Клапан, предотвращающий обратный выброс топлива при заправке топливного бака автомобиля

Полезная модель (далее ПМ) относится к автомобилям, имеющим наливную трубу для заливки топлива в топливный бак (далее ТБ), а именно, к клапанам, предотвращающим обратный выброс топлива (далее КПОВТ).
7
Известно устройство КПОВТ по патенту США №6675843 (int. Cl В65В 1/04, дата 13.01.2004), где в наливной трубе ТБ имеется КПОВТ, представляющий собой заслонку. Недостатком данного устройства является сложность и инерционность конструкции, что при больших скоростях (расходах) заправляемого топлива приведет к потере эффективности КПОВТ. Произойдет обратный выплеск топлива в окружающее пространство, что не допустимо, т.к. это увеличит пожароопасность и токсичность автомобиля. Кроме того, заслонка создает значительное гидравлическое сопротивление потоку топлива при заправке, что вынуждает увеличивать проходное сечение трубы. Данная мера приведет к увеличению масса-габаритных параметров наливной трубы. Другое устройство КПОВТ по патенту США №7 040 360 (int. Cl D67C 3/26, дата 09.05.2006), имеет корпус с разделителем потока топлива и дополнительными клапанами, открывающимися при увеличении расхода топлива при заправке ТБ. Недостатком этого устройства является так же сложность конструкции и возможность выплеска топлива в конце заправки, из-за отсутствия запорного элемента (диафрагмы) на разделителе потока.
2
Наиболее близким техническим решением (прототип) является устройство КПОВТ по патенту США №3 911 949 (int. Cl F16K 15/00, дата 14.10.1975), содержащее цилиндрический корпус с продольной осью, торцами и ограничителями, внутри которого расположен разделитель потока топлива, проходящий по продольной оси. К одному из торцев присоединяется эластичная диафрагма в виде тонкостенной пластины, которая крепится в центре, на оси корпуса и перпендикулярна ей. Недостатком этого устройства является большое гидравлическое сопротивление, которое оказывает диафрагма потоку топлива, т.к. может сгибаться под действием потока топлива во всех точках поверхности соприкосновения с потоком, а именно происходит деформация всего края диафрагмы присоединенного к торцу корпуса. Кроме того, поток топлива как правило является не равномерным, при этом диафрагма может вибрировать и создавать дополнительное гидравлическое сопротивление прохождению потока. Повышенное гидравлическое сопротивление при прохождении потока через клапан приведет к выплеску топлива в окружающее пространство, что недопустимо, т.к. это увеличит пожароопасность и токсичность автомобиля. Для предотвращения этого необходимо увеличить проходное сечение КПОВТ, что не желательно, т.к. это увеличивает масса-габаритные параметры КПОВТ.
Задача ПМ направлена на повышение эффективности и надежности КПОВТ, уменьшение пожароопасности и токсичности автомобиля.
Технический результат, получаемый при реализации устройства заключается в разработке конструкции КПОВТ, который, при соблюдении геометрических соотношений элементов корпуса КПОВТ, обеспечит надежную, без выплеска топлива, заправку топливом топливного бака автомобиля.
P
п
Сущность предлагаемой полезной модели заключается в том, что в устройстве клапана предотвращающего обратный выброс топлива при заправке топливного бака автомобиля содержащего корпус, имеющий проходное сечение, продольную ось и торцы, внутри корпуса, имеются ограничители, и разделитель потока проходящий по продольной оси, поверхность разделителя потока, находящаяся в плоскости перпендикулярной продольной оси, совпадает с одним из торцев, к поверхности разделителя потока присоединена эластичная диафрагма в виде тонкостенной пластины, отличительной особенностью является то, что площадь Sp поверхности разделителя потока определяется из соотношения S=(0,1-0,3)S
ПМ поясняется графически, при этом конструктивное исполнение не обязательно ограничивается данным приведенным графическим примером.
На Фиг. 1 изображен ТБ во время заправки топливом.
На Фиг. 2 изображен ТБ после окончания заправки топливом.
На Фиг. 3 изображен элемент по Фиг. 1 в увеличенном виде.
На Фиг. 4 изображен элемент по Фиг. 2 в увеличенном виде.
На Фиг. 5 изображен Вид А по Фиг. З.
На Фиг. 6 изображено сечение В-В по Фиг. 4.
P
T
КПОВТ 1 автомобиля (Фиг. 1,2) содержит корпус 2 (Фиг. 3) из пластмассы, в виде полого тела вращения, с торцами 3 и продольной осью 4. Снаружи и внутри корпуса 2, на его стенках имеются соответственно ребра жесткости 5 и ограничители 6, выполненные за одно целое с корпусом 2. Один из ограничителей 6 проходит по оси 4 и представляет собой разделитель потока 7, который имеет поверхность 8, находящаяся в плоскости, перпендикулярной продольной оси 4 и совпадает с торцем 3. Все указанные элементы выполнены в виде одной детали, формообразованной из полимерного материала. К торцу 3 присоединена эластичная диафрагма 9, закрепленная на разделителе потока 7 с помощью фиксатора 10. КПОВТ 1 установлен в наливную трубу 11 (Фиг. 1, 2), присоединенную к ТБ 12. Внутреннее пространство ТБ 12 и наливную трубу 11 соединяет воздухоотводящая трубка 13. Наливная труба 11 имеет заливную горловину 14 для установки стандартного заправочного крана 15 при заправке на АЗС. Эластичная диафрагма 9 имеет возможность сгибаться по линии Б-Б (Фиг. 5) и образует проходное сечение, для прохода топлива при заправке (движение топлива в направлении из наливной трубы в ТБ 12 показано одинарной стрелкой). Топливо попадая внутрь ТБ 12 образует динамическую волну 16 (Фиг. 1), гребень 17 которой выше статического уровня топлива 18 (в спокойном состоянии). Гребень 17 волны 16 подходит к клапану 1 после окончания заправки (Фиг. 2). S - площадь поверхности 8 разделителя потока 7, S - площадь проходного сечения (Фиг. 6). Движение обратной волны 16 из ТБ 12 к наливной трубе 11 показано двойной стрелкой (Фиг. 4). «Д» - участки корпуса 2, где динамическое давление текущей жидкости минимально (Фиг 5). «Е» - участки корпуса 2, где динамическое давление текущей жидкости максимально (Фиг. 5).
P
П
0
2
КПОВТ 1 автомобиля работает обычным образом. При заправке топливом автомобиля на заправочной станции (АЗС) (не показана), стандартный заправочный кран 15 (Фиг. 1) вставляется в заливную горловину 14. Жидкое топливо проходит по наливной трубе 11, попадает внутрь корпуса 2 КПОВТ 1. При этом, в следствии динамического давления потока топлива, диафрагма 9 отгибается (Фиг. 3, 5) и топливо проходит в ТБ 12. Направление движения потока топлива в ТБ показано одинарной стрелкой). Как только объем топлива в ТБ 12 достигает заправляемого объема, заправка прекращается, т.к. заправочный кран 15 автоматически отключает подачу топлива. Воздух выходит из ТБ 12 в атмосферу по воздухоотводящей трубке 13. Ввиду того, что скорость заправки на современных АЗС высока (расход топлива составляет 40-130 л/мин), в конце заправки в ТБ 12, вблизи его внутренней стенки, образуется динамическая волна 16 (Фиг. 1, 2), гребень 17 которой превышает статический уровень 18 (в спокойном состоянии) топлива, находящегося в ТБ 12. Стремясь к стабилизации уровня, волна 16, в конце заправки, приливает к наливной трубе 11, т.е. топливо идет в обратном направлении - из ТБ 12 в наливную трубу 11. Эластичная диафрагма 9, обладая пружинящими свойствами распрямляется, прижимается к торцу 3 и ограничителям 6 (Фиг. 4) и запирает проходное сечение корпуса 2 КПОВТ 1, таким образом препятствуя обратному выбросу топлива через заливную горловину 14 в окружающее пространство. Обратное движение топлива, из ТБ 12 к наливной трубе 11 показано двойной стрелкой. Ребра жесткости 5 на наружной поверхности корпуса 2 КПОВТ 1 необходимы для увеличения жесткости корпуса при монтаже корпуса 2 внутрь наливной трубы 11. Ребра жесткости 5 и ограничители 6 выполнены за одно целое с корпусом 2 КПОВТ 1. Топливо при заправке, проходя через корпус 2 КПОВТ 1, разделяется на два потока с помощью разделителя потока 7. Эластичная диафрагма 9 сгибается под действием динамического давления потока топлива по линии Б-Б (Фиг. 5). Это необходимо, т.к. при этом создается минимальное гидравлическое сопротивление, которое оказывает корпус 2 КПОВТ 1 проходящему потоку топлива при заправке. Эластичная диафрагма 9 присоединена с помощью фиксатора 10 к разделителю потока 7, имеющего поверхность 8, которая находится в плоскости, перпендикулярной продольной оси 4, корпуса 2 и совпадает с торцем 3. (Фиг. 4, 6). Площадь S (Фиг. 6) поверхности 8 разделителя потока 7 меньше чем площадь S, по - этому сгибание эластичной диафрагмы 9 происходит всегда по линии Б-Б (Фиг. 5). Теоритически это объясняется следующим образом: Согласно известной формуле Бернулли Р*=Р+ρС/2 где
0
Р* - давление торможения потока жидкости.
Р - статическое давление жидкости.
ρ - плотность жидкости
С - скорость потока жидкости
2
P
P
Т
P
П
Статическое давление Р потока жидкости на участках «Д» и «Е» (Фиг. 5) одинаково. Динамическое давление ρС/2 на участках «Д» равно О, а на участках «Е» - имеет max значение (считаем, поток не разрывным). В связи с этим эластичная диафрагма 9 сгибается только в одном месте, по линии Б-Б, где min динамическое давление жидкости. При отсутствии разделителя потока 7, или малой его площади S поверхности 8 (Фиг. 6), динамическое давление будет одинаково на всех участках эластичной диафрагмы 9 («Д» и «Е»), что при достаточно высокой ее изгибной жесткости (эластическая диафрагма 9 представляет собой пластмассовую пленку малой толщины), приведет к увеличению гидравлического сопротивления и как результат, выплеску топлива через заливную горловину 14 в окружающее пространство, что не допустимо, т.к. это увеличивает пожароопасность и токсичность автомобиля. При достаточно большой площади Sp поверхности 8 (Фиг. 6), уменьшается площадь проходного сечения корпуса 2 КПОВТ 1, что затруднит заправку топливом ТБ 12. Оптимальным значением соотношения площадей S и S, которое предусмотрено конструкцией предлагаемого устройства, является S=(0,1-0,3)S, где
P
S - площадь поверхности 8 разделителя потока 7
П
S - площадь проходного сечения
Сравнение заявленного технического решения с уровнем техники по научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежной рубриках показывает, что совокупность признаков заявленного решения не была известна, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности по критерию «Новизна». Изделие по предложенному техническому решению может быть изготовлено промышленным способом, работоспособно, воспроизводимо, следовательно, соответствует условию патентоспособности по критерию «Промышленная применимость». При этом промышленный выпуск изделий по данной полезной модели возможен на оборудовании и с применением технологий массового производства. Полезность предложенного технического решения заключается, в обеспечении надежной, без выплеска заправке топливом топливного бака, снижении пожароопасности и токсичности автомобиля, что достигается оптимизацией геометрии.