КЛАПАННЫЙ МОДУЛЬ ДЛЯ ПОДАЧИ ТЕКУЧИХ, ПРЕЖДЕ ВСЕГО ГАЗООБРАЗНЫХ, СРЕД Российский патент 2012 года по МПК F16K1/44 F16K31/06 F02M21/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к клапанному модулю для подачи текучих, прежде всего газообразных, сред в двигатель внутреннего сгорания, более подробно охарактеризованному в ограничительной части п.1 формулы изобретения.

Уровень техники

Из публикации DE 10319920 А1 известен клапан для управления потоком текучей среды, причем этот известный электромагнитный клапан содержит запорный орган, управляющий потоком среды от входной стороны к выходной стороне и взаимодействующий с плоским клапанным седлом, которое расположено на пластине клапана.

В зоне седла клапан снабжен уплотнительным элементом, установленным на торцовой стороне запорного органа и имеющим одну или несколько рабочих кромок. Уплотнительный элемент может быть выполнен в форме кольца и на торцовой стороне запорного органа вставлен в соответствующий кольцевой паз.

Такие известные впрыскивающие или впускные клапаны или форсунки, используемые также или в особенности, для газообразных сред, конструктивно и функционально, по существу, сходны с впрыскивающими клапанами для жидких сред и поэтому не всегда полностью удовлетворяют специфическим требованиям, которые газообразные среды предъявляют к клапанам. Так, в газовом двигателе внутреннего сгорания или в топливном элементе приходится обеспечивать подачу значительно большего количества текучей среды, чем в двигателе внутреннего сгорания, работающем на жидком топливе, поэтому поперечное сечение клапана и ход его якоря клапана рассчитаны соответствующим образом. Для газообразных сред целесообразно использовать клапаны с управляемыми по току конечными ступенями, обеспечивающими очень короткое время открывания клапана, но позволяющими запорному органу с очень высокой скоростью соударяться с клапанным седлом.

Проблематичной при этом является высокая нагрузка на уплотнительное устройство между запорным органом и клапанным седлом, которое наряду с повышением герметичности служит также для увеличения срока службы клапана вследствие снижения износа клапанного седла, а также для уменьшения шума. Поскольку в отличие от впрыскивающих клапанов для жидкого топлива, смазка которых происходит за счет присущих жидкому топливу смазывающих свойств, износостойкость клапанов, используемых для газообразных сред, в зоне между запорным органом и клапанным седлом значительно выше, особое значение приобретает конструктивное исполнение этой зоны и предусмотренных в ней уплотнительных колец.

Из публикации DE 10353011 А1, в которой раскрыто решение, наиболее близкое к изобретению по технической сущности, известен клапанный модуль для подачи текучих, прежде всего газообразных, сред в двигатель внутреннего сгорания, содержащий втулку клапана, в которой расположен якорь клапана с запорным органом, установленный для управления потоком текучей среды между входной стороной и выходной стороной с возможностью его направленного осевого перемещения относительно элемента клапана, образующего клапанное седло и неподвижно установленного во втулке клапана. У запорного органа клапана предусмотрено уплотнительное устройство, выполненное по меньшей мере с двумя кольцевыми уплотнительными выступами и расположенное по отношению по меньшей мере к одному проходному отверстию таким образом, чтобы в закрытом положении клапанного модуля по меньшей мере одно проходное отверстие находилось между уплотнительными выступами.

Раскрытие изобретения

Задача изобретения состоит в создании клапана для подачи текучих, прежде всего газообразных, сред в двигатель внутреннего сгорания, в котором необходимая герметичность была бы обеспечена на весь срок службы и который можно было бы изготавливать по простой и экономичной технологии с обеспечением гибкости проектирования и точной воспроизводимости в условиях крупносерийного производства.

Объектом изобретения является клапанный модуль для подачи текучих, прежде всего газообразных, сред в двигатель внутреннего сгорания, содержащий втулку клапана, в которой расположен якорь клапана с запорным органом, установленный для управления потоком текучей среды между входной стороной и выходной стороной с возможностью его направленного осевого перемещения относительно элемента клапана, образующего клапанное седло и неподвижно установленного во втулке клапана, причем предусмотрено уплотнительное устройство, выполненное по меньшей мере с двумя кольцевыми уплотнительными выступами и расположенное по отношению по меньшей мере к одному проходному отверстию таким образом, чтобы в закрытом положении клапанного модуля по меньшей мере одно проходное отверстие находилось между уплотнительными выступами. В предлагаемом в изобретении клапанном модуле вышеуказанная задача решена за счет того, что уплотнительное устройство выполнено с двумя отдельными уплотнительными выступами, причем уплотнительное устройство закреплено на торцовой поверхности запорного органа или на торцовой поверхности клапанного седла методом вулканизации, литья на основание или наклеивания.

Предлагаемое в изобретении решение позволяет создать клапанный модуль, имеющий оптимизированное в отношении герметичности во всех рабочих состояниях в течение всего срока службы, простое и экономичное исполнение и весьма невысокую подверженность изнашиванию. Отдельные уплотнительные выступы представляют собой уплотнительные элементы, изготавливаемые независимо друг от друга, расположенные на расстоянии друг от друга и выполненные различных диаметров. Такие уплотнительные элементы точно воспроизводятся в условиях крупносерийного производства при любых возможных диаметрах и минимальных допусках (отклонениях от номинальных размеров), что обеспечивает сокращение производственных затрат. Поскольку отдельные уплотнительные выступы закрепляются на торцовых поверхностях запорного органа или клапанного седла, являющихся плоскими, для их крепления особенно подходят методы вулканизации, литья на основание или наклеивания. Таким образом, изобретение представляет собой простое и экономичное решение, которое также обеспечивает большую свободу проектирования, поскольку уплотнительные элементы имеют свободно выбираемый диаметр.

Особенно простое, экономичное и рациональное с точки зрения технологичности исполнение клапанного модуля обеспечивается благодаря расположению уплотнительного устройства на торцовой поверхности якоря клапана, обращенной к седлу клапана.

Если уплотнительное устройство расположено на поверхности клапанного седла, обращенной к якорю клапана, оптимальное функционирование механизма запирания возможно даже без направления движения якоря.

Если уплотнительное устройство выполнено с уплотнительным кольцом, состоящим из двух уплотнительных выступов, достигается особенно надежное расположение уплотнительного устройства на запорном органе.

Клапанное седло и запорный орган можно изготавливать особенно просто и экономично, если уплотнительное устройство размещается без ограничений в радиальном направлении, т.е. не имеет боковых направляющих.

Уплотнительное устройство может быть выполнено с использованием эластомера или из него или же с использованием термопласта или из него,

В другом предпочтительном варианте исполнения предлагаемого в изобретении клапанного модуля якорь клапана, прежде всего обращенная к седлу клапана поверхность запорного органа, и/или клапанное седло могут быть упрочнены для повышения износостойкости, прежде всего путем с упрочнением поверхностного слоя.

Другие преимущества и предпочтительные варианты предмета изобретения приведены в описании, на чертежах и формуле изобретения.

Краткое описание чертежей

В следующем ниже описании более подробно рассматриваются три варианта выполнения предлагаемого в изобретении клапанного модуля со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:

на фиг.1 - упрощенный вид в продольном разрезе клапанного модуля, содержащего уплотнительное устройство с двумя отдельными уплотнительными выступами, расположенное на запорном органе клапана,

на фиг.2 - фрагмент вида в аксонометрии клапанного модуля, показанного на фиг, 1, с двумя отдельно закрепленными на якоре клапана уплотнительными выступами;

на фиг.3 - схематический вид в продольном разрезе клапанного модуля, аналогичного клапанному модулю, показанному на фиг.1, и включающего в себя уплотнительное устройство в другом исполнении - с уплотнительным кольцом, снабженным двумя уплотнительными выступами,

на фиг.4 - упрощенный вид в продольном разрезе другого клапанного модуля, соответствующего модулю, показанному на фиг.1 и 3, и включающего в себя уплотнительное устройство в третьем варианте исполнения с двумя отдельно закрепленными на седле клапана уплотнительными выступами.

Осуществление изобретения

На чертежах в схематическом виде представлен клапанный модуль 1 форсунки, рассчитанный на использование в топливном элементе или газовом двигателе внутреннего сгорания автомобиля и служащий для управления потоком текучей среды от входной стороны 3 к выходной стороне 5.

В известном варианте исполнения газовая форсунка может иметь состоящий из нескольких частей корпус, в котором размещен электромагнитный исполнительный механизм с катушкой возбуждения, охватывающей представленный клапанный модуль 1.

Клапанный модуль 1 включает в себя втулку 7 клапана, которая может быть изготовлена из немагнитного материала методом глубокой вытяжки или по другой технологии обработки давлением. Во втулке 7 клапана с возможностью осевого перемещения установлен якорь 9 из магнитомягкого материала, имеющий запорный орган 11, выполненный для взаимодействия с клапанным седлом 13, образованным элементом 15 клапана.

В представленных вариантах исполнения клапанное седло 13 выполнено во вставленном во втулку 7 и закрепленном в ней, например сваркой, элементе 15 клапана, который в данном случае выполнен в виде гильзы с основанием, образующим клапанное седло 13, но в другом варианте может также иметь только форму диска. В зоне клапанного седла 13 расположено несколько проходных отверстий 17 по типу диска с отверстиями для впрыскивания.

В активном открытом состоянии газовой форсунки, показанном на фиг.1, 3 и 4, когда магнитный якорь 9 клапана с запорным органом 11 поднимается электромагнитным исполнительным механизмом с клапанного седла 13, газообразная среда может протекать через проходные отверстия 17 и поступать в камеру сгорания.

В неактивном закрытом состоянии газовой форсунки 1 без электромагнитного воздействия запорный орган 11 вместе с клапанным седлом 13 и уплотнительным устройством 21, 21', 21'' перекрывают поток текучей среды от входной стороны 3 к выходной стороне 5, причем выполненный на якоре 9 клапана запорный орган 11 удерживается в закрытом положении усилием не показанной на чертеже возвратной пружины.

Уплотнительное устройство 21, 21', 21'', расположенное между торцовой поверхностью 10 запорного органа 11 и торцовой поверхностью 16 образующего клапанное седло элемента 15, имеет в данном случае два кольцевых уплотнительных выступа 22, 22', 22'', которые расположены относительно проходных отверстий 17 таким образом, чтобы в закрытом положении клапана эти отверстия "были герметично изолированы, находясь между уплотнительными выступами 22, 22', 22''. В рассматриваемых вариантах осуществления изобретения уплотнительное устройство 21, 21', 21'' образовано путем нанесения эластомера методом вулканизации, соответственно, на торцовую поверхность 16 клапанного седла 13 и на торцовую поверхность 10 якоря 9 клапана, однако в другом варианте осуществления изобретения оно может быть также изготовлено с использованием термопласта или из него. Уплотнительный материал можно по выбору наносить также методом литья на основание.

В вариантах исполнения, показанных на фиг.1 и 3, уплотнительное устройство 21, 21' размещено на торцовой поверхности 10 запорного органа 11 без ограничений в радиальном направлении, а в другом варианте, показанном на фиг.4, уплотнительное устройство 21'' размещено, также без ограничений в радиальном направлении, на торцовой поверхности 16 клапанного седла 13, причем соответствующая торцовая поверхность 10 или 16 в зоне вокруг уплотнительного устройства 21, 21', 21'' выполнена плоской.

В варианте, представленном на фиг.1 и 2, уплотнительное устройство 21 имеет два отдельных уплотнительных выступа 22 на поверхности запорного органа 11, причем уплотнительные выступы 22 в закрытом состоянии клапанного модуля 1 находятся в таком соответствии с проходными отверстиями 17 клапанного седла 13, чтобы блокировать поток текучей среды от входной стороны 3 к выходной стороне 5.

Отдельное уплотнительное кольцо 23 с двумя уплотнительными выступами 22', зафиксированными относительно друг друга в радиальном направлении и соединенными друг с другом с помощью перемычки 25, показано в альтернативном варианте исполнения на фиг.3, причем его принцип действия соответствует принципу действия предыдущего варианта.

Еще в одном варианте, представленном на фиг.4, уплотнительное устройство 21'', которое в соответствии с первым вариантом выполнено с двумя отдельными уплотнительными выступами 22'', расположено на образующем клапанное седло элементе 15 по обе стороны проходных отверстий 17 вокруг них таким образом, чтобы площадь проходного сечения этих отверстий не уменьшалась уплотнительным устройством 21''.

Форма и материала уплотнительного устройства 21, 21' или 21'' может меняться специалистом в соответствии с конкретным случаем применения, например, чтобы приблизить друг к другу диаметры уплотнительных выступов и выдержать очень узкие конструктивные допуски.

Для повышения износостойкости клапанного модуля 1 торцовая поверхность 10 якоря 9 клапана, обращенная к клапанному седлу 13, и клапанное седло 13 подвергнуты упрочнению поверхностного слоя. Вместе с тем на усмотрение специалиста может остаться решение об упрочнении меньшего или большего числа поверхностей и деталей, чем указано здесь, и выборе для этого метода, соответствующего случаю применения.

Изобретение относится к машиностроению и предназначено в качестве клапанного модуля для подачи текучих, прежде всего газообразных, сред в двигатель внутреннего сгорания. Клапанный модуль содержит втулку (7) клапана, в которой расположен якорь (9) клапана с запорным органом (11), установленный для управления потоком текучей среды между входной стороной (3) и выходной стороной (5) с возможностью его направленного осевого перемещения относительно элемента (15) клапана, образующего клапанное седло (13) и неподвижно установленного во втулке (7) клапана. Уплотнительное устройство (21, 21', 21'') выполнено по меньшей мере с двумя кольцевыми уплотнительными выступами (22, 22', 22'') и расположено по отношению по меньшей мере к одному проходному отверстию (17) таким образом, чтобы в закрытом положении клапанного модуля (1) по меньшей мере одно проходное отверстие (17) находилось между уплотнительными выступами (22, 22', 22''). Уплотнительное устройство (21, 21'') выполнено с двумя отдельными уплотнительными выступами (22, 22''). Уплотнительное устройство (21, 21', 21'') закреплено на торцовой поверхности (10) запорного органа (11) или на торцовой поверхности (16) клапанного седла (13) методом вулканизации, литья на основание или наклеивания. Изобретение направлено на повышение герметичности клапанного модуля и на увеличение его срока службы. 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Клапанный модуль для подачи текучих, прежде всего газообразных, сред в двигатель внутреннего сгорания, содержащий втулку (7) клапана, в которой расположен якорь (9) клапана с запорным органом (11), установленный для управления потоком текучей среды между входной стороной (3) и выходной стороной (5) с возможностью его направленного осевого перемещения относительно элемента (15) клапана, образующего клапанное седло (13) и неподвижно установленного во втулке (7) клапана, причем предусмотрено уплотнительное устройство, выполненное по меньшей мере с двумя кольцевыми уплотнительными выступами и расположенное по отношению по меньшей мере к одному проходному отверстию (17) таким образом, чтобы в закрытом положении клапанного модуля (1) по меньшей мере одно проходное отверстие (17) находилось между уплотнительными выступами, отличающийся тем, что уплотнительное устройство (21, 21”) выполнено с двумя отдельными уплотнительными выступами (22, 22”), причем уплотнительное устройство (21, 21”) закреплено на торцовой поверхности (10) запорного органа (11) или на торцовой поверхности (16) клапанного седла (13) методом вулканизации, литья на основание или наклеивания.

2. Клапанный модуль по п.1, отличающийся тем, что уплотнительное устройство (21, 21”) размещается без ограничений в радиальном направлении.

3. Клапанный модуль по п.1 или 2, отличающийся тем, что уплотнительное устройство (21, 21”) выполнено из эластомера.

4. Клапанный модуль по п.1 или 2, отличающийся тем, что уплотнительное устройство (21, 21”) выполнено из термопласта.

5. Клапанный модуль по п.3, отличающийся тем, что уплотнительное устройство (21, 21”) выполнено из термопласта.

6. Клапанный модуль по одному из пп.1, 2 и 5, отличающийся тем, что по меньшей мере якорь (9) клапана, прежде всего торцовая поверхность (10, 16) запорного органа (11), и/или клапанное седло (13) выполнены упрочненными, предпочтительно с упрочнением поверхностного слоя.

7. Клапанный модуль по п.3, отличающийся тем, что по меньшей мере якорь (9) клапана, прежде всего торцовая поверхность (10, 16) запорного органа (11), и/или клапанное седло (13) выполнены упрочненными, предпочтительно с упрочнением поверхностного слоя.

8. Клапанный модуль по п.4, отличающийся тем, что по меньшей мере якорь (9) клапана, прежде всего торцовая поверхность (10, 16) запорного органа (11), и/или клапанное седло (13) выполнены упрочненными, предпочтительно с упрочнением поверхностного слоя.