CN1525054A - 二次空气供给系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种二次空气供给系统，其中通过一个空气泵(12)的排出压力来驱动一个通－断阀(13)。一个膜片室(44)布置在一个排气出口(54)的附近，并且部分排出空气直接流进膜片室(44)。这样，甚至在具有低空气压力的高地也可以正确操作该通－断阀(13)，并且具有一个快速打开/关闭响应。由于没有使用电磁执行器来驱动通－断阀(13)，供应给空气泵(12)(直流电动机(29))的电压不易下降，同时，降低了成本。进一步减少导线(65)的数量。

Description

二次空气供给系统
技术领域
本发明关于一个二次空气供给系统，用于对催化剂上游的排气管提供二次空气，来净化废气。
背景技术
在已知的二次空气供给系统中，电动机驱动的空气泵被旋转地驱动，在启动内燃机时，负压二次空气被强制供应到内燃机(在下文中用“发动机”代替)排气管中来促进催化剂的升温。
在二次空气供给系统中，一个通-断阀布置在二次空气通道内，在空气泵和排气管之间连通来防止排气管中的废气反向流向空气泵。
下面三种用于操作通-断阀的驱动装置是已知的：
(1)通-断阀的阀元件通过一个膜片的移动来驱动。通过一个真空控制阀(VSV)，负压传入其中一个膜片室，从而打开阀元件，膜片室由膜片限定(例如，日本未审查的专利出版物NO.7-158429)。
(2)通-断阀的阀元件通过一个膜片的移动来驱动。空气泵的排出压力传入其中一个膜片室，从而打开阀元件(空气转换阀(ASV))，膜片室被膜片限定(例如，日本未审查的专利出版物NO.11-81998)。
(3)通-断阀的阀元件(例如一个E结合阀(E-combinationvalve))通过电机驱动执行器(例如一个线性电磁线圈)来驱动。“E结合阀”是指电和机械结合的阀，其结合了一个机械形式的阀和一个电形式的阀。电机驱动执行器被一个控制装置驱动从而驱动打开阀元件(例如，日本未审查的专利出版物NO.2002-272080)。
这三种操作上述通-断阀的驱动装置具有下面的缺点，分别是：
在上面(1)中所描述的通过发动机进气负压来驱动阀元件的驱动装置中，在具有低大气压的高地，负压减小，阀不能充分打开。还有，膜片室的弹簧需要加载来防止阀被废气压力打开，从而导致从启动泵到阀关闭有一个迟响应。
在(2)中描述的驱动装置中，克服了(1)中类型的缺点。由于空气泵与ASV空间彼此间隔布置，然而，在空气泵和膜片室之间的通道具有大体积。这导致从启动空气泵到阀打开有一个迟阀开响应，和从空气泵停止到阀关闭有一个迟阀关响应。
(3)所述类型的驱动装置消除了(1)和(2)中类型的缺点。由于在启动空气泵时也要操作E结合阀，然而，E结合阀的操作和附加在空气泵中的控制继电器消耗了能量。结果，供应到空气泵的电压下降，空气泵供应二次空气压力的能力下降。
还有，在类型(3)描述的驱动装置中，E结合阀的使用增加了所需控制继电器的数量，近而增加了用于控制E结合阀的导线(电线)的数量，从而导致了增加组装步骤，增加零件数量和高的生产成本的缺点。
发明内容
鉴于上面所述情形实现本发明，其目的是提供一个二次空气供给系统，能够解决上述所有问题。
具体地，本发明的目的是提供一个二次空气供给系统，其中甚至在具有低大气压力的高地也可以精确地操作阀元件，阀开响应和阀关响应的灵敏度都很高，去掉E结合阀的使用克服了空气泵供应电压下降的不便之处，并且防止了控制继电器和导线数量的增加。
根据本发明的一个方面，提供了一个二次空气供给系统，其中一个膜片室布置在鼓风器出口附近，部分从鼓风器排出的空气直接流进其中一个膜片室。
结果，一旦启动空气泵，部分从鼓风器出口排出的空气就流进其中一个膜片室，从而打开阀。
这样，解决了现有技术的所有问题。
具体地，根据本发明的二次空气供给系统，甚至在具有低大气压力的高地也可以精确执行阀的开关操作，阀开响应和阀关响应的灵敏度都很高，由于去掉了E结合阀，克服了空气泵供应电压下降的不便之处，进一步，没有增加控制继电器和导线数量。
根据本发明的另一方面，提供一个二次空气供给系统，其中一个阀元件布置在一个膜片的附近，从鼓风器出口到通-断阀的内部通道具有一个小体积，并且布置有一个压力传感器，其用于探测内部通道的压力和空气泵的工作状态。
内部通道的小体积方便在启动空气泵之后，立刻探测排出压力的变化。这样，可以仅仅通过压力传感器的输出来正确地探测空气泵的工作条件。
根据本发明的又一个方面，提供一个二次空气供给系统，包括一个由一单体轴构成的传动装置，该轴与膜片和阀元件连接，优选地，该轴布置在与电机旋转轴的同一轴线上，并位于空气泵的空气排出侧，包括膜片组件的该通-断阀与空气泵连接。
这种结构实现了一个紧凑的泵机组，空气泵与通-断阀(包括膜片组件)彼此结合在一起。
根据本发明的另一方面，提供一个二次空气供给系统，其中一个阀元件适合于通过被安置在泵下游阀座的开口侧上而关闭。
即使当关闭阀元件时，废气压力供应到泵的阀元件下游的一侧，阀元件被废气压力向关闭方向驱动，因此，在废气压力的作用下不便于打开阀元件。
结果，甚至在布置在阀元件下游的单向阀失灵的情况下，防止了废气反向流向空气泵。
根据本发明的又一个方面，提供一个二次空气供给系统，其中一个控制继电器优选地与电机一起布置在进气通道附近，该控制继电器用于从安装在车上的直流电源间断地为电机提供电流，进气通道用于从空气泵的空气入口引导空气到鼓风器的空气入口。
在这个结构中，控制继电器被流进进气通道的空气冷却，防止了升温。
从前后结合附图对本发明优选实施例的说明可以更加充分地理解本发明。
简要附图说明
在附图中：
图1是一个示意图，表示一个根据本发明实施例的二次空气供给系统的结构。
图2是一个根据本发明的二次空气供给系统的泵机组的截面图。
实施例描述
下面参考附图1和2说明本发明的一个实施例。首先，参考附图1说明二次空气供给系统的结构。
发动机1是众所周知的，包括一个进气管5，与进气管5一起布置有一个空气滤清器2，一个节气门3和一个喷嘴4，和一个排气管9，在其中布置有一个氧传感器6，一个催化剂7和一个催化剂温度传感器8。
节气门3的开度与加速踏板11的角度一致，该加速踏板由司机操作。该催化剂7通过促进废气的氧化一还原反应来净化废气。
二次空气供给系统的主要作用是强制提供二次空气到催化剂7上游的排气管9内，当从低温状态启动发动机1时促进催化剂7的升温。
二次空气供给系统包括一个泵机组14，该泵机组包括彼此结合在一起的一个空气泵12和一个通-断阀13(包括一个驱动装置)，一个用于防止废气倒流的单向阀15，一个用于将泵机组14连接到单向阀15的第一管16，和一个用于将单向阀15连接到排气管9的第二管17。
然后，详细说明泵机组14。如图2所示，泵机组14具有五个腔室(从图2右边开始第一个到第五个腔室21到25)，在其中设有独立的内部元件，腔室通过螺栓26，夹子27和结合片28彼此连接在一起。
空气泵12包括一个直流电动机(DC motor)29和一个离心式鼓风器31。
第一腔室12容纳该直流电动机29，在鼓风器31附近一侧(在图2的左侧)第一腔室有一个进气通道33，该进气通道形式为环状，用于将从空气泵12的空气入口32进入的空气引导到鼓风器31的空气入口(图未示出)。
在图2所示第一腔室21的下面，布置有一个机械继电器(线圈继电器)35，用于从安装在车上的蓄电池(直流电源)间断地为直流电动机29提供电流。
这个机械继电器35是一个机械继电器开关，包括一个被ECU(发动机控制装置)37电控的继电器线圈，和一个双位开关，用于从蓄电池间断地为直流电动机29提供电流，该双位开关被继电器线圈的磁力操作。
该机械继电器35容纳在一个壳体36内，壳体36安装在第一腔室21上，并且与直流电动机29连接。布置在进气通道33的附近并且与直流电动机29结合的该机械继电器35被流过进气通道33的进气冷却，于是抑止了温度的上升。
鼓风器31结构为一个叶轮38，被直流电动机29驱动，用于提供负压空气，一个鼓风器壳体39覆盖该叶轮38。该鼓风器壳体39包括一个第二腔室22，在图2中该第二腔室通过一个螺栓26固定在直流电动机29的左端，和一个第三腔室23，其通过一个夹子27固定到该第二腔室22上。
接着，说明该通-断阀13。该通-断阀13用于打开/关闭二次空气道40，该二次空气道用于将从鼓风器31排出的二次空气引导到排气管9，并且包括一个阀座41，该阀座布置在泵机组14内的二次空气道40内，和一个阀元件43，用于打开/关闭形成在阀座41上的开口42。
驱动阀元件43的装置包括一个膜片组件47，该膜片组件包括一个膜片46，通过在一个膜片室44和一个大气室45之间的压差移动，鼓风器31的排出压力传入该膜片室44，大气室45与大气相通，和一个轴48(相当于一个传动装置)，该轴用于将膜片46的位置移动传递到阀元件43。
该膜片组件47，占据第三腔室23和第四腔室24之间的空间，膜片46限定了在空气泵12侧的膜片室44和与大气相通的大气室45，膜片46支撑在第三腔室23和第四腔室24之间。近似为盘形的膜片46和近似为盘形的叶轮38相对第三腔室23的隔板23a彼此大约相对的布置。
膜片46由弹性变形橡胶材料制成，其大致中心部位固定在加强盘51，52之间，近而轴48的一端固定在其中心部位。
一个弹簧53用于在阀关闭的方向推动固定在轴48的另一端的阀元件43，该弹簧布置在大气室45内。
如上所述，膜片室44与鼓风器31的叶轮38紧临布置，鼓风器31与第三腔室23的隔板23a空间间隔，第三腔室23位于鼓风器出口的附近。部分从鼓风器31出口54排出的空气直接流进膜片室44。具体的是，一个出口压力导向口55形成在鼓风器31的出口54的附近，用于将部分从鼓风器31排出的空气引导到膜片室44中，于是一旦开启空气泵12，部分从鼓风器31的出口54排出的空气通过出口引导口55直接流进膜片室44，如图2中箭头A所示，从而增加了膜片室44的内压力。
轴48与直流电动机29的旋转轴56布置在同一轴线上，并且被一个套筒(轴套)57轴向和滑动支撑，该套筒57支撑在第四腔室24的隔板24a上。
在图2中，一个油封58安装在套筒57的左侧，于是防止了包含在废气中的和易于进入二次空气通道40内的油成分附在套筒57上。因此，即使在废气侵入泵机组14的壳体中时，防止了与废气混合的油成分凝固在轴48上。
阀座41支撑在第四腔室24和第五腔室25之间。一个开口42形成在阀座41上，并且与直流电动机29的旋转轴56为同一轴线。
另一方面，阀元件43固定在轴48的另一端，如上所述，适合于通过安置在泵(图2的左侧)的阀座41下游的表面(开口42的外围)上以关闭开口42。具体地，通-断阀13的适合与阀座41关闭接触的阀元件43的表面位于接近鼓风器31的排出口一侧，而阀元件43的另一面在排气管一侧。
阀元件43通过轴48布置在膜片46的附近，从鼓风器31的出口54到阀元件43的内部通道61具有一个小体积。
如图1所示，在内部通道61安装有一个压力传感器62，用于探测内部通道61的压力和空气泵12的工作状态。
内部通道61的小体积便于在启动空气泵12后，压力传感器62立刻探测排出压力的变化。于是可以通过压力传感器62的输出探测空气泵12的工作状态。
单向阀15用于防止排气管9中废气向泵机组14倒流，其包括一个形式为薄板弹簧的金属导向阀63，适合于在从泵机组14排出的二次空气的压力下打开。然而，依靠废气的脉动频率或流动速率，单向阀15变为无效的，结果废气可能会通过该单向阀15向相反方向流向泵机组14。在图1中，附图标记64表示一个挡块，用于限制导向阀63的最大开度。
单向阀15被废气加热。另一方面，泵机组14结构为低抗热性零件(例如膜片46)。由于这个原因，泵机组14与排气管9和单向阀15有一定空间间隔地安装。结果，用于将从泵机组14排出的二次空气提供到单向阀15的第一管16具有足够长度，防止废气的热量传到泵机组14。
下面说明二次空气供给系统的工作过程。
在低温状态启动发动机时，响应从ECU37到机械继电器35的指示，提供电流到直流电动机29，鼓风器31启动，并从鼓风器31出口54排出空气。然后，部分从鼓风器31排出的空气流进膜片室44。结果，空气泵12一启动，膜片室44的压力就上升，这样膜片46向图2中左侧移动。该移动通过轴48被传递到阀元件43，从而打开通-断阀13。然后，穿过开口42的二次空气通过第一管16、单向阀15和第二管17强制被提供到排气管9中，从而促进催化剂7的升温。
随着催化剂7温度的上升，当ECU37发送指令到机械继电器35停止供应电流到直流电动机时，鼓风器31停止工作，鼓风器31的出口和膜片室44内的压力下降。然后膜片46在弹簧53的倔强力的推动下向图2中右侧移动，该移动通过轴48传递到阀元件43从而关闭通-断阀13。同时，单向阀15关闭防止在排气管9中的废气反向流向泵机组14。
在根据该实施例的二次空气供给系统中，膜片室44布置在鼓风器31出口54的附近，这样部分从鼓风器31排出的空气直接流进膜片室44。由于这种结构，在空气泵12启动的同时，部分从鼓风器31出口54排出的空气流进膜片室44，打开通-断阀13。
结果，根据该实施例的二次空气供给系统具有以下优点：
(a)与现有技术不同，通-断阀不是使用负压驱动的，因此甚至在具有低大气压的高地，也可以精确地操作该通-断阀13。
(b)从启动空气泵12到通-断阀13打开的阀开响应，和从停止空气泵12到通-断阀13关闭的阀关响应，都是很快的。
(c)由于没有使用E结合阀，节省了用于操作E结合阀和电控E结合阀的控制继电器(IC继电器、机械继电器，等等)所消耗的能量。结果，避免了提供给空气泵12的电压下降(直流电动机29)，提供负压二次空气的能力不会受到副面影响。
(d)去掉E结合阀消除了对电控E结合阀的控制继电器的需求。因此，与使用E结合阀相比，减少了安装在泵机组14上的控制继电器的数量。
还有，用于E结合阀的控制继电器的消除减少了用于二次空气供给系统的导线(电线)65的数量。具体地，减少了用于E结合阀的控制继电器的导线65的数量。
下面说明一个减少了导线数量的具体例子。
当使用E结合阀时，IC继电器作为控制继电器来控制E结合阀，并且IC继电器安装在与泵机组14不同的地方，需要11根导线65。
该11根导线65用于连接IC继电器和蓄电池34，连接IC蓄电池和空气泵12，连接IC继电器和E结合阀，连接IC继电器和接地(GND)，作为导线连接IC继电器和ECU37来控制空气泵，作为导线65连接IC继电器和ECU37来控制E结合阀，连接E结合阀和接地，连接蓄电池34和接地，连接IC继电器和ECU37，作为导线连接IC继电器和蓄电池34来为内置控制器提供能量。
根据该实施例，相反，由于整个安装在泵机组14上的机械继电器35用作空气泵12的控制继电器，没有使用E结合阀，导线65的数量减少到5根。
保留的5根导线用于连接机械继电器35和蓄电池34，连接机械继电器35和空气泵12，作为导线连65连接机械继电器35和ECU37来控制该空气泵，连接蓄电池34和接地，和连接空气泵12和接地。
如上面所述，根据该实施例，导线的数量从11根减少到5根。结果，由于导线数量的减少，不但导线的成本而且导线之间的电阻都减少了，从而减少了空气泵12(直流电动机29)的电压下降。还有，连接器66的连接点数量的减少减小了触点失效的机会。
(e)阀元件43布置在膜片46的附近，从鼓风器31的出口54到通-断阀13的内部通道61具有小体积。因此，在启动空气泵12后，压力传感器62可以很容易地立即探测排出压力的变化。结果，可以从压力传感器62探测的压力来简单正确地探测空气泵12的工作状态。
在用电动驱动执行器来驱动通-断阀13的现有技术中(使用E结合阀的例子)，另一方面，当空气泵12工作时，根据转换E结合阀，压力传感器62探测的压差来探测空气泵12的工作状态。于是使用E结合阀的现有技术产生一个问题，即探测空气泵的工作状态要求增加控制继电器的数量。
根据该实施例的二次空气供给系统，相反，不需要增加用于转换E结合阀的控制继电器的数量，因此，减少了检测空气泵12工作状态的控制继电器的数量。
(f)用于连接膜片46和阀元件43的轴48布置在与直流电动机29的旋转轴56大约同一轴线上。因此，空气泵12和通-断阀13(包括驱动装置)彼此连接可以实现紧凑的泵机组14。于是，泵机组14可以很容易地安装在车辆上。
(g)阀元件43布置在泵开口42的下游侧。甚至当关闭阀43时，废气压力供应到泵的阀元件43的下游侧，因此，当处在关闭状态时，在关闭方向被废气压力驱动的阀元件43不会被废气压力打开。
在单向阀15失灵的情况下，防止了废气反向流向空气泵12。
还有，由于适合与阀座41关闭接触的阀元件43的表面位于鼓风器31出口的附近侧，而阀元件43的另一面位于废气一侧，当鼓风器31启动时，向打开方向推动阀元件43。当废气从废气侧反向流动时，向关闭方向推动阀元件43。因此，阀开响应具有如此高的灵敏度以至于防止了阀元件43在废气反向流动时被打开。
(h)根据该实施例的二次空气供给系统，机械继电器35与直流电动机29一起布置在进气通道33的附近。因此，机械继电器35是低温的，不会被流进进气通道33的气体加温。
上面描述的实施例说明了一种使用机械继电器35来电控直流电动机29的情况。然而，也可以使用具有半导体转换装置的IC继电器。通过用IC继电器替换机械继电器35，可以实现直流电动机29的一个高速转换操作和脉冲宽度调制(PWM)控制操作。PMW控制操作直流电动机允许空气泵12的排气流率随着系统的需求而改变。在使用IC继电器通过PWM控制直流电动机29的情况下，IC继电器升温。如上面实施例所述，然而，与直流电动机29一起布置在进气通道33附近的IC继电器被流进进气通道33的气体冷却，从而抑止了IC继电器的升温。
如上面所述的实施例，轴48与直流电动机29的旋转轴同轴地布置。然而，轴48不需要与直流电动机29的旋转轴布置在同一周线上。
上面所述的实施例仅仅使用了一个轴48作为传动装置的一个举例。然而，膜片46的移动可以通过使用一些零件包括齿轮，凸轮和连杆被传递到阀元件43上。
与上面所述实施例不同的是，可以使用一个电流电机(AC电机)代替直流电动机29作为电动机。
然而已经通过参考具体实施例来说明本发明，本发明是根据说明目的而选择的，很明显地，本领域技术人员可以从基本概念和本发明的范围出发想到多个变形。

Claims (6)

1.一个二次空气供给系统，包括：
空气泵，该空气泵包括一个电机和一个鼓风器；
二次空气通道，用于将从所述鼓风器排出的二次空气引导到一个催化剂的排气管上游，用来净化废气；
通-断阀，用于打开/关闭所述二次空气通道；和
驱动装置，用于打开/关闭所述通-断阀的阀元件，
其中，用于打开/关闭所述通-断阀的阀元件的所述驱动装置包括一个膜片组件，该膜片组件具有一个膜片，该膜片适合于通过一个膜片室和一个大气室之间的压差移动，所述鼓风器的排出压力传入该膜片室中，大气室与大气相通，和一个传动装置，用于将所述膜片的移动传递到所述阀元件，以及
其中所述膜片室布置在所述鼓风器出口的附近，部分从所述鼓风器排出的空气直接流进所述膜片室。
2.根据权利要求1的二次空气供给系统，其特征在于：所述阀元件布置在所述膜片的附近，从所述鼓风器的所述出口到所述通-断阀的内部通道具有一个小体积，以及
其中一个用于探测所述内部通道压力的压力传感器布置在所述内部通道中，并且所述压力传感器探测所述空气泵的工作状态。
3.根据权利要求1的二次空气供给系统，其特征在于：所述传动装置为一单体轴，其与所述膜片和所述阀元件连接，并且在所述空气泵的空气排出侧上与所述电机的旋转轴布置在同一轴线上，和
其中包括所述膜片组件的所述通-断阀与所述空气泵彼此结合在一起。
4.根据权利要求1的二次空气供给系统，其特征在于：所述阀元件这样布置，即被闭合接触地放置在泵下游阀座元件的开口侧上。
5.根据权利要求1的二次空气供给系统，还包括至少一个控制继电器，用于从一个安装在车上的直流电源对所述电机间断地提供电流，
其中所述控制继电器与所述电机结合一起布置在进气通道的附近，所述进气通道用于将空气从所述空气泵的空气入口引导到所述鼓风器的空气入口。
6.根据权利要求1的二次空气供给系统，其特征在于：适合与所述开口接触关闭的所述通-断阀的所述阀元件的表面位于所述鼓风器排出口侧附近，而所述阀元件的另一表面位于排气侧。
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