КЛАПАННОЕ УСТРОЙСТВО С ЗАСЛОНКОЙ
VALVE UNIT WITH DAMPER

Изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания и может быть использовано в регулируемых системах подачи воздуха в цилиндры двигателя или дросселирования выхлопных коллекторов, а также в качестве устройства для добавления отработавших газов в основное топливо.
Известен впускной дроссельный клапан JP 2003419979 17.12.2003 (Изобретения стран мира. Вып.65 №1/2011 стр.5) с редуктором для вращения оси клапанного элемента от электродвигателя. Одна из шестерен редуктора закреплена на валу электродвигателя, а другая на валу клапанного элемента. Вал клапана вращается в радиальных подшипниках. Недостатком описываемой конструкции является возможность нарушения кинематической связи зубчатой передачи и ухудшение плотности закрытия заслонки из-за перемещения вала заслонки в зазорах подшипников.
Наиболее близким к изобретению является устройство со створкой клапана DE 102009052423 10.11.2009 (Изобретения стран мира. Вып.65 №10/2012 стр.104), используемое, в том числе, в регулируемых системах выхлопных газов дизеля и включающее в свой состав корпус клапана, поворачивающуюся вокруг оси корпуса заслонку, позиционируемую относительно оси корпуса в осевом и радиальном направлении с помощью радиального подшипника и наконечника, который, с целью геометрического замыкания за счет усилия через заслонку от упругого элемента, имеет предварительный натяг с гнездом в корпусе клапана.
Недостатком указанной конструкции является возможность возникновения вибрации заслонки, обусловленной наличием радиального зазора между валом заслонки и рабочей поверхностью радиального подшипника, а также радиального зазора между радиальным подшипником и корпусом клапана.
Другим недостатком конструкции является ограничение радиальным подшипником возможности самоцентровки наконечника в гнезде корпуса клапана. Следствием этого ограничения является возможность возникновения точечного контакта между поверхностями наконечника и гнезда. Наличие точечного контакта увеличивает удельные контактные нагрузки, приводящие к прогрессирующему износу.
Недостатком указанной конструкции является также то, что предварительный натяг между наконечником и гнездом из-за отклонений характеристик упругого элемента, а также предельных отклонений геометрических размеров заслонки, наконечника и корпуса клапана может изменяться в широких пределах, что также может привести или к возникновению прогрессирующего износа или к недопустимому ослаблению натяга.
Задачей изобретения является снижение вибрации клапанного устройства путем исключения возникновения зазоров в узлах позиционирования заслонки относительно корпуса.
Другой задачей изобретения является обеспечение самоцентровки заслонки относительно оси корпуса для исключения возникновения точечного контакта в гнезде корпуса.
Задачей изобретения является также обеспечение возможности создания необходимого регламентированного предварительного натяга между наконечником и гнездом из условия требуемого позиционирования заслонки в корпусе под действием рабочей среды, вне зависимости от отклонений характеристик и предельных геометрических размеров упругого элемента, заслонки, наконечника, гнезда и корпуса.
Указанные технические задачи решаются тем, что в предлагаемом клапанном устройстве заслонка с двумя диаметрально расположенными наконечниками, имеющими гнезда с коническими рабочими поверхностями, опирается с регламентированным предварительным натягом через самоцентрирующиеся шаровые элементы в гнезда упоров, по крайней мере один из которых закреплен на упругом элементе. При этом гнезда упоров также имеют коническую поверхность, а упругий элемент выполнен в виде пластины, расположенной в плоскости, перпендикулярной, оси вращения заслонки, одним концом неподвижно закрепленной на корпусе заслонки, а другим концом через упор воспринимающей усилия со стороны заслонки от воздействия рабочей среды и приводного механизма. Упор крепится на упругой пластине с помощью резьбового соединения, позволяющего переустанавливать упор вдоль оси поворота заслонки. Для обеспечения требуемого радиального позиционирования заслонки пластина упругого элемента имеет необходимую жесткость в плоскости, перпендикулярной оси заслонки. Такое конструктивное исполнение позволяет исключить радиальный подшипник из состава клапанного устройства. Исключение радиального подшипника из состава клапанного устройства наряду с выполнением боковых зазоров между наконечниками. и корпусом обеспечивает возможность самоцентровки заслонки в опорах с шаровыми элементами. При этом исключается возникновение точечных контактов, шаровые элементы имеют гарантируемые линейные контакты с наконечниками и упорами по коническим поверхностям, оси которых расположены вдоль оси поворота заслонки.
Необходимый регламентированный предварительный натяг между упорами и заслонкой обеспечивается соответствующей жесткостью упругого элемента, а также возможностью переустановки упора относительно упругого элемента вдоль оси поворота заслонки с помощью резьбового соединения с контрящей гайкой. Возможность переустановки упора позволяет точно выставить величину предварительного натяга вне зависимости от отклонений технических характеристик деталей клапанного устройства.
В результате обеспечивается геометрическое замыкание наконечников и упоров с шаровыми элементами в обоих узлах позиционирования заслонки в клапанном устройстве.
На рис.1 приведен эскиз варианта исполнения предлагаемого клапанного устройства с заслонкой. Устройство состоит из корпуса 2, упругого элемента 3, заслонки 1 с наконечниками 7 и 8, упоров 6 и 9, шаровых элементов 5, контрящих гаек 4. Рабочие поверхности наконечников 7, 8 и упоров 6, 9, контактирующие с шаровыми элементами 5, выполнены в виде гнезд с коническими поверхностями. Между боковыми поверхностями наконечников 7, 8 и корпусом 2 выполнены зазоры «а».
Заслонка 1 через наконечники 7, 8 и через шаровые элементы 5 опирается в гнезда упоров 6 и 9 и может поворачиваться вокруг оси О-О в корпусе 2. Упор 6 с помощью резьбового соединения крепится в корпусе 2. Упругий элемент 3 выполнен в виде упругой пластины, неподвижно закрепленной одним концом на корпусе заслонки 2. На другом конце пластины закреплен с помощью резьбового соединения упор 9. Упругая пластина через упор 9 воспринимает осевые и радиальные нагрузки со стороны заслонки. При этом жесткость пластины в направлении плоскости, перпендикулярной оси О-О корпуса, обеспечивает сохранение зазоров «а». Возможность восприятия возникающих осевых нагрузок обеспечивается размером «с» пластины. С помощью переустановки упора 6 обеспечивается возможность выполнения равномерного зазора «b» между заслонкой и корпусом, а с помощью переустановки другого упора 9 обеспечивается возможность выставления точной величины регламентированного предварительного натяга по наконечникам 7 и 8 вдоль оси O-O корпуса заслонки, вне зависимости от отклонений технических характеристик деталей клапанного устройства. Для сохранения предварительного натяга и зазора между заслонкой и корпусом резьбовые соединения упоров 6 и 9 стопорятся контрящими гайками 4. Наличие радиального зазора «а» между наконечниками и корпусом обеспечивает возможность самоцентровки наконечников и упоров заслонки относительно шаровых элементов по линейным контактам, без возникновения точечных контактов.