АДСОРБЕР

Полезная модель относится к транспортным средствам (ТС), оснащенным двигателями внутреннего сгорания (ДВС), в частности к системам питания ДВС, а именно к адсорберам системы улавливания паров топлива (СУПТ) поглощающим топливные испарения из топливного бака.
Современные СУПТ содержащие адсорбер - поглотитель паров углеводородов, выходящих из топливного бака в основном при стоянке транспортного средства, трубопровод связывающий адсорбер и топливный бак и паропровод связывающий адсорбер с впускной системой ДВС, позволяющий регенерировать (десорбировать) адсорбер при работе ДВС, должны удовлетворять ряду международных и отечественных требований по обеспечению их работоспособности и надежности.
К одному из таких требований относится директива №70/220/ЕЭС от 20.03.1970 г.с последующими изменениями, где в пунктах 7.3.2. и 7.3.5. (стр.131, 132) регламентировано испытание давлением воздуха, которым подвергается СУПТ ТС (термин «система питания топливом» упомянутый в указанных пунктах означает СУПТ и другие элементы системы питания). Этому испытанию подвергаются как вновь изготовленные ТС, так и ТС находящиеся в эксплуатации, с целью определения работоспособности СУПТ и выявления дефектов. Так, если давление воздуха при продувке СУПТ понизится на 100 мм водяного столба за время большее чем 120 с. то, например, возможно пережат один из шлангов СУПТ и топливные пары не поступят из топливного бака к адсорберу. Это является дефектом, т.к. при этом топливные пары при возрастании парциального давления в бензобаке, из-за повышения температуры, будут выходить в атмосферу через редукционный клапан бензобака, что повысит токсичность ТС. Если же давление воздуха понизится на 100 мм водяного столба за время меньшее чем 30 с., Это означает, что в элементах СУПТ имеется не герметичность (порыв трубопровода, слабо затянуты хомуты крепления шлангов) и пары топлива выходят в атмосферу, что увеличивает токсичность ТС. Кроме того, в пунктах 7.2.2. и 7.2.4. той же директивы описаны требования к герметичности СУПТ ТС.
Наиболее ответственным и конструктивно проблематичным элементом, прямо влияющим на надежную герметичность конструкции адсорбера является узел сопряжения его крышки и корпуса, особенно когда названные конструктивные компоненты выполнены из пластического материала. В прилагаемом ниже описании заявляемой полезной модели предлагается конструкция элемента надежной герметизации и фиксации соединения крышки и корпуса адсорбера.
Широко известны устройства, содержащие корпус или емкость герметично замкнутые крышкой, при этом герметичность соединения достигается за счет размещенного между сопрягаемыми поверхностями корпуса и крышки упругого уплотнительного элемента, расположенного в специально сформированной в структуре корпуса и/или крышки канавке, которая в месте сопряжения названных элементов адсорбера обеспечивает зону контакта. Упругий уплотнительный элемент выполняется из упругоподатливого материала, например эластомера. Такие устройства известны, например из патентов:
RU 2238229, МКИ7 В65В 31/06, опубликовано 20.10.2004;
RU 2329186,
FR 2663291, МПК В65В 31/06,
US 4665654, МПК Н02В 1/28 и др.
Общим недостатком рассмотренных выше устройств является то, что в процессе сравнительно длинной их эксплуатации, под воздействием как внешних, так и внутренних факторов, неизбежно происходит старение полимеров и релаксация напряжения в материале упругого уплотнительного элемента, что вызывает снижение контактного давления и расслаивание зоны контакта. А поскольку механизм компенсации давления отсутствует, происходит разрыв зоны контакта, нарушается герметичность и, как следствие, происходит утечка среды из полости адсорбера в атмосферу (что совершенно недопустимо) и/или проникновение окружающей среды в полость адсорбера.
Анализ существующих конструкций адсорберов показал, что фиксация крышки на корпусе осуществляется неразъемно, как правило посредством сварки или завальцовки. Такие конструкции адсорберов не ремонтоспособны.
Из патента RU 2251017, МПК F02M 25/08, опубликованного 27.04.2005, заявитель ОАО "Счетмаш", г.Курск, известен адсорбер-десорбер паров топлива корпусного типа, который содержит по крайней мере крышку корпуса, блок адсорбции и впускную камеру, связанную проходящими через крышку корпуса впускной трубкой с топливным баком и трубкой для продувки со всасывающим
трактом ДВС. В соединении крышки с корпусом размещено геометизирующее кольцевое уплотнение из эластичного материала (резина). Крышка неразъемно закреплена на корпусе методом завальцовки, что делает невозможным замену эластичного уплотнения, в случае возникновения такой необходимости. В процессе длительной эксплуатации в составе автомобиля адсорберы подвергаются значительным термобароциклическим нагружениям, в результате чего, как показала практика эксплуатации, в ряде случаев наблюдалась потеря герметичности в соединении крышки с корпусом. Нарушение герметичности имело место как в случае применения герметика, так и при сварном конструктивном исполнении соединения крышки с корпусом адсорбера.
В качестве прототипа рассмотрена конструкция адсорбера улавливания паров бензина в топливной системе автомобилей, известная из патента России №2171391, МПК F02M 25/08, опубликованного 27.07.2007, патентообладатель ОАО "Заря", г.Дзержинск, Нижегородской обл. Адсорбер содержит цилиндрический корпус, крышку с патрубками входа и выхода, подающую трубу, сборник конденсата, выходную полость, слой адсорбента и электромагнитный клапан с патрубком продувки. Сборник снабжен двухсекционной цилиндрической вставкой с центральным патрубком подачи жидкой фазы и отверстиями сообщения. Соединение крышки с корпусом, в одном из частных случаев конструктивного исполнения, может быть осуществлено замковым пазом.
Конструкция адсорбера, известная из прототипа, частично лишена недостатков, описанных в вышеизложенном уровне техники, поскольку крышка и корпус соединены без использования сварки, а именно: на верхней части корпуса имеется кольцевой выступ, а на крышке по ее контуру ответный зацеп. Соединение крышки и корпуса осуществляется путем приложения осевой силы, при этом кольцевой выступ по всему контуру корпуса входит в зацеп на крышке, т.е. происходит защелкивание. Герметизация соединения обеспечивается за счет лабиринтного уплотнения 21 (фиг 2). Недостатком этого устройства является разрушение деталей - крышки или корпуса, при демонтаже крышки. Необходимость разборной конструкции, т.е. периодического демонтажа крышки объясняется тем, что при производственном процессе изготовления адсорбера, часть их отбраковывается после проведения контрольных операций (проверка герметичности, поглощающей способности, гидравлического сопротивления и т.д). При этом дорогостоящие детали входящие в адсорбер (Крышка, корпус,
адсорбент) могут использоваться повторно при устранении дефектов выявленных при проведении контроля.
Техническим результатом в предлагаемой полезной модели является, с одной стороны, создание разборной конструкции адсорбера, то есть обеспечение возможности периодического (до двух, трех раз, более не требуется) демонтажа крышки при производственном процессе изготовления или эксплуатации адсорбера, когда часть адсорберов отбраковывается после проведения контрольных операций (проверка герметичности, поглощающей способности, гидравлического сопротивления и т.д.). При этом дорогостоящие детали, входящие в адсорбер (крышка, корпус, сорбирующий блок) могут использоваться повторно при устранении дефектов выявленных при проведении контроля.
С другой стороны, существенно повышается герметичность в соединении крышки с корпусом адсорбера, за счет, во-первых, придания узлу фиксации крышки на корпусе функций термической компенсации, и, во-вторых, за счет обеспечения возможности замены эластичного уплотнения и более оптимальной его установки, что позволяет повысить качество и надежность конструкции, а также увеличить ресурс в эксплуатации.
Сущность полезной модели заключается в том, что в известном адсорбере, содержащем, в частности, цилиндрический корпус снабженный установочным фланцем, на котором упруго закреплена посредством вертикальной отбортовки крышка, снабженная функциональными патрубками входа и выхода паров бензина и связи сорбирующего вещества с атмосферой, сорбирующий блок, расположенный внутри корпуса, коаксиально с ним, а также узлы взаимной герметизации и фиксации крышки на верхней части корпуса, узел взаимной фиксации крышки на корпусе выполнен в виде сформированного на внутренней стороне отбортовки крышки кольцевого выступа, имеющего в поперечном сечении по всему периметру отбортовки форму трапеции, вершина которой обращена в сторону корпуса, и сформированного на встречной выступу стенке установочного фланца, снабженного острой кромкой фиксирующего элемента, вступающего в упругий кинематический контакт с верхним основанием кольцевого выступа в отбортовке крышки в момент полного защелкивания крышки на корпусе, при этом между вершиной кольцевого выступа крышки и встречной боковой стенкой установочного фланца образован гарантированный кольцевой зазор, узел взаимной герметизации образован кольцевой выемкой с плоским дном, округленно переходящим в вертикальную стенку в установочном фланце,
ограниченной внутренней стенкой крышки и выполненным за одно целое с ней коаксиальным ребром, вершина которого по всему периметру контактирует с внутренней цилиндрической стенкой корпуса, и размещенным в образовавшейся таким образом замкнутой полости эластичным уплотнением, изначально круглым в поперечном сечении и принимающем форму сплющенного овала в момент полного защелкивания крышки на корпусе, при этом вершина сплющенного овала и верхняя плоская стенка установочного фланца контактируют с ответной плоской внутренней стенкой крышки.
Очевидно, что при таком конструктивном исполнении возможет демонтаж крышки с корпуса, необходимая замена из его полости отработавших или дефектных элементов, и повторный монтаж крышки, либо замена ее самой, при сохранении остальных элементов конструкции адсорбера.
Форма кольцевого выступа, имеющего в поперечном сечении по всему периметру отбортовки форму трапеции, вершина которой обращена в сторону корпуса, позволяет обеспечить некоторую подвижность острой кромки фиксирующего элемента по наклонной боковой стороне трапеции, компенсируя таким образом термические нагрузки в соединении крышки с корпусом, обеспечивая при этом надежный герметичный контакт.
Такие конструктивные изменения, в сравнении с прототипом полезной модели, достигнуты методом интуитивно-логического анализа проблемы, обозначенной представленным выше анализом уровня техники, аналитической работы по формированию наилучшего конструктивного решения эмпирическим путем и последующих экспериментов с полученными таким образом опытными образцами заявляемого устройства. В частности было отмечено, что эластичное уплотнение при такой его установке безотказно работает в течение всего периода эксплуатации адсорбера, а герметичность в соединении корпуса с крышкой не нарушается при многократных циклических изменениях температуры окружающей среды.
Сравнение научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежной рубриках МКИ показывает, что совокупность существенных признаков заявленного решения ранее не была известна, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности «новизна».
Предложенное техническое решение промышленно применимо, т.к. может быть изготовлено промышленным способом, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, следовательно, соответствует условию патентоспособности
«промышленная применимость». При этом полезная модель может быть осуществлена в условиях промышленного производства с использованием несложного технологического оборудования и современных материалов.
Другие особенности и преимущества заявляемой полезной модели станут понятны из чертежей и следующего детального описания, где:
- на фиг.1 показан общий вид адсорбера, продольное сечение по А-А (фиг.2),;
- на фиг.2 показан вид на крышку адсорбера,
- на фиг.3 укрупненно показан фрагмент вида -А- составного элемента узла взаимной герметизации и фиксации крышки на верхней части корпуса - крышки,
на фиг.4 укрупненно показан фрагмент вида -А- составного элемента узла взаимной герметизации и фиксации крышки на верхней части корпуса -эластичное уплотнение,
на фиг.5 укрупненно показан фрагмент вида -А- составного элемента узла взаимной герметизации и фиксации крышки на верхней части корпуса -установочный фланец,
на фиг.6 показаны узлы взаимной герметизации и фиксации крышки на корпусе в момент полного защелкивания крышки на корпусе, вид -А-.
Адсорбер, фиг.1, содержит цилиндрический корпус 1 снабженный установочным фланцем 2, на котором упруго закреплена посредством вертикальной отбортовки 3 крышка 4, снабженная функциональными патрубками входа 5 и выхода 6 паров бензина и патрубка 7 связи сорбирующего вещества с атмосферой, сорбирующий блок 8, расположенный внутри корпуса 1, коаксиально с ним, а также узлы взаимной герметизации и фиксации крышки на верхней части корпуса. Узел взаимной фиксации крышки 4 на корпусе 1 выполнен в виде сформированного на внутренней стороне отбортовки 3 крышки кольцевого выступа 9, имеющего в поперечном сечении по всему периметру отбортовки форму трапеции, вершина 10 которой обращена в сторону корпуса 1, и сформированного на встречной выступу 9 стенке установочного фланца 2, снабженного острой кромкой 11 фиксирующего элемента 12, вступающего в упругий кинематический контакт с верхним основанием 13 кольцевого выступа 9 в отбортовке 3 крышки в момент полного защелкивания крышки на корпусе. Между вершиной 10 кольцевого выступа 9 крышки и встречной боковой стенкой установочного фланца 2 образован гарантированный кольцевой зазор 14. Узел взаимной герметизации образован кольцевой выемкой 15 с плоским дном 16,
округленно переходящим в вертикальную стенку 17 в установочном фланце 2. Выемка 15 ограничена внутренней стенкой крышки 18 и выполненным за одно целое с ней коаксиальным ребром 19, вершина 20 которого по всему периметру контактирует с внутренней цилиндрической стенкой 21 корпуса 1. В образовавшейся таким образом замкнутой полости 22 располагается эластичное уплотнение, выполненное, например, из термо-бензостойкой резины, изначально круглое 23, фиг.4, в поперечном сечении и принимающее форму сплющенного овала 24, фиг.6, в момент полного защелкивания крышки 4 на корпусе 1. Вершина 25 уплотнения 24, принявшего в поперечном сечении форму сплющенного овала и верхняя плоская стенка 26 установочного фланца 2 контактируют с ответной плоской внутренней стенкой 18 крышки 4.
Работает адсорбер обычным образом, совершенно аналогично всем без исключения конструкциям представленным выше в описании предшествующего уровня техники. Физические явления "адсорбция", "десорбция" и процесс поглощения газов адсорбирующими веществами известны и описаны в научной и технической литературе. В данной конструкции, как это уже было отмечены выше, соединение крышки 4 и корпуса 1 осуществляется за счет приложения осевого усилия на крышку 4. При этом изначально происходит центрирование крышки 4 нижней боковой поверхностью трапеции ее кольцевого выступа 9 на кромке 11 фиксирующего элемента 12, а затем, при скольжении острой кромки 11 по верхней боковой поверхности трапеции выступа 9, за счет упругих сил со стороны крышки 4 происходит полное защелкивание ее на корпусе 1. Именно за счет трапецеидального поперечного сечения выступа 9 и возможен демонтаж крышки 4. Одновременно с этим, в названном соединении заложен механизм термокомпенсации за счет обеспечения возможности ограниченного перемещения острой кромки 11 фиксирующего элемента 12 по наклонной стенке выступа 9. В отличие от заявляемой полезной модели, в прототипе верхняя поверхность выступа 9, по которой происходит фиксация крышки 4 на корпусе 1, выполнена перпендикулярно оси корпуса 1, что и приводит к поломке конструкции крышки 4 при ее демонтаже в известном устройстве.
В данном случае демонтаж крышки, как это было установлено на опытных образцах, возможен два, три раза. Но на практике более и не требуется.
Кроме того, в предлагаемом уплотнительном соединении, за счет оптимальной конфигурации замкнутой полости 22, релаксация контактных напряжений происходит с существенно меньшей скоростью, по сравнении с
прототипом, что вызвано повышением доли нерелаксирующих статических напряжений в области массива уплотнения 24, принявшего в поперечном сечении форму сплющенного овала, деформированного в замкнутой полости 22 под воздействием вертикально приложенной силы со стороны крышки.
Конкретные иллюстрации эффективности использования и варианты реализации заявленного технического решения, описанные выше, являются по своему характеру лишь частными примерами и не ограничивают притязания заявляемой полезной модели, объем которой определяется формулой полезной модели. Для технических специалистов работающих в данной области техники станут очевидными другие возможные конкретные варианты осуществления заявляемого устройства, которые будут находиться в рамках объема притязаний настоящей полезной модели.