ЭЛЕКТРОУПРАВЛЯЕМЫЙ ГАЗОВЫЙ КЛАПАН Российский патент 1999 года по МПК F16K31/02 

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к системам топливоподачи газовых и газодизельных двигателей.

Известен электромагнитный клапан (см. авт. свид. СССР N 1401223, опубл. 07.06.88, бюл. N 21), содержащий корпус с входным и выходным отверстиями, электромагнит с втяжным якорем, подпружиненный запорный орган, на который воздействует шток, входящий в центральную расточку якоря и взаимодействующий с ним через упругий элемент (пружину), опирающийся одним концом на шток, а другим на регулировочный упор, связанный с якорем через резьбовое сопряжение.

Недостатком такой конструкции является наличие электромагнита с втяжным якорем, что не позволяет в небольших габаритах развить большую тяговую силу и обеспечить высокое быстродействие менее 5 мс, к тому же наличие упругого элемента в передаче от якоря к запорному органу вносит дополнительное запаздывание в процесс открытия клапана, что дополнительно снижает его быстродействие.

Известен клапан с электромагнитным приводом (см. авт. свид. СССР N 1537944, опубл. 23.01.90, бюл. N 3), содержащий корпус с каналами входа и выхода среды и седлом, перекрываемым основным запорным органом, подпружиненным в сторону седла, внутри которого установлен управляющий запорный орган, магнитопровод, немагнитную разделительную втулку, выполненную с кольцевым выступом в центральной части, подвижный стоп, который подпружинен упругим элементом со стороны верхнего торца указанного выступа.

Такая конструкция клапана позволяет значительно снизить ударные нагрузки при посадке на седло и тем самым повысить ресурс клапана. Однако для получения высокого быстродействия электромагнита с втяжным якорем требуется увеличение его магнитной системы и, как следствие, увеличение массы якоря, что ведет к снижению ресурса клапана.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является электромагнитный клапан, содержащий корпус с подводящим и отводящим отверстиями и с седлом, в котором установлен подпружиненный якорь - запорный орган, взаимодействующий с сердечником электромагнита, который центрируется при помощи стержня, упирающегося в гнездо, выполненное на якоре со стороны сердечника (см. авт. свид. СССР N 1183767, опубл.07.10.85, бюл. N 37).

Однако такая конструкция клапана имеет невысокий ресурс работы из-за большой массы запорного органа, которая при быстродействии клапана не менее 5 мс за короткий период разрушает уплотняющие плоскости седла и запорного органа, что приводит к потере его герметичности.

Целью изобретения является повышение ресурса электроуправляемого газового клапана с быстродействием менее 5 мс, т.к. использование его в качестве дозатора газа на газовых и газодизельных двигателях требует обеспечения не менее 200 млн. циклов без разборки клапана и допустимом изменении расходных характеристик за этот период работы не более 2 %.

Поставленная цель достигается тем, что в закрытом состоянии клапана запорный орган тарельчатого типа и якорь электромагнита кинематически разобщены, последний, центрирующийся плоской пружиной, выполняющий одновременно роль возвратной, воздействует, при движении к магнитопроводу электромагнита, на запорный орган посредством упора, который жестко связан с якорем электромагнита, а также за счет выполнения на запорном органе концентричных канавок на сопрягаемой с седлом поверхности.

Изобретение иллюстрируется чертежом, где представлена конструктивная схема предлагаемого электроуправляемого газового клапана.

Электроуправляемый газовый клапан состоит из корпуса 1, в котором размещаются седло 2, проставочное кольцо 3, ограничитель 4, запорный орган 5, магнитопровод электромагнита 6, катушка электромагнита 7. Между ограничителем 4 и проставочным кольцом 3 по периферии жестко зажата плоская пружина 8, которая центрирует и предохраняет от радиальных колебаний якорь электромагнита 9, сквозь центральные отверстия которых проходит упор 10 с гайкой 11, скрепляющей их через распорную втулку 12, одновременно являющуюся направляющей для запорного органа 5, который поджимается к седлу возвратной пружиной 13. Распорная втулка имеет буртик, ограничивающий перемещение запорного органа 5 вверх от сил инерции. Для амортизации возможных ударов между ними установлен упругий элемент 14. Между якорем электромагнита 9 и магнитопроводом электромагнита 6 расположены немагнитные прокладки 15, закрепленные между проставочным кольцом 3 и магнитопроводом электромагнита 6 и предназначенные для ускорения процесса отлипания якоря электромагнита от магнитопровода электромагнита. Для подвода и отвода газа имеются подводящие 16 и отводящие 17 отверстия.

Электроуправляемый газовый клапан работает следующим образом.

В исходном состоянии (на катушку электромагнита 7 питание не подано) якорь электромагнита 9 через плоскую пружину 8 лежит на ограничителе 4, запорный орган 5 разобщает подводящее 16 и отводящее 17 отверстия. Герметизация клапана осуществляется за счет воздействия давления газа, поступающего к запорному органу 5 через подводящее отверстие 16, и возвратной пружины 13, прижимающей его к седлу 2. Между запорным органом и упором 10 имеется зазор "а", который образуется в результате нахождения плоской пружины 8 в недеформированном состоянии и определенного размера распорной втулки 12, а между якорем электромагнита 9 и немагнитными прокладками 15 - зазор "б". Разность зазоров обуславливает фактический ход запорного органа 5.

При подаче на катушку электромагнита 7 напряжения питания под действием электромагнитных сил якорь электромагнита 9 начинает притягиваться к магнитопроводу электромагнита 6, деформируя плоскую пружину 8. Вместе с якорем электромагнита 9 перемещается упор 10, который, выбрав зазор "а", начинает поднимать запорный орган 5, тем самым соединяя подводящее 16 и отводящее 17 отверстия. При посадке якоря электромагнита 9 через немагнитные прокладки 15 на магнитопровод электромагнита 6 движение всех подвижных деталей прекращается и клапан имеет максимальное проходное сечение, соединяющее подводящее и отводящее отверстия.

После снятия питания под действием упругой силы плоской пружины 8 якорь электромагнита 9 возвращается в исходное положение. Перемещающийся с ним упор 10 освобождает запорный орган 5, который под действием возвратной пружины 13 также перемещается вслед за якорем электромагнита 9 и после посадки на седло 2 разобщает подводящее 16 и отводящее 17 отверстия. Якорь электромагнита 9 садится на ограничитель 4, и между упором 10 и запорным органом 5 вновь образуется зазор "а", а между якорем электромагнита 9 и немагнитными прокладками 15 - зазор "б".

Использование настоящего изобретения позволяет обеспечить качественное управление дозированием подачи газа по каждому цилиндру двигателя внутреннего сгорания, что достигается за счет обеспечения электроуправляемым газовым клапаном стабильной расходной характеристики в течение длительного времени, а именно свыше 5000 часов необслуживаемой его работы. Установка электроуправляемого газового клапана на каждый цилиндр двигателя внутреннего сгорания, являющегося энергетическим приводом генератора переменного тока, обеспечивает работу энергетической установки по первому классу регулирования ГОСТ 10511-83, что позволяет повысить качество вырабатываемой электроэнергии.

Изобретение найдет применение в системах подачи газа с микропроцессорным управлением режимов работы двигателя внутреннего сгорания, в частности в дизельных двигателях, работающих по газодизельному циклу, а также двигателях с искровым зажиганием, использующих в качестве топлива природный или сжатый газ.

Электроуправляемый газовый клапан предназначен для систем топливоподачи газовых и газодизельных двигателей. Электроуправляемый газовый клапан содержит корпус с подводящим и отводящим отверстиями, седло, запорный орган, якорь электромагнита, взаимодействующий с магнитопроводом. Якорь электромагнита и запорный орган выполнены как отдельные элементы, связанные между собой упором. Упор жестко закреплен на якоре электромагнита через распорную втулку. Между якорем электромагнита и магнитопроводом расположены немагнитные прокладки. Немагнитные прокладки выполнены в виде шайб. Шайбы имеют отверстия, расположенные по периметру катушки электромагнита. В закрытом состоянии клапана между немагнитными прокладками и якорем электромагнита, а также между упором и запорным органом имеется зазор. Изобретение позволяет обеспечить качественное управление дозированием подачи газа по каждому цилиндру двигателя внутреннего сгорания, повысить ресурс электроуправляемого газового клапана. 5 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Электроуправляемый газовый клапан, содержащий корпус с подводящим и отводящим отверстиями, седло, запорный орган, якорь электромагнита, взаимодействующий с магнитопроводом, отличающийся тем, что якорь электромагнита и запорный орган выполнены как отдельные элементы, связанные между собой упором, жестко закрепленным на якоре электромагнита через распорную втулку, и между якорем электромагнита и магнитопроводом расположены немагнитные прокладки, выполненные в виде шайб, имеющих отверстия, расположенных по периметру катушки электромагнита, причем в закрытом состоянии клапана между немагнитными прокладками и якорем электромагнита, а также между упором и запорным органом имеется зазор. 2. Клапан по п.1, отличающийся тем, что зазор между якорем электромагнита и немагнитными прокладками больше зазора между упором и запорным органом. 3. Клапан по п.1, отличающийся тем, что распорная втулка выполнена с ограничительным буртиком, между которым и запорным органом расположен упругий элемент. 4. Клапан по п.1, отличающийся тем, что на уплотняющей поверхности запорного органа имеются концентричные канавки. 5. Клапан по пп.1 и 4, отличающийся тем, что запорный орган поджимается к упору пружиной в открытом состоянии клапана. 6. Клапан по п.1, отличающийся тем, что якорь электромагнита снабжен упругим элементом в виде плоской пружины и ограничителем хода якоря электромагнита, периферийная часть упругого элемента неподвижно закреплена между ограничителем хода якоря электромагнита и магнитопроводом электромагнита через проставочное кольцо, а цент жестко соединен с центром якоря электромагнита.