КЛАПАН СИСТЕМЫ РЕЦИРКУЛЯЦИИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ

Полезная модель относится к области двигателестроения, в частности, к устройствам перепуска части отработавших газов (ОГ) двигателя из выпускного трубопровода во впускной и повторной подачи в цилиндры двигателя, для дожигания и понижения содержания кислорода, с целью снижения выброса в атмосферу вредных составляющих в ОГ и дымности.
Известны устройства перепуска отработавших газов, например, клапан рециркуляции ОГ дизельного двигателя [1], представляющий собой корпус с отверстиями подвода и отвода газов, перепускной канал между ними перекрытый запорным элементом (клапаном), который через шток соединен с подвижной диафрагмой герметичной вакуумной камеры, входящей в состав устройства, разделенной от перепускного канала уплотнением штока. Клапан прижат к седлу в перепускном канале пружиной, установленной в вакуумной камере над подвижной диафрагмой.
Открытие перепускного канала (клапан отрывается от седла) осуществляется за счет разрежения (вакуума) подводимого гибким
шлангом от впускного воздушного трубопровода двигателя к вакуумной  камере клапана рециркуляции.
Недостатком известного устройства является то, что объем перепускаемого газа на режимах работы дизеля зависит в основном от величины уровня разрежения, подаваемого на клапан из впускного трубопровода. Т.е. больший объем перепуска ОГ будет происходить при максимальном разрежении во впускном трубопроводе, что не всегда соответствует тем оптимальным условиям работы двигателя, когда следует перепускать большую часть газа.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому, является устройство [2], содержащее корпус с седлом, направляющей втулкой, полостями, сообщенными с впускной и выпускной системами ДВС, и запорным клапаном, посаженным на шток, перемещающимся внутри направляющей втулки, с уплотнительным элементом и пружиной, с приводом штока, выполненным в виде микроэлектродвигателя с редуктором, воздействующим на кулачок, перемещающий шток, при этом кулачок соединен с датчиком положения, закрепленным на редукторе микроэлектродвигателя.
Недостатком известного устройства является нелинейное перемещение штока с клапаном от движения кулачка, установленного на ось редуктора микроэлектродвигателя, по окружности. Это легко прослеживается на схеме Фиг.1, где показана зависимость линейного перемещения штока клапана от угла поворота кулачка электропривода.
При повороте кулачка на один и тот же угол в секторе движения кулачка, видно, что линейные перемещения штока клапана при этом отличаются (показано в величинах). И особенно это проявляется, когда размеры вылета кулачка от оси редуктора микроэлектродвигателя до оси штока малы, ограничены габаритами изделия, а ход штока при этом велик, для достижения достаточного сечения отверстия перепускного канала.
Нелинейность в движении штока, при таком управлении клапаном, вызывает ошибку при перепуске номинально необходимого объема ОГ на расчетных режимах работы двигателя, приводит к ухудшению его оптимальных характеристик: обороты, мощность, качество выбрасываемого в атмосферу ОГ, по уровню загрязнения окислами азота и дымности выхлопа, и др.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является обеспечение осевых перемещений клапана перепуска пропорциональных углу поворота оси электропривода, с закрепленным на ней датчиком положения оси привода. За счет этого, достигнуть повышения точности управления перепуском, номинально необходимого объема ОГ на выбранном режиме работы двигателя, и, следовательно, повышения качества выбрасываемого в атмосферу ОГ по содержанию окислов азота, и обеспечения оптимальной работы двигателя на всех режимах с характеристиками близкими к расчетным.
Поставленная задача решается за счет того, что в клапане, содержащем корпус с отверстиями подвода и отвода ОГ, сообщенными с
выпускной и впускной системами двигателя, перепускной канал между ними, в который установлены седло с клапаном перепуска, клапан перепуска соединен со штоком, размещенным в направляющей втулке корпуса, на которой укреплено устройство уплотнения штока с пружиной сжатия, самотормозящий реверсивный электрический привод с датчиком углового положения оси привода, крышку корпуса, промежуточный фланец, согласно новому техническому решению, шток клапана с осью самотормозящего реверсивного электрического привода соединены зубчатой парой: шестерней, закрепленной на оси самотормозящего реверсивного электрического привода, соединенной одновременно с датчиком положения оси привода, и зубчатой рейки, закрепленной на штоке клапана, при этом шток клапана, со стороны противоположной клапану перепуска, размещен в направляющем отверстии крышки корпуса, в которой так же закреплены самотормозящий реверсивный электрический привод с датчиком углового положения оси привода и изолированы от корпуса и устройства уплотнения штока промежуточным фланцем и прокладочным материалом с малыми коэффициентами теплопроводности и минимально допустимыми тепловыми мостами.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на Фиг.2 приведен общий вид клапана в двух проекциях, на Фиг.3 даны разрез А-А, вид Б и сечение В-В клапана.
Клапан содержит корпус 1, с отверстиями подвода и отвода ОГ: α и δ соответственно, перепускной канал, в который установлено седло 2, с
клапаном перепуска 3. Клапан перепуска соединен со штоком 4, размещенным в направляющей втулке 5 корпуса, на которой укреплено устройство уплотнения штока 6 с пружиной 7. Самотормозящий реверсивный электрический привод 8, с установленным на нем датчиком углового положения оси привода 9, совместно закреплены в крышке 12 корпуса и изолированы от корпуса 1 и устройства уплотнения штока 6 промежуточным фланцем 13 и прокладочным материалом 14 с малыми коэффициентами теплопроводности и минимально допустимыми тепловыми мостами. На выходной оси самотормозящего реверсивного привода 8 установлена зубчатая шестерня 10, одновременно соединенная пазом с подвижным контактом датчика углового положения оси привода так, что при вращении оси привода одновременно вращается и подвижный контакт датчика положения. Шестерня 10 находится в зацеплении с зубчатой рейкой 11, закрепленной на штоке клапана 4. Конец штока 4, с противоположной стороны от клапана перепуска 3, установлен в фиксирующее отверстие крышки 12.
Принцип работы клапана заключается в следующем.
Клапан устанавливают в систему двигателя и соединяют герметично отверстиями α, δ корпуса 1 к выхлопной и всасывающей трубе соответственно. Алгоритм работы клапана задается от блока управления работой двигателя через разъемы электрического привода и датчика положения оси привода. При подаче питания на электрический привод ротор последнего начинает вращаться, передавая вращение на выходной
вал редуктора привода и далее на шестерню 10. Шестерня 10, находясь в зацеплении с рейкой 11 и датчиком положения оси привода, перемещает рейку со штоком 4 и клапаном перепуска 3 и изменяет состояние датчика углового положения оси привода. При этом открывается перепускной канал, при отрыве клапана перепуска 3 от седла 2, или закрывается, в зависимости от полярности подаваемого напряжения постоянного тока на реверсивный электрический привод. Прямолинейное движение штока 4 с клапаном перепуска 3 осуществляется вдоль поверхности фиксирующих шток направляющей втулки 5 корпуса и отверстия в крышке 12. Положение клапана перепуска относительно седла контролируется и может управляться по информации сигналов с датчика углового положения оси привода, являющегося элементом следящей системы блока управления двигателем, и обрабатываемых блоком управления двигателем. При отрыве клапана перепуска от седла и открытии перепускного канала, из-за разности давлений газа в выхлопной трубе и во всасывающей (в выхлопной давление газа намного больше), газ из выхлопной трубы перетекает во всасывающую и подается вторично в цилиндры двигателя. Количество подаваемого ОГ обратно в цилиндры будет зависеть от степени открытия клапана перепуска и сечения перепускного отверстия, следовательно, от длительности, подаваемого электрического сигнала на электропривод от блока управления, для открытия или закрытия клапана, и от заданного угла поворота оси электропривода от исходного положения, контролируемого датчиком углового положения оси привода.
То есть, подачей на реверсивный электрический привод клапана определенной длительности одной, либо другой полярности электрического напряжения постоянного тока от блока управления двигателем, клапан перепуска будет открываться или закрываться, увеличивать или уменьшать подачу ОГ вторично в цилиндры двигателя, т.е. занимать заданное ему положение, для пропуска определенного объема ОГ. Заданное положение клапана перепуска подтверждается определенным уровнем сигнала с датчика положения оси привода. При этом зубчатая пара обеспечивает равную величину перемещений штока с клапаном перепуска при равных углах поворота оси электропривода, т.е. обеспечивает прямо пропорциональную зависимость линейного перемещения штока с клапаном перепуска от управляемого угла поворота оси электропривода. При останове электропривода, при снятии электрического тока с него, самотормозящий редуктор привода обеспечивает фиксированное положение оси, до подачи очередного управляющего сигнала. Наличие пружины сжатия в узле уплотнения штока клапана противодействует поджатию клапана перепуска к седлу, при этом исключает боковой зазор в зубчатой паре, повышая точность положения штока с клапаном перепуска в рабочем диапазоне, как при закрытии перепускного отверстия, так и при открытии.
Изоляция электрического привода с датчиком положения оси от корпуса и уплотнения штока промежуточным фланцем и прокладочным материалом, с малыми коэффициентами теплопроводности и минимально
допустимыми тепловыми мостами (связь только через нормализованный крепеж), обеспечивают стабильный тепловой режим электрическому приводу и датчику углового положения оси намного ниже температуры корпуса клапана, для достижения точности управления клапаном.
Таким образом, предложенное решение повышает линейность характеристики клапана, обеспечивает более точный выход клапана перепуска в заданную точку от управляющего сигнала и, следовательно, позволяет достигнуть более высокой точности управлением перепуска ОГ, добиться номинально необходимого объема перепуска ОГ на всех режимах работы двигателя и снижения процента содержания в выбрасываемом в атмосферу ОГ вредных примесей и уменьшения в нем дымности, обеспечить более оптимальные параметры работы двигателя.
Предлагаемая полезная модель освоена производством ЗАО «Пустынь» и прошла положительные испытания в составе дизельных двигателей Минского моторного завода (УП ММЗ), республика Беларусь.