ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ КЛАПАН ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ
ELECTROMAGNETIC SWITCHING VALVE

Изобретение относится к электромагнитному клапану переключения для открытия или закрытия, например, контура циркуляции масла или охлаждающего средства в автомобиле согласно признакам ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.
Такие электромагнитные клапаны переключения достаточно известны и располагают электромагнитом, который имеет катушку и подвижный якорь. Якорь соединен с элементом клапана, которым может закрываться и уплотняться седло клапана в контуре охлаждения при подаче напряжения на катушку, в то время как при отсутствии напряжения на катушке седло клапана удерживается открытым. Это состояние обозначается у электромагнитных клапанов переключения как "нормально открытое". Такие электромагнитные клапаны переключения находят применение, в частности, в контуре циркуляции масла двигателей автомобилей, для того чтобы быстро приводить двигатель к рабочей температуре. Так при запуске двигателя напряжение подается на катушку возбуждения электромагнитного клапана переключения, так что седло клапана закрыто, и моторное масло в двигателе может сравнительно быстро нагреваться. Если это масло достигло рабочей температуры, то электромагнитный клапан переключения обесточивается, и седло клапана освобождается, так что поршни двигателя могут через поршневые жиклеры охлаждаться. В итоге использование таких электромагнитных клапанов переключения в двигателях автомобилей служит для экономии энергии и сокращения выбросов при холодном запуске.
Однако используемые до сих пор электромагнитные клапаны переключения отличаются сравнительно тяжелой конструкцией, которая помимо этого сравнительно велика и тем самым занимает много места.
Настоящее изобретение имеет своей целью предоставить электромагнитный клапан переключения для открытия или закрытия в контуре циркуляции масла или охлаждающего средства автомобиля, который по сравнению с известными до сих пор электромагнитными клапанами переключения в этом применении создан значительно меньшим, имеет меньший вес и в отношении своего поведения имеет во время всего хода элемента клапана высокую производительность.
Такой электромагнитный клапан переключения предоставляется с признаками пункта 1 формулы изобретения.
В соответствии с ними этот электромагнитный клапан переключения отличается тем, что клапан переключения выполнен с выравниванием давления, и что элемент клапана переключения указывая в направлении седла клапана, выполнен, по меньшей мере, приблизительно полым.
Это является преимуществом, так как благодаря выравниванию давления пропорциональное давлению усилие выравнивания давления действует по всему ходу клапана, и таким образом оказывает содействие открытию клапана, а при выполненном не полым элементе уплотнения открывающие усилия зависят от хода клапана, так что они, несмотря на подачу напряжения, не могли полностью сниматься с седла клапана, так как возникающие во время эксплуатации усилия текучей среды создают закрывающие усилия, которые элемент клапана в области его конечного положения пытаются возвратить в положение покоя, так что в итоге не могло достигаться стопроцентное открытое положение клапана.
Благодаря этим обеим мерам возможно создавать клапан переключения значительно меньшим, причем возникающие во время эксплуатации усилия текучей среды в контуре охлаждения не приводят к тому, что элемент клапана притягивается благодаря возникающему избыточному давлению из своего открытого положения автоматически в направлении седла клапана. Это достигается вследствие того, что находящаяся в области течения поверхность элемента клапана расположена со смещением назад (осаженно) относительно фактического седла клапана.
Усовершенствования изобретения указаны в зависимых пунктах формулы изобретения.
В одном усовершенствовании изобретения элемент клапана может быть выполнен в направлении седла клапана, по меньшей мере, приблизительно чашеобразным или, по меньшей мере, приблизительно вогнутым. В частности, с этим связано также то, что элемент клапана выполнен в виде сегмента сферы, причем углубление этого сегмента сферы указывает в направлении седла клапана. Любое другое полое исполнение элемента клапана также подходит.
В одном другом усовершенствовании изобретения элемент клапана соединен с толкателем элемента клапана, который в свою очередь соединен с якорем электромагнита. В простейшем случае элемент клапана и толкатель элемента клапана могут быть выполнены за одно целое и состоять, в частности, для сокращения веса также из пластика или других легких материалов, как например, алюминия. При этом предлагается выполнять элемент клапана в виде детали, полученной литьем под давлением.
Обращенный от якоря конец толкателя клапана соединен для этого с дном элемента клапана, от которого проходящий по периметру буртик элемента клапана выступает в направлении седла клапана. Буртик элемента клапана предусмотрен при этом для уплотнения седла клапана и прилегает там подходящим образом.
В целесообразном варианте осуществления изобретения буртик элемента клапана на своем обращенном к седлу клапана, проходящем по периметру краю скошен, соответственно, закруглен и выполнен в виде полусферического участка. Это скашивание или закругление осуществляется при этом в частности таким образом, что внутренний, проходящий по периметру край в выполненном таким образом в виде чаши элементе клапана проходит назад с радиусом наружу к внешнему краю элемента клапана и является там более коротким.
Для того чтобы выполнять электромагнитный клапан переключения согласно изобретению с выравниванием давления, внутри электромагнитного клапана переключения, то есть внутри корпуса, должно быть предусмотрено осевое сквозное отверстие, которое служит в качестве отверстия выравнивания давления и нагружает рабочей средой компенсационную (выравнивающую давление) камеру на стороне якоря, которая противоположна элементу клапана. При этом предлагается, что элемент клапана вдоль всей своей длины, то есть элемент клапана и возможно принадлежащий ему толкатель элемента клапана, имеет, в частности, осевое сквозное отверстие. Это осевое сквозное отверстие целесообразно соединено с проходящим вдоль всей своей длины сквозным отверстием внутри якоря, так что создается упомянутое выравнивание давления.
В одном варианте осуществления изобретения электромагнитный клапан переключения имеет пружинное устройство, посредством которого элемент клапана удерживается в обесточенном состоянии клапана переключения в открывающем седло клапана положении ("нормально открытом" положении).
Благодаря тому, что электромагнитный клапан переключения выполнен согласно изобретению с выравниванием давления, и буртик элемента клапана выполнен описанным образом, может достигаться сокращение установочного пространства электромагнитного клапана переключения. Кроме того, в сочетании с тем обстоятельством, что у электромагнитного клапана переключения согласно изобретению обращенный к седлу клапана контур элемента клапана выполнен особым образом, достигается то, что, несмотря на незначительные размеры пружинного усилия пружинного устройства, элемент клапана может удерживаться в обесточенном состоянии катушки полностью в своем открытом положении. Результатом является отличная производительность поведения в режиме переключения электромагнитного клапана переключения.
Предлагается электромагнитный клапан переключения согласно изобретению встраивать в блок двигателя автомобиля. Для этого седло клапана выбрано в блоке двигателя автомобиля, причем электромагнитный клапан переключения зафиксирован в или на блоке двигателя, в частности, ввинчен в него, так что элемент клапана переключения может надежно уплотнять расположенное там седло клапана.
Хотя до сих пор говорилось лишь о том, что электромагнитный клапан переключения может встраиваться в контур циркуляции масла автомобиля, в рамки изобретения естественно входит также то, что подобное встраивание может также осуществляться в другой контур охлаждающего средства автомобиля, например, в контур циркуляции охлаждающей воды автомобиля.
Электромагнитный клапан переключения согласно изобретению разъясняется в дальнейшем в связи с двумя фигурами на основе конкретного примера осуществления. Показано:
фиг.1 - вид в разрезе примера осуществления электромагнитного клапана переключения согласно изобретению; и
фиг.2 - обозначенный на фиг.1 ссылочной позицией "X" фрагмент в области седла клапана и элемента клапана, причем как на фиг.1, так и на фиг.2 изображено обесточенное состояние электромагнитного клапана переключения, то есть его открытое состояние.
На фиг.1 и 2 одинаковые ссылочные позиции обозначают, если не указано другое, одинаковые элементы и имеют одинаковое значение.
Фиг.1 показывает вид в разрезе электромагнитного клапана 10 переключения, который имеет заднюю часть 12 корпуса и переднюю часть 14 корпуса. Передняя часть 14 корпуса состоит предпочтительно из алюминия, однако она может быть также изготовлена из пластика. Задняя часть корпуса состоит предпочтительно из пластика. Они выполнены трубообразными и соединены друг с другом подходящим образом, например, посредством отгиба кромки или, если обе части корпуса изготовлены из пластика, посредством сварки. Обе части корпуса уплотнены при этом друг относительно друга кольцом 21 круглого сечения. Передняя часть 14 корпуса имеет резьбу 15, которой она ввинчивается в отверстие блока 60 двигателя. Эта передняя часть 14 корпуса уплотнена относительно блока двигателя автомобиля также кольцом 20 круглого сечения. На изображенном справа на фиг.1 конце задней части 12 корпуса к задней части корпуса 12 примыкает вставной фланец 16, внутри которого размещены контактные штыри 18, посредством которых может контактировать находящаяся внутри обеих частей 12, 14 корпуса катушка 24.
Катушка 24 концентрически намотана вокруг оси A электромагнитного клапана переключения и расположена на держателе 22 катушки, который предпочтительным образом состоит из пластика. Держатель катушки снабжен ссылочной позицией 22. В трубообразном отверстии держателя 22 катушки находится втулка 36 скольжения с неизменным внутренним диаметром, которая будет рассмотрена более подробно ниже.
Для образования магнитной цепи катушка 24 окружена на своем внешнем периметре металлическим цилиндром 26. Дополнительно справа от катушки 24 находится металлическая пластина 28 обратного замыкания. Слева от катушки 24 находится полюсный сердечник 30, который, по меньшей мере, приблизительно имеет среднее отверстие с диаметром, который примерно соответствует внутреннему диаметру вышеупомянутой втулки 36 скольжения.
Внутреннее отверстие полюсного сердечника 30 и внутреннее отверстие втулки 36 скольжения служат для приема якоря 34, а также соединенного предпочтительно неподвижно с якорем 34 элемента 40 клапана. Якорь 34 состоит из магнитопроводного материала, в частности из металла, в то время как элемент 40 клапана и выполненный с ним за одно целое толкатель 41 элемента клапана могут быть образованы для сокращения веса из пластика, предпочтительно в виде детали, полученной литьем под давлением. Толкатель 41 элемента клапана для этого, например, свинчен с якорем 34 или неподвижно соединен другим подходящим образом.
Однако он может также предусматриваться без свободного соединения между толкателем 41 элемента клапана и якорем 34. Это имеет то преимущество, что угловые погрешности между опорой якоря и седлом клапана могут легче выравниваться, и буртик элемента клапана легче притирается к седлу клапана. Однако для этого необходимо уплотнение между якорем 34 и толкателем 41 элемента клапана, чтобы не возникала повышенная утечка. Это может осуществляться предпочтительно посредством специальной уплотнительной геометрии на бурте толкателя 41 элемента клапана, который прилегает к якорю 34, предпочтительно посредством слегка конической торцевой поверхности бурта или посредством дальнейшего уплотнительного элемента, например, из эластомера.
Дополнительно изображенный на фиг.1 электромагнитный клапан 10 переключения имеет пружинное устройство 38, которое своим изображенным на фиг.1 левым концом опирается на проходящий по периметру выступ полюсного сердечника 30, а своим другим концом на фланцеобразный выступ толкателя 41 элемента клапана. При этом пружинное устройство обеспечивает то, что в обесточенном состоянии катушки 24 элемент 40 клапана вместе с толкателем 41 элемента клапана и неподвижно соединенным якорем 34 прижимается в свое изображенное на фиг.1 конечное положение.
Как равным образом еще показано на фиг.1, полюсный сердечник 30 уплотнен относительно передней части 14 корпуса клапана переключения другим кольцом 31 круглого сечения.
Элемент 40 клапана расположен, как можно хорошо увидеть на изображенном с увеличением на фиг.2 фрагменте X с фиг.1, в обесточенном состоянии клапана 10 переключения на расстоянии от кольцевого, проходящего по периметру седла 69 клапана внутри блока двигателя. При этом кольцевое седло 69 клапана скошено в направлении подвода 68, который предусмотрен в блоке 60 двигателя для подачи охлаждающего вещества, в частности, масла. Элемент 40 клапана предусмотрен для уплотнения этого седла 69 клапана. В изображенном на фиг.1 открытом состоянии клапана переключения охлаждающее вещество попадает через подвод 68 в отвод 64. Движение охлаждающего вещества иллюстрируют обозначенные в подводе 68 и в отводе 64 стрелки своим направлением стрелок.
Как, в частности, можно хорошо увидеть на фиг.2, элемент 40 клапана выполнен по-прежнему изогнутым по направлению к седлу 69 клапана или с отступом назад или чашеобразным. В изображенном примере осуществления элемент 40 клапана имеет для этого дно 42 элемента клапана, от которого на его внешнем крае буртик 43 элемента клапана распространяется в направлении седла 69 клапана и выступает по направлению к седлу 69 клапана. При этом обращенный к седлу 69 клапана край 44 буртика 43 элемента клапана скошен, предпочтительно снабжен радиусом, который взаимодействует с углом скоса на седле 69 клапана для уплотнения и таким образом также при угловом смещении между толкателем элемента клапана и седлом клапана делает возможным надежное уплотнение благодаря линейному контакту. Дно 42 размещено тем самым на плоскости, которая расположена ортогонально к оси A, со смещением назад относительно седла 69 клапана, что во время эксплуатации электромагнитного клапана переключения приводит к тому, что низкое давление больше не возникает и не пытается притянуть элемент клапана в обесточенном состоянии в направлении седла 69 клапана.
Изображенный на фиг.1 и 2 электромагнитный клапан переключения выполнен помимо этого с выравниванием давления. Для этого элемент 40 клапана и толкатель 41 элемента клапана имеют сквозное отверстие 50, которое переходит в сквозное отверстие 52 якоря 34 и соединяет находящиеся на фиг.1 справа от якоря 34 компенсационные камеры 54 с рабочей средой контура циркуляции масла. Поэтому поступающая из подвода 68 рабочая среда прилегает во всем электромагнитном клапане переключения изнутри в сквозных отверстиях 51, 52, а также в компенсационных камерах 54, вследствие чего внутри клапана 10 переключения имеется то же давление, как и в подводе 68. Благодаря этому выравниванию давления пружинное устройство 38 может по сравнению с обычными клапанами переключения иметь значительно меньшие размеры.
Существенное преимущество такого электромагнитного клапана переключения согласно фиг.1 и 2 можно увидеть в том, что он сравнительно мал.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ
10 электромагнитный клапан переключения
12 часть корпуса
14 часть корпуса
15 резьба
16 вставной фланец
18 контактные штыри
20 кольцо круглого сечения
21 кольцо круглого сечения
22 держатель катушки
24 катушка
26 металлический цилиндр
28 пластина обратного замыкания
30 полюсный сердечник
31 кольцо круглого сечения
34 якорь
36 втулка скольжения
38 пружинное устройство
40 элемент клапана
41 толкатель элемента клапана
42 дно элемента клапана
43 буртик элемента клапан
44 край элемента клапана
50 сквозное отверстие
52 сквозное отверстие
54 компенсационные камеры
60 блок двигателя
64 отвод
68 подвод
69 седло клапана
70 край седла клапана
A ось
X фрагмент.