ГИДРОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЙ КЛАПАН Российский патент 2002 года по МПК F02M47/02 F16K31/02 

Изобретение относится к гидрораспределительному клапану согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения.

Клапан такого типа известен, например, из патента US 4813601. Согласно этому патенту управляющий поршень клапанного элемента вставлен в меньшую по диаметру часть ступенчатого отверстия, плотно прилегая к его стенкам, с возможностью перемещения в этом отверстии, тогда как больший по диаметру поршень, перемещаемый пьезоэлектрическим приводом, размещен в большей по диаметру части этого ступенчатого отверстия. Между обоими поршнями образована гидравлическая полость, при этом при перемещении большего поршня пьезоэлектрическим приводом на определенное расстояние управляющий поршень клапанного элемента перемещается на большее расстояние, кратное величине соотношения диаметров ступенчатого отверстия. Клапанный элемент, управляющий поршень, больший по диаметру поршень и пьезоэлектрический привод расположены последовательно на общей оси.

Недостаток такого расположения состоит в том, что для такой конструкции, прежде всего из-за ее длины, а также с учетом того факта, что для достижения эффективного управления пьезоэлектрический привод имеет сравнительно большие габариты, требуется большое монтажное пространство.

Преимущество гидрораспределительного, соответственно распределительного клапана согласно изобретению с отличительными признаками п.1 формулы изобретения в сравнении с уровнем техники состоит в том, что пьезоэлектрический привод можно расположить отдельно перед собственно клапанным элементом с его управляющим поршнем, т.е. его можно пространственно сместить вбок от клапанного элемента. Тем самым при связанных с необходимостью в больших габаритах пьезоэлектрического привода рядом с расположенным по центру клапанным элементом высвобождается пространство и под размещение этого привода. При этом привод и клапанный элемент могут располагаться параллельно друг другу на больших расстояниях друг от друга.

Ниже изобретение более подробно поясняется на примере двух вариантов его выполнения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:
на фиг.1 - первый вариант выполнения клапана в виде 2/2-распределителя, встроенного в клапанную форсунку с электроприводом, с изображением той ее части, которая имеет наиболее важное значение для процесса управления, соответственно гидрораспределения, и
на фиг. 2 - второй вариант выполнения распределительного клапана в виде 3/2-распределителя.

Предлагаемый согласно изобретению гидрораспределительный клапан используется в клапанной форсунке для впрыскивания топлива, основные части которой показаны в разрезе на фиг.1. Эта клапанная форсунка имеет корпус 1, в котором в направляющем продольном отверстии 2 перемещается образующая клапанный запорный элемент игла 3 клапана, соответственно форсунки. На одном конце иглы предусмотрена конусообразная уплотняющая поверхность 4, взаимодействующая с седлом, которое выполнено в выступающем в камеру сгорания наконечнике 5 корпуса форсунки и от которого отходят распылительные отверстия, которые соединяют внутреннюю полость клапанной форсунки, в данном случае кольцевую полость 7, окружающую иглу 3 и заполненную топливом, находящимся под давлением впрыскивания, с камерой сгорания и через которые тем самым осуществляется впрыскивание, когда игла приподнята от своего седла. Кольцевая полость сообщается еще с одной напорной полостью 8, которая в свою очередь постоянно сообщается с напорной гидролинией 10, по которой к клапанной форсунке из топливного аккумулятора высокого давления, не показанного на чертеже, под давлением впрыскивания подается топливо. Это высокое давление топлива преобладает также и в напорной полости 8, в которой оно, действуя на конусную поверхность 11, может при соответствующих условиях известным образом приподнимать иглу от ее седла.

Другим концом игла перемещается в служащем направляющей цилиндрическом отверстии 12, ограничивая в нем своим торцом 14 распределительную напорную полость 15, которая дроссельным соединительным каналом 16 постоянно сообщается с кольцевой полостью 17, которая в свою очередь так же, как и кольцевая полость 8, постоянно сообщается с топливным аккумулятором высокого давления. В осевом направлении от распределительной напорной полости 15 отходит дросселирующее отверстие 19, которое проходит к седлу 20 распределительного клапана 21, имеющего предлагаемое согласно изобретению выполнение. С седлом 20 контактирует, соответственно взаимодействует клапанный элемент 22 распределительного клапана 21, который (клапанный элемент), находясь в поднятом положении, открывает проход между распределительной напорной полостью 15 и разгрузочной полостью.

На клапанный элемент 22 в направлении закрытия, т.е. в направлении к седлу 20, действует пружина 24 сжатия, удерживая этот клапанный элемент в контакте с седлом, благодаря чему в исходном положении распределительного клапана этот проход из распределительной напорной полости 15 закрыт. Поскольку площадь торца иглы, расположенного в зоне распределительной напорной полости, больше площади конусной поверхности 11 иглы, то же самое давление топлива в распределительной напорной полости, которое преобладает и в кольцевой полости 8, удерживает иглу 3 в закрытом положении. Однако при поднятии клапанного элемента 22 давление из распределительной напорной полости 15 сбрасывается по причине дросселирующего действия дроссельного соединительного канала 16. При отсутствии в этом случае запирающего усилия игла быстро переходит в открытое положение и может быть снова переведена действующим с другой стороны усилием в закрытое положение, как только клапанный элемент снова установится в свое закрытое положение. С этого момента давление топлива в распределительной напорной полости 15 благодаря притоку через дроссельный канал 16 снова быстро возрастает до первоначально высокого уровня.

Предлагаемый гидрораспределительный, соответственно распределительный клапан имеет управляющий поршень 25, который жестко соединен с клапанным элементом 22 и диаметр которого больше диаметра перемещающегося в корпусе 26 стержня 27. Поршень 25 перемещается в направляющем отверстии 28, плотно прилегая к его стенкам, и своим кольцевым уступом 29 ограничивает в месте перехода к стержню 27 перепускную полость 31 распределительного клапана, которая вытянута перпендикулярно оси управляющего поршня 25 и вбок. Эта перепускная полость 31 далее ограничена торцом 32 приводного поршня 33 таким образом, что она закрыта со всех сторон. Ось управляющего поршня лежит на одной прямой с осью иглы 3 форсунки, а ось приводного поршня 33 проходит параллельно этой оси. Приводной поршень 33 при этом также перемещается в корпусе 26 в соответствующем отверстии, плотно прилегая к его стенкам, и приводится в движение пьезоэлектрическим приводом 30, который на чертеже показан лишь условно. При возбуждении пьезоэлементов пьезоэлектрического привода они расширяются, благодаря чему приводной поршень этого пьезоэлектрического привода стремится уменьшить объем перепускной полости 31, что немедленно компенсируется подъемом управляющего поршня 25. Поскольку приводной поршень в диаметре имеет большую площадь со стороны перепускной полости 31 в сравнении с площадью кольцевого уступа 29 управляющего поршня, последний соответственно совершает движение на большую величину, кратную соотношению указанных площадей, и даже при небольших изменениях длины пьезоэлектрического привода смещается на гораздо большее расстояние против возвращающей силы пружины 24 сжатия, при этом распределительный клапан открывает дросселирующее отверстие 19, обеспечивая сброс давления из распределительной напорной полости 15.

Как указано выше, преимущество такой конструкции состоит в том, что пьезоэлектрический привод вместе с его приводным поршнем могут быть установлены рядом с управляющим поршнем 25, а их ось при этом проходит параллельно оси клапанной форсунки, и что за счет взаимного перекрытия деталей уменьшается конструктивная длина. Кроме того, упрощается изготовление, поскольку для привода нет необходимости предусматривать соосные отверстия различных диаметров, которые потребовали бы двойной пригонки.

Перепускная полость 31 при этом может быть выполнена таким образом, чтобы в зоне между торцами приводного и управляющего поршней имелся дросселирующий участок 34, наличие которого может обеспечить гашение колебаний, возникающих в результате очень быстрого перемещения пьезоэлектрического привода. Тем самым достигается надежный и плавный перевод клапанного элемента 22 распределительного клапана в открытое, соответственно закрытое положение.

Пример выполнения по фиг.2 отличается от такового по фиг.1 тем, что в данном случае распределительный клапан реализован не в виде 2/2-распределителя, а в виде 3/2-распределителя. В этом варианте клапанный элемент имеет головку 35, которая также через стержень 27 соединена с управляющим поршнем 25. Стержень 27 перемещается в направляющем отверстии 39, переходящем в расширенную полость 40, в которой головка 35 может совершать возвратно-поступательное движение. Эта полость через канал 37 постоянно сообщается с распределительной напорной полостью 15, которая не показана на чертеже и которая соответствует таковой по фиг.1. На участке перехода между полостью 40 и направляющим отверстием 39 образовано первое седло 41, с которым взаимодействует обращенная к управляющему поршню 25 конусообразная уплотняющая поверхность 42 головки клапана. К этой головке клапана на стержне примыкает кольцевая канавка 36, образующая вместе с направляющим отверстием кольцевую полость 44, которая через оканчивающуюся в направляющем отверстии 39 высоконапорную линию 45 постоянно сообщается с топливным аккумулятором высокого давления. При этом в показанном положении топливо через кольцевую полость 44 может поступать в полость 40, а из нее по каналу 37 в распределительную напорную полость 15, где это топливо благодаря своему высокому давлению удерживает иглу 3 в закрытом положении. Необходимость в предусмотренном в варианте по фиг.1 притоке по дроссельному каналу 16 в распределительную напорную полость 15 в этом случае отпадает.

На торце головки клапана имеется далее плоская уплотняющая поверхность 46, которой эта головка в показанном на чертеже положении плотно прилегает под действием пружины 24 сжатия к плоскому седлу 47. В этом положении головка клапана перекрывает разгрузочную линию 48, по которой может происходить сброс давления из полости 40, а также из распределительной напорной полости 15, когда головка 35 прилегает к первому седлу 41, перекрывая тем самым подвод высокого давления в полость 40. Головка клапана устанавливается в это положение тогда, когда, как и в вышеописанном варианте, приводной поршень 33 вытеснил через перепускную полость 31 рабочую среду, которой в данном случае, например, может служить и топливо и которая при этом, действуя на кольцевой уступ 29 управляющего поршня 25, подняла этот поршень. Таким путем с помощью этого 3/2-распределителя обеспечивается точно скоординированные сброс давления из распределительной напорной полости в одном из положений клапана и подвод в нее высокого давления в другом положении клапана. Преимущество указанного решения заключается в том, что при обесточенном пьезоэлектрическом приводе пружина 24 сжатия обеспечивает установку распределительного клапана в показанное на чертеже исходное положение, в котором разгрузочная линия 48 перекрыта, а в распределительной напорной полости 15 преобладает высокое давление топлива. Таким же образом и клапанная форсунка при невозбужденном пьезоэлектрическом приводе закрыта. Описанное выше является важной защитной мерой, поскольку при неполадках в системе электропитания транспортного средства предотвращается впрыскивание слишком большого количества топлива. Кроме того, снижается расход электроэнергии, необходимой для управления распределительным клапаном, поскольку для сброса давления к нему требуется подводить ток только лишь на время непродолжительного процесса впрыскивания, а на время более продолжительных пауз между впрыскиваниями его можно снова обесточивать. Существенное преимущество показанного на фиг.2 выполнения головки клапана состоит при этом также в том, что одно из седел является конусообразным, а другое - плоским. Благодаря предусмотренному в этом варианте плоскому седлу для пригонки обоих седел друг к другу не требуется каких-либо особых мер, что было бы необходимо в случае взаимодействия головки клапана с двумя конусообразными седлами. За счет выполнения головки клапана соответствующей формы в этом примере силы на головке 35 клапана можно уравновесить таким образом, чтобы они при использовании действующего на нее высокого давления топлива удерживали клапанный элемент в закрытом положении.

Изобретение относится к гидрораспределительной арматуре, в частности к гидрораспределительному клапану, используемому в клапанной форсунке для впрыскивания топлива. Гидрораспределительный клапан с клапанным элементом имеет управляющий поршень. Поршень нагружен пружиной в направлении закрытия клапанного элемента для удержания последнего в контакте с седлом клапана. Поршень ограничивает перепускную полость, которая ограничена пьезоэлектрическим приводом. При перемещении привода давление в этой перепускной полости повышается, и управляющий поршень перемещается против усилия пружины в направлении открытия. Привод расположен параллельно управляющему поршню и находится непосредственно рядом с ним. Перепускная полость разделена на первую и вторую части. Эти части сообщаются между собой каналом. В канале предусмотрен дросселирующий участок. Канал проходит перпендикулярно оси управляющего поршня. Изобретение расширяет функциональные возможности гидрораспределительного клапана, и повышается его надежность. 3 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Гидрораспределительный клапан с клапанным элементом (22), имеющим управляющий поршень (25), который нагружен пружиной (24) в направлении закрытия клапанного элемента (22) для удержания последнего в контакте с седлом (20) клапана и который ограничивает перепускную полость (31), которая также ограничена пьезоэлектрическим приводом (30), при перемещении которого давление в перепускной полости (31) повышается, перемещая управляющий поршень (25) против усилия пружины (24) в направлении открытия, отличающийся тем, что привод (30) расположен параллельно управляющему поршню (25) и находится непосредственно рядом с ним, а перепускная полость (31) разделена на первую и вторую части, которые сообщаются между собой каналом (34), в котором предусмотрен дросселирующий участок и который проходит перпендикулярно оси управляющего поршня. 2. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что клапанный элемент имеет две уплотняющие поверхности (42, 46), одна из которых прилегает к седлу (20) под действием пружины (24) в первом положении клапанного элемента (22), а другая прилегает ко второму седлу (47) во втором положении клапанного элемента (22) при возбужденном пьезоэлектрическом приводе. 3. Клапан по п. 2, отличающийся тем, что клапанный элемент имеет головку (35) клапана с первой управляющей конусообразной уплотняющей поверхностью (42), обеспечивающей вместе с первым седлом (20) подвод (45) высокого давления в распределительную напорную полость 15, и со второй плоской уплотняющей поверхностью (46), которая взаимодействует с плоским седлом (47) и вместе с ним управляет разгрузочной линией (48) распределительной напорной полости (15). 4. Клапан по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что он служит для регулирования давления в распределительной напорной полости (15) клапанной форсунки, имеющей клапанный запорный элемент (3), который под действием давления, преобладающего в распределительной напорной полости (15), удерживается в закрытом положении против действующего на нагруженные давлением поверхности (11) клапанного элемента (3) давления топлива, которое подается от топливного аккумулятора высокого давления, а при сбросе давления из распределительной напорной полости (15) под действием этого давления топлива устанавливается в открытое положение.