示出了模拟技术， 在这里，永磁体154连接到偏心盘155a、155a的两个半部上，在霍尔 效应传感器156附近，该偏心盘固定到转子轴上。这种传感器提供了 转子角度位置的绝对的、精确的读数。
驱动策略
图1-10所示的致动器可以被认为是包括以永磁体为基础的步进 电机，该步进电机设置有精确的角度位置传感器，并且与图11所示的 发动机处理系统相结合，用来执行各种各样的阀打开和关闭策略。借 助例子来描述这些如下：
1.半循环运动
由打开时钟脉冲来触发，转子开始运动，传感器提供电流转子位 置的连续信息，从而保证最有效的线圈驱动电流顺序，因此构成了电 子换向器，并且借助储存在弹簧中的能量来支撑有助于初始运动。电 磁扭矩和弹簧力的结合作用可以克服相当大的内部汽缸压力而打开提 升阀。
当转子接近180度位置(在该位置上阀完全打开)时，驱动电流 取消了并且借助使线圈短路或者使电流反向来产生电制动过程，因此 电子马达即刻转换成发电机。
借助使转子的运动反向来完成这种运动，因此它恢复到它的开始 位置上。
2.部分循环运动
在这里，在它到达180度位置之前，转子停止了，并且然后反向， 调整转子的速度以占住操纵阀所需要的整个时间间隔。
3.具有额外停止的完全循环运动
这里，如果与转子连续以恒定速度进行旋转的情况相比，需要使 阀保持打开一个更长的时间，那么转子完成整个360度，但是在180 度位置或者附近暂停或者慢下来。
4.没有额外停止的完全循环运动
这里，没有任何暂停地执行完全360度旋转。
结构变形
基本结构示出在图9中，在这里，转子157、曲柄158、偏心轮 32位置传感器盘和磁体153的整个旋转组件只借助两个轴承26和42 来支撑。旋转组件处于由离心力所产生的较大应力作用下，其中，在 变化的弹簧力作用在轮上而使偏心轮进行旋转期间，及在克服汽缸压 力而打开阀时，产生该离心力。出于这些原因，旋转组件一定得尽可 能地硬，从而释放(relist)这些力。增大直径以增大硬度，这是不方 便的，因为这产生了较小的角度加速。为了减少角度惯性，因此转子 的直径应该较小。为了满足这些条件(惯性小并且机械强度小)，推荐 使用四个轴承，如图10中的标号160、161、162、163所示一样。
转子和阀驱动延伸部分示出在图10中，它们是两个独立的部分， 并且旋转驱动通过结合件164来传递。
本发明的致动器允许在内燃机中采用机械控制式阀操纵系统。
在这种系统中，沿着两个方向(打开和关闭)主动地驱动阀，从 而在没有不良地把较大应力施加在传统阀关闭弹簧上的情况下，得到 打开和关闭的最小时间。事实上，根本不需要具有较强的阀关闭弹簧， 并且它可以用非常合适的弹簧来更换，该弹簧刚好提供了足够的力来 把已经关闭的提升阀保持在它的稳定关闭位置上。在这种方法中，任 何潜在的反跳作用大大地减小了。这种“适中”的弹簧只示出在这些 附图中的一个附图中。
在图11中，示出了下面这些项。
R是转子，它与位置传感器PS相机械结合
P是微型处理器
PS是位置传感器，它提供位置数据，该数据可以是模拟或者数字 格式；
EM是以发动机处理计算机为基础的装置。
C示出了来自发动机处理装置的控制数据的供给
D0-D7是位于微型处理器和驱动器之间的数字连接
HI-H4是H桥形两方向驱动器
A1和B1是一对定子线圈
A2和B2是第二对定子线圈
A3和B3是第三对定子线圈；及
A4和B4是第四对定子线圈
PS提供了具有表示转子R的目前位置的信息的微型处理器P。它 可以是数字格式或者模拟格式。这种线路总是提供恒定的、绝对的、 精确的转子位置。
根据从发动机处理装置EM所接受到的命令来开始打开或者关闭 阀的动作。
微型处理器把这个转换成目标，并且把它与目前位置进行比较。 在那个基础上，选择具体驱动策略，并且借助把合适的驱动数据放入 到两方向桥形驱动器H1-H4中来执行这个策略。这些驱动器是电阻非 常小的开关装置，并且它们在线圈和电池B所表示的电流源之间提供 时间直接连接。
一个驱动器典型地用作一对线圈(这些线圈并联或者串联)。
具有四种工作模式：快速向前、快速向后、制动、自由运转(Run Free)。
微型处理器恒定地监视目前位置对目标，并且产生合适驱动策略。 在这种方法中，执行智能无刷交换过程，并且致动器驱动可以被认为 包括智能无刷电动马达。
还应该注意到，致动器承受由转子惯性、弹簧力、压力、阀惯性 和较宽温度范围所产生的、经常改变的负荷。它还处于快速改变的目 标之下。因此，通过改变发动机速度和/或负荷等，阀可能需要局部打 开或者完全打开或者关闭。因此，每个频繁的起动-停止命令处于使用 中。这就是为什么需要采用微型处理器作为智能可编程决定的形成装 置。
附图中的图12-17示出摆动模式的阀致动器。
在这些附图中，永磁体210设置在两个铁磁体(典型为软铁)极 靴212、214之间。磁体和极设置在两个端盖220、222之间，其中非 磁衬垫216、218设置在磁元件和端盖之间。磁极靴和端盖一起形成了 转子。端盖220包括短轴221，该短轴221安装在滚动轴承224中， 该滚动轴承安装在壳体端部225中并且借助衬垫227和螺栓229来保 持。
螺旋弹簧226在一端连接到短轴221上，而在另一端上连接到壳 体端225上。
端盖222具有锥形孔223，该锥形孔允许销228的锥形端刚性地 固定到其中。
销228的圆柱形区域支承着辊子230，该辊子安装在杆234的弧 形槽中。在该杆之外，销228支承在曲柄臂的外置端上，该曲柄臂具 有圆柱形轴部分，该轴部分可旋转地支撑在针状滚柱轴承232上，该 滚柱轴承固定在第二壳体端部250中。
杆234固定到扭转棒弹簧236上并且另外地借助辊子230来接合。 弹簧236在一端可旋转地设置在定子端250的衬套238中，并且在它 的相对端上刚性地保持在定子端部248上。当它扭转时，杆234绕着 扭转棒236轴线的旋转在后者中储存了能量。
最好参见图13，转子可旋转地设置在定子内，该定子总体上用266 来表示，并且由两个端部248、250来形成，四个极268、270、272、 274在两个端部之间进行延伸，这四个极包围着转子极212、214，但 是在它们之间具有较小的气隙。线圈276、278、280、282各自环绕着 每个极，电流流过该线圈以使交替作为北极和南极的、面对转子的这 些极进行磁化。
杆234通过刚性连接件262连接到提升阀的杆260上。在关闭时， 阀的头部263安置在环形阀座264上，并且借助向下推动以离开环形 座264来打开。位于连接件262和杆234之间及连接件和杆260之间 的的旋转连接允许各种零件在致动器和阀关闭件的打开和关闭运动期 间进行任何非线性相对运动。如果需要的话，那么它们也可以加入小 量的空动，在杆的初始旋转运动期间，可以产生这个。
图14-17是图13所示的致动器的简化视图，并且示出了转子的运 动是如何与凸轮杆和提升阀的运动相关联的。出于方便起见，在整个 图13-17中采用相同标号。尤其地，定子线圈和极没有示出在图14中， 以及下列等等。
图14基本与图13中的相一致，其中转子215示出在它的最顺时 钟位置上，而辊子230处于它的最上部位置上。
在图15中，假设转子逆时针方向旋转几度(典型为10-15度)。 辊子230(转子在辊子230上进行旋转)所接合的杆234的曲率半径 基本上不变并且平行于辊子230的轴线轨迹。因此，在初始运动期间， 转子的旋转运动不能转换成提升阀263的连杆262或者杆260的线性 运动。
转子和连杆262之间的空动允许转子在它的逆时针方向旋转的第 一部分期间以没有受到阻碍的方式进行aculerate。之后，凸轮表面235 的形状和杆234的相反指状物237是这样的，以致通过转子215的连 续逆时钟旋转，转子230与235和237的接合可以使杆230绕着轴线 进行旋转，其中该轴线由扭转棒弹簧236来限定出，从而在该过程中 扭转后者，同时迫使连杆262沿着向下的方向。这又迫使阀头263也 沿着向下的方向远离阀座264，从而打开阀。
图16示出在它到达它的完全逆时钟方向位置之前不久的转子(后 者示出在图17中)，在图16和17中，阀头263示成移离座264。
尽管只示出在图13中，螺旋弹簧284被示成夹在连接到阀杆260 上的止动器286和座264之间。该弹簧类似于在内燃机缸盖顶部常常 所发现的每个弹簧，每个弹簧保持关闭一个阀。
但是，由于本发明的致动器沿着打开和关闭方向为阀提供了正驱 动，因此在原理上分配有弹簧284。然而，为了确保把阀头可靠地关 闭在它的座上，因此只需要适中的力来压缩它的压缩弹簧可以如所示 出的那样进行设置。
使供给到定子线圈中的电流反向将使转子进行顺时针方向的旋 转，并且使阀头263升高返回以与座264相接触，从而关闭阀，并且 转子返回到图14所示的位置上。
图18是沿着图12的线YY所截取的横剖视图，并且示出了螺旋 弹簧266，其中借助夹子286在它的内端上把它夹紧到转子215的端 盖226上及夹子288在它的外端上把它夹紧到定子壳体端225上。还 可以看见扭转棒236，该扭转棒提供杆234的旋转轴线，并且也可以 用作第二弹簧。
杆234和改进的扭转棒装置的透视图示出在图18A中。在壳体的 相对端部225、250上，扭转棒236的相对端安装在轴承中(参见图 12)。夹子290把第二扭转棒292夹紧到第一棒236上，并且在它的外 端上安装一个固定块294。杆234借助转子(在图18A中没有示出) 来旋转。这种旋转借助棒236上的平坦部分和杆234中的、相应成形 的开口传递到棒236的左手端上。
夹子290可以防止棒236在夹子290接合棒236时进行旋转，但 是棒292可以如箭头296所示的弯曲部分292一样进行弯曲，从而允 许杆臂234进行连续的有限旋转。
当转子反向时，储存在292和236中的能量可以利用来帮助旋转 的杆234。