專利名稱：具有由自壓控制的閥的氣泵的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及具有閥的供氣泵，該閥的開口由該供氣泵排出的流體壓力所控制。尤其是，本發(fā)明涉及車輛的二次供氣系統(tǒng)的電氣泵，用于將空氣供應到位于凈化廢氣的催化劑上游側(cè)的發(fā)動機排氣管。
背景技術：
常規(guī)的二次供氣系統(tǒng)在現(xiàn)有技術中是已知的，比如如同日本專利出版物H11-81998中公開的，其中空氣被氣泵供應到位于凈化廢氣的催化劑上游側(cè)的發(fā)動機排氣管中，因此促進了催化劑的加熱。這種系統(tǒng)的氣泵具有閥裝置，用于控制二次空氣的空氣通道的開口，其中該開口由氣泵所產(chǎn)生的空氣壓力進行控制。這個閥被稱作自壓式控制閥。
在以上日本專利出版物中，公開了空氣開關閥(ASV)?？諝忾_關閥打開和關閉與催化劑上游側(cè)的發(fā)動機排氣管相通的二次空氣通道，其中從電氣泵泵出的空氣的排出壓力施加至壓力腔，構(gòu)成壓力腔一部分的膜片被該空氣壓力移動，并且膜片的移動被傳遞至閥。
在常規(guī)的具有自壓式控制閥的氣泵系統(tǒng)中，膜片被由氣泵所產(chǎn)生的空氣壓力所移動并且通過膜片的移動打開或關閉閥，因而當氣泵開始運行時閥被自動地打開或者當氣泵停止運行時閥被自動地關閉。
換言之，在常規(guī)的氣泵系統(tǒng)中，只要氣泵在運行，閥就不能被關閉，而在氣泵停止運行之后閥也不能保持為打開狀態(tài)。
此外，在常規(guī)的系統(tǒng)中，不能控制閥的打開程度，因為閥由膜片的移動而驅(qū)動，這個移動量由氣泵的排出量決定。也就是說，空氣量不是由閥的打開程度控制，而是由氣泵的排出量控制。
同樣的問題也出現(xiàn)在使用機械式氣泵的供氣系統(tǒng)中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是考慮到以上問題而作出的，并且本發(fā)明的目的是提供一種具有下述特點的供氣泵系統(tǒng)(1)即使在供氣泵運行的情況下，閥裝置也能保持其閉合位置；(2)即使供氣泵已經(jīng)停止運行，閥裝置也能保持其打開位置；(3)閥裝置的打開程度能控制在預期位置。也就是說待供應的空氣量可以與從供氣泵排出空氣量無關地進行控制。
根據(jù)本發(fā)明的一個特點，供氣泵系統(tǒng)的泵單元具有用于壓縮和排出空氣的氣泵以及用于對將要供應至例如發(fā)動機排氣管的空氣進行控制的閥裝置。閥裝置具有壓力腔，壓縮的高壓空氣從氣泵被引入該壓力腔中，膜片響應壓力腔中的壓力而移動，并且閥體可操作地連接至膜片，用于控制閥裝置的出口的打開和閉合；泵單元還具有將壓縮的高壓空氣從氣泵引入壓力腔的連通通道，以及設在連通通道中用于通過控制連通通道的打開和閉合從而控制壓力腔中壓力的壓力控制裝置。
根據(jù)本發(fā)明的另一特點，壓力控制裝置包括用于控制壓力腔中壓力的二通閥或三通閥。
根據(jù)本發(fā)明的再一特點，泵單元具有將氣泵的排出口和出口連接在一起的內(nèi)部通道，并且壓力腔通過連接通道與內(nèi)部通道可操作地連接。內(nèi)部通道的體積設計為較小，因此能實現(xiàn)出口打開和閉合的快速反應。
根據(jù)本發(fā)明的又一特點，在內(nèi)部通道中設有用于檢測其中壓力的壓力傳感器，因此可以診斷供氣泵和/或閥裝置的運行情況。


從以下結(jié)合附圖的詳細描述中，本發(fā)明的以上和其它目標、特點和優(yōu)點將會更加明顯。在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的內(nèi)燃機的二次供氣系統(tǒng)的示意圖；和圖2是圖1所示泵單元的放大截面圖。
具體實施例方式
(第一實施例)以下參照實施例對本發(fā)明進行解釋，在這個實施例中本發(fā)明應用于內(nèi)燃機的二次供氣系統(tǒng)，如圖1和2所示。
(二次供氣系統(tǒng))在圖1中，附圖標記1指示公知的內(nèi)燃機，其具有進氣管5和排氣管9，該進氣管設有空氣濾清器2、節(jié)氣閥3、噴射器4等，該排氣管9設有氧氣(O2)傳感器6、催化劑7、催化劑溫度傳感器8等。
節(jié)氣閥3的打開程度由車輛駕駛員所操作的油門踏板11的壓下行程來控制。催化劑7促進排出氣體的氧化還原從而凈化排出氣體。
二次供氣系統(tǒng)的主要目的是將二次空氣強制地供應到催化劑7上游側(cè)的排氣管9中，以便在發(fā)動機1的冷啟動期間促進催化劑7的加熱操作。
二次供氣系統(tǒng)包括有氣泵14，其由電氣泵12(排出泵)和閥裝置13(其打開和閉合由來自氣泵的空氣壓力所控制)整體地形成。這個系統(tǒng)還包括有防止廢氣倒流的單向閥15、將泵單元14和單向閥15相連接的第一管道16、以及將單向閥15于排氣管9相連接的第二管道17。
(泵單元)如圖2所示，泵單元14包括五個彼此之間由螺釘26、夾子27以及其它公知的固定裝置緊緊地裝配和固定的殼體21至25。
電氣泵12包括有電動機30和鼓風機31。電動機30容納在第一和第二殼體21和22中。環(huán)形空氣導管33形成于第一和第二殼體21和22中，用于將空氣導向至鼓風機31的吸入口32，過濾器34布置在空氣導管33中用于過濾待吸入鼓風機31中的空氣。
本實施例的電動機30是直流電動機并且通過機械式繼電器(線圈型繼電器)35可操作地連接至車輛的電池36，因此當電動機30由繼電器35電連接至電池36時，電動機30運行。
機械式繼電器35包括繼電器線圈、由ECU(發(fā)動機控制單元)37控制的電流源、以及由繼電器線圈的電磁力操縱以斷開或閉合觸點從而將電動機30電連接至電池36或者從電池36斷開的繼電器開關。
盡管在圖1所示的實施例中，機械式繼電器35布置在泵單元14的外面，但是繼電器35也能布置在氣體導管33中，以使得繼電器35的溫度升高可以被待吸入鼓風機31的空氣所抑制。
鼓風機31是雙葉片渦流型并且包括由電動機30驅(qū)動用于在壓力之下排出空氣的葉輪38、以及由第二和第三殼體22和23構(gòu)成的鼓風機外殼。
(閥裝置)閥裝置13借助于從鼓風機31排出的空氣(二次空氣)壓力打開或閉合二次空氣通道40，其中二次空氣通過二次空氣通道40被供應至排氣管9。
閥裝置13包括閥座元件41以及形成于閥座元件41中用于打開和閉合開口42(泵單元的出口)的閥體43。
用于通過鼓風機31的排出壓力移動閥體43的可移動裝置包括膜片裝置47和軸48。膜片裝置47具有被壓力腔(膜片腔)44和環(huán)境空氣腔45之間的壓力差所移動的膜片46，鼓風機31的排出壓力被引入壓力腔44中，環(huán)境空氣被引入環(huán)境空氣腔45中。軸48連接至膜片46和閥體43，用于將膜片46的位移傳遞至閥體43。盡管在這個實施例中軸48和閥體43整體地形成為單體，但是它們也能分開地制造并裝配在一起。
介于第三和第四殼體23和24之間的膜片裝置47的膜片46將由第三和第四殼體23和24形成的空間分成電氣泵12一側(cè)的壓力腔44和與泵單元14的外面相通的環(huán)境空氣腔45。圓形膜片46和圓形葉輪38緊密地布置為彼此相對，其中第三殼體23的隔離壁23a布置在兩者之間。
膜片46包括易于彈性變形的環(huán)形橡膠元件46a以及設在橡膠元件46a內(nèi)部的金屬板46b，其中軸48的一端連接至金屬板46b的中心。
彈簧49布置在環(huán)境空氣腔45中用于在減小壓力腔44體積的方向上壓下金屬板46b。另一彈簧50布置在二次空氣通道40中用于朝著開口42(泵單元的出口)壓下閥體43以便將其閉合。
壓力腔44形成于第三殼體23的隔離壁23a的另一側(cè)上，并且鄰近葉輪38和鼓風機31的排出口51。
壓力腔44通過連通口52可操作地連接至排出口51，在連通口處設有用于打開和關閉連通口52的壓力控制裝置53。
壓力控制裝置53是二通閥，其被電控制以打開和關閉連通口52。在這個實施例中，壓力控制裝置53是包括有線性螺線管53a和閥53b的常閉電磁閥，其中供應至線性螺線管53a的電能由ECU37控制并且閥53b由線性螺線管53a操縱。
當連通口52被壓力控制裝置53打開時，鼓風機31的排出口51通過連通口52與壓力腔44相通。于是，當壓力控制裝置53打開連通口52并且電氣泵12開始運行時，鼓風機31的排出壓力通過連通口52作用至壓力腔44以便增加壓力腔44的內(nèi)部壓力。
軸48與電動機30的旋轉(zhuǎn)軸56同軸地布置，并且在軸向上由襯套(滑動軸承)57可移動地支撐，其中襯套57由第四殼體24的壁24a所保持。
在圖2中襯套57的左側(cè)，設有油封58以防止當廢氣在二次空氣通道40中與二次空氣相混合時包含在廢氣中的油成分粘附到襯套57上。具有這種布置，就防止了軸48被廢氣的油成分緊緊地固定至襯套57，即使是在廢氣進入泵單元14的情況下。
閥座元件41被保持在第四和第五殼體24和25之間，并且形成于閥座元件41中的開口42(出口)與電動機30的旋轉(zhuǎn)軸56同軸地布置。
閥體43形成于軸48的另一端。當閥體43裝在閥座上時，開口42被關閉，該閥座是供氣泵下游側(cè)(圖2中左側(cè))上開口42的周邊。
閥體43被設置成通過軸48與膜片46相鄰，并且形成有內(nèi)部通道61，該內(nèi)部通道61具有使鼓風機31的排出口51與開口42相通的小體積。
由于內(nèi)部通道61的體積被設計為較小，在電氣泵12開始運行之后不久，內(nèi)部通道61中的壓力和壓力腔44中的壓力就能迅速地增大。
在壓力控制裝置53中設有壓力傳感器62，用于檢測內(nèi)部通道61的壓力。壓力傳感器62能檢測電氣泵12和/或閥裝置13的運行情況。也就是，可以檢測以下情況(1)當內(nèi)部通道61的壓力介于第一和第二預定值之間時(第二預定值高于第一預定值)，能檢測出電氣泵12的正常運行；(2)當內(nèi)部通道61的壓力低于第一預定值時，能檢測出電氣泵12的不正常狀態(tài)(例如不運行)；和(3)當內(nèi)部通道61的壓力高于第二預定值時，能檢測出閥裝置13的不正常狀態(tài)(打開操作的故障)。
此外，壓力傳感器62能準確地檢測出在電氣泵12開始運行之后不久的初始階段期間電氣泵12的排出壓力的壓力變化，因為如上所述，內(nèi)部通道61的體積被設計為較小。
(單向閥)單向閥15防止廢氣從排氣管9倒流入泵單元14。單向閥15具有板簧式的金屬簧片閥63，其借助于從泵單元14排出的二次空氣的壓力打開通道。附圖標記64是限制簧片閥63的最大打開程度的限制器。
視具體情況而定，根據(jù)或由于廢氣的脈動或廢氣的量，單向閥15不能在正常運行條件下進行操縱，并且在這種情況下廢氣有可能會通過單向閥15流入泵單元14。
單向閥15有可能會受到來自從發(fā)動機排出的廢氣的熱的影響。泵單元14具有較大抗熱的部件，比如膜片46。因此，泵單元14布置在與排氣管9和單向閥15分離的位置。用于將二次空氣從泵單元14傳送至單向閥15的第一管道16設計為相對較長，以使得廢氣的熱不會輕易地傳遞至泵單元14。
(傳送二次空氣的操作)當達到了在冷啟動期間促進催化劑7的加熱的運行條件時，ECU 37控制將電能供應至繼電器35的繼電器線圈和壓力控制裝置53的線性螺線管53a。鼓風機31被轉(zhuǎn)動以便從排出口51排出空氣，并且連通口52被打開以使得來自鼓風機31的壓縮空氣被供應到壓力腔44。
只要電氣泵12開始運行，壓力腔44中的壓力就增加以便在圖2中的向左方向上移動膜片46。然后膜片46的移動經(jīng)由軸48被傳遞至閥體43，以便打開閥裝置13的開口(出口)42。
二次空氣通過開口42、第一管道16、單向閥15和第二管道17被強制地供應到排氣管9，因此促進了對于催化劑7的加熱操作。
當ECU 37借助于壓力傳感器62檢測到閥裝置13的打開時，或者當從泵單元14開始運行一定時間之后，切斷電能至壓力控制閥裝置53的線性螺線管53a的供應以關閉連通口52。壓力腔44中的壓力保持在高壓，因此閥裝置13保持其閥打開的狀態(tài)。
當催化劑7的溫度被升高時，ECU 37控制切斷電能至繼電器35的繼電器線圈的供應，并且停止電動機30的運行。然后，鼓風機31的排出壓力就降低。在這個操作中，ECU 37控制將電能連續(xù)地供應至線性螺線管53a一個預定時期，以便在該預定時期內(nèi)保持連通口52的打開狀態(tài)。
壓力腔44與其壓力被降低的內(nèi)部通道61相通，因此壓力腔中的壓力也同樣地降低。然后，膜片46和閥體43被彈簧49和50的彈簧力在圖2中向右方向上移動，以便關閉閥裝置13的開口(出口)42。
(第一實施例的效果)根據(jù)二次供氣系統(tǒng)的上述泵單元14，設有用于將壓縮空氣從電氣泵12引入膜片裝置47的壓力腔44中的連通口52，并且連通口52的打開和關閉由壓力控制裝置53控制。
因此，即使電氣泵12在運行，壓力腔44的壓力也不會增大，除非連通口52被壓力控制裝置53打開。并且因此閥裝置13保持關閉。
當高壓空氣從電氣泵12供應到壓力腔44之后連通口52被壓力控制裝置53關閉時，壓力腔44的壓力可保持在高壓力。因此，與電氣泵12的運行獨立地持續(xù)了閥裝置13的閥打開狀態(tài)。
在本實施例中，當電氣泵12運行且閥裝置13被打開時，供應至壓力控制裝置53的電能被ECU 37切斷，以關閉連通口52從而維持壓力腔44中的高壓力并且同樣地維持了閥裝置13的打開狀態(tài)。于是，就能抑制壓力控制裝置53在閥裝置13的打開期間的電能消耗。
在以上實施例的泵單元14中，壓力腔44的壓力能相應于電氣泵12的運行迅速地增大(或減小)，因為壓力腔44布置在靠近電氣泵12的排出口51的位置并且內(nèi)部通道61設計得很小。這樣就實現(xiàn)了打開或關閉閥裝置13的快速響應，并且可以安全地進行閥裝置13的打開和關閉操作，即使二次供氣系統(tǒng)用在環(huán)境壓力較低的高海拔處。
壓力傳感器62整體地設在壓力控制裝置53中，因此這兩個元件能在一個固定部分處裝配至殼體23和24。此外，電連接器65通?？捎糜谶@兩個元件。
相對于電氣泵12和閥裝置13的運行條件，通過利用壓力傳感器62檢測內(nèi)部通道61從電氣泵12的排出口51至開口42的壓力，可以進行自診斷。
另外，由于內(nèi)部通道61的小體積，可以實現(xiàn)壓力檢測在電氣泵12的排出口51處的高反應性。
此外，在以上實施例的泵單元14中，閥體14、軸48、膜片裝置47、鼓風機31和電動機30同軸地且緊密地布置并且整體地裝配在一起。泵單元14可以制成為具有簡單的結(jié)構(gòu)和小尺寸，因此能改進將泵單元安裝入車輛的工藝、減小部件的數(shù)目、以及從而減少裝配泵單元14所需的勞動力。
閥裝置13的閥體43布置為在氣泵12下游側(cè)處坐在開口42的位置上。閥體43沒有被廢氣的壓力打開，即使在閥關閉期間廢氣的壓力作用至氣泵下游側(cè)處的閥體43上，因為廢氣的壓力在關閉閥體43的方向上作用。即使是在單向閥15處出現(xiàn)任何問題的情況下，也防止了廢氣流入電氣泵12中。
閥體43被膜片裝置47機械地操縱。與閥體43由電磁致動器操縱的結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明中無需任何控制繼電器(IC繼電器等)并且從而無需任何電能。
(第二實施例)在以上第一實施例中，常閉型的二通閥用作壓力控制裝置53的例子。
三通閥也能用作用來控制壓力腔44的壓力的壓力控制裝置53，其中三通閥控制兩個空氣通道的打開程度，一個空氣通道是壓力腔44和內(nèi)部通道61之間的空氣通道，另一個是壓力腔44和泵單元14外部(環(huán)境空氣)之間的通道。三通閥被ECU 37以負載控制的方式進行控制，因此壓力腔44的壓力可以被控制在預期值。
根據(jù)這種布置，在電氣泵12的運行期間，通過改變壓力腔44中的壓力可以自由地控制開口42的打開程度。
(其它變型)在以上第一實施例中，對電動機30的電能控制是通過機械繼電器35進行。然而，也能使用具有半導體開關裝置的IC繼電器，因此通過對電動機30的PWM控制能實現(xiàn)高速的開關操作。根據(jù)二次供氣系統(tǒng)的需求，電氣泵12排出空氣的量能根據(jù)PWM控制而改變。在IC繼電器處可產(chǎn)生熱。當IC繼電器布置在空氣導管33中時，空氣導管33中流動的空氣能冷卻IC繼電器。
在以上實施例中，軸48與電動機30的旋轉(zhuǎn)軸56同軸地布置。不用說，這個軸也能布置在不同的位置。
電氣泵12和閥裝置13可以分別形成并且借助于導管彼此可操作地連接。
齒輪、凸輪和圓環(huán)能代替軸48用于將膜片46的移動傳遞至閥體43。
膜片46可以由膜盒或任何其它移動裝置替代。
可以在直流電動機30處使用交流電動機。
本發(fā)明可以用于二次供氣系統(tǒng)之外的任何其它系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種供氣泵系統(tǒng)，包括用于壓縮和排出空氣的氣泵(12)；閥裝置(13)，它具有壓力腔(44)，壓縮的高壓空氣從氣泵(12)被引入該壓力腔中；可移動元件(46)，它響應壓力腔(44)中的壓力而移動；以及閥體(43)，它可操作地連接至可移動元件(46)，用于控制閥裝置的出口(42)的打開或閉合；將壓縮的高壓空氣從氣泵(12)引入壓力腔(44)的連通通道(52)；壓力控制裝置(53)，它具有壓力控制閥(53b)和電致動器(53a)，并且設在連通通道(52)中，用于通過控制連通通道(52)的打開和閉合從而控制壓力腔(44)中的壓力；和控制單元(37)，用于根據(jù)供氣泵系統(tǒng)的運行情況控制電致動器(53a)的運行。
2.如權(quán)利要求1的供氣泵系統(tǒng)，其中壓力控制閥(53b)包括用于打開和閉合連通通道(52)的二通閥。
3.如權(quán)利要求1的供氣泵系統(tǒng)，其中壓力控制閥(53b)包括用于控制壓力腔(44)中壓力的三通閥。
4.如權(quán)利要求1的供氣泵系統(tǒng)，其中氣泵(12)包括電動機(30)和鼓風機(31)。
5.如權(quán)利要求1的供氣泵系統(tǒng)，其中閥體(43)與可移動元件(46)相鄰地布置，和將氣泵(12)的排出口(51)和出口(42)連接在一起的內(nèi)部通道(61)的體積被設計為較小。
6.如權(quán)利要求1的供氣泵系統(tǒng)，其中壓力控制裝置閥(53)包括在將氣泵(12)的排出口(51)和出口(42)連接在一起的內(nèi)部通道(61)內(nèi)檢測空氣壓力的壓力傳感器(62)。
7.如權(quán)利要求1的供氣泵系統(tǒng)，其中可移動元件(46)包括被壓力腔(44)的壓力和環(huán)境壓力之間的壓力差所移動的膜片(46a)；和將膜片(46)的移動傳遞至閥體(43)的傳遞元件(48)。
8.如權(quán)利要求7的供氣泵系統(tǒng)，其中傳遞元件(48)是連接膜片(46)和閥體(43)的軸，該軸(48)與氣泵(12)的旋轉(zhuǎn)軸(56)同軸地布置在氣泵(12)的排出側(cè)，和氣泵(12)和閥裝置(13)整體地形成。
9.如權(quán)利要求1的供氣泵系統(tǒng)，其中供氣泵系統(tǒng)用作內(nèi)燃機(1)的二次供氣系統(tǒng)，供氣泵系統(tǒng)將空氣供應到催化劑(7)上游側(cè)的發(fā)動機排氣管(9)，和待供應到排氣管的空氣量由閥裝置(13)控制。
10.如權(quán)利要求9的供氣泵系統(tǒng)，其中閥體(43)設置在氣泵的上游側(cè)的出口(42)的閥座上。
全文摘要
泵單元(14)具有氣泵(12)和閥裝置(13)，其中閥裝置(13)具有壓力腔(44)和壓力控制裝置(53)，因此來自氣泵(12)的空氣被引入壓力腔(44)并且壓力腔(44)中的壓力由壓力控制裝置(53)控制。泵單元(14)具有出口(42)，其開口由一個被膜片(46)驅(qū)動的閥體(43)控制，因此通過出口(42)將要供應的空氣量由壓力腔(44)的壓力控制。
文檔編號F01N11/00GK1676894SQ20051006260
公開日2005年10月5日 申請日期2005年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月2日
發(fā)明者都筑邦弘, 橫山慎一, 內(nèi)田曉和 申請人:株式會社電裝