ТОПЛИВНЫЙ ПРОДУВОЧНЫЙ КЛАПАН И ТОПЛИВНЫЙ БАК, СНАБЖЕННЫЙ ЭТИМ КЛАПАНОМ
FUEL BLOWDOWN VALVE AND FUEL TANK EQUIPPED WITH THIS VALVE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение в целом относится к усовершенствованиям срабатывающих при опрокидывании продувочных клапанов, более конкретно, к срабатывающему при опрокидывании продувочному клапану с двухходовым клапаном, служащим в качестве предохранительного клапана, предназначенного для сброса давления и/или устранения разрежения, и в качестве обратного клапана.
Уровень техники
Обычно в топливной системе транспортного средства имеется топливный бак, сообщающийся с модулем топливного насоса, соединенным линией топливоподачи с топливной рейкой и форсунками двигателя, с несколькими запорно-регулирующими устройствами для регулирования течения топлива и паров.
Одним из таких клапанов является срабатывающий при опрокидывании продувочный клапан, разработанный для того, чтобы, с одной стороны, позволить выдувание паров топлива из топливного бака транспортного средства в атмосферу или в систему улавливания паров, такую как угольный фильтр, а с другой стороны - чтобы обеспечить закрытие клапана при определенных условиях. Такие условия могут возникать либо когда в результате избыточного наполнения топливного бака топливо проходит в клапан, либо, что наиболее значимо, когда в результате внезапного изменения положения бака, например, при опрокидывании транспортного средства и бака, топливо может покинуть бак через открытый клапан (если не было осуществлено его закрытие).
Важно обеспечить принудительное открытие клапана либо при падении уровня топлива, либо когда транспортное средство и его бак возвращаются в нормальное положение. Соответственно, чем шире продувочное выпускное отверстие, тем значительнее разница давлений, действующая на клапан, и, следовательно, тем больше сила закрытия, воздействующая на клапан.
Такие срабатывающие при опрокидывании продувочные клапаны в целом хорошо известны, их примеры описаны, среди прочего, в патенте США 5738132, в котором раскрыт срабатывающий при опрокидывании продувочный клапан, содержащий корпус, имеющий впуск для текучей среды и выпуск для текучей среды, при этом последний содержит по существу продолговатое щелеобразное выпускное отверстие корпуса, ограниченное седлом клапана. Кроме того, предусмотрен поплавок, расположенный в корпусе и выполненный с возможностью перемещения в осевом направлении внутри корпуса между впуском и выпуском; гибкая продолговатая закрывающая мембранная полоса, прикрепленная на одном своем конце к концу поплавка, прилегающему к выпуску, и на его участке, смещенном относительно выпуска; пружинное смещающее средство, расположенное внутри корпуса с упором в поплавок для его упругого смещения в направлении выпуска, причем смещающее действие пружины совместно с действующими на поплавок выталкивающими силами стремятся ввести мембранную полосу в герметичный контакт с выпускным отверстием, в то время как действующие на поплавок силы тяжести стремятся переместить поплавок от выпуска для того, чтобы постепенно вывести полосу из герметичного контакта с выпуском.
Кроме того, в местах с жарким климатом происходит расширение топлива в связанной с баком системе при остановках движения после рабочей фазы. Проблема заключается в том, что, когда топливо расширяется в подающей магистрали, которая соединяет бак с двигателем внутреннего сгорания, приводя к увеличению давления в линии подачи топлива, могут иметь место утечки топлива или неисправности двигателя. С другой стороны, при низких температурах окружающей среды и при низком потреблении топлива давление внутри топливного бака уменьшается, что может привести к деформированию или разрушению топливного бака.
Соответственно, существует требование к тому, чтобы топливная система подходила для подачи топлива с относительно высоким расходом в направлении от топливного бака к двигателю и в то же время позволяла бы продувку топливного бака с целью предотвращения создания в топливном баке разрежения.
С этой целью было предложено устанавливать различные типы обратных клапанов в линию между топливными клапанами и устройством обработки топлива (угольным фильтром) или другими составляющими топливной системы.
Раскрытие изобретения
Задача настоящего изобретения состоит в создании улучшенного срабатывающего при опрокидывании продувочного клапана, в котором объединены срабатывающий при опрокидывании продувочный клапан с двойным обратным клапаном, обеспечивающего экономию пространства, издержек на изготовление и установку, трудозатрат и т.д.
Согласно настоящему изобретению предлагается топливный клапан, подходящий для установки в топливной системе транспортного средства и работающий в различных условиях, как будет описано ниже. Клапан представляет собой объединение в одно целое клапана и двойного обратного клапана, служащего в качестве средства удержания давления («клапан удержания давления»), таким образом обеспечивая экономию пространства и уменьшение затрат на изготовление, сборку и установку.
Согласно настоящему изобретению предлагается топливный клапан, содержащий основной клапан и вспомогательный клапан, реагирующий на изменения давления, при этом основной клапан и вспомогательный клапан установлены в осевом направлении с возможностью перемещения внутри общего корпуса, снабженного впуском для текучей среды и выпуском для текучей среды, и перегородкой между основным клапаном и вспомогательным клапаном, имеющей проток, проходящий между основным каналом на нижней поверхности перегородки и вспомогательным каналом на верхней поверхности перегородки, причем основной канал выполнен с возможностью герметичного закрытия уплотнительным элементом основного клапана, а вспомогательный канал выполнен с возможностью герметичного закрытия уплотнительным элементом вспомогательного клапана.
В соответствии с вариантом изобретения основной клапан выполнен с возможностью срабатывания при опрокидывании, а основной канал выполнен в виде по существу продолговатого щелеобразного отверстия, ограниченного седлом основного клапана, и предусмотрен поплавок, перемещающийся в осевом направлении внутри корпуса между впуском для текучей среды и основным каналом, причем уплотнительный элемент основного клапана выполнен в виде удлиненной гибкой закрывающей мембранной полосы, прикрепленной одним концом к концу поплавка, прилегающему к основному каналу, и на его участке, смещенном относительно основного канала, а также предусмотрен пружинный смещающий элемент, расположенный внутри корпуса с упором в поплавок, предназначенный для смещения поплавка упругим образом в направлении основного канала.
Вспомогательный клапан предпочтительно содержит поршневой элемент, перемещаемый в осевом направлении внутри корпуса и содержащий спускной клапан, представляющий собой обратный клапан, способствующий протеканию текучей среды только в направлении от впуска для текучей среды к вспомогательному каналу и выполненный с возможностью закрытия уплотнительным элементом вспомогательного клапана, причем в нормальном положении поршень смещен в положение герметичного контакта с вспомогательным каналом и имеет возможность смещения для того, чтобы способствовать протеканию текучей среды в направлении от вспомогательного канала к выпуску для текучей среды.
Работа предлагаемого клапана зависит от уровня топлива внутри топливного бака, и клапан также реагирует на изменения давления внутри топливного бака. В случае опрокидывания транспортного средства, или при крутых наклонах, или при поступлении топлива в корпус клапана (например, в результате внезапного ускорения/замедления или высокого уровня топлива) поплавок основного клапана перемещается в положение, в котором он входит в герметичный контакт с основным каналом.
В других своих функциональных состояниях клапан реагирует на перепады давления в соответствии с изложенным ниже:
tank
atm
когда P<P, вспомогательный канал и основной канал открывают топливный бак для воздуха, то есть позволяют протекание текучей среды от выпуска для текучей среды клапана по направлению к впуску для текучей среды клапана;
atm
tank
atm
spring
когда P<P<(P+P), вспомогательный канал и спускной клапан остаются закрытыми, таким образом сохраняя предопределенное давление внутри топливного бака («положение удержания давления»);
tank
atm
spring
когда P>(P+P), основной канал и вспомогательный канал открываются для того, чтобы стравить давление паров топлива из топливного бака, то есть позволяют протекание текучей среды из топливного бака к выпуску для текучей среды клапана,
tank
где P - давление паров топлива внутри топливного бака;
atm
P - атмосферное давление;
spring
P - эффективное давление, прикладываемое смещающим воздействием к поршню для приведения его в положение, в котором он образует герметичный контакт со вспомогательным каналом.
tank
Типичное значение давления при так называемом положении удержания давления находится, например, в диапазоне приблизительно 3 кПа<P<4 кПа.
Спускной клапан предпочтительно имеет одно или более отверстий, образованных в поршневом элементе, а также деформируемый уплотнительный элемент для герметичного контакта с указанным одним или более отверстиями в случае наличия потока в направлении от вспомогательного канала к указанному выпуску, причем указанный уплотнительный элемент деформируется для открытия одного или более отверстий для того, чтобы способствовать протеканию текучей среды в обратном направлении.
В следующем варианте деформируемый уплотнительный элемент шарнирно прикреплен к нижней поверхности поршневого элемента и служит для обеспечения герметичного контакта со вспомогательным каналом.
Поршневой элемент предпочтительно содержит шип, выступающий от его нижней стенки и выполненный с возможностью удержания деформируемого уплотнительного элемента, причем указанный шип выступает во вспомогательный канал всякий раз, когда поршневой элемент находится в своем положении нормального смещения, герметично закрывая вспомогательный канал.
В еще одном варианте периферический участок деформируемого уплотнительного элемента зажат между периферическим уплотнительным седлом вспомогательного канала и нижней поверхностью поршневого элемента, причем центральный участок деформируемого уплотнительного элемента выполнен с возможностью деформирования для закрытия и/или открытия одного или большего числа отверстий.
Краткое описание чертежей
С целью понимания изобретения и того, как оно может быть осуществлено на практике, приведено описание варианта выполнения, только в качестве неограничивающего примера, со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
- на фиг.1 проиллюстрирована изометрическая проекция предлагаемого клапана;
- на фиг.2 показан продольный разрез предлагаемого клапана, срабатывающего при опрокидывании, при так называемом открытом/продувочном положении;
- на фиг.3 в изометрической проекции показано покомпонентное изображение клапана, проиллюстрированного на фиг.1;
- на фиг.4 показан продольный разрез проиллюстрированного на фиг.1 клапана, срабатывающего при опрокидывании, в полностью закрытом положении;
- на фиг.5 показан продольный разрез проиллюстрированного на фиг.1 клапана, срабатывающего при опрокидывании, с открытым основным клапаном и закрытым вспомогательным клапаном;
- на фиг.6 показан продольный разрез проиллюстрированного на фиг.1 клапана, срабатывающего при опрокидывании, в положении выпуска.
Осуществление изобретения
На фиг.1 проиллюстрирован клапан согласно изобретению, в целом обозначенный номером 10, содержащий цилиндрический корпус 12, отходящий от фланца 14, герметично присоединяемого над верхней поверхностью топливного бака (не показанного), так, что корпус 12 проходит в пространство топливного бака. От верхней части фланца 14 отходит выпускной патрубок 18 для текучей среды, выполненный с возможностью присоединения к системе улавливания паров, такой как угольный фильтр и т.п. (непоказанной).
Кроме того, на иллюстрирующих в разрезе фиг.2, 4-6 и иллюстрирующем внешний вид чертеже, показанном на фиг.3, можно видеть, что цилиндрический корпус 12 содержит нижний участок 20 и верхний участок 22, отделенные друг от друга перегородкой 26 (которую наилучшим образом можно видеть на фиг.5), в которой образован проток 28, проходящий между нижней полостью 30 и верхней полостью 32, как изложено далее. Корпус 12 с обжимом посажен во фланец 14 и герметичным образом удерживается уплотнительным кольцом 34. На нижнем конце протока 28, проходящем внутрь нижней полости 30, образован основной канал 38, который представляет собой по существу продолговатое щелеобразное отверстие, ограниченное седлом 40 основного клапана.
Внутри нижней полости 30 с возможностью перемещения в осевом направлении установлен поплавок 42, вращение которого внутри корпуса предотвращается благодаря радиальным ребрам (не показаны), образованным в корпусе и со скольжением помещенным внутри соответствующих образованных в поплавке впадин. Гибкая продолговатая закрывающая мембранная полоса 44 на одном своем конце 46 прикреплена к верхнему концу поплавка 42, со смещением относительно его продольной оси.
Поплавок 42 смещается упругим образом в направлении вверх посредством витой пружины 48, упирающейся своим нижним концом 50 в основание 52 корпуса, а своим верхним концом 54 - в участок стенки поплавка. Основание 52 выполнено с несколькими отверстиями 56, образующими впуск для текучей среды клапана 10.
Следует отметить, что гибкая продолговатая закрывающая мембранная полоса 44 расположена на опорной поверхности 45, которая наклонена относительно продольной оси клапана, соответствуя наклону продолговатого щелеобразного отверстия седла 40 основного клапана.
Верхний конец протока 28 проходит в верхнюю полость 32, образующую вспомогательный канал вспомогательного клапана, при этом указанный вспомогательный канал образован кольцевым выступом 58.
В верхней полости 32 помещен вспомогательный клапан, содержащий поршневой элемент 60, выполненный с возможностью перемещения в осевом направлении внутри верхней полости 32 и имеющий на своем нижнем участке кольцевой буртик 62, в котором выполнены несколько отверстий 64 и шип 66 для удержания деформируемого уплотнительного элемента 68, в котором выполнено соосное отверстие 70, размер которого выбирают для установки над указанным шипом 66, так, чтобы деформируемый уплотнительный элемент 68 имел возможность перемещения со скольжением относительно шипа 66, хотя при этом он предохранен от расцепления с ним благодаря образованным на шипе 66 боковым выступам 72.
В нормальном состоянии поршневой элемент 60 смещен в направлении вниз посредством витой пружины 76, упирающейся на одном конце в кольцевой буртик 62, а на другом конце - в верхнее основание 78, собирающей вместе компоненты вспомогательного клапана внутри верхней полости 32 корпуса.
Расположенный снизу поплавок 42 установлен с возможностью перемещения между открытым положением (см. фиг.5), в котором основной канал 38 целиком открыт, и полностью закрытым положением (см. фиг.4), в котором основной канал 38 герметично закрыт посредством гибкой продолговатой закрывающей мембранной полосы 44, упирающейся с образованием герметичного уплотнения в продолговатое щелеобразное отверстие. Понятно, что разгерметизация основного канала 38 следует за так называемым «эффектом отслаивания», что известно, например, из патента США за №5738132, содержание которого включено в настоящий документ путем ссылки. Основной клапан перемещается в свое закрытое положение (см. фиг.4), например, в случае опрокидывания транспортного средства, или же при значительном ускорении либо замедлении транспортного средства, или же при подъеме уровня топлива в топливном баке.
Вспомогательный клапан представляет собой двухступенчатый обратный клапан, образованный совместно со спускным клапаном в виде отверстий 64, причем обратный клапан способствует протеканию текучих сред только в направлении от выпускного патрубка 18 для текучей среды по направлению к вспомогательному каналу, то есть позволяя им поступать в топливный бак (см. фиг.2) и при этом предотвращая протекание текучих сред в противоположном направлении.
Периферические участки деформируемого уплотнительного элемента 68 обеспечивают герметичный контакт поверх кольцевого выступа 58, с образованием уплотнительного седла вспомогательного канала. В нормальном состоянии поршневой элемент 60 смещен в свое нижнее, закрывающее положение (см. фиг.4 и 5) при помощи витой пружины 76, которая совместно с атмосферным давлением стремится переместить поршневой элемент 60 в направлении вниз для того, чтобы вдавить периферический участок деформируемого уплотнительного элемента 68 в положение, в котором он входит в герметичный контакт со вспомогательным каналом.
Следует обратить внимание на то, что поршневой элемент 60 выполнен в форме полого тела с полостью 80, обеспечивающей сообщение между отверстиями 64 спускного клапана и верхней полостью корпуса.
Предполагается, что в положении, проиллюстрированном на фиг.4, вспомогательный клапан закрыт, поскольку поршневой элемент 60 перемещается вниз для того, чтобы закрыть вспомогательный канал 58. Тем не менее, в проиллюстрированном на фиг.2 положении открыт спускной клапан благодаря деформированию уплотнительного элемента 68, вызывающему протекание текучей среды через отверстия 64, что способствует протеканию текучей среды в направлении от выходного патрубка 18, через верхнюю полость 32 корпуса, в полость 80 поршневого элемента 60 и из нее, через отверстия 64, в проток 28, вниз, в нижнюю полость 30 корпуса и внутрь топливного бака (непоказанного).
Тем не менее, в показанном на фиг.5 положении вспомогательный канал закрыт и, аналогично, закрыт спускной клапан в так называемом положении удержания давления, в котором давление внутри топливного бака не превышает атмосферного давления и смещающего воздействия витой пружины 76.
Клапан выполнен реагирующим на изменения давления и работает в трех особых положениях, что описано далее с использованием следующих обозначений:
tank
P - давление паров топлива внутри топливного бака;
atm
P - атмосферное давление;
spring
P - эффективное давление, прикладываемое смещающим воздействием пружинного элемента вспомогательного клапана.
tank
atm
Когда P<P, вспомогательный канал и основной канал открывают топливный бак для воздуха, то есть позволяют протекание текучей среды от выпускного патрубка для текучей среды клапана по направлению к впуску текучей среды в клапан (см. фиг.2).
Это положение имеет место, когда давление внутри топливного бака падает ниже атмосферного давления и спускной клапан вспомогательного клапана способствует вхождению воздуха в топливный бак для того, чтобы предотвратить создание разрежения в топливном баке, что может привести к его повреждению.
atm
tank
atm
spring
Когда P<P<(P+P), вспомогательный канал и спускной клапан остаются закрытыми, таким образом сохраняя предопределенное давление внутри топливного бака («положение удержания давления») (фиг.4).
Это положение принципиально сходно с предыдущим положением, однако при этом имеет место смещающее воздействие витой пружины 76, прикладывающей силу для того, чтобы обеспечить герметичное закрытие вспомогательного канала.
tank
atm
spring
Когда P>(P+P), вспомогательный канал и основной канал открываются для того, чтобы стравить давление паров топлива из топливного бака, то есть позволяют протекание текучей среды из впускного канала для текучей среды клапана по направлению к выпуску для текучей среды клапана (фиг.6).
Это положение имеет место, когда давление внутри топливного бака превышает атмосферное давление и силу, прикладываемую пружиной 76, тем самым способствуя выходу текучей среды из топливного бака, однако, в ускоренном темпе.
В то время как проиллюстрирован и описан один вариант выполнения, следует понимать, что он не предназначен для того, чтобы ограничивать тем самым раскрытие, а предназначен для охвата всех вариантов выполнения, модификаций и устройств, попадающих в пределы сущности и объема настоящего изобретения, что определено в прилагаемой формуле, с внесением необходимых изменений.