CN1150221A

CN1150221A - 电磁泵

Info

Publication number: CN1150221A
Application number: CN 96110999
Authority: CN
Inventors: 山田诚一郎
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 1995-10-31
Filing date: 1996-08-13
Publication date: 1997-05-21
Also published as: JP3734865B2; JPH09126122A

Abstract

一种电磁泵，它包括至少两条与泵室相通的油道，它们分别可被各自的阀开闭。此外，设有一个可在所述泵室中往复移动的柱塞和一个驱动所述柱塞的电磁线圈，从而上述阀中的至少一个在上述柱塞往复运动的方向上与所述柱塞同轴线地安置。

Description

电磁泵

本发明涉及一种能够可靠并稳定地供应少量流体的电磁泵。

电磁泵常用在例如二冲程发动机中来提供发动机所需的润滑油；图4表示了一种普通的电磁泵。

即，图4是一种普通的电磁泵101的主要部分的截面图；所述电磁泵包括一个进油道110和一个与所述电磁泵101的泵室125上的开口连通的泵排油道117。在泵室125内，进油道110和泵的排油道117分别由位于进口一侧的单向阀112和位于泵出口一侧的单向阀121控制而开启和闭合。

进口一侧的单向阀112由一球113和一对该球113施加力的弹簧114组成；这一结构可使油从进油口一侧流向泵室125。同样，在泵出口一侧的单向阀121由一球122和对该球施加力的弹簧123组成；这一结构可使油从泵室125流向泵的排油道117。

如图4所示，与泵室125相邻的是一柱塞111，它进行上下往复移动以形成泵吸作用。所述柱塞由泵室125中的弹簧116向上推动并由一电磁线圈104驱动。

这样，当电磁线圈104中没有电流通过时，如图所示，弹簧116的弹力使柱塞抬升。在这种状态下，当在电磁线圈104中通以电流时，电磁力推动柱塞111向下移动一个距离ΔS，从而使压力增高并使泵室125中的油体积压缩了ΔV，由此使所述油压可以推开泵出口一侧的单向阀121，使一定量的油ΔV压入泵的排油道125。接着，切断通向电磁线圈104的电流，弹簧116的作用力推动柱塞111向上运动到图示位置。这一过程使泵室125中产生负压，这一负压导致进油口一侧的单向阀112打开，则一定量与ΔV体积相等的油通过进油道110流进泵室125。

重复上述动作引起柱塞111的上下往复运动并使得上述体积的油ΔV从电磁泵101向外进行周期性地泵送。

但是，事实上，在上述普通的电磁泵中，泵室125的体积V增加和减小，所以伴随柱塞111的往复运动而产生的ΔV(泵送油量)由压缩率ΔV/V确定，由于这一比率很小，单向阀112、121的功能稳定性将减小数倍。尤其是当空气进入泵室125中时，可能无法在泵室125中产生有效的负压或正压，并可能产生使单向阀112、121无法正常工作的气塞。

另外，由于被泵送的油的绝对体积ΔV较大，无法精确控制，所以供应的油量就取决于发动机的操作条件。这一特点会导致大量的油供给发动机，其结果是产生白烟并且不经济地增加了耗油量。

本发明就上述问题提出了建议并作为本发明的目的提供了一种具有简单结构的电磁泵装置，它将可靠地供应少量流体。

为了达到上述目的，本发明权利要求1提供了一种电磁泵，它包括：用于打开和关闭两条与泵室相通的油道的阀、在泵室中往复移动的柱塞、以下述方式驱动所述柱塞的电磁线圈，即当开/关上述电磁线圈时造成流体排出/吸入泵，其特征在于，电磁泵的上述泵室中的闭死容积为0.1cc或更小，并具有范围从0.001到0.05cc/泵循环的泵送流体输出量。

本发明权利要求2提供了一种依据权利要求1所述的电磁泵，其特征在于，上述柱塞和组成上述阀的球位于泵室内的邻接位置。

本发明权利要求3提供了一种依据权利要求1和2所述的电磁泵，其特征在于，上述电磁线圈“开”的时间设置为10ms或更长。

本发明权利要求4提供了一种依据权利要求1、2和3所述的电磁泵，其特征在于，上述柱塞的冲程和上述电磁线圈“关”的时间可以变化。

这样，依据本发明权利要求1和2，闭死容积量V’(＝泵室体积V减去被泵排出的流体量ΔV)被减小了(0.1cc或更小)，使提高泵室中的流体压缩率成为可能，从而防止出现气塞并提高单向阀操作的稳定性。另外，由于单次循环中被泵排出的流体输出量ΔV很小(0.001到0.05cc/泵循环)，所以就可能供应少量的流体。

而且，依据本发明权利要求3，由于电磁线圈“开”的时间已设置成10ms或更长，所以流体仅在空气完全排出泵室后才被吸入泵室，从而在泵室中形成高负压以可靠地防止气塞，并提高电磁泵的功能稳定性。

此外，依据本发明权利要求4，由于柱塞的冲程和电磁泵中的电磁线圈“关”的时间可以变化，所以就有可能改变电磁泵的冲程并相应扩大电磁泵的输出量的控制范围，从而使用简单结构扩大动态范围。

图1是依据本发明所述的电磁泵的纵向截面图；

图2是用于解释依据本发明所述的电磁泵的运转过程的时间图；

图3是表示用于含依据本发明所述的电磁泵的二冲程发动机中的控制系统结构的框图；

图4是普通电磁泵的主要部分的截面图。

附图中的序号说明：

1.电磁泵

4.电磁线圈

10.进油道(油道)

11.柱塞

12.进口一侧的单向阀(阀)

17.泵的排油道(油道)

21.出口一侧的单向阀(阀)

25.泵室

下面将参照附图对本发明的实施例加以描述。

图1是依据本发明所述的电磁泵的纵向截面图；图2是用于解释该电磁泵的运转过程的时间图；图3是表示用于含该电磁泵的二冲程发动机中的控制系统结构的框图。

首先，将参照图3对二冲程发动机50的控制系统的一般结构加以描述。

参见图3中所示的二冲程发动机50，51表示缸体，52表示曲轴箱，53表示缸盖。有一活塞54可滑动地插入缸体51中所形成的气缸51a内，用一连杆56把所述活塞54与可转动地装在曲轴箱52内的曲轴55相连。在曲轴箱52的一侧安装有一转数检测器57，它可检测发动机的转数，由所述转数检测器57检测到的发动机每分钟转数(RPM)将传给发动机控制装置(Engine Control Unit)60(以下简称“ECU”)。

另外，在缸体51内制有进气道58和排气道59。一化油器61与进气道58相通，在排气道59内一旋转型可变排气定时阀62和阀开度检测器63相连，该检测器63可以检测所述旋转型可变排气定时阀62的开口度。

在上述化油器61中装有一活塞型节流阀64，所述节流阀64通过一根节流导线65与一根安装在摩托车或类似车辆的手柄上的节流杆66相连。在化油器61内还装有一个节流检测器67，它用来检测节流阀64的开口度。由所述检测器67检测到的节流开口度数值将传到上述ECU60中。

上述旋转型可变排气定时阀62由一伺服马达68驱动；一个从ECU60发出的输出量控制信号通过所述马达68控制驱动动作。而且，由上述阀开度检测器63检测到的旋转型可变排气定时阀62的开口度数值将传到ECU60中去。

缸盖53的顶部旋有一火花塞69，它由受从ECU60发出的控制信号控制的点火线圈70驱动。

在本实施例中，共有两个电磁泵1(1A、1B)。每个泵1(1A、1B)的进口一侧带有一进油路a；它通过一个过滤器71与油箱72相连。一个电磁泵A的排油路b向二冲程发动机50的进气道58供油，而另一电磁泵B的排油路b则向二冲程发动机50的气缸51a和活塞54之间的滑动面供油。

依据这一点，下面将参照图1对上述电磁泵1(1A)的结构进行具体描述。由于另一电磁泵1(1B)具有相同的结构，所以省略了对该泵1B的进一步说明。

如图1所示，本实施中的电磁泵1通过位于铝制泵体2顶部的一绝缘体34将电磁线圈4定位，一个盖5固定在泵体2的下半部；整个装置由金属板制成的外壳6罩住以形成一个紧密封闭结构。

与上述盖5形成一体并从盖5向下伸出的部分是进口管5A和出口管5B。在所述盖5和泵体2之间的接触面上制有一槽5C，一个过滤器7装在上述槽中。进油道5a和泵的排油道5b分别通过进口管5A和出口管5B。如图3所示，进油路a和泵的排油路b分别与进油道5a和泵的排油道5b相连。在图1中，8表示一个密封圈。

在上述泵体2的中部制有一大直径孔9和一小直径进油道20。进油道10与位于盖上的上述槽5C相通；柱塞11插入孔9中并可自由地上下滑动。在进口一侧有一单向阀12，它由一球13和弹簧14组成并能打开和关闭进油道10。关于进口一侧的单向阀12，其中弹簧14沿使球13封堵住进油道10的方向对该球13施加力并从而向上压住柱塞11。另外，还通过弹簧16向上推动柱塞11，该弹簧16位于装在柱塞11顶部外圆周上的弹簧接受器15和泵体2之间并处于压缩状态。球13的直径设计成稍小于或大致等于柱塞11的直径。

此外，泵体2上的小直径的排油道17和大直径的圆孔18制成以直角(水平地)与上述圆孔9和进油道10相交的形式，泵排油道17与圆孔9相连。另外，在泵体2中沿垂直方向(与进油道10平行)制成泵排油道19。所述泵排油道19的一端与圆孔8相通，而另一端与上述泵排油道5b相连。

上述圆孔18的一端由一塑料盖20封住，输出侧的由一球22和一弹簧23构成的单向阀21装在所述圆孔18内。弹簧23向出口侧单向阀21中的球22施加力以推动它处于关闭状态。图1中24表示一密封圈。

在这一实施例中，进口一侧的单向阀12和柱塞11在所述柱塞11运动的方向上(图1中的垂直方向上)同轴，由球13、圆孔9内的球22、泵排油道17和柱塞11封闭的区域组成了泵室25。两个单向阀中的球13、22与泵体22面接触或线接触；通过面接触，任何尺寸偏差可被吸收，通过线接触，可能使单向阀12、21达到非常紧密的密封。

上述电磁线圈4密闭在箱体26中，一金属导向件27安装在围绕线圈4下部的内圆周面的位置上。一根可以上下自由滑动的杆28穿过所述导向件27的中心。在这根杆28的顶部外圆面上装有一挡块29，该杆28的底端通过一压电元件30与柱塞11接触。在上述泵体2顶端面上形成的槽中装有一环形挡块31和一橡胶油封32；油封32的内表面与上述压电元件30的外圆面弹性接触。

在上述外壳6的顶部内装有一塑料凸轮构件33，一根垂直转动的长轴34可转动地插入所述凸轮构件33的中心。带轮35装在从外壳6中伸出的该旋转轴34的顶部。有一销36插入并卡在该转轴34的下端，所述销36位于上述凸轮构件33的底面上形成的凹形区域33a内。装在这一底面上的上述销36与凸轮构件33上形成的上升和下降凸轮面33b相啮合。

这样，装在上述杆顶部的挡块29被上述弹簧14推向上方，则它们的顶端表面与上述转轴34的底端表面相接触。

四根导线33、34(34a、34b)穿过外壳6的底端而伸入壳内。导线33与电磁线圈4相连，导线34a、34b分别与杆28和压电元件30相连。

下面，将参照图2对电磁泵1的运转过程加以描述。

当电磁线圈中不通电时(当它处于“关”的状态时)，弹簧14、16的作用力把柱塞11推向上方。此时，压电元件30与杆28分离并在它们中间形成间隙。另外，在泵室125内，柱塞11与球13隔开一个距离ΔS。

接着，当电流通过导线33而启动电磁线圈4时，由所述电磁线圈4产生的电磁力使杆28下降并对压电元件30施加力。ECU60(见图3)通过导线34a、34b检测到由压电元件产生的压电电流以确定电磁线圈4的动作。

然后，如上所述，当杆28压在压电元件30上时，如图2(a)所示，柱塞11克服弹簧14、16的作用力下降，从而压缩泵室25中的油，最终压力将克服弹簧23施加在球22上的作用力而打开泵出口一侧的单向阀21，泵室25中的油通过泵的排油道19而被排出，并经图3所示的泵的排油路b而进入二冲程发动机50的进气道58，在其中与空气/燃料混合物混合。

接着，当柱塞11在泵室25内下降ΔS后，如图2(d)所示，它将抵住球13而停止下降，这样，一定量的油ΔV(＝柱塞底面积乘以冲程ΔS)从泵室25压到泵排油道19从而完成了油的泵送过程。如图2所示，柱塞下降一个冲程ΔS以与球13接触所需的时间是ΔT_D，在柱塞11抵住球13而停止下降后，电磁线圈4仍处于“开”的状态，因此时间ΔT_ON比ΔT_D长(这一时间间隔足以使泵室25内油中包含的任何空气完全排出)。

在本实施例中，电磁泵1的在单位时间(1分钟)内油的泵送循环次数N相对于二冲程发动机50的RPM来说设置为6/2,00-600/10,000。图2表示油的泵送循环次数为600rpm和6rpm的柱塞冲程时间图。在本实施例中，电磁线圈4“开”的时间ΔT_ON相对于发动机RPM并非总是恒定的(40ms)。电磁线圈“开”的时间ΔT_ON应足够长以把泵室25内油中包含的任何空气完全排出，推荐ΔT_ON＝10ms或更长。

当切断电磁线圈4中的电流而关闭该线圈4时，电磁力的最终消失导致杆28上升到图2(b)所示位置并且在弹簧14、16的作用力下柱塞11升高。这一过程在泵室25中产生负压，并且这一负压克服弹簧14作用在球13上的力并使进口一侧的单向阀12打开。如图3所示，油箱72中的油经供油路a(见图3)、进油道5a、过滤器7、进油道10而流入泵室25中。在本实施例中，由于泵室内油中包含的任何空气在油流入泵室25前已完全排出，所以在泵室25中可以形成高负压以可靠地防止气塞并提高所述泵1的运转稳定性。

这样，如图2(c)所示，当柱塞11在泵室25内上升ΔS并抵住挡块31而停止上升时，体积为ΔV(＝柱塞11的底面积乘以冲程长度ΔS)的油被吸入泵室25中从而完成吸油过程。这样，柱塞11升高一个冲程ΔS并抵住挡块31后停止上升所需的时间是ΔTs。

于是，对于本实施例中的电磁泵1，可以依据二冲程发动机50的运转状态(比如，单位时间内的油的泵送循环次数N；在本实施例中这设置成与发动机RPM相等)确定所述电磁泵1的从泵送油开始到吸入油结束时的循环时间ΔT；而电磁线圈4所需的“关”时间ΔT_OFF依据泵送的油量(发动机RPM)控制。

ΔT_OFF＝60×1000/N-ΔT_ON -(1)

尤其是，发动机RPM越高，电磁泵1所需的泵送油量越大，循环时间ΔT设置得越低。在本实施例中，如图2所示，循环时间ΔT在发动机转速为600rpm和6rpm时分别为100msec(1/10sec)和10,000msec(10sec)，因此，如果电磁线圈4的“关”时间ΔT_OFF使用公式1计算，ΔT_OFF时间分别为60msec和9960msec。

这样，重复上述过程引起柱塞11的上下往复运动使电磁泵1周期性地排送ΔV的油量。

在本实施例中，泵室125中的闭死容积V’(＝泵室25的体积V减去泵排出油的体积ΔV)设置为0.1cc，排出油的体积ΔV设置为0.05cc。

这样，如上所述，泵室中的闭死容积V’被减小了(0.01cc)，又因为由公式2确定的油的压缩率增加到0.33，所以在泵室中可以产生高的负压和正压。

压缩率＝ΔV/V＝ΔV/(V’+ΔV) -(2)结果是对于单向阀12、21，阀的打开压力为0.3kg/cm²。这一设计避免了气塞并使单向阀能更稳定地运作。另外，由于单位泵循环中油排出体积ΔV很小(0.05cc/循环)所以能可靠地供应少量油。

为了达到上述效果，必须保持泵室闭死容积V’为0.1cc或更小，并且使油的泵送排出量ΔV为0.001到0.05cc/泵循环。

另外，本实施例所述电磁泵1的柱塞11的冲程ΔS可根据二冲程发动机50的运转状态而变化。

即，依据二冲程发动机50的运转状态控制绕在带轮35上的钢丝绳(未在图中表示)，可以转动转轴34到所希望的角度，从而使由所述转轴34夹持的销36与凸轮构件33的凸轮面33b相啮合以使整个轴向上或向下移动。由于这会使杆28上下移动，所以可以增加或减少柱塞11的冲程ΔS。

这样，因为本实施例所述电磁泵可以改变柱塞11的冲程ΔS并可改变电磁线圈4“关”时间ΔT_OFF，与普通电磁泵相比，就可以通过变化的ΔS而扩大排出油量的控制范围，从而使用简单的设计就扩大了所述电磁泵的动力范围。

尽管以上仅就一个电磁泵1A的运转进行了说明，但另一电磁泵1B也以同样的方式运转。如图3所示，该电磁泵1B通过泵排油路b供应所需油量以润滑气缸51a和活塞54之间的滑动面。

如上所述，依据权利要求1和2所述的发明，由于泵室中的闭死容积V’(＝泵室体积V减去被泵排出的流体量ΔV)已被减小(0.1cc或更小)，所以可以增加泵室中的流体压缩率，从而防止气塞并提高单向阀的操作稳定性。另外，由于单次循环的泵输出量ΔV已被减小(0.001到0.05cc/循环)，所以可以可靠地供应少量流体。

而且，依据权利要求3所述的发明，由于电磁线圈“开”的时间设定为10ms或更长，泵室中的任何空气在流体被吸入泵室之前都被完全排出，从而在泵室中可以产生高负压以防止气塞并提高电磁泵的运转稳定性。

另外，依据权利要求4的发明，由于电磁泵的柱塞的冲程和电磁线圈“关”的时间可以变化，与普通的电磁泵相比，通过变化冲程而扩大流体输出量的控制范围，并且通过这种简单设计扩大动力范围。

Claims

1.一种电磁泵，包括：用于打开和关闭与泵室相通的两条油道的阀、一个在泵室中往复移动的柱塞、一个以下述方式驱动所述柱塞的电磁线圈，即开/关上述电磁线圈使流体被排出/吸入泵，其特征在于，

该电磁泵的上述泵室中的闭死容积为0.1cc或更少，且泵送流体的输出量范围是从0.001到0.05cc/泵循环。

2.如权利要求1所述的电磁泵，其特征在于，上述柱塞和组成上述阀的球位于泵室中相邻接的位置。

3.如权利要求1和2所述的电磁泵，其特征在于，上述电磁线圈“开”的时间设置为10毫秒(ms)或更长。

4.如权利要求1、2和3所述的电磁泵，其特征在于，上述柱塞的冲程和上述电磁线圈“关”的时间可以变化。