Пробка заливной горловины топливного бака автомобиля

Предлагаемая полезная модель относится к машиностроению, в частности к системам питания двигателя внутреннего сгорания (ДВС) автомобиля и другой техники, где применяются топливные баки для жидкого углеводородного топлива, в частности к пробкам-крышкам, предназначенным для закрывания и герметизации заливной горловины топливного бака автомобиля, для защиты от проникновения злоумышленников к топливу, находящемуся внутри запираемого топливного бака, а также для регулирования в топливном баке давления на автомобилях и другой технике, эксплуатируемых в различных климатических условиях при температуре окружающей среды от -45 до +50°С.
В последние десятилетия разработано и предложено множество вариантов пробок-крышек для заливной горловины топливного бака автомобиля: например, Ru 2179117 С2, Ru 2214333 С2, Ru 2312775 C1 и др.).
Так, например, известна крышка заливной горловины топливного бака, защищенная патентом RU 2179117 С2, МПК B60К 15/05, В65D 41/32, публ. 10.02.2002, которая содержит корпус с резьбовым наконечником для вкручивания в заливную горловину и размещенную на названном наконечнике между его резьбовым участком и опорным торцом корпуса кольцевую прокладку с радиальным разрезом из эластичного материала, при этом прокладка выполнена полой, в упомянутой полости размещен упругий, деформируемый в осевом направлении и обладающий памятью формы кольцевой элемент; упругий элемент выполнен в виде тарельчатой пружины; между внутренними стенками полости прокладки и упругим элементом размещены опорные кольца, расположенные симметрично плоскости, нормальной к оси наконечника, и поперечное сечение которых в основном повторяет форму внутренних стенок полости прокладки; упругий элемент по периметру снабжен центрирующими выступами, направленными в сторону его оси; минимальная величина деформации «S» прокладки, при которой сохраняется беззазорное соединение крышки и заливной горловины, составляет m/2, где m - шаг резьбы наконечника.
Конструкция известного устройства направлена на повышение надежности герметизации соединения пробки с заливной горловиной топливного бака и не предусматривает возможности его использования для регулирования давления в топливном баке на автомобилях, эксплуатируемых в различных климатических условиях при температуре окружающей среды от -45 до +50°С.
Известна пробка топливного бака, защищенная патентом RU 2214333 С2, МПК B60К 15/05, публ. 10.12.2002, которая содержит корпус с резьбой для ввинчивания в заливную горловину, крышку с выступающей частью, образующей рукоятку для вращения, устройство ограничения момента затяжки и прокладку, уплотняющую пробку в заливной горловине, при этом между крышкой и корпусом установлен фиксатор, выполненный в виде подпружиненной в осевом направлении пластины, расположенной в пазу рукоятки крышки с возможностью передачи крутящего момента от крышки корпусу и возможностью стопорения фиксатора стопорящими элементами, расположенными на боковых поверхностях рукоятки, путем воздействия сжимающего усилия пальцев руки, при этом на нижнем торце пластины выполнены два радиально расположенных выступа, входящих в зацепление с храповым диском устройства ограничения момента затяжки, причем контактные площадки выступов и диска в направлении вывинчивания пробки выполнены наклоненными к вертикали с возможностью создания осевой составляющей от окружной силы, приложенной к ободу крышки, превосходящей усилие пружины; при этом пружина выполнена за одно целое с пластиной, а угол наклона контактных площадок к вертикали в направлении вывинчивания пробки лежит в пределах 30...60°; элементы стопорения выполнены в виде подвижных участков боковых поверхностей рукоятки, имеющих с внутренней стороны выступы, запирающие фиксатор в рабочем положении при силовом воздействии пальцев руки на эти участки.
Наиболее близкой к предлагаемой полезной модели является пробка топливного бака, защищенная патентом RU 2312775 С1, МПК B60К 15/05, публ. 20.12.2007, имеющая варианты 1 и 2.
В указанном патенте пробка по 1 варианту содержит крышку с выступающей частью, образующей рукоятку для вращения и корпус с резьбой для ввинчивания в заливную горловину, соединенные друг с другом элементы ограничения момента заворачивания, прокладку, уплотняющую пробку в заливной горловине, крышка выполнена с выступами на верхней внутренней поверхности и с защелкивающимся элементом соединения на внутренней боковой поверхности, корпус выполнен с фланцем, в котором выполнены сквозные пазы и упругие элементы с выступами, с кольцевым буртиком и с резьбой на внешней боковой поверхности, со ступенчатой частью со ступенчатым отверстием внутри, по верхнему контуру которого выполнен кольцевой радиусный выступ, с ребрами жесткости и с выступами внутри, в верхней части которых выполнена круговая канавка и фиксирующие элементы, прокладка выполнена в виде уплотнительного кольца, при этом элементы ограничения момента заворачивания выполнены в виде выступов на верхней внутренней поверхности крышки и упругих элементов с выступами на фланце корпуса, дополнительно устройство содержит клапанное устройство, состоящее из клапана воздушного (впускного), клапана парового (выпускного), втулки, тарелки, пружины малой, пружины, при этом клапан воздушный (впускной) установлен на пружину малую, которая установлена на нижнюю ступень ступенчатого отверстия, клапан паровой (выпускной) установлен на кольцевой радиусный выступ, выполненный по верхнему контуру ступенчатого отверстия и соединен с втулкой, тарелка установлена в круговой канавке выступов внутри корпуса и закреплена с помощью фиксирующих элементов, пружина установлена между втулкой и тарелкой; крышка и корпус соединены друг с другом посредством защелкивающегося элемента соединения; защелкивающийся элемент соединения выполнен в виде кольцевой канавки с кольцевым радиусным выступом; клапан воздушный (впускной) содержит плоское круглое основание с выступами по наружному контуру и центральный выступ; клапан паровой (выпускной) содержит круглое плоское основание с пазами по наружному контуру, кольцевой радиусный выступ, центральный выступ, в верхней части которого выполнено расширение, сквозное коническое отверстие; втулка содержит плоское донышко с отверстием в центре, цилиндрическую боковую поверхность; клапан паровой (выпускной) соединен с втулкой путем установки центрального выступа с расширением в верхней части клапана парового (выпускного) в отверстии втулки; крышку, корпус, втулку изготавливают из пластмассы методом литья под давлением на пресс-формах, эксплуатируемых на термопластавтоматах.
Пробка по 2 варианту указанного выше патента, содержит крышку с выступающей частью, образующей рукоятку для вращения и корпус с резьбой для ввинчивания в заливную горловину, соединенные друг с другом элементы ограничения момента заворачивания, прокладку, уплотняющую пробку в заливной горловине, крышка выполнена с выступами на верхней внутренней поверхности и с защелкивающимся элементом соединения на внутренней боковой поверхности, корпус выполнен с фланцем, в котором выполнены сквозные пазы и упругие элементы с выступами, с кольцевым буртиком и с резьбой на внешней боковой поверхности, со ступенчатой частью со ступенчатым отверстием внутри, по верхнему контуру которого выполнен кольцевой радиусный выступ, с ребрами жесткости и с выступами внутри, в верхней части которых выполнена круговая канавка и фиксирующие элементы, прокладка выполнена в виде уплотнительного кольца, при этом элементы ограничения момента заворачивания выполнены в виде выступов на верхней внутренней поверхности крышки и упругих элементов с выступами на фланце корпуса, дополнительно устройство содержит клапанное устройство, включающее прокладку, втулку, шайбу, пружину, тарелку, при этом прокладка соединена с втулкой и шайбой и установлена на кольцевой радиусный выступ, выполненный по верхнему контуру ступенчатого отверстия внутри корпуса, шайба установлена во втулку, тарелка установлена в круговой канавке выступов, пружина установлена между шайбой и тарелкой; крышка и корпус соединены друг с другом посредством защелкивающегося элемента соединения; защелкивающийся элемент соединения выполнен в виде кольцевой канавки с кольцевым радиусным выступом; прокладка содержит плоское круглое основание с пазами по наружному контуру, кольцевой радиальный выступ, центральный выступ с расширением в верхней части; втулка содержит плоское донышко с отверстием в центре, боковую цилиндрическую поверхность; шайба содержит плоское донышко со ступенчатым отверстием в центре, буртик-прокладка соединена с втулкой и шайбой путем установки центрального выступа с расширением прокладки в отверстия втулки и шайбы; шайба установлена во втулку таким образом, что шайба расположена между боковой цилиндрической поверхностью на донышке втулки; пружина установлена между шайбой и тарелкой таким образом, что с одной стороны она расположена на буртике шайбы и опорной поверхностью тарелки с другой стороны; крышку, корпус, втулку, шайбу изготавливают из пластмассы методом литья под давлением на пресс-формах, эксплуатируемых на термопластавтоматах.
В задачу полезной модели положено создание простого и удобного в эксплуатации устройства, обеспечивающего защиту от проникновения злоумышленников в топливный бак, герметичное соединение пробки с заливной горловиной топливного бака автомобиля, ограничение выбросов паров топлива из топливного бака автомобиля в атмосферу, поддержание в топливном баке рабочего давления на автомобилях, в различных климатических условиях при температуре окружающей среды от -45 до +50°С, упрощение изготовления и сборки устройства, повышение надежности его функционирования, защиту топливной системы от пыли и посторонних частиц, защиту пробки от утери в случае демонтажа ее с горловины топливного бака при обеспечении компактности и малого веса изделия.
Достижение всех поставленных в задачу эффектов и составляет новый технический результат предлагаемой полезной модели.
Поставленная задача в устройстве достигается тем, что в пробке заливной горловины топливного бака автомобиля, содержащей крышку пробки с выступающей частью, образующей рукоятку для вращения и гнездо в виде цилиндра имеющего в нижней части паз для перемещения фиксатора замка со смонтированной в гнезде встроенной запирающей личинкой замка топливного бака и вставленным в паз фиксатором; стакан, расположенный под крышкой пробки и выполненный в виде цилиндра с донышком и буртиком в верхней части имеющим на нижней поверхности элементы ограничения момента закручивания; чашку резьбовую, выполненную также в виде цилиндра с резьбой на наружной части для завинчивания в горловину топливного бака, с донышком и буртиком в верней части имеющим на верхней поверхности элементы ограничения заворачивающего момента, взаимодействующие с элементами ограничения заворачивающего момента стакана, также резьбовая чашка имеет отверстие в донышке для сообщения бака с атмосферой и кольцевой выступающий буртик над верхней поверхностью донышка для прилегания эластичного уплотнителя корпуса клапанов, передача крутящего момента от рукоятки вращения на чашку резьбовую осуществляется через фиксатор замка, вставленный в паз крышки и перемещающийся в нем. Фиксатор имеет с одной стороны выступ, которым зацепляется за один из нескольких выступов стакана, расположенных над внутренней цилиндрической поверхностью стакана, далее, через взаимодействующие друг с другом элементы ограничения крутящего момента стакана и резьбовой чашки, момент затягивания передается на резьбовую чашку, которая своей резьбовой частью ввинчивается в горловину топливного бака. Резьбовая чашка фиксируется в крышке пробки при помощи выступов, или выступа, расположенных на внутренней поверхности крышки пробки и удерживает расположенный между резьбовой чашкой и крышкой пробки стакан, взаимодействующий через фиксатор с личинкой замка, при этом выступы-фиксаторы крышки пробки, удерживающие резьбовой стакан, должны обеспечить свободное вращение относительно друг друга крышки пробки и стакана, необходимое для работы устройства запирания, а также свободное вращение резьбовой чашки относительно пробки, необходимое для работы элементов ограничения крутящего момента, расположенных в зоне взаимодействия элементов резьбовой чашки и стакана. Защита от злоумышленников осуществляется запиранием пробки на ключ, который через личинку замка, имеющую секретный механизм, перемещает с помощью выступа в нижней части личинки фиксатор, соединяющий крышку пробки со стаканом и далее с резьбовой чашкой, при этом выступ фиксатора отодвигается от выступа на внутренней части стакана, и крышка пробки свободно вращается относительно завинченного в горловину резьбового стакана, исключая возможность демонтажа пробки с горловины топливного бака. Отпирание и демонтаж пробки происходят в обратном порядке. Герметичное соединение пробки с топливным баком осуществляется с помощью уплотнительного кольца расположенного под бортиком резьбовой чашки и прижимающегося этим бортиком при завинчивании пробки к горловине топливного бака, а элементы ограничивающие крутящий момент выполнены в виде выступов на взаимодействующих друг с другом поверхностях стакана и резьбовой чашки, при этом выступы на одной из деталей, или на двух, должны быть выполнены в виде упругих элементов для обеспечения нормальной работы механизма ограничения крутящего момента выполненного в виде трещетки. Для исключения потери пробки после демонтажа с заливной горловины на наружной цилиндрической поверхности крышки пробки выполнена кольцевая канавка, в которую вставляется кольцо соединенное гибким элементом с кузовом автомобиля, при этом кольцо свободно вращается в канавке крышки пробки. Резьбовая чашка содержит в средней своей части под дном стакана фильтрующий блок состоящий из корпуса фильтра и вставленного в него фильтрующего элемента, при этом корпус фильтра выполнен в виде цилиндра с донышком и бортиком в верхней части который плотно вставляется в резьбовую чашку, внизу упирается в выступ на внутренней поверхности резьбовой чашки, а сверху фиксируется при помощи выступов или кольцевого выступа на внутренней поверхности резьбовой чашки, при этом в донышке корпуса фильтра выполнено одно большое или несколько малых отверстий для сообщения полости бака с атмосферой. В корпус фильтра вставлен фильтрующий элемент. В нижней части резьбовой чашки, под корпусом фильтра, монтируется блок клапанов, состоящий из корпуса клапанов в виде цилиндра с донышком и буртиком в нижней части, в донышке выполнено фигурное отверстие с отходящими от него пазами в виде креста. либо звездочки, в которое вставлен вакуумный клапан в виде перевернутого гриба с утолщением в дальней от шляпки части ножки для фиксации вакуумного клапана в отверстии корпуса клапанов, при этом на нижней поверхности донышка корпуса клапанов выполнены концентрично два выступающих кольцевых буртика, на внутренний из которых опирается шляпка вакуумного клапана, а на наружный буртик одевается выполненный в виде шайбы эластичный уплотнитель корпуса клапанов, он же уплотнитель клапана давления опирающийся нижней поверхностью на кольцевой выступ верней поверхности донышка резьбовой чашки. Корпус клапанов прижимается к донышку резьбовой чашки через эластичный уплотнитель при помощи цилиндрической пружины, которая одевается на наружные цилиндрические части корпуса клапанов внизу и корпуса фильтра сверху, пружина упирается снизу в буртик корпуса клапанов, а сверху в буртик корпуса фильтра. Все детали пробки, кроме пружины и личинки с ключом, изготавливают из пластмассы методом литья под давлением на пресс-формах, эксплуатируемых на термопластавтоматах, кроме того, уплотнитель корпуса клапанов можно изготовить из листового маслобензостойкого материала обладающего необходимой эластичностью методом лазерной резки или вырубки на штампе, исключив изготовление дорогостоящей пресс-формы.
На чертеже изображена в разрезе пробка заливной горловины топливного бака транспортного средства или специальной техники.
Конструктивно предлагаемая пробка заливной горловины топливного бака содержит: крышку пробки 1 с наружной конической поверхностью, имеющей кольцевую канавку 13 для надевания элемента защиты пробки от потери в снятом состоянии, рукоятку для вращения 14 в виде полой выступающей части на верхней внешней поверхности, с выступающим на нижней поверхности кольцеобразным буртиком 15 для базирования стакана 3, гнездо личинки замка в виде цилиндра с пазами для фиксации стопоров личики поз. 16, направляющий паз 17 в нижней части гнезда личинки для работы стопора 4, а также выступы 18 на внутренней боковой поверхности для фиксации защелкиванием резьбовой чашки 2 в сборе со стаканом 3; резьбовую чашку 2 с наружной резьбой 19 для фиксации в баке, с буртиком 20 для защелкивания внутри крышки пробки 1 и прижима к горловине бака уплотнительного кольца 11, с упругими элементами в виде выступов 21 для ограничения крутящего момента закручивания пробки, с кольцевым буртиком 22 для защелкивания корпуса фильтра 8 и буртиком 23 на который опирается корпус фильтра 8, выступы 24 на внутренней поверхности резьбовой чашки служащие направляющими для перемещения корпуса клапанов 5, кольцевой буртик 25 на верней поверхности донышка для прилегания уплотнителя 7, а также отверстие 26 для сообщения с атмосферой полости бака; стакан 3 с буртиком в верхней части и выступающими элементами 27 для взаимодействия с элементами 21 резьбовой чашки 2 ограничивающими момент закручивания пробки, с выступами 28 для взаимодействия с выступом 29 стопора 4; стопор 4, имеющий плоские боковые поверхности для направления перемещения, выступ 29 для зацепления за выступы 28 стакана 3, направляющий паз 30 в который вставляется выступ 31 личинки 12; корпус клапанов 5 в виде цилиндра с донышком и буртиком в нижней части имеющий фигурное отверстие 32 в виде креста или звездочки, буртик 33 для прилегания эластичной шляпки вакуумного клапана 10, а также буртик 34 для монтажа уплотнителя 7; пружину 6, скользящую по наружным цилиндрическим поверхностям корпуса клапанов 5 и корпуса фильтра 8, где пружина упирается в верхней части в корпус фильтра 8, а внизу прижимает корпус клапанов через уплотнитель 7 к буртику 25 резьбовой чашки 2, при этом параметры и размеры пружины рассчитывают и подбирают с условием открытия клапана при необходимой величине избыточного давления; уплотнитель корпуса клапанов 7 из эластичного маслобензостойкого материала в виде шайбы с отверстием; корпус фильтра 8 в виде стакана с донышком и отверстием, или отверстиями, в донышке, а также буртиком в верхней части при помощи которого он фиксируется между элементами 22 и 23 резьбовой чашки 2; фильтр 9 представляющий собой цилиндр из фильтрующего материала вставленный с натягом в корпус фильтра 8; клапан вакуумный 10 выполненный в виде перевернутого гриба из эластичного маслобензостойкого материала с утолщением на ножке 35 для фиксации в отверстии 32 корпуса клапанов 5 и прилегающий своей шляпкой к буртику 33 корпуса клапанов 5, при этом параметры материала вакуумного клапана, его размеры и размеры буртика 33 подбирают исходя из необходимых условий величины срабатывания; уплотнительное кольцо 11 для герметизации стыка пробки и горловины топливного бака; личинку замка 12 с ключом, имеющую в нижней части выступ 31 вставленный в паз 30 стопора 4 для его перемещения.
Сборку предлагаемого изделия осуществляют следующим образом.
Из пластмассы методом литья под давлением на пресс-формах, эксплуатируемых на термопластавтоматах, изготавливают детали пробки заливной горловин: крышка пробки 1, чашка резьбовая 2, стакан 3, фиксатор 4, корпус клапанов 5, уплотнитель корпуса клапанов 7, корпус фильтра 8, клапан вакуумный 10, кольцо уплотнительное 11. Детали 7 уплотнитель корпуса клапанов, 10 клапан вакуумный, 11 кольцо уплотнительное изготавливаются из маслобензостойкого эластомера, либо из резиновой смеси методом прямого прессования, кроме того, деталь 7 может быть изготовлена из листовой резины методами лазерной резки или вырубки.
Далее процесс сборки осуществляется путем соединения двух подсборок: подсборки крышки пробки и подсборки резьбовой чашки. В подсборке крышки пробки соединяют крышку пробки 1 с личинкой замка 12, при этой операции личинка замка 12 вводится внутрь гнезда крышки пробки 1 и фиксируется при помощи подпружиненной стопорной пластины в момент, когда она выходит за внутренней стенкой гнезда личинки. После этого пробка переворачивается, в паз гнезда личинки вставляется фиксатор 4 и все это накрывается стаканом 3. В подсборку резьбовой чашки 2 вводится подсборка корпуса клапанов, состоящая из корпуса клапанов 5 с вставленным в него вакуумным клапаном 10 и надетым на корпус клапанов уплотнителем 7, далее на корпус клапанов в сборе 5 одевается пружина 6, которая сжимается корпусом фильтра 8, который в свою очередь защелкивается на внутренней поверхности резьбовой чашки. Далее в корпус фильтра 8 вставляется фильтрующий элемент 9 и одевается уплотнительное кольцо 11, после чего подсборка резьбовой чашки вводится внутрь подсобранной крышки пробки фиксируется защелкиванием через выступы 18.
Предлагаемая полезная модель работает следующим образом.
Для открывания пробки необходимо ввести ключ в замочную скважину личинки 12 и повернуть его в направлении отпирания, при этом личинка 12 при помощи выступа 31, вставленного в паз 30 фиксатора 4, переместит фиксатор в направлении выступов 29 на внутренней поверхности стакана 3. Фиксатор 4 после этого войдет в зацепление со стаканом 3 и образует жесткую связь между крышкой пробки 1 и стаканом. Вращая ручку крышки пробки 1 против часовой стрелки через элемент 27 механизма трещетки, воздействие передается на элемент 21 резьбовой чашки 2, что приводит к ее вывинчиванию из горловины топливного бака. Для предотвращения потери пробки в снятом состоянии служит подвижное кольцо, соединенное с корпусом автомобиля и вставленное в кольцевую канавку 13 крышки пробки. Закручивание и запирание пробки топливного бака происходит в обратном порядке. При вращении крышки 1 по часовой стрелке происходит ввинчивание пробки в заливную горловину. При этом момент вращения передается резьбовой чашке 2 через упругие элементы 21 от элементов 27 стакана, которые взаимодействуют друг с другом, ограничивая момент запирания пробки.
Заданного момента заворачивания пробки в заливную горловину достигают после трех щелчков, которые означают, что выступы 21 на упругих элементах чашки 2 перескакивают через выступы 27 в стакане 3. Далее ключ поворачивается в положение «заперто» и извлекается из замочной скважины, при этом фиксатор 4 выводится из зацепления с выступами 29 стакана 3 и крышка пробки 1 начинает свободно вращаться на горловине топливного бака исключая возможность откручивания пробки. При допустимом давлении в топливном баке пружина 6 прижимает корпус клапанов 5 через уплотнитель 7 к кольцевому выступу 25 резьбовой чашки 2 образуя герметичное соединение, при этом эластичный вакуумный клапан 10 поджимается давлением внутри топливного бака к кольцевому буртику 33 корпуса клапанов 5 также образуя герметичное соединение. При возрастании давления в баке выше нормы оно преодолевает усилие пружины 6 и приподнимает корпус клапанов 5 образуя щель между уплотнителем 7 и буртиком 25 через которую избыточное давление выходит наружу и далее, через фильтрующий элемент 9 и зазор между резьбовой чашкой 2 и стаканом 3, через окна вокруг элементов 21 попадает в атмосферу. При образовании в топливном баке избыточного вакуума в результате выработки топлива атмосферный воздух пройдя через указанные выше зазоры в обратном направлении проходит очистку в фильтрующем элементе 9 и далее, через щели фигурного отверстия 32, воздействует на эластичную щляпку вакуумного клапана 10, образуя между ней и между атмосферой и кольцевым буртиком 33 щель, через которую и далее через отверстие 25 необходимое количество воздуха попадает в топливный бак, выравнивая разницу давлений между атмосферой и топливным баком.
Предлагаемая конструкция пробки топливного бака улучшает ее потребительские свойства, благодаря дополнительным функциям защиты от проникновения злоумышленников и защиты от утери, расширяет ее функциональные возможности благодаря фильтру, исключающему попадание пыли и мусора в топливную систему через горловину топливного бака, при этом используется более простая и надежная, с меньшим количеством деталей, конструкция вакуумного клапана, позволяющая создать более компактную и легкую конструкцию узла в целом, сократить затраты на производство и сборку изделия.