ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ КЛАПАН Российский патент 1994 года по МПК F16K31/02 

Изобретение относится к пневмогидротехнике, в частности к противоугонному устройству автомобиля, предотвращающему несанкционированное использование автомобиля путем перекрытия топливопровода электромагнитным клапаном.

Известен электромагнитный клапан, в корпусе которого запорный орган, выполненный в виде ступенчатого золотника, фиксируется в открытом положении с помощью храпового механизма. Сходными существенными признаками с предлагаемым устройством являются: наличие в корпусе якоря и запорного органа, механизма его фиксации.

Недостатками клапана являются сложность и невысокая надежность работы конструкции вследствие наличия перемещающихся во взаимоперпендикулярном направлении деталей, большие габариты.

Известен электромагнитный клапан с механизмом фиксации, выполненным в виде двух коаксиально расположенных втулок с окнами, одна из которых закреплена на корпусе, а другая установлена с возможностью осевого перемещения относительно первой и шарнирно соединена с штоком и профилированной плоской защелкой, установленной в неподвижной втулке с возможностью поворота, причем подвижная втулка снабжена упорами. Сходными существенными признаками с предлагаемым клапаном являются наличие в корпусе якоря, запорного органа, механизма фиксации, штока, жестко связанного с якорем.

Недостатками клапана являются наличие уплотнительных прокладок на штоке рабочего органа, изолирующих от проникновения рабочей среды в зону работы механизмов устройства, которые способствуют возникновению сил трения, препятствующих втягиванию якоря и связанного с ним штока, что приводит к увеличению мощности электрокатушки, росту габаритов клапана, увеличению энергопотребления; выполнение коаксиальных трубок прямоугольного сечения с малым зазором между ними технологически затруднено; ось профилированной защелки нагружена консольно и испытывает при работе клапана ударные нагрузки, что ограничивает уменьшение габаритных размеров механизма фиксации и всего устройства в целом.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому клапану является электромагнитный клапан с подпружиненным и подвижным в осевом направлении запорным органом, фиксируемым в крайних положениях посредством упругого взаимодействия уступов цилиндрического толкателя и фиксирующей втулки, а толкатель жестко соединен с якорем, и между якорем и фиксирующей втулкой расположена пружина сжатия, а подпружиненный запорный орган опирается на фиксатор посредством штока, который проходит через отверстие в седле клапана, а механизм фиксации и клапан расположены на одной оси между входным и выходным штуцерами внутри обмотки и внутри магнитопровода электромагнита, кроме того, толкатель и шток выполнены пустотелыми со сквозными осевыми отверстиями и отверстиями в стенках.

Общими существенными признаками с предлагаемым клапаном являются наличие корпуса, содержащего подпружиненный и подвижный в осевом направлении запорный орган, установленный с возможностью взаимодействия с седлом клапана, и механизм фиксации, содержащий фиксирующую втулку, фиксатор и толкатель, жестко связанный с якорем, а также пружину сжатия, размещенную между якорем и фиксирующей втулкой.

Недостатки клапана следующие: пропускная способность клапана (сечение штуцеров) находится в прямой зависимости от габаритных размеров деталей механизма фиксации, якоря, штока, электрокатушки и других, а следовательно, и габаритных размеров всего устройства в целом, так как увеличение проходного сечения штуцеров приводит к увеличению размеров осевых отверстий деталей механизма фиксации, штока, якоря и т.д.; увеличение габаритных размеров деталей клапана, в том числе и электрокатушки, приводит к увеличению энергопотребления; конструкция клапана не рациональна, так как электрокатушка и, следовательно, корпус охватывают все элементы клапана, в том числе и запорный орган, что приводит к применению немагнитных материалов (цветных металлов, высоколегированных сталей и др.) для изготовления запорного органа, деталей механизма фиксации и других деталей ибо при подаче электроимпульса на электрокатушку втягивающийся одновременно с якорем запорный орган, связанный через механизм фиксации с якорем, препятствует его движению и, следовательно, для обеспечения работоспособности клапана необходимо применение мощных электрокатушек, приводящих к увеличению энергопотребления и габаритных размеров клапана; при данной компоновке узлов клапана при его включении якорь и связанные с ним детали и узлы должны перемещаться навстречу движущему потоку пропускаемой среды, что требует дополнительных энергозатрат, ведущих к увеличению габаритных размеров устройства; отсутствие фильтра на входе клапана приводит к интенсивному износу деталей и узлов клапана вследствие содержания в пропускаемой среде твердых частиц, кроме того, проходящая через все перемещающиеся детали клапана нефильтрованная среда приводит к осаждению на стенках деталей твердых частиц, приводящих не только к интенсивному износу, но и в конце концов к отказу в работе - заклиниванию.

Цель изобретения - повышение пропускной способности, уменьшение энергопотребления и габаритов клапана.

Это достигается тем, что электромагнитный клапан, содержащий подпружиненный и подвижный в осевом направлении запорный орган, установленный с возможностью взаимодействия с седлом клапана, и механизм фиксации, содержащий фиксирующую втулку, фиксатор и толкатель, жестко связанный с якорем, с пружиной сжатия, расположенной между якорем и фиксирующей втулкой, имеет корпус с радиальными входными отверстиями, расположенных вблизи выходного, внутри корпуса установлена втулка с возможностью взаимодействия с механизмом фиксации, подпружиненная относительно седла клапана, а запорный орган закреплен подвижно и подпружинен во втулке.

С целью дополнительного уменьшения энергопотребления и габаритов клапана в торце якоря размещен магнит, выполненный из самарий-кобальтового сплава.

Анализ известных технических решений показал, что совокупность признаков, отличающих предлагаемый клапан от прототипа, является новой и обуславливает клапану свойства, не совпадающие со свойствами известных решений, а именно: выполнение в корпусе радиальных входных отверстий вблизи выходного отверстия и установка внутри корпуса втулки с возможностью взаимодействия с механизмом фиксации и ее подпружиненность относительно седла клапана, а также подвижного закрепления и подпружинивания во втулке запорного органа позволяют изменить направление потока пропускаемой среды и выполнить детали механизма фиксации, якорь без внутренних отверстий, тем самым сделать независимыми их размеры в известных пределах от величины проходного сечения, т.е. увеличить проходное сечение, оставляя неизменными размеры деталей механизма фиксации, якоря электрокатушки, других деталей или наоборот уменьшить их размеры, оставляя неизменным пропускное сечение. При этом в связи с уменьшением размеров деталей, в том числе и якоря, уменьшаются размеры электрокатушки, а следовательно, уменьшается энергопотребление. Уменьшение размеров деталей и электрокатушки приводит к уменьшению габаритных размеров электромагнитного клапана в целом.

На фиг. 1 изображен предлагаемый электромагнитный клапан в открытом состоянии; на фиг.2 и 3 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.4 - развертка деталей механизма фиксации при открытом состоянии электромагнитного клапана; на фиг.5 - то же, во втянутом состоянии якоря (толкатель в верхнем крайнем положении); на фиг.6 - развертка деталей механизма фиксации и их взаимное расположение при закрытом состоянии электромагнитного клапана.

Электромагнитный клапан состоит из корпуса 1 с радиальными входными отверстиями, фильтра 2, уплотнения 3 выходного отверстия, электрокатушки 4 с уплотнением 5 и кожухом 6, якоря 7 с пружиной 8, расположенных в глухом отверстии электрокатушки, поджимной шайки 9, запорного органа 10, пружины 11, втулки 12, внутри которой расположены пружина 13 и хвостовик запорного органа 10, закрепленный штифтом 14 через пазообразное отверстие запорного органа, и механизма фиксации, состоящего из фиксатора 15, фиксирующей втулки 16 и толкателя 17, жестко соединенного с якорем 7. Хвостовик втулки 12 расположен соосно во внутреннем отверстии фиксатора 15, на боковой поверхности которого имеются четыре продольных ребра Б со скосами на концах, охватывающих два вертикальных выступа В фиксирующей втулки 16. Своим хвостовиком фиксатор 16 входит соосно в центральное отверстие толкателя 17, расположенного внутри фиксирующей втулки 16. Толкатель 17 имеет восемь вертикальных ребер Г, заостренных в вершинах с двух сторон, два из которых входят в продольные пазы Д, расположенные с внутренней стороны вертикальных выступов В фиксирующей втулки 16, как в направляющие. Хвостовик толкателя 17 через отверстие фиксирующей втулки 16 и поджимной гайки 9 соединен с якорем 7, на торце которого размещен постоянный магнит 18. На концах вертикальных выступов В фиксирующей втулки 16 имеется впадина Е и скос Ж (фиг.4). Впадина Е имеет форму, которая обеспечивает соскальзывание и фиксацию конца продольного ребра Б фиксатора 15 при выталкивании его из паза Д при втором электроимпульсе, подаваемого на электрокатушку 4. Число вертикальных выступов В фиксирующей втулки 16 - два, продольных ребер Б фиксатора 15 - четыре, продольных ребер Г толкателя 17 - восемь. Эти числа выбраны исходя из простоты конструкции, технологичности, достаточной прочности и надежности работы механизма фиксации, оптимальных габаритов и т.д. Возможны и другие варианты сочетаний элементов деталей механизма фиксации, например 3, 6, 12 или 4, 4, 8. Магнит 18 выполнен из самарий-кобальтового сплава, так как магниты из этого сплава имеют высокие энергетические характеристики при малых габаритах, обладают стабильностью свойств и не подвержены размагничиванию в магнитном поле электрокатушки. Расположенный ориентированно своими полюсами в торце якоря магнит 18 взаимодействует своим магнитным полем с полем электрокатушки 4, сообщая якорю дополнительно движущую силу при втягивании, что позволяет дополнительно снижать габариты якоря, электрокатушки и всего устройства в целом.

Электромагнитный клапан работает следующим образом.

В открытом состоянии клапан обесточен.

Втулка 12 с рабочим органом 10, фиксатор 15, толкатель 17 отжаты пружиной 11 вниз (фиг. 1). Фиксатор 15 своими двумя парами продольных ребер Б охватывает два вертикальных выступа В фиксирующей втулки 16 и утоплен в ней (фиг.2). Выходное отверстие Е (седло клапан) открыто. Взаимное расположение деталей механизма фиксации изображено на фиг.1, 2 и 4.

При подаче электроимпульса на электрокатушку 4 (фиг.1) якорь 7, преодолевая усилия пружин 8 и 11 и в конце хода - усилие пружины 13 (сила Р), перемещает в направляющих пазах Д фиксирующей втулки 16 толкатель 17 (фиг.1 и 5), упираясь своими продольными ребрами Г в скосы продольных ребер Б фиксатора 15, перемещает его, а вместе с ним и втулку 12 с запорным органом 10 в седло клапана, перекрывая отверстие Е. Взаимное расположение деталей механизма фиксации в таком положении изображено на фиг.5. При этом продольные ребра Б фиксатора 15 перестают охватывать вертикальные выступы В фиксирующей втулки 16 (фиг.5). За счет давления пружин 11 и 13 (сила Р) продольные ребра Б фиксатора 15 своими скосами скользят по скосам продольных ребер Г толкателя 17. Фиксатор 15 поворачивается вокруг своей оси и соскальзывает своей парой продольных ребер Б во впадины вертикальных выступов В фиксирующей втулки 16, фиксируясь в ней частично за счет давления (сила Р) пружин 11 и 13. Пружина 13 компенсирует осадку втулки 12 и фиксатора 15 во впадине Е фиксирующей втулки 16. Отверстие Е остается закрытым запорным органом 10. Взаимное расположение деталей механизма фиксации в этом положении изображено на фиг.3. При обесточивании электрокатушки 4 якорь 7 с толкателем 17 под действием пружины 8 (сила Р₂) возвращается в исходное положение. Продольные ребра Г толкателя 17, находящиеся в направляющих пазах Д вертикальных выступов В фиксирующей втулки 16, полностью освобождают впадины Е и позволяют продольным выступам Б фиксатора 15 полностью войти во впадины. В таком положении клапан закрыт (фиг.6).

При подаче второго электроимпульса на электрокатушку 4 якорь 7, втягиваясь, перемещает толкатель 17 вверх, который своими продольными ребрами Г выталкивает продольные ребра Б фиксатора 15 из впадин Е фиксирующей втулки 16. Скосы продольных ребер Б фиксатора 15 скользят по скосах Ж вертикальных выступов фиксирующей втулки 16, срываются вниз и опускаются вместе с толкателем 17 при обесточивании электрокатушки 4 вместе с втулкой 12 и запорным органом 10, открывая при этом выходное отверстие (седло клапана) Е. Такое состояние деталей клапана отражено на фиг.1, 2 и 3.

Описанный клапан будучи установлен в разрез топливопровода автомобиля с помощью перепускного штуцерного тройника, обеспечивающего перелив топлива через электромагнитный клапан, или непосредственно в некоторые типы карбюратора в гнездо фильтра обеспечивает перекрытие топлива при сигнале "Тревога", поступающего с датчиков контроля состояния дверей, стекол автомобиля, при попытке несанкционированного воздействия или угона. Мотор, выработав остаточное топливо в топливопроводе и поплавковой камере карбюратора, останавливается и дальнейший его пуск становится невозможным. При использовании электромагнитного клапана без устройств сигнализации несанкционированного воздействия на автомобиль его включение осуществляется потайным тумблером или другим устройством при постановке автомобиля на стоянку.

Технико-экономические преимущества изобретения следующие.

Повышена пропускная способность электромагнитного клапана без увеличения габаритов деталей механизма фиксации и, следовательно, самого клапана за счет выполнения в корпусе радиальных входных отверстий, расположенных вблизи выходного отверстия и установки втулки с закрепленным в ней запорным органом, позволяющих изменить направление движения пропускаемой среды. В прототипе же пропускная способность находится в прямой зависимости от величины внутренних отверстий деталей механизма фиксации, якоря и других деталей. Следовательно, увеличение сечений штуцеров приводит к резкому увеличению габаритов клапана, так как пропускаемая среда проходит непосредственно через внутренние отверстия деталей механизма фиксации, якоря, штока и т. д. Предлагаемое техническое решение позволяет выполнять конструкции клапанных устройств с оптимальными весогабаритными и энергетическими характеристиками.

Запорный орган, закрепленный во втулке, не касается стенок корпуса и при перемещениях не создает дополнительного трения при срабатывании клапана, что приводит к дополнительному снижению энергопотребления и через уменьшение габаритных размеров деталей клапана к уменьшению его габаритов в целом.

Снижено энергопотребление и габариты также за счет выполнения конструкции электрокатушки, охватывающей лишь рабочую зону якоря, что позволяет резко уменьшить габариты электрокатушки по длине и, следовательно, уменьшить энергопотребление.

Снижено энергопотребление и габариты за счет аннулирования внутренних отверстий в деталях механизма фиксации, якоре и других деталях, вследствие уменьшения их размеров и размеров электрокатушки.

Кроме того, расположенный в торце якоря постоянный магнит, ориентированный определенным образом своими полюсами в поле электрокатушки, способствует повышению тяговых характеристик электромагнитного клапана в результате взаимодействия полей электрокатушки и магнита. Увеличение тяговых характеристик позволяет резко уменьшать габариты якоря, электрокатушки и всего клапана в целом, не снижая его пропускной способности.

Повышена работоспособность за счет наличия фильтра на корпусе клапана, препятствующего проникновению твердых частиц, присутствующих в пропускаемой среде и ускоряющих износ деталей устройства.

Использование: в противоугонном устройстве автомобиля. Сущность изобретения: механизм фиксации содержит фиксирующую втулку, фиксатор и толкатель, жестко соединенный с якорем, подпружиненным пружиной сжатия, размещенной между якорем и втулкой. В корпусе выполнены в зоне выходного отверстия радиальные входные отверстия. В внутренней полости корпуса размещена с возможностью взаимодействия с механизмом фиксации и подпружиненная относительно седла втулка. Запорный орган установлен и подпружинен в втулке. В торце якоря установлен магнит, выполненный из самарий-кобальтового сплава. 2 з.п.ф-лы, 6 ил.

1. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ КЛАПАН, преимущественно для противоугонных систем, содержащий корпус, подпружиненный и подвижный в осевом направлении запорный орган, седло клапана и механизм фиксации, содержащий фиксирующую втулку, фиксатор и толкатель, жестко соединенный с якорем, подпружиненным пружиной сжатия, размещенной между якорем и фиксирующей втулкой, отличающийся тем, что, с целью уменьшения энергопотребления и габаритов и увеличения пропускной способности, в корпусе выполнены в зоне выходного отверстия радиальные входные отверстия, во внутренней полости корпуса размещена с возможностью взаимодействия с механизмом фиксации и подпружиненная относительно седла клапана втулка, а подвижный запорный орган установлен и подпружинен во втулке. 2. Клапан по п.1, отличающийся тем, что на торце якоря установлен магнит. 3. Клапан по пп.1 и 2, отличающийся тем, что магнит выполнен из самарий-кобальтового сплава.