专利名称：具有由自压控制的阀的气泵的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有阀的供气泵，该阀的开口由该供气泵排出的流体压力所控制。尤其是，本发明涉及车辆的二次供气系统的电气泵，用于将空气供应到位于净化废气的催化剂上游侧的发动机排气管。
背景技术：
常规的二次供气系统在现有技术中是已知的，比如如同日本专利出版物H11-81998中公开的，其中空气被气泵供应到位于净化废气的催化剂上游侧的发动机排气管中，因此促进了催化剂的加热。这种系统的气泵具有阀装置，用于控制二次空气的空气通道的开口，其中该开口由气泵所产生的空气压力进行控制。这个阀被称作自压式控制阀。
在以上日本专利出版物中，公开了空气开关阀(ASV)。空气开关阀打开和关闭与催化剂上游侧的发动机排气管相通的二次空气通道，其中从电气泵泵出的空气的排出压力施加至压力腔，构成压力腔一部分的膜片被该空气压力移动，并且膜片的移动被传递至阀。
在常规的具有自压式控制阀的气泵系统中，膜片被由气泵所产生的空气压力所移动并且通过膜片的移动打开或关闭阀，因而当气泵开始运行时阀被自动地打开或者当气泵停止运行时阀被自动地关闭。
换言之，在常规的气泵系统中，只要气泵在运行，阀就不能被关闭，而在气泵停止运行之后阀也不能保持为打开状态。
此外，在常规的系统中，不能控制阀的打开程度，因为阀由膜片的移动而驱动，这个移动量由气泵的排出量决定。也就是说，空气量不是由阀的打开程度控制，而是由气泵的排出量控制。
同样的问题也出现在使用机械式气泵的供气系统中。
发明内容
本发明正是考虑到以上问题而作出的，并且本发明的目的是提供一种具有下述特点的供气泵系统(1)即使在供气泵运行的情况下，阀装置也能保持其闭合位置；(2)即使供气泵已经停止运行，阀装置也能保持其打开位置；(3)阀装置的打开程度能控制在预期位置。也就是说待供应的空气量可以与从供气泵排出空气量无关地进行控制。
根据本发明的一个特点，供气泵系统的泵单元具有用于压缩和排出空气的气泵以及用于对将要供应至例如发动机排气管的空气进行控制的阀装置。阀装置具有压力腔，压缩的高压空气从气泵被引入该压力腔中，膜片响应压力腔中的压力而移动，并且阀体可操作地连接至膜片，用于控制阀装置的出口的打开和闭合；泵单元还具有将压缩的高压空气从气泵引入压力腔的连通通道，以及设在连通通道中用于通过控制连通通道的打开和闭合从而控制压力腔中压力的压力控制装置。
根据本发明的另一特点，压力控制装置包括用于控制压力腔中压力的二通阀或三通阀。
根据本发明的再一特点，泵单元具有将气泵的排出口和出口连接在一起的内部通道，并且压力腔通过连接通道与内部通道可操作地连接。内部通道的体积设计为较小，因此能实现出口打开和闭合的快速反应。
根据本发明的又一特点，在内部通道中设有用于检测其中压力的压力传感器，因此可以诊断供气泵和/或阀装置的运行情况。
从以下结合附图的详细描述中，本发明的以上和其它目标、特点和优点将会更加明显。在附图中图1是根据本发明实施例的内燃机的二次供气系统的示意图；和图2是图1所示泵单元的放大截面图。
具体实施例方式
(第一实施例)以下参照实施例对本发明进行解释，在这个实施例中本发明应用于内燃机的二次供气系统，如图1和2所示。
(二次供气系统)在图1中，附图标记1指示公知的内燃机，其具有进气管5和排气管9，该进气管设有空气滤清器2、节气阀3、喷射器4等，该排气管9设有氧气(O2)传感器6、催化剂7、催化剂温度传感器8等。
节气阀3的打开程度由车辆驾驶员所操作的油门踏板11的压下行程来控制。催化剂7促进排出气体的氧化还原从而净化排出气体。
二次供气系统的主要目的是将二次空气强制地供应到催化剂7上游侧的排气管9中，以便在发动机1的冷启动期间促进催化剂7的加热操作。
二次供气系统包括有气泵14，其由电气泵12(排出泵)和阀装置13(其打开和闭合由来自气泵的空气压力所控制)整体地形成。这个系统还包括有防止废气倒流的单向阀15、将泵单元14和单向阀15相连接的第一管道16、以及将单向阀15于排气管9相连接的第二管道17。
(泵单元)如图2所示，泵单元14包括五个彼此之间由螺钉26、夹子27以及其它公知的固定装置紧紧地装配和固定的壳体21至25。
电气泵12包括有电动机30和鼓风机31。电动机30容纳在第一和第二壳体21和22中。环形空气导管33形成于第一和第二壳体21和22中，用于将空气导向至鼓风机31的吸入口32，过滤器34布置在空气导管33中用于过滤待吸入鼓风机31中的空气。
本实施例的电动机30是直流电动机并且通过机械式继电器(线圈型继电器)35可操作地连接至车辆的电池36，因此当电动机30由继电器35电连接至电池36时，电动机30运行。
机械式继电器35包括继电器线圈、由ECU(发动机控制单元)37控制的电流源、以及由继电器线圈的电磁力操纵以断开或闭合触点从而将电动机30电连接至电池36或者从电池36断开的继电器开关。
尽管在图1所示的实施例中，机械式继电器35布置在泵单元14的外面，但是继电器35也能布置在气体导管33中，以使得继电器35的温度升高可以被待吸入鼓风机31的空气所抑制。
鼓风机31是双叶片涡流型并且包括由电动机30驱动用于在压力之下排出空气的叶轮38、以及由第二和第三壳体22和23构成的鼓风机外壳。
(阀装置)阀装置13借助于从鼓风机31排出的空气(二次空气)压力打开或闭合二次空气通道40，其中二次空气通过二次空气通道40被供应至排气管9。
阀装置13包括阀座元件41以及形成于阀座元件41中用于打开和闭合开口42(泵单元的出口)的阀体43。
用于通过鼓风机31的排出压力移动阀体43的可移动装置包括膜片装置47和轴48。膜片装置47具有被压力腔(膜片腔)44和环境空气腔45之间的压力差所移动的膜片46，鼓风机31的排出压力被引入压力腔44中，环境空气被引入环境空气腔45中。轴48连接至膜片46和阀体43，用于将膜片46的位移传递至阀体43。尽管在这个实施例中轴48和阀体43整体地形成为单体，但是它们也能分开地制造并装配在一起。
介于第三和第四壳体23和24之间的膜片装置47的膜片46将由第三和第四壳体23和24形成的空间分成电气泵12一侧的压力腔44和与泵单元14的外面相通的环境空气腔45。圆形膜片46和圆形叶轮38紧密地布置为彼此相对，其中第三壳体23的隔离壁23a布置在两者之间。
膜片46包括易于弹性变形的环形橡胶元件46a以及设在橡胶元件46a内部的金属板46b，其中轴48的一端连接至金属板46b的中心。
弹簧49布置在环境空气腔45中用于在减小压力腔44体积的方向上压下金属板46b。另一弹簧50布置在二次空气通道40中用于朝着开口42(泵单元的出口)压下阀体43以便将其闭合。
压力腔44形成于第三壳体23的隔离壁23a的另一侧上，并且邻近叶轮38和鼓风机31的排出口51。
压力腔44通过连通口52可操作地连接至排出口51，在连通口处设有用于打开和关闭连通口52的压力控制装置53。
压力控制装置53是二通阀，其被电控制以打开和关闭连通口52。在这个实施例中，压力控制装置53是包括有线性螺线管53a和阀53b的常闭电磁阀，其中供应至线性螺线管53a的电能由ECU37控制并且阀53b由线性螺线管53a操纵。
当连通口52被压力控制装置53打开时，鼓风机31的排出口51通过连通口52与压力腔44相通。于是，当压力控制装置53打开连通口52并且电气泵12开始运行时，鼓风机31的排出压力通过连通口52作用至压力腔44以便增加压力腔44的内部压力。
轴48与电动机30的旋转轴56同轴地布置，并且在轴向上由衬套(滑动轴承)57可移动地支撑，其中衬套57由第四壳体24的壁24a所保持。
在图2中衬套57的左侧，设有油封58以防止当废气在二次空气通道40中与二次空气相混合时包含在废气中的油成分粘附到衬套57上。具有这种布置，就防止了轴48被废气的油成分紧紧地固定至衬套57，即使是在废气进入泵单元14的情况下。
阀座元件41被保持在第四和第五壳体24和25之间，并且形成于阀座元件41中的开口42(出口)与电动机30的旋转轴56同轴地布置。
阀体43形成于轴48的另一端。当阀体43装在阀座上时，开口42被关闭，该阀座是供气泵下游侧(图2中左侧)上开口42的周边。
阀体43被设置成通过轴48与膜片46相邻，并且形成有内部通道61，该内部通道61具有使鼓风机31的排出口51与开口42相通的小体积。
由于内部通道61的体积被设计为较小，在电气泵12开始运行之后不久，内部通道61中的压力和压力腔44中的压力就能迅速地增大。
在压力控制装置53中设有压力传感器62，用于检测内部通道61的压力。压力传感器62能检测电气泵12和/或阀装置13的运行情况。也就是，可以检测以下情况(1)当内部通道61的压力介于第一和第二预定值之间时(第二预定值高于第一预定值)，能检测出电气泵12的正常运行；(2)当内部通道61的压力低于第一预定值时，能检测出电气泵12的不正常状态(例如不运行)；和(3)当内部通道61的压力高于第二预定值时，能检测出阀装置13的不正常状态(打开操作的故障)。
此外，压力传感器62能准确地检测出在电气泵12开始运行之后不久的初始阶段期间电气泵12的排出压力的压力变化，因为如上所述，内部通道61的体积被设计为较小。
(单向阀)单向阀15防止废气从排气管9倒流入泵单元14。单向阀15具有板簧式的金属簧片阀63，其借助于从泵单元14排出的二次空气的压力打开通道。附图标记64是限制簧片阀63的最大打开程度的限制器。
视具体情况而定，根据或由于废气的脉动或废气的量，单向阀15不能在正常运行条件下进行操纵，并且在这种情况下废气有可能会通过单向阀15流入泵单元14。
单向阀15有可能会受到来自从发动机排出的废气的热的影响。泵单元14具有较大抗热的部件，比如膜片46。因此，泵单元14布置在与排气管9和单向阀15分离的位置。用于将二次空气从泵单元14传送至单向阀15的第一管道16设计为相对较长，以使得废气的热不会轻易地传递至泵单元14。
(传送二次空气的操作)当达到了在冷启动期间促进催化剂7的加热的运行条件时，ECU 37控制将电能供应至继电器35的继电器线圈和压力控制装置53的线性螺线管53a。鼓风机31被转动以便从排出口51排出空气，并且连通口52被打开以使得来自鼓风机31的压缩空气被供应到压力腔44。
只要电气泵12开始运行，压力腔44中的压力就增加以便在图2中的向左方向上移动膜片46。然后膜片46的移动经由轴48被传递至阀体43，以便打开阀装置13的开口(出口)42。
二次空气通过开口42、第一管道16、单向阀15和第二管道17被强制地供应到排气管9，因此促进了对于催化剂7的加热操作。
当ECU 37借助于压力传感器62检测到阀装置13的打开时，或者当从泵单元14开始运行一定时间之后，切断电能至压力控制阀装置53的线性螺线管53a的供应以关闭连通口52。压力腔44中的压力保持在高压，因此阀装置13保持其阀打开的状态。
当催化剂7的温度被升高时，ECU 37控制切断电能至继电器35的继电器线圈的供应，并且停止电动机30的运行。然后，鼓风机31的排出压力就降低。在这个操作中，ECU 37控制将电能连续地供应至线性螺线管53a一个预定时期，以便在该预定时期内保持连通口52的打开状态。
压力腔44与其压力被降低的内部通道61相通，因此压力腔中的压力也同样地降低。然后，膜片46和阀体43被弹簧49和50的弹簧力在图2中向右方向上移动，以便关闭阀装置13的开口(出口)42。
(第一实施例的效果)根据二次供气系统的上述泵单元14，设有用于将压缩空气从电气泵12引入膜片装置47的压力腔44中的连通口52，并且连通口52的打开和关闭由压力控制装置53控制。
因此，即使电气泵12在运行，压力腔44的压力也不会增大，除非连通口52被压力控制装置53打开。并且因此阀装置13保持关闭。
当高压空气从电气泵12供应到压力腔44之后连通口52被压力控制装置53关闭时，压力腔44的压力可保持在高压力。因此，与电气泵12的运行独立地持续了阀装置13的阀打开状态。
在本实施例中，当电气泵12运行且阀装置13被打开时，供应至压力控制装置53的电能被ECU 37切断，以关闭连通口52从而维持压力腔44中的高压力并且同样地维持了阀装置13的打开状态。于是，就能抑制压力控制装置53在阀装置13的打开期间的电能消耗。
在以上实施例的泵单元14中，压力腔44的压力能相应于电气泵12的运行迅速地增大(或减小)，因为压力腔44布置在靠近电气泵12的排出口51的位置并且内部通道61设计得很小。这样就实现了打开或关闭阀装置13的快速响应，并且可以安全地进行阀装置13的打开和关闭操作，即使二次供气系统用在环境压力较低的高海拔处。
压力传感器62整体地设在压力控制装置53中，因此这两个元件能在一个固定部分处装配至壳体23和24。此外，电连接器65通常可用于这两个元件。
相对于电气泵12和阀装置13的运行条件，通过利用压力传感器62检测内部通道61从电气泵12的排出口51至开口42的压力，可以进行自诊断。
另外，由于内部通道61的小体积，可以实现压力检测在电气泵12的排出口51处的高反应性。
此外，在以上实施例的泵单元14中，阀体14、轴48、膜片装置47、鼓风机31和电动机30同轴地且紧密地布置并且整体地装配在一起。泵单元14可以制成为具有简单的结构和小尺寸，因此能改进将泵单元安装入车辆的工艺、减小部件的数目、以及从而减少装配泵单元14所需的劳动力。
阀装置13的阀体43布置为在气泵12下游侧处坐在开口42的位置上。阀体43没有被废气的压力打开，即使在阀关闭期间废气的压力作用至气泵下游侧处的阀体43上，因为废气的压力在关闭阀体43的方向上作用。即使是在单向阀15处出现任何问题的情况下，也防止了废气流入电气泵12中。
阀体43被膜片装置47机械地操纵。与阀体43由电磁致动器操纵的结构相比，本发明中无需任何控制继电器(IC继电器等)并且从而无需任何电能。
(第二实施例)在以上第一实施例中，常闭型的二通阀用作压力控制装置53的例子。
三通阀也能用作用来控制压力腔44的压力的压力控制装置53，其中三通阀控制两个空气通道的打开程度，一个空气通道是压力腔44和内部通道61之间的空气通道，另一个是压力腔44和泵单元14外部(环境空气)之间的通道。三通阀被ECU 37以负载控制的方式进行控制，因此压力腔44的压力可以被控制在预期值。
根据这种布置，在电气泵12的运行期间，通过改变压力腔44中的压力可以自由地控制开口42的打开程度。
(其它变型)在以上第一实施例中，对电动机30的电能控制是通过机械继电器35进行。然而，也能使用具有半导体开关装置的IC继电器，因此通过对电动机30的PWM控制能实现高速的开关操作。根据二次供气系统的需求，电气泵12排出空气的量能根据PWM控制而改变。在IC继电器处可产生热。当IC继电器布置在空气导管33中时，空气导管33中流动的空气能冷却IC继电器。
在以上实施例中，轴48与电动机30的旋转轴56同轴地布置。不用说，这个轴也能布置在不同的位置。
电气泵12和阀装置13可以分别形成并且借助于导管彼此可操作地连接。
齿轮、凸轮和圆环能代替轴48用于将膜片46的移动传递至阀体43。
膜片46可以由膜盒或任何其它移动装置替代。
可以在直流电动机30处使用交流电动机。
本发明可以用于二次供气系统之外的任何其它系统。
权利要求
1.一种供气泵系统，包括用于压缩和排出空气的气泵(12)；阀装置(13)，它具有压力腔(44)，压缩的高压空气从气泵(12)被引入该压力腔中；可移动元件(46)，它响应压力腔(44)中的压力而移动；以及阀体(43)，它可操作地连接至可移动元件(46)，用于控制阀装置的出口(42)的打开或闭合；将压缩的高压空气从气泵(12)引入压力腔(44)的连通通道(52)；压力控制装置(53)，它具有压力控制阀(53b)和电致动器(53a)，并且设在连通通道(52)中，用于通过控制连通通道(52)的打开和闭合从而控制压力腔(44)中的压力；和控制单元(37)，用于根据供气泵系统的运行情况控制电致动器(53a)的运行。
2.如权利要求1的供气泵系统，其中压力控制阀(53b)包括用于打开和闭合连通通道(52)的二通阀。
3.如权利要求1的供气泵系统，其中压力控制阀(53b)包括用于控制压力腔(44)中压力的三通阀。
4.如权利要求1的供气泵系统，其中气泵(12)包括电动机(30)和鼓风机(31)。
5.如权利要求1的供气泵系统，其中阀体(43)与可移动元件(46)相邻地布置，和将气泵(12)的排出口(51)和出口(42)连接在一起的内部通道(61)的体积被设计为较小。
6.如权利要求1的供气泵系统，其中压力控制装置阀(53)包括在将气泵(12)的排出口(51)和出口(42)连接在一起的内部通道(61)内检测空气压力的压力传感器(62)。
7.如权利要求1的供气泵系统，其中可移动元件(46)包括被压力腔(44)的压力和环境压力之间的压力差所移动的膜片(46a)；和将膜片(46)的移动传递至阀体(43)的传递元件(48)。
8.如权利要求7的供气泵系统，其中传递元件(48)是连接膜片(46)和阀体(43)的轴，该轴(48)与气泵(12)的旋转轴(56)同轴地布置在气泵(12)的排出侧，和气泵(12)和阀装置(13)整体地形成。
9.如权利要求1的供气泵系统，其中供气泵系统用作内燃机(1)的二次供气系统，供气泵系统将空气供应到催化剂(7)上游侧的发动机排气管(9)，和待供应到排气管的空气量由阀装置(13)控制。
10.如权利要求9的供气泵系统，其中阀体(43)设置在气泵的上游侧的出口(42)的阀座上。
全文摘要
泵单元(14)具有气泵(12)和阀装置(13)，其中阀装置(13)具有压力腔(44)和压力控制装置(53)，因此来自气泵(12)的空气被引入压力腔(44)并且压力腔(44)中的压力由压力控制装置(53)控制。泵单元(14)具有出口(42)，其开口由一个被膜片(46)驱动的阀体(43)控制，因此通过出口(42)将要供应的空气量由压力腔(44)的压力控制。
文档编号F01N11/00GK1676894SQ20051006260
公开日2005年10月5日 申请日期2005年4月1日 优先权日2004年4月2日
发明者都筑邦弘, 横山慎一, 内田晓和 申请人:株式会社电装