КЛАПАН, В ЧАСТНОСТИ ПАРОВОЙ КЛАПАН
VALVE, IN PARTICULAR STEAM VALVE

Изобретение касается клапана, в частности парового клапана, предпочтительно для расширительной машины, например для автомобиля.
Из уровня техники известны системы для использования отходящего тепла двигателей внутреннего сгорания, в которых применяются, например, паровые циркуляционные контуры. Паровые циркуляционные контуры включают в себя расширительные машины, которые отрабатывают получаемый пар и переводят в механическую мощность. Целью этой разработки является ввести в такие системы расширительные машины с наибольшим возможным коэффициентом полезного действия. Управление впуском пара представляет собой при этом ключевую компоненту. При применении расширительных машин с поступательным движением поршня, например, могут применяться паровпускные клапаны, благодаря чему возможно уплотнение подачи свежего пара в расширительную камеру через седло клапана. Приведение в действие таких паровпускных клапанов осуществляется посредством штока клапана, который уплотнен относительно расширительной камеры уплотнительными элементами. Во время фазы рабочего хода, в которой уровень давления в расширительной камере больше, чем в пространстве для приведения в действие клапанов или вообще с наружной стороны расширительной камеры, возникают потоки утечек через уплотнительные элементы, представляющие собой потерю. Кроме того, коэффициент полезного действия расширительной машины в значительной степени зависит от коэффициента расширения. Высокий коэффициент расширения может реализовываться при низком вредном объеме.
Задачей изобретения является создать клапан, в частности, паровпускной клапан, который имеет наименьшие возможные потоки утечек и/или наименьший возможный вредный объем.
Эта задача может решаться с помощью признаков основного пункта формулы изобретения. Предпочтительные усовершенствования изобретения содержатся в зависимых пунктах формулы изобретения и последующем описании.
Изобретение создает клапан, предпочтительно паровой клапан, такой как, например, паровпускной клапан, целесообразным образом для расширительной машины, например, автомобиля, в частности, автомобиля промышленного назначения, такого как, например, грузовой автомобиль или автобус. Клапан может также использоваться, например, для компрессора или двигателя внутреннего сгорания.
Клапан включает в себя камеру подачи, в частности, камеру свежего пара, в которую может вводиться среда, например, пар, воздух, текучая среда и прочее, через подвод клапана, рабочую камеру, в которую среда может вводиться из камеры подачи и в которой среда может расширяться или сжиматься, клапанную часть, посредством которой может открываться или, соответственно, закрываться соединение между камерой подачи и рабочей камерой, и целесообразным образом возвратно-поступательно передвигаемую штангу клапана, которая предпочтительно соединена первым отдельным участком с клапанной частью и/или может управляться целесообразным образом в некотором роде снаружи посредством второго отдельного участка.
Клапан отличается, в частности, тем, что он имеет сильфон, в частности, для герметичного уплотнения рабочей камеры на отдельных участках. Альтернативно или дополнительно клапан отличается, в частности, тем, что он имеет возвратный элемент клапана, который служит для возврата клапанной части и который целесообразным образом полностью расположен в камере подачи.
Возможно, чтобы сильфон был расположен вокруг штанги клапана и предпочтительно распространялся по штанге клапана.
Клапан включает в себя предпочтительно две удаленные друг от друга в продольном направлении штанги клапана направляющие штанги клапана, целесообразным образом одну для первого отдельного участка штанги клапана и одну для второго отдельного участка штанги клапана.
Возможно, чтобы сильфон был расположен вокруг направляющей штанги клапана для направления штанги клапана, в частности, первого отдельного участка, и целесообразным образом мог совершать возвратно-поступательное движение по направляющей штанги клапана соответственно движению штанги клапана.
Кроме того, возможно, чтобы сильфон был смонтирован на направляющей штанге клапана для направления штанги клапана, в частности, второго отдельного участка, как бы стационарно, предпочтительно своим торцевым или конечным участком.
Сильфон может быть своей внутренней поверхностью соединен посредством текучей среды с рабочей камерой и таким образом предпочтительно выполняться с возможностью нагрузки внутренним давлением посредством находящейся под давлением среды. Альтернативно сильфон может быть своей наружной поверхностью соединен посредством текучей среды с рабочей камерой, и таким образом предпочтительно выполняться с возможностью нагрузки наружным давлением посредством находящейся под давлением среды.
Сильфон выполнен так, что он пригоден для восприятия целесообразным образом возвратно-поступательного движения штанги клапана и/или выполнен так, что он одновременно совершает возвратно-поступательное движение штанги клапана.
Сильфон предпочтительно изготовлен из металлического материала.
Клапан может также иметь камеру клапана, в которой по меньшей мере на отдельных участках проходит второй отдельный участок штанги клапана и которая, например, на отдельных участках может ограничиваться направляющей штанги клапана для направления штанги клапана, в частности, второго отдельного участка.
Сильфон служит, в частности, для уплотнения рабочей камеры относительно участка приведения в действие клапана и/или относительно наружной стороны рабочей камеры, где обычно действует атмосферное давление. Участок приведения в действие клапана включает в себя, в частности, камеру клапана и/или второй отдельный участок штанги клапана.
Клапан целесообразным образом имеет корпус клапана, из которого выведен второй отдельный участок штанги клапана, предпочтительно через камеру клапана, чтобы с помощью органа управления (например, кулачка управления) его можно было приводить в действие для управления клапаном.
Возвратный элемент клапана служит целесообразным образом для возврата клапанной части в свое закрытое положение и/или расположен так, что он как бы непосредственно действует на клапанную часть, в частности, на торцевую поверхность клапанной части. Торцевая поверхность клапанной части целесообразным образом направлена к камере подачи.
Возвратный элемент клапана предпочтительно выполнен в виде возвратной пружины, например, спиральной возвратной пружины.
Клапанная часть может приводиться в контакт с седлом клапана, чтобы закрывать соединение между камерой подачи и рабочей камерой, и целесообразным образом отсоединяться от седла клапана, чтобы обеспечивать соединение между камерой подачи и рабочей камерой.
Возможно, чтобы клапанная часть представляла собой, в частности, составную и/или цельную часть штанги клапана, в частности, первого отдельного участка штанги клапана. Штанга клапана включает в себя, таким образом, первый отдельный участок, второй отдельный участок и клапанную часть.
Возможно, чтобы штанга клапана, в частности, клапанная часть, целесообразным образом была вращательно отделена от сильфона и/или была установлена с возможностью вращения независимо от сильфона. Это, например, позволяет клапанной части во время ее возвратно-поступательного движения иметь возможность по меньшей мере немного вращаться, что, в частности, предпочтительно с точки зрения износа клапанной части и седла клапана.
Клапанная часть может своей обращенной к камере подачи торцевой поверхностью на отдельных участках ограничивать камеру подачи.
Предпочтительно сильфон и возвратный элемент клапана и целесообразным образом штанга клапана, в частности клапанная часть, проходят коаксиально друг другу.
Также следует упомянуть, что целесообразным образом находящаяся под давлением среда в рабочей камере расширяется или сжимается, в то время как соединение между камерой подачи и рабочей камерой закрыто. Рабочая камера, таким образом, представляет собой, в частности, камеру расширения или сжатия.
Кроме того, следует упомянуть, что первый отдельный участок штанги клапана также мог бы называться штоком клапана, а второй отдельный участок штанги клапана также штангой толкателя.
Клапан предпочтительно представляет собой паровой клапан. Среда предпочтительно является средой, способной совершать работу, в частности, паром.
Возможно, чтобы сильфон использовался как единственный возвратный элемент для возврата клапанной части, например, в ее закрытое положение. Альтернативно сильфон может служить возвратным элементом дополнительно к возвратному элементу клапана. Для этой цели сильфон может быть выполнен в виде сильфона упругого действия.
Изобретение не ограничено клапаном, а включает в себя также расширительную машину или компрессорную машину для автомобиля, предпочтительно автомобиля промышленного назначения, например, грузового автомобиля или автобуса, снабженную клапаном, как описано в настоящей заявке. Возможно, чтобы клапан был выполнен в виде вертикального, подвесного или бокового клапана расширительной или компрессорной машины.
Кроме того, изобретение включает в себя автомобиль, предпочтительно автомобиль промышленного назначения, например, грузовой автомобиль или автобус, снабженный клапаном или расширительной или компрессорной машиной, как описано в настоящей заявке.
Описанные выше предпочтительные варианты осуществления изобретения могут комбинироваться друг с другом произвольным образом. Другие предпочтительные усовершенствования изобретения раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения или содержатся в последующем описании предпочтительных вариантов осуществления изобретения в связи с прилагаемыми фигурами.
Фиг. 1: показан вид поперечного сечения клапана по одному из вариантов осуществления изобретения и
фиг. 2: показан вид поперечного сечения клапана по другому варианту осуществления изобретения.
Показанные на фигурах варианты осуществления частично совпадают, причем аналогичные или идентичные части снабжены одними и теми же ссылочными обозначениями, и для их пояснения также ссылаемся на описание другого варианта осуществления во избежание повторов.
На фиг. 1 показан вид поперечного сечения клапана V по одному из вариантов осуществления изобретения. Клапан V предпочтительно представляет собой паровой клапан, в частности, паровпускной клапан, целесообразным образом для расширительной машины для автомобиля. Ниже клапан V описывается в связи со способной совершать работу средой «пар». Использование клапана V, впрочем, не ограничено средой «пар», а он может также применяться для других текучих сред, например, сжимаемых текучих сред.
Клапан V имеет камеру 1 подачи, в частности, камеру свежего пара, в которую пар может вводиться через подвод 2 клапана.
Клапан V имеет также рабочую, в частности, расширительную камеру 3, в которую пар может вводиться из камеры 1 свежего пара и в которой пар может расширяться. При этом в расширительной камере 3 чаще всего действует давление, которое больше, чем давление вне расширительной камеры 3.
Клапан V имеет, кроме того, клапанную часть 4, посредством которой может открываться и закрываться соединение между камерой 1 свежего пара и расширительной камерой 3, и которая целесообразным образом своей торцевой поверхностью на отдельных участках ограничивает камеру 1 свежего пара.
Клапан V имеет, кроме того, целесообразным образом возвратно-поступательно передвигаемую штангу 5 клапана, которая включает в себя первый отдельный участок 5.1, второй отдельный участок 5.2 и клапанную часть 4. Первый отдельный участок 5.1 соединен с клапанной частью 4, в то время как второй отдельный участок 5.2 может приводиться в действие снаружи клапана V с помощью органа 11 управления, например, кулачка управления, для управления клапаном V, чтобы посредством клапанной части 4 открывать или закрывать соединение между камерой 1 свежего пара и расширительной камерой 3.
Когда соединение между камерой 1 свежего пара и расширительной камерой 3 открыто, свежий пар может направляться в расширительную камеру 3. Когда соединение между камерой 1 свежего пара и расширительной камерой 3 закрыто, свежий пар может расширяться в расширительной камере 3.
Клапан V снабжен первой направляющей 9 штанги клапана для направления штанги 5 клапана и второй направляющей 12 штанги клапана для направления штанги 5 клапана. Первая направляющая 9 штанги клапана служит для направления первого отдельного участка 5.1 штанги 5 клапана, а вторая направляющая 12 штанги клапана служит для направления второго отдельного участка 5.2 штанги 5 клапана. Направляющие 9 и 12 штанги клапана удалены друг от друга в продольном направлении штанги 5 клапана.
Вокруг штанги 5 клапана расположен сильфон 7, который служит для целесообразным образом герметичного уплотнения расширительной камеры 3 на отдельных участках. Сильфон 7 расположен, в частности, вокруг первой направляющей 9 штанги клапана и предпочтительно целесообразным образом может совершать возвратно-поступательное движение по первой направляющей 9 штанги клапана соответственно движению штанги клапана. В целях долговечности сильфон 7 имеет минимальный диаметр и минимальную длину.
Клапан V включает в себя камеру 6 клапана, которая в отдельных местах ограничивается второй направляющей 12 штанги клапана и корпусом 10 клапана. Второй отдельный участок 5.2 штанги 5 клапана проходит на отдельных участках внутри камеры 6 клапана и выведен из камеры 6 клапана и корпуса 10 клапана наружу, чтобы его можно было приводить в действие с помощью органа 11 управления.
Возвратный элемент 8 клапана полностью размещен в камере 1 свежего пара и служит для возврата клапанной части 4 в ее закрытое положение. Благодаря тому, что возвратный элемент 8 клапана расположен в камере 1 свежего пара, сильфон 7 может располагаться так, чтобы вредный объем сокращался до минимума. Кроме того, благодаря этому возможно сокращение конструктивной высоты клапанного механизма и самого клапана V.
Возвратный элемент 8 клапана выполнен в виде возвратной пружины, в частности, спиральной пружины, которая действует непосредственно на торцевую поверхность клапанной части 4.
Чтобы закрыть соединение между камерой 1 свежего пара и расширительной камерой 3, возвратный элемент 8 клапана нагружает клапанную часть 4 так, что она прижимается к седлу 4.1 клапана. Чтобы открыть соединение между камерой 1 свежего пара и расширительной камерой 3, орган 11 управления нагружает штангу 5 клапана и вместе с тем клапанную часть 4 так, что она отсоединяется от седла 4.1 клапана. Возможен также механизм, действующий противоположным образом.
Возвратный элемент 8 клапана и сильфон 7 и предпочтительно штанга 5 клапана, в частности, клапанная часть 4, проходят коаксиально.
Штанга 5 клапана установлена с возможностью вращения вокруг своей продольной оси. Следовательно, клапанная часть 4 также обладает возможностью вращения. Штанга 5 клапана, в частности, клапанная часть 4 вращательно отделена от сильфона 7 и обладает возможностью вращения почти независимо от сильфона. Это позволяет клапанной части 4 в различных ориентациях приводиться в контакт с седлом 4.1 клапана, и тем самым достигается равномерный износ клапанной части 4 и/или седла 4.1 клапана.
Из фиг. 1 видно, что сильфон 7 служит для того, чтобы уплотнять расширительную камеру 3 относительно наружной стороны AS клапана V, и, в частности, относительно камеры 6 клапана и участка VB приведения в действие клапана, включающего в себя второй отдельный участок 5.2 штанги 5 клапана, где обычно действует более низкое давление, чем в расширительной камере 3, находящейся под давлением расширения.
В показанном на фиг. 1 варианте осуществления изобретения внутренняя поверхность сильфона 7, т.е. поверхность, обращенная к штанге 5 клапана, соединена посредством текучей среды с расширительной камерой 3. Таким образом, пар может действовать на внутреннюю поверхность сильфона 7, так что сильфон 7 может нагружаться внутренним давлением.
Следует упомянуть, что альтернативно или дополнительно к возвратному элементу 8 клапана сильфон 7 может быть выполнен в виде возвратного элемента упругого действия для возврата клапанной части 4.
На фиг. 2 показан вид поперечного сечения клапана V по другому варианту осуществления изобретения.
Особенностью варианта осуществления, показанного на фиг. 2, является, что сильфон 7 своим неподвижным концевым или торцевым участком смонтирован на второй направляющей 12 штанги клапана.
Другой особенностью является, что наружная поверхность сильфона 7, т.е. поверхность, отвернутая от штанги 5 клапана, соединена посредством текучей среды с расширительной камерой 3. Таким образом, пар может действовать на наружную поверхность сильфона, так что сильфон 7 может нагружаться наружным давлением.
Изобретение не ограничено описанными выше вариантами осуществления. Более того, возможно множество вариантов и модификаций, которые также используют идею изобретения и поэтому попадают в объем охраны. Кроме того, изобретение претендует также на охрану предмета и признаков зависимых пунктов формулы изобретения, независимо от признаков и пунктов формулы изобретения, на которые делалась ссылка.
Список ссылочных обозначений
1 Камера подачи
2 Подвод клапана
3 Расширительная камера
4 Клапанная часть
4.1 Седло клапана
5 Штанга клапана
5.1 Первый отдельный участок штанги клапана (шток клапана)
5.2 Второй отдельный участок штанги клапана (штанга толкателя)
6 Камера клапана
7 Сильфон
8 Возвратный элемент клапана
9 Направляющая штанги клапана
10 Корпус клапана
11 Орган управления
12 Направляющая штанги клапана
V Клапан
VB Участок приведения в действие клапана
AS Наружная сторона клапана