КЛАПАН ДЛЯ ДОЗИРОВАННОЙ ПОДАЧИ ПАРОВ ТОПЛИВА Российский патент 2002 года по МПК F02M25/08 F02M51/00 

Настоящее изобретение относится к клапану для дозированной подачи паров испаряющегося из топливного бака двигателя внутреннего сгорания (ДВС) топлива во впускную трубу ДВС, при этом такой клапан имеет продольную ось и состоит из корпуса, снабженного впускным патрубком для присоединения к соответствующему патрубку топливного бака или к установленному за ним адсорбционному фильтру для паров топлива и выпускным патрубком для присоединения к впускной трубе, из размещенного внутри корпуса между впускным и выпускным патрубками клапанного элемента, имеющего привод от электромагнита с магнитным сердечником и взаимодействующего с седлом, выполненным на соответствующем седельном элементе, и из выполненного в выпускном патрубке сопла, имеющего сужающуюся и расширяющуюся части.

Клапан подобного типа, известный, например, из DE-PS 4229110, имеет седло, которое образовано по краю входного сечения сопла Лаваля и к которому в закрытом положении клапана прилегает цилиндрический клапанный элемент с приводом от электромагнита. Этим седлом клапана тем самым ограничивается осевой габарит сопла Лаваля. Выполнение сопла в виде сопла Лаваля позволяет достичь сравнительно высоких скоростей прохождения потока с той целью, чтобы при заданном расходе через клапан гидравлическое сопротивление имело лишь относительно небольшую величину.

Однако при этом возникает проблема высокоточного регулирования расхода, поскольку клапанный элемент всегда должен непосредственно перекрывать относительно большое входное сечение сопла Лаваля. Кроме того, для обеспечения определенного расхода ход клапанного элемента при подъеме от седла также должен иметь определенную величину, которая, однако, зависит от конструктивного исполнения сопла Лаваля, в частности от размеров его самого узкого сечения, поэтому согласование характеристики клапана можно осуществлять только путем конструктивного изменения формы сопла Лаваля, что, однако, сопряжено с высокими издержками.

В основу настоящего изобретения была положена задача устранить указанные выше недостатки, присущие клапану известной коснтрукции.

Эта задача решается согласно изобретению благодаря тому, что в направлении продольной оси клапана между седлом клапана и входным сечением сопла имеется зазор.

Преимущество предлагаемого в изобретении клапана в сравнении с известным клапаном состоит в том, что даже при высоких расходах топлива на клапане требуется создавать лишь относительно небольшой перепад давления.

Особое преимущество состоит при этом лишь в небольшой величине хода клапана, необходимой для регулирования расхода, что позволяет на практике реализовать обладающий высоким быстродействием клапан, который, кроме того, характеризуется лишь незначительным разбросом значений расхода.

Еще одно преимущество состоит в том, что предлагаемый в изобретении клапан обладает такой характеристикой, при которой в зависимости от перепада давления обеспечивается быстрый подъем кривой расхода при небольших перепадах давления и постоянный расход при больших перепадах давления.

Особое преимущество предлагаемого клапана состоит в возможности очень легкого изменения его характеристики.

Согласно одному из вариантов седельный элемент и выпускной патрубок предлагается выполнять в виде отдельных деталей.

В соответствии с другим вариантом седельный элемент предпочтительно образует ярмо, замыкающее магнитную цепь электромагнита, и расположен в клапане с зазором от входного сечения сопла.

В следующем варианте между седельным элементом и выпускным патрубком предпочтительно предусмотреть уплотнительное кольцо.

Предпочтительно далее, чтобы размер сечения по меньшей мере одного окруженного седлом клапана отверстия в седельном элементе был существенно меньше размера входного сечения сопла. При этом предпочтительно, чтобы размер указанного сечения по меньшей мере одного отверстия предпочтительно составлял 10-20% от размера входного сечения сопла.

Кроме того, в седельном элементе предпочтительно предусмотреть два отверстия в форме круговых полуколец или П-образной формы.

Согласно еще одному варианту осуществления изобретения предпочтительно, чтобы размер входного сечения сопла был по меньшей мере в 1,1-2 раза больше выходного сечения сопла.

В соответствии еще с одним вариантом предпочтительно, чтобы длина сопла, измеренная между входным сечением и выходным сечением, была в 3-5 раз больше диаметра сопла у входного сечения.

Помимо этого сопло предпочтительно выполнять с плавно переходящими одно в другое сечениями.

Ход клапанного элемента, ограниченный седельным элементом и магнитным сердечником, предпочтительно выбирать в зависимости от самого узкого сечения сопла. Помимо этого клапанный элемент предпочтительно выполнен с возможностью регулирования его хода с помощью магнитного сердечника.

Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере одного из вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые упрощенные чертежи, на которых показано:
на фиг.1 - продольный разрез предлагаемого в изобретении клапана,
на фиг. 2 - вид в перспективе седельного элемента клапана согласно первому варианту выполнения и
на фиг.3 - вид снизу седельного элемента клапана согласно второму варианту выполнения.

Схематически показанный на фиг.1 в продольном разрезе клапан 1 служит для дозированной подачи паров испаряющегося из топливного бака ДВС топлива во впускную трубу ДВС и является частью подробно не показанной на чертеже системы улавливания паров топлива для ДВС со сжатием рабочей смеси и принудительным зажиганием. Конструкция и принцип действия таких систем улавливания паров топлива описаны, например, в Bosch Technische Unterrichtung (Бюллетень технической информации фирмы Бош), Motormanagement Motronic, 2-е изд., август 1993, стр. 48-49. Конструкция и принцип действия клапана 1, называемого также регенеративным клапаном или спускным клапаном для удаления паров топлива из топливного бака, известны также из публикации DE-OS 4023044, содержание которой включено в настоящее описание в качестве ссылки.

Клапан 1 имеет расположенный коаксиально его продольной оси 2 корпус, состоящий из двух частей, а именно из цилиндрической гильзообразной нижней корпусной детали 4 со ступенчато изменяющимся по ее длине диаметром и выполненной в виде крышки верхней корпусной детали 5. Верхняя корпусная деталь 5, например, насажена на нижнюю корпусную деталь 4, охватывая при этом последнюю по ее наружной поверхности. Обе корпусные детали 4, 5 предпочтительно изготовлены из пластмассы и соединены друг с другом либо неразъемно, например ультразвуковой сваркой, либо разъемно, например с помощью фиксаторов или пружинных защелок. На нижней корпусной детали 4 выполнен впускной патрубок 8 для присоединения к не показанному на чертеже и служащему для удаления паров топлива патрубку (вытяжному патрубку) топливного бака ДВС или к установленному за ним адсорбционному фильтру. Адсорбционный фильтр служит, как известно, для промежуточного накопления, соответственно аккумулирования паров топлива, испаряющегося из топливного бака, и заполнен, например, активированным углем. Верхняя корпусная деталь 5 имеет выпускной патрубок 9 для присоединения к впускной трубе ДВС.

Впускной патрубок 8 и выпускной патрубок 9, выполненные соответственно в корпусных деталях 4 и 5, расположены практически соосно друг другу. Внутри нижней корпусной детали 4 расположен электромагнит 12. Электромагнит 12 имеет выполненный в виде стакана корпус 14 с проходящим коаксиально сквозь его дно 25 полым цилиндрическим магнитным сердечником 15 и цилиндрическую катушку 16 возбуждения, которая закреплена на каркасе 17 и расположена в корпусе 14 электромагнита, охватывая магнитный сердечник 15. За одно целое с корпусом 14 выполнен выступающий наружу от его дна 25 патрубок 18 с внутренней резьбой 19, в который ввинчен снабженный наружной резьбой участок 20 полого цилиндрического магнитного сердечника 15. Вращая магнитный сердечник 15, его можно перемещать вдоль оси корпуса 14 и тем самым точно регулировать его положение. Полость магнитного сердечника 15 образует осевое сквозное отверстие 21, по которому пары топлива могут проходить от впускного патрубка 8 к выпускному патрубку 9.

Корпус 14 электромагнита с магнитным сердечником 15 вставлен при этом в нижнюю корпусную деталь 4 таким образом, что между наружной поверхностью 22 стенки корпуса 14 и внутренней поверхностью 23 стенки нижней корпусной детали 4 остаются осевые каналы 24, которые в окружном направлении расположены, например, с одинаковым угловым шагом относительно друг друга, при этом на фиг.1 видны лишь, например, только два таких канала 24. Эти осевые каналы 24 через кольцевую полость 27, образованную в нижней корпусной детали 4 между дном 25 корпуса 14 электромагнита и впускным патрубком 8, сообщаются с одной стороны с самим впускным патрубком 8, а с другой стороны через отверстия 28, выполненные в корпусе 14 вблизи его открытого конца, сообщаются с той полостью корпуса 14, которая расположена по ходу потока за катушкой 16 возбуждения. Благодаря наличию этих осевых каналов 24 пары топлива, поступающие во впускной патрубок 8 и обтекающие в последующем корпус 14, могут также служить для отвода выделяющегося в электромагните тепла.

Верхний в плоскости чертежа край 29 корпуса 14 отогнут наружу и служит тем самым опорным фланцем для выполненного в виде скобы седельного элемента 31, т.е. элемента, образующего седло клапана. Этот седельный элемент 31 служит одновременно ярмом, замыкающим магнитную цепь электромагнита 12. Седельный элемент 31 частично перекрывает корпус 14 электромагнита и закреплен с помощью по меньшей мере двух показанных на фиг.2 и 3 калибровых отверстий 47 на нижней корпусной детали 4. При этом седельный элемент 31, опирающийся на край 29, вставлен по периметру в П-образный в сечении паз эластичного опорного кольца 32, зажатого в свою очередь между обеими корпусными деталями 4 и 5. Изготовленный из магнитного материала клапанный элемент 36 одновременно является якорем электромагнита 12 и закреплен на плоской пружине 33, которая зажата по ее краям между седельным элементом 31 и краем 29. В седельном элементе 31 выполнено по меньшей мере одно сквозное отверстие 34. Однако в рассматриваемом примере предусмотрены два таких щелевидных сквозных отверстия 34, которые, как показано на фиг.2, выполнены, например, в форме круговых полуколец и расположены друг против друга, взаимно дополняя друг друга по форме до мнимого кольца. Однако, как показано на фиг.3, где изображен второй пример выполнения седельного элемента 31 в горизонтальной проекции, сквозные отверстия 34 могут быть выполнены П-образной формы, взаимно дополняя друг друга по форме до мнимого прямоугольника. Оба этих отверстия 34 могут перекрываться одним клапанным элементом 36, благодаря чему образуется клапан с двойным седлом 37. Как показано на фиг.1, в клапанном элементе 36 предусмотрено сквозное отверстие 38, которое проходит коаксиально полому цилиндрическому магнитному сердечнику 15 и через которое топливо, протекающее от впускного патрубка 8 по сквозному отверстию 21 магнитного сердечника 15, может поступать при открытых отверстиях 34 в выпускной патрубок 9. Клапанный элемент 36 поджат в направлении к выпускному патрубку 9 возвратной пружиной 43, которая опирается с одной стороны на клапанный элемент 36, а с другой стороны - на трубчатый конец 41 магнитного сердечника 15.

На обращенной к двойному седлу 37 стороне клапанного элемента 36 предусмотрено уплотнение 42 из эластичного материала, например из эластомера, соответственно резины. Это резиновое уплотнение 42 прилегает также к стенкам сквозного отверстия 38, немного выступая за обращенный от двойного седла 37 край этого отверстия в клапанном элементе 36. В обесточенном состоянии электромагнита 12 возвратная пружина 43 прижимает клапанный элемент 36 с резиновым уплотнением 42 к двойному седлу 37, перекрывая тем самым отверстия 34. Когда же к электромагниту 12 приложено напряжение, клапанный элемент 36 с его резиновым уплотнением 42, выступающим из сквозного отверстия 38, прижимается к концу 41 магнитного сердечника 15, образующему ограничитель 44 хода клапанного элемента 36. С помощью регулировочной винтовой пары, образованной внутренней резьбой 19 патрубка 18 корпуса 14 электромагнита и снабженным наружной резьбой участком 20 магнитного сердечника 15, ограничитель 44 можно перемещать в осевом направлении, задавая тем самым максимальный расход через клапан при подъеме клапанного элемента 36 от двойного седла 37 на максимальную величину. Возвратная пружина 43 выполнена относительно слабой, поскольку благодаря перепаду давления между выпускным патрубком 9 и впускным патрубком 8 на клапанный элемент 36 в направлении закрытия действует всасывающая сила, усиливая запорное действие возвратной пружины 43. При работе ДВС управление электромагнитом 12 осуществляется путем посылки тактовых импульсов от не показанного на чертеже электронного блока управления, для подсоединения к которому на верхней корпусной детали 5 предусмотрен штекерный присоединительный элемент 50. Частота следования тактовых импульсов определяется текущим режимом работы ДВС, что позволяет соответствующим образом регулировать расход паров топлива, поступающих в выпускной патрубок 9 от впускного патрубка 8 через сквозные отверстия 34.

К обращенной к выпускному патрубку 9 стороне 49 седельного элемента 31 прилегает уплотнительное кольцо 51, которое уплотняет наружную кольцевую полость 52, образованную между седельным элементом 31 и верхней корпусной деталью 5, относительно сообщающейся с отверстиями 34 внутренней полости 53 в выпускном патрубке 9. Проходящий через выпускной патрубок 9 канал выполнен в форме сопла 55 Лаваля, которое, как известно, состоит из сужающейся части 56 и расширяющейся части 57. Сопло 55 Лаваля при этом сужается по ходу потока от первого входного сечения 60 вблизи седельного элемента 31 до самого узкого сечения 61, а затем вновь расширяется от этого самого узкого сечения 61 до выходного сечения 62 у выпускного конца. Сечения 60, 61, 62 выполнены при этом такими, что входное сечение 60 по меньшей мере равно выходному сечению 62 или больше него. Предпочтительно, однако, чтобы размер входного сечения 60 превышал размер выходного сечения 62 в 1,1-2 раза. Размер самого узкого сечения 61 в предпочтительном варианте должен быть в 2-4 раза меньше размера входного сечения 60. Длина сопла 55 Лаваля, измеренная между входным сечением 60 и выходным сечением 62, например, в 3-5 раз превышает диаметр сопла у входного сечения 60. В направлении продольной оси 2 клапана между верхней стороной 49 седельного элемента 31 и входной стороной выпускного патрубка 9, в которой лежит входное сечение 60, имеется зазор, благодаря чему между указанной верхней стороной 49, входной стороной выпускного патрубка 9 и уплотнительным кольцом 51 образована промежуточная полость 63, которая по меньшей мере в одном боковом направлении, перпендикулярном продольной оси 2 клапана, удлинена до диаметра сопла у входного сечения 60 и в которой оканчиваются сквозные отверстия 34. Поскольку для прекращения подачи топлива клапанный элемент 36 должен перекрывать лишь оба отверстия 34 в седельном элементе 31, путем простого изменения величины хода клапанного элемента 36 можно оптимально отрегулировать расход через самое узкое сечение 61 сопла 55 Лаваля, не изменяя при этом соотношения размеров сечений сопла 55 Лаваля. При этом сечения обоих отверстий 34 существенно меньше размера входного сечения 60 сопла 55 Лаваля. В предпочтительном варианте площадь обоих сечений вместе составляет приблизительно лишь 10-20% от площади входного сечения 60.

Относительно малое сечение обоих отверстий 34 обеспечивает очень быстрое прерывание подачи топлива с помощью клапанного элемента 36, что позволяет на практике реализовать обладающий высоким быстродействием клапан 1. При этом заданный расход топлива через клапан 1 можно отрегулировать путем простого изменения величины хода клапанного элемента поворотом магнитного сердечника 15 в корпусе 14 электромагнита.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к клапанам для дозированной подачи паров испаряющегося из топливного бака двигателя внутреннего сгорания (ДВС) топлива во впускную трубу ДВС. Изобретение позволяет упростить конструкцию, повысить быстродействие клапана и точность регулирования расхода. Клапан для дозированной подачи паров испаряющегося из топливного бака двигателя внутреннего сгорания (ДВС) топлива во впускную трубу ДВС содержит продольную ось. Корпус клапана снабжен впускным патрубком для присоединения к соответствующему патрубку топливного бака или к установленному за ним адсорбционному фильтру для паров топлива и выпускным патрубком для присоединения к впускной трубе. Клапанный элемент размещен внутри корпуса между впускным и выпускным патрубками, имеет привод от электромагнита с магнитным сердечником и взаимодействует с седлом, выполненным на соответствующем седельном элементе. Сопло выполнено в выпускном патрубке и имеет сужающуюся и расширяющуюся части. В направлении продольной оси клапана между седлом клапана и входным сечением сопла имеется зазор. 11 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Клапан для дозированной подачи паров испаряющегося из топливного бака двигателя внутреннего сгорания (ДВС) топлива во впускную трубу ДВС, имеющий продольную ось и состоящий из корпуса, снабженного впускным патрубком для присоединения к соответствующему патрубку топливного бака или к установленному за ним адсорбционному фильтру для паров топлива и выпускным патрубком для присоединения к впускной трубе, из размещенного внутри корпуса между впускным и выпускным патрубками клапанного элемента, имеющего привод от электромагнита с магнитным сердечником и взаимодействующего с седлом, выполненным на соответствующем седельном элементе, и из выполненного в выпускном патрубке сопла, имеющего сужающуюся и расширяющуюся части, отличающийся тем, что в направлении продольной оси (2) клапана между седлом (37) клапана и входным сечением (60) сопла (55) имеется зазор. 2. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что седельный элемент (31) и выпускной патрубок (9) выполнены в виде отдельных деталей. 3. Клапан по п. 1 или 2, отличающийся тем, что седельный элемент (31) образует ярмо, замыкающее магнитную цепь электромагнита (12), и расположен в этом клапане (1) с зазором от входного сечения (60) сопла (55). 4. Клапан по п. 2 или 3, отличающийся тем, что между седельным элементом (31) и выпускным патрубком (9) предусмотрено уплотнительное кольцо (51). 5. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что размер сечения по меньшей мере одного окруженного седлом (37) клапана отверстия (34) в седельном элементе (31) существенно меньше размера входного сечения (60) сопла (55). 6. Клапан по п. 5, отличающийся тем, что размер сечения по меньшей мере одного отверстия (34) составляет 10-20% от размера входного сечения (60) сопла (55). 7. Клапан по п. 5 или 6, отличающийся тем, что в седельном элементе (31) предусмотрены два отверстия (34) в форме круговых полуколец или П-образной формы. 8. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что размер входного сечения (60) сопла (55) по меньшей мере в 1,1-2 раза больше выходного сечения (62) сопла (55). 9. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что длина сопла (55), измеренная между входным сечением (60) и выходным сечением (62), в 3-5 раз больше диаметра сопла у входного сечения (60). 10. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что сопло (55) выполнено с плавно переходящими одно в другое сечениями. 11. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что ход клапанного элемента (36), ограниченный седельным элементом (31) и магнитным сердечником (15), выбран в зависимости от самого узкого сечения (61) сопла (55). 12. Клапан по п. 11, отличающийся тем, что клапанный элемент (36) выполнен с возможностью регулирования его хода с помощью магнитного сердечника (15).