專利名稱：電磁泵的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種能夠可靠并穩定地供應少量流體的電磁泵。
電磁泵常用在例如二沖程發動機中來提供發動機所需的潤滑油；圖4表示了一種普通的電磁泵。
即，圖4是一種普通的電磁泵101的主要部分的截面圖；所述電磁泵包括一個進油道110和一個與所述電磁泵101的泵室125上的開口連通的泵排油道117。在泵室125內，進油道110和泵的排油道117分別由位于進口一側的單向閥112和位于泵出口一側的單向閥121控制而開啟和閉合。
進口一側的單向閥112由一球113和一對該球113施加力的彈簧114組成；這一結構可使油從進油口一側流向泵室125。同樣，在泵出口一側的單向閥121由一球122和對該球施加力的彈簧123組成；這一結構可使油從泵室125流向泵的排油道117。
如圖4所示，與泵室125相鄰的是一柱塞111，它進行上下往復移動以形成泵吸作用。所述柱塞由泵室125中的彈簧116向上推動并由一電磁線圈104驅動。
這樣，當電磁線圈104中沒有電流通過時，如圖所示，彈簧116的彈力使柱塞抬升。在這種狀態下，當在電磁線圈104中通以電流時，電磁力推動柱塞111向下移動一個距離ΔS，從而使壓力增高并使泵室125中的油體積壓縮了ΔV，由此使所述油壓可以推開泵出口一側的單向閥121，使一定量的油ΔV壓入泵的排油道125。接著，切斷通向電磁線圈104的電流，彈簧116的作用力推動柱塞111向上運動到圖示位置。這一過程使泵室125中產生負壓，這一負壓導致進油口一側的單向閥112打開，則一定量與ΔV體積相等的油通過進油道110流進泵室125。
重復上述動作引起柱塞111的上下往復運動并使得上述體積的油ΔV從電磁泵101向外進行周期性地泵送。
但是，事實上，在上述普通的電磁泵中，泵室125的體積V增加和減小，所以伴隨柱塞111的往復運動而產生的ΔV(泵送油量)由壓縮率ΔV/V確定， 由于這一比率很小，單向閥112、121的功能穩定性將減小數倍。尤其是當空氣進入泵室125中時，可能無法在泵室125中產生有效的負壓或正壓，并可能產生使單向閥112、121無法正常工作的氣塞。
另外，由于被泵送的油的絕對體積ΔV較大，無法精確控制，所以供應的油量就取決于發動機的操作條件。這一特點會導致大量的油供給發動機，其結果是產生白煙并且不經濟地增加了耗油量。
本發明就上述問題提出了建議并作為本發明的目的提供了一種具有簡單結構的電磁泵裝置，它將可靠地供應少量流體。
為了達到上述目的，本發明權利要求1提供了一種電磁泵，它包括用于打開和關閉兩條與泵室相通的油道的閥、在泵室中往復移動的柱塞、以下述方式驅動所述柱塞的電磁線圈，即當開/關上述電磁線圈時造成流體排出/吸入泵，其特征在于，電磁泵的上述泵室中的閉死容積為0.1cc或更小，并具有范圍從0.001到0.05cc/泵循環的泵送流體輸出量。
本發明權利要求2提供了一種依據權利要求1所述的電磁泵，其特征在于，上述柱塞和組成上述閥的球位于泵室內的鄰接位置。
本發明權利要求3提供了一種依據權利要求1和2所述的電磁泵，其特征在于，上述電磁線圈“開”的時間設置為10ms或更長。
本發明權利要求4提供了一種依據權利要求1、2和3所述的電磁泵，其特征在于，上述柱塞的沖程和上述電磁線圈“關”的時間可以變化。
這樣，依據本發明權利要求1和2，閉死容積量V’(＝泵室體積V減去被泵排出的流體量ΔV)被減小了(0.1cc或更小)，使提高泵室中的流體壓縮率成為可能，從而防止出現氣塞并提高單向閥操作的穩定性。另外，由于單次循環中被泵排出的流體輸出量ΔV很小(0.001到0.05cc/泵循環)，所以就可能供應少量的流體。
而且，依據本發明權利要求3，由于電磁線圈“開”的時間已設置成10ms或更長，所以流體僅在空氣完全排出泵室后才被吸入泵室，從而在泵室中形成高負壓以可靠地防止氣塞，并提高電磁泵的功能穩定性。
此外，依據本發明權利要求4，由于柱塞的沖程和電磁泵中的電磁線圈“關”的時間可以變化，所以就有可能改變電磁泵的沖程并相應擴大電磁泵的輸出量的控制范圍，從而使用簡單結構擴大動態范圍。


圖1是依據本發明所述的電磁泵的縱向截面圖；圖2是用于解釋依據本發明所述的電磁泵的運轉過程的時間圖；圖3是表示用于含依據本發明所述的電磁泵的二沖程發動機中的控制系統結構的框圖；圖4是普通電磁泵的主要部分的截面圖。
附圖中的序號說明1.電磁泵4.電磁線圈10.進油道(油道)11.柱塞12.進口一側的單向閥(閥)17.泵的排油道(油道)21.出口一側的單向閥(閥)25.泵室下面將參照附圖對本發明的實施例加以描述。
圖1是依據本發明所述的電磁泵的縱向截面圖；圖2是用于解釋該電磁泵的運轉過程的時間圖；圖3是表示用于含該電磁泵的二沖程發動機中的控制系統結構的框圖。
首先，將參照圖3對二沖程發動機50的控制系統的一般結構加以描述。
參見圖3中所示的二沖程發動機50，51表示缸體，52表示曲軸箱，53表示缸蓋。有一活塞54可滑動地插入缸體51中所形成的氣缸51a內，用一連桿56把所述活塞54與可轉動地裝在曲軸箱52內的曲軸55相連。在曲軸箱52的一側安裝有一轉數檢測器57，它可檢測發動機的轉數，由所述轉數檢測器57檢測到的發動機每分鐘轉數(RPM)將傳給發動機控制裝置(Engine Control Unit)60(以下簡稱“ECU”)。
另外，在缸體51內制有進氣道58和排氣道59。一化油器61與進氣道58相通，在排氣道59內一旋轉型可變排氣定時閥62和閥開度檢測器63相連，該檢測器63可以檢測所述旋轉型可變排氣定時閥62的開口度。
在上述化油器61中裝有一活塞型節流閥64，所述節流閥64通過一根節流導線65與一根安裝在摩托車或類似車輛的手柄上的節流桿66相連。在化油器61內還裝有一個節流檢測器67，它用來檢測節流閥64的開口度。由所述檢測器67檢測到的節流開口度數值將傳到上述ECU60中。
上述旋轉型可變排氣定時閥62由一伺服馬達68驅動；一個從ECU60發出的輸出量控制信號通過所述馬達68控制驅動動作。而且，由上述閥開度檢測器63檢測到的旋轉型可變排氣定時閥62的開口度數值將傳到ECU60中去。
缸蓋53的頂部旋有一火花塞69，它由受從ECU60發出的控制信號控制的點火線圈70驅動。
在本實施例中，共有兩個電磁泵1(1A、1B)。每個泵1(1A、1B)的進口一側帶有一進油路a；它通過一個過濾器71與油箱72相連。一個電磁泵A的排油路b向二沖程發動機50的進氣道58供油，而另一電磁泵B的排油路b則向二沖程發動機50的氣缸51a和活塞54之間的滑動面供油。
依據這一點，下面將參照圖1對上述電磁泵1(1A)的結構進行具體描述。由于另一電磁泵1(1B)具有相同的結構，所以省略了對該泵1B的進一步說明。
如圖1所示，本實施中的電磁泵1通過位于鋁制泵體2頂部的一絕緣體34將電磁線圈4定位，一個蓋5固定在泵體2的下半部；整個裝置由金屬板制成的外殼6罩住以形成一個緊密封閉結構。
與上述蓋5形成一體并從蓋5向下伸出的部分是進口管5A和出口管5B。在所述蓋5和泵體2之間的接觸面上制有一槽5C，一個過濾器7裝在上述槽中。進油道5a和泵的排油道5b分別通過進口管5A和出口管5B。如圖3所示，進油路a和泵的排油路b分別與進油道5a和泵的排油道5b相連。在圖1中，8表示一個密封圈。
在上述泵體2的中部制有一大直徑孔9和一小直徑進油道20。進油道10與位于蓋上的上述槽5C相通；柱塞11插入孔9中并可自由地上下滑動。在進口一側有一單向閥12，它由一球13和彈簧14組成并能打開和關閉進油道10。關于進口一側的單向閥12，其中彈簧14沿使球13封堵住進油道10的方向對該球13施加力并從而向上壓住柱塞11。另外，還通過彈簧16向上推動柱塞11，該彈簧16位于裝在柱塞11頂部外圓周上的彈簧接受器15和泵體2之間并處于壓縮狀態。球13的直徑設計成稍小于或大致等于柱塞11的直徑。
此外，泵體2上的小直徑的排油道17和大直徑的圓孔18制成以直角(水平地)與上述圓孔9和進油道10相交的形式，泵排油道17與圓孔9相連。另外，在泵體2中沿垂直方向(與進油道10平行)制成泵排油道19。所述泵排油道19的一端與圓孔8相通，而另一端與上述泵排油道5b相連。
上述圓孔18的一端由一塑料蓋20封住，輸出側的由一球22和一彈簧23構成的單向閥21裝在所述圓孔18內。彈簧23向出口側單向閥21中的球22施加力以推動它處于關閉狀態。圖1中24表示一密封圈。
在這一實施例中，進口一側的單向閥12和柱塞11在所述柱塞11運動的方向上(圖1中的垂直方向上)同軸，由球13、圓孔9內的球22、泵排油道17和柱塞11封閉的區域組成了泵室25。兩個單向閥中的球13、22與泵體22面接觸或線接觸；通過面接觸，任何尺寸偏差可被吸收，通過線接觸，可能使單向閥12、21達到非常緊密的密封。
上述電磁線圈4密閉在箱體26中，一金屬導向件27安裝在圍繞線圈4下部的內圓周面的位置上。一根可以上下自由滑動的桿28穿過所述導向件27的中心。在這根桿28的頂部外圓面上裝有一擋塊29，該桿28的底端通過一壓電元件30與柱塞11接觸。在上述泵體2頂端面上形成的槽中裝有一環形擋塊31和一橡膠油封32；油封32的內表面與上述壓電元件30的外圓面彈性接觸。
在上述外殼6的頂部內裝有一塑料凸輪構件33，一根垂直轉動的長軸34可轉動地插入所述凸輪構件33的中心。帶輪35裝在從外殼6中伸出的該旋轉軸34的頂部。有一銷36插入并卡在該轉軸34的下端，所述銷36位于上述凸輪構件33的底面上形成的凹形區域33a內。裝在這一底面上的上述銷36與凸輪構件33上形成的上升和下降凸輪面33b相嚙合。
這樣，裝在上述桿頂部的擋塊29被上述彈簧14推向上方，則它們的頂端表面與上述轉軸34的底端表面相接觸。
四根導線33、34(34a、34b)穿過外殼6的底端而伸入殼內。導線33與電磁線圈4相連，導線34a、34b分別與桿28和壓電元件30相連。
下面，將參照圖2對電磁泵1的運轉過程加以描述。
當電磁線圈中不通電時(當它處于“關”的狀態時)，彈簧14、16的作用力把柱塞11推向上方。此時，壓電元件30與桿28分離并在它們中間形成間隙。另外，在泵室125內，柱塞11與球13隔開一個距離ΔS。
接著，當電流通過導線33而啟動電磁線圈4時，由所述電磁線圈4產生的電磁力使桿28下降并對壓電元件30施加力。ECU60(見圖3)通過導線34a、34b檢測到由壓電元件產生的壓電電流以確定電磁線圈4的動作。
然后，如上所述，當桿28壓在壓電元件30上時，如圖2(a)所示，柱塞11克服彈簧14、16的作用力下降，從而壓縮泵室25中的油，最終壓力將克服彈簧23施加在球22上的作用力而打開泵出口一側的單向閥21，泵室25中的油通過泵的排油道19而被排出，并經圖3所示的泵的排油路b而進入二沖程發動機50的進氣道58，在其中與空氣/燃料混合物混合。
接著，當柱塞11在泵室25內下降ΔS后，如圖2(d)所示，它將抵住球13而停止下降，這樣，一定量的油ΔV(＝柱塞底面積乘以沖程ΔS)從泵室25壓到泵排油道19從而完成了油的泵送過程。如圖2所示，柱塞下降一個沖程ΔS以與球13接觸所需的時間是ΔTD，在柱塞11抵住球13而停止下降后，電磁線圈4仍處于“開”的狀態，因此時間ΔTON比ΔTD長(這一時間間隔足以使泵室25內油中包含的任何空氣完全排出)。
在本實施例中，電磁泵1的在單位時間(1分鐘)內油的泵送循環次數N相對于二沖程發動機50的RPM來說設置為6/2,00-600/10,000。圖2表示油的泵送循環次數為600rpm和6rpm的柱塞沖程時間圖。在本實施例中，電磁線圈4“開”的時間ΔTON相對于發動機RPM并非總是恒定的(40ms)。電磁線圈“開”的時間ΔTON應足夠長以把泵室25內油中包含的任何空氣完全排出，推薦ΔTON＝10ms或更長。
當切斷電磁線圈4中的電流而關閉該線圈4時，電磁力的最終消失導致桿28上升到圖2(b)所示位置并且在彈簧14、16的作用力下柱塞11升高。這一過程在泵室25中產生負壓，并且這一負壓克服彈簧14作用在球13上的力并使進口一側的單向閥12打開。如圖3所示，油箱72中的油經供油路a(見圖3)、進油道5a、過濾器7、進油道10而流入泵室25中。在本實施例中，由于泵室內油中包含的任何空氣在油流入泵室25前已完全排出，所以在泵室25中可以形成高負壓以可靠地防止氣塞并提高所述泵1的運轉穩定性。
這樣，如圖2(c)所示，當柱塞11在泵室25內上升ΔS并抵住擋塊31而停止上升時，體積為ΔV(＝柱塞11的底面積乘以沖程長度ΔS)的油被吸入泵室25中從而完成吸油過程。這樣，柱塞11升高一個沖程ΔS并抵住擋塊31后停止上升所需的時間是ΔTs。
于是，對于本實施例中的電磁泵1，可以依據二沖程發動機50的運轉狀態(比如，單位時間內的油的泵送循環次數N；在本實施例中這設置成與發動機RPM相等)確定所述電磁泵1的從泵送油開始到吸入油結束時的循環時間ΔT；而電磁線圈4所需的“關”時間ΔTOFF依據泵送的油量(發動機RPM)控制。
ΔTOFF＝60×1000/N-ΔTON-(1)尤其是，發動機RPM越高，電磁泵1所需的泵送油量越大，循環時間ΔT設置得越低。在本實施例中，如圖2所示，循環時間ΔT在發動機轉速為600rpm和6rpm時分別為100msec(1/10sec)和10,000msec(10sec)，因此，如果電磁線圈4的“關”時間ΔTOFF使用公式1計算，ΔTOFF時間分別為60msec和9960msec。
這樣，重復上述過程引起柱塞11的上下往復運動使電磁泵1周期性地排送ΔV的油量。
在本實施例中，泵室125中的閉死容積V’(＝泵室25的體積V減去泵排出油的體積ΔV)設置為0.1cc，排出油的體積ΔV設置為0.05cc。
這樣，如上所述，泵室中的閉死容積V’被減小了(0.01cc)，又因為由公式2確定的油的壓縮率增加到0.33，所以在泵室中可以產生高的負壓和正壓。
壓縮率＝ΔV/V＝ΔV/(V’+ΔV)-(2)結果是對于單向閥12、21，閥的打開壓力為0.3kg/cm2。這一設計避免了氣塞并使單向閥能更穩定地運作。另外，由于單位泵循環中油排出體積ΔV很小(0.05cc/循環)所以能可靠地供應少量油。
為了達到上述效果，必須保持泵室閉死容積V’為0.1cc或更小，并且使油的泵送排出量ΔV為0.001到0.05cc/泵循環。
另外，本實施例所述電磁泵1的柱塞11的沖程ΔS可根據二沖程發動機50的運轉狀態而變化。
即，依據二沖程發動機50的運轉狀態控制繞在帶輪35上的鋼絲繩(未在圖中表示)，可以轉動轉軸34到所希望的角度，從而使由所述轉軸34夾持的銷36與凸輪構件33的凸輪面33b相嚙合以使整個軸向上或向下移動。由于這會使桿28上下移動，所以可以增加或減少柱塞11的沖程ΔS。
這樣，因為本實施例所述電磁泵可以改變柱塞11的沖程ΔS并可改變電磁線圈4“關”時間ΔTOFF，與普通電磁泵相比，就可以通過變化的ΔS而擴大排出油量的控制范圍，從而使用簡單的設計就擴大了所述電磁泵的動力范圍。
盡管以上僅就一個電磁泵1A的運轉進行了說明，但另一電磁泵1B也以同樣的方式運轉。如圖3所示，該電磁泵1B通過泵排油路b供應所需油量以潤滑氣缸51a和活塞54之間的滑動面。
如上所述，依據權利要求1和2所述的發明，由于泵室中的閉死容積V’(＝泵室體積V減去被泵排出的流體量ΔV)已被減小(0.1cc或更小)，所以可以增加泵室中的流體壓縮率，從而防止氣塞并提高單向閥的操作穩定性。另外，由于單次循環的泵輸出量ΔV已被減小(0.001到0.05cc/循環)，所以可以可靠地供應少量流體。
而且，依據權利要求3所述的發明，由于電磁線圈“開”的時間設定為10ms或更長，泵室中的任何空氣在流體被吸入泵室之前都被完全排出，從而在泵室中可以產生高負壓以防止氣塞并提高電磁泵的運轉穩定性。
另外，依據權利要求4的發明，由于電磁泵的柱塞的沖程和電磁線圈“關”的時間可以變化，與普通的電磁泵相比，通過變化沖程而擴大流體輸出量的控制范圍，并且通過這種簡單設計擴大動力范圍。
權利要求
1.一種電磁泵，包括用于打開和關閉與泵室相通的兩條油道的閥、一個在泵室中往復移動的柱塞、一個以下述方式驅動所述柱塞的電磁線圈，即開/關上述電磁線圈使流體被排出/吸入泵，其特征在于，該電磁泵的上述泵室中的閉死容積為0.1cc或更少，且泵送流體的輸出量范圍是從0.001到0.05cc/泵循環。
2.如權利要求1所述的電磁泵，其特征在于，上述柱塞和組成上述閥的球位于泵室中相鄰接的位置。
3.如權利要求1和2所述的電磁泵，其特征在于，上述電磁線圈“開”的時間設置為10毫秒(ms)或更長。
4.如權利要求1、2和3所述的電磁泵，其特征在于，上述柱塞的沖程和上述電磁線圈“關”的時間可以變化。
全文摘要
一種電磁泵，它包括至少兩條與泵室相通的油道，它們分別可被各自的閥開閉。此外，設有一個可在所述泵室中往復移動的柱塞和一個驅動所述柱塞的電磁線圈，從而上述閥中的至少一個在上述柱塞往復運動的方向上與所述柱塞同軸線地安置。
文檔編號F04B13/00GK1150221SQ96110999
公開日1997年5月21日 申請日期1996年8月13日 優先權日1995年10月31日
發明者山田誠一郎 申請人:雅馬哈發動機株式會社