ТЕРМОСТАТИЧЕСКИЙ РЕЦИРКУЛЯЦИОННЫЙ КЛАПАН ДЛЯ МОДУЛЯ ФИЛЬТРАЦИИ ТОПЛИВА
THERMOSTATIC RECIRCULATION VALVE FOR FUEL FILTRATION MODULE

Область техники, к которой относится изобретение
Описана конструкция термостатического рециркуляционного клапана (TRV), которая обеспечивает улучшенные рабочие характеристики за счет своего уникального расположения и внутреннего уплотнения, которое позволяет осуществлять высокодискретное регулирование температуры топлива.
Уровень техники
В настоящее время клапаны TRV имеются в продаже, но они не обеспечивают наилучшую производительность ввиду общих компоновочных схем для фильтрации топлива. На Фиг. 1 показан известный TRV. TRV содержит модуль 1 фильтрации топлива, впуск 2 модуля фильтрации топлива, выпуск 3 модуля фильтрации топлива, впуск 4 TRV, канал 5 TRV в модуль, управляющий клапан 6 обратного потока топлива, выпуск 7 TRV, парафиновый термочувствительный элемент 8 и фильтрующую среду 9. Топливо, поступающее во впуск 2, принудительно протекает через среду 9 перед выходом через выпуск 3. Возвращаемое топливо, которое возвращается через канал 5, контактирует с парафиновым элементом 8, а затем через среду 9 проходит к выпуску 3.
В большинстве известных вариантов применения парафиновые элементы TRV расположены таким образом, что от возвращаемого топлива происходит перенос тепла за счет излучения или теплопроводности, так как проточный канал выполнен возле чувствительной области, что приводит к непосредственному контакту возвратного топлива и парафинового элемента. В результате за счет быстрого переноса тепла в чувствительную область парафинового элемента рабочие характеристики ухудшаются, что может привести к преждевременному закрытию клапана во время работы в условиях низких температур.
Раскрытие изобретения
Описан TRV, который обеспечивает эффективный подогрев топливного модуля во время работы в условиях низких температур для предотвращения парафинизации топлива или его превращения в гель. Дополнительно TRV обеспечивает непрерывное регулирование температуры топлива для снижения вероятности перегрева топлива, подаваемого в насос высокого давления или другой расположенный ниже по потоку компонент.
Описываемый TRV обеспечивает регулирование потока подогретого возвращаемого топлива в модуль, которое зависит от температуры топлива на выходе из модуля, которое не контактирует непосредственно с парафиновым элементом. Это осуществляется за счет применения соответствующим образом расположенного парафинового термочувствительного элемента, а также внутреннего уплотнения, выполненного вокруг обратного клапана. В частности, чувствительная область парафинового элемента изолирована от непосредственного переноса тепла возвращаемым топливом за счет применения эластомерного уплотнения, которое предотвращает непосредственный контакт возвращаемого топлива и парафинового элемента. Такой способ с применением внутреннего уплотнения обеспечивает контакт потока топлива на выходе из модуля только с телом парафинового элемента, которое, в свою очередь, создает усилие для управления клапаном обратного потока. По сути описанный TRV обеспечивает точное регулирование температуры питающего топлива, подаваемого, например, ниже насоса высокого давления.
Согласно одному варианту осуществления обеспечен термостатический рециркуляционный клапан, устанавливаемый на модуле фильтрации топлива, имеющего впуск топлива и выпуск топлива. Термостатический рециркуляционный клапан содержит корпус клапана с впуском термостатического рециркуляционного клапана, выполненным в корпусе клапана, в который во время работы от двигателя поступает подогретое топливо, и с выпуском термостатического рециркуляционного клапана, выполненным в корпусе клапана, который гидравлически соединен с впуском термостатического рециркуляционного клапана через первый гидравлический канал, и который при эксплуатации гидравлически соединен с топливным баком. Более того, в корпусе клапана выполнен канал возврата топлива, причем канал возврата топлива содержит впуск канала возврата топлива и выпуск канала возврата топлива. Впуск канала возврата топлива гидравлически соединен с первым гидравлическим каналом, причем впуск канала возврата топлива содержит седло клапана, и при эксплуатации выпуск канала возврата топлива гидравлически соединен с выпуском топлива модуля фильтрации топлива. Клапан регулирования потока расположен в канале возврата топлива, который осуществляет регулирование потока топлива через канал возврата топлива. Клапан регулирования потока содержит уплотняющий конец, и клапан регулирования потока характеризуется первым положением, в котором уплотняющий конец взаимодействует с седлом клапана для регулирования потока топлива из первого гидравлического канала в канал возврата топлива, и вторым положением, в котором уплотняющий конец не взаимодействует с седлом клапана, пропуская неограниченный поток топлива через впуск канала возврата топлива из первого гидравлического канала в канал возврата топлива и на выпуск канала возврата топлива. Более того, парафиновый термочувствительный элемент соединен с клапаном регулирования потока для переключения клапана регулирования потока между первым положением и вторым положением. Парафиновый термочувствительный элемент расположен таким образом, что при эксплуатации парафиновый термочувствительный элемент может быть погружен в топливо, находящееся в выпуске топлива модуля фильтрации.
Согласно другому варианту осуществления может быть обеспечено уплотнение, которое уплотняет пространство между клапаном регулирования потока и корпусом клапана для предотвращения контакта топлива, находящегося в канале возврата топлива, с парафиновым термочувствительным элементом.
Согласно другому варианту осуществления термостатический рециркуляционный клапан применяют совместно с модулем фильтрации топлива, который содержит впуск топлива, выпуск топлива и фильтрующий элемент, который фильтрует топливо, когда оно протекает из впуска топлива к выпуску топлива. Выпуск канала возврата топлива термостатического рециркуляционного клапана гидравлически соединен с грязной стороной фильтрующего элемента, так что топливо, возвращаемое через термостатический рециркуляционный клапан, фильтруется и смешивается с топливом, находящимся в модуле фильтрации топлива, до того, как возвращаемое топливо достигнет выпуска топлива и будет контактировать с парафиновым термочувствительным элементом.
Краткое описание чертежей
На Фиг. 1 показан вид в поперечном сечении TRV из уровня техники, который установлен на модуле фильтрации топлива.
На Фиг. 2 показан вид в перспективе TRV, описанного в настоящем документе, который установлен на модуле фильтрации топлива.
На Фиг. 3 показан вид сверху в поперечном сечении, выполненном через TRV, и модуль фильтрации топлива согласно Фиг. 2.
На Фиг. 4 показан вид сбоку в поперечном сечении, выполненном через TRV, и часть модуля фильтрации топлива.
На Фиг. 5 показан вид сверху в поперечном сечении, выполненном через TRV.
На Фиг. 6 показан увеличенный вид сверху в поперечном сечении, выполненном через TRV, и модуль фильтрации топлива согласно Фиг. 2.
Осуществление изобретения
Согласно Фиг. 2-6 система 10 содержит термостатический рециркуляционный клапан (TRV) 20, установленный на модуле 22 фильтрации топлива. TRV 20 предназначен для регулирования обратного потока подогретого топлива назад в модуль 22 для увеличения температуры топлива до того, как топливо начнет течь из модуля 22, тем самым обеспечивая точное регулирование температуры питающего топлива, подаваемого ниже по потоку в насос высокого давления и/или другие расположенные ниже по потоку компоненты.
Модуль 22 содержит впуск 12 топлива, выпуск 13 топлива и фильтрующий элемент (не показан), который осуществляет фильтрацию топлива, когда оно проходит из впуска 12 топлива в выпуск 13 топлива. При эксплуатации модуль 22 образует часть топливной системы двигателя. Впуск 12 топлива гидравлически соединен с топливным баком или другим источником топлива, а выпуск 13 топлива гидравлически соединен с насосом высокого давления или другим расположенным ниже по потоку компонентом, в который топливо поступает из модуля 22. Фильтрующий элемент может быть частью навинчиваемого фильтра в сборе, который периодически подлежит демонтажу и утилизации через заданные интервалы между проведением обслуживания, или установлен с возможностью снятия внутри многократно используемого корпуса, где при демонтаже корпуса фильтрующий элемент соответственно демонтируют и заменяют новым фильтрующим элементом. Можно использовать фильтрующий элемент любого типа до тех пор, пока фильтрующий элемент обеспечивает фильтрацию топлива, которое поступает во впуск 12.
Как показано на Фиг. 2, впуск 12 топлива и выпуск 13 топлива являются частью корпуса в сборе 24, устанавливаемого сверху модуля 22. Впуск 12 направляет топливо для фильтрации на грязную сторону фильтрующего элемента, а выпуск 13 топлива расположен на чистой стороне фильтрующего элемента, и в него поступает отфильтрованное топливо. Как показано на Фиг. 3, узел 24 содержит направленное в сторону отверстие 25 (т.е. центральная ось В-В отверстия 25 в целом перпендикулярна центральной оси А-А фильтрующего элемента). Отверстие 25 гидравлически соединено с выпуском 13 топлива.
TRV 20 представляет собой узел, который также устанавливают сверху модуля и который сопряжен с узлом 24. В частности, TRV 20 содержит корпус 26 клапана, который прикреплен сверху модуля посредством фланцев 28а, 28b. Корпус 26 содержит впуск 30 TRV, выполненный в корпусе клапана, в который при эксплуатации из двигателя, например из топливных форсунок, поступает подогретое топливо. Выпуск 32 TRV также выполнен в корпусе 26 клапана и гидравлически соединен с впуском 30 термостатического рециркуляционного клапана через первый гидравлический канал 34 и при эксплуатации гидравлически соединен с топливным баком или другим источником топлива для обеспечения возврата топлива в топливный бак.
Согласно Фиг. 3 конец 36 корпуса 26 расположен в отверстии 25 узла 24, причем между концом 36 и корпусом 26 находится уплотнение 38, такое как эластомерное уплотнительное кольцо. Канал 40 возврата топлива выполнен в корпусе 26 клапана и содержит впуск 42 канала возврата топлива и выпуск 44 канала возврата топлива. Впуск 42 канала возврата топлива гидравлически соединен с первым гидравлическим каналом 34, причем впуск 42 канала возврата топлива содержит седло 46 клапана.
Более того, согласно Фиг. 3 и Фиг. 4 выпуск 44 канала возврата топлива гидравлически соединен с выпуском 13 топлива модуля 22 фильтрации топлива. В частности, как показано на Фиг. 4, выпуск 44 проходит вертикально вниз под углом приблизительно 90 градусов относительно впуска 42 (по существу перпендикулярно оси В-В и по существу параллельно оси Α-A) и соединен с гидравлическим каналом 48, который гидравлически сообщен с грязной стороной фильтрующего элемента модуля 22. Следовательно, топливо, которое втекает в выпуск 44, направляется обратно в модуль 22, где оно фильтруется фильтрующим элементом до того, как оно поступит в выпуск 13 топлива. Согласно другому варианту осуществления возвращаемое топливо направляется на чистую сторону, например, непосредственно в выпуск 13 топлива.
Согласно варианту осуществления модуль может содержать несколько фильтрующих элементов, например два фильтрующих элемента, и возвращаемое топливо из выпуска 44 может поступать в модуль для фильтрации одним или обоими фильтрующими элементами перед протеканием в выпуск.
Выпуск 44 канала возврата топлива может находиться в любом подходящем месте при условии, что возвращаемое топливо может протекать обратно в модуль, и возвращаемое топливо не контактирует непосредственно с парафиновым термочувствительным элементом, как подробно описано ниже. Например, как показано на фигурах, выпуск 44 можно описать как такой, который расположен между первым гидравлическим каналом 34 и парафиновым термочувствительным элементом 54. Также выпуск 44 канала возврата топлива можно описать как такой, который расположен ближе к впуску 42 канала возврата топлива, чем к парафиновому термочувствительному элементу.
Клапан 50 регулирования потока расположен в канале 40 возврата топлива, который осуществляет регулирование потока топлива через канал возврата топлива из гидравлического канала 34. Клапан 50 регулирования потока содержит уплотняющий конец 52 и парафиновый термочувствительный элемент 54 на противоположном конце, который соединен с клапаном регулирования потока для регулирования положения уплотняющего конца 52. Общая конструкция клапана 50 регулирования потока и способ регулирования парафинового термочувствительного элемента 54 положения клапана хорошо известны в уровне техники.
Однако клапан 50 регулирования потока во многом отличается от традиционных клапанов, применяемых в TRV. В частности, парафиновый термочувствительный элемент 54 расположен в выпуске 13 топлива модуля 22, так что при эксплуатации парафиновый термочувствительный элемент 54 может погружаться в топливо, находящееся в выпуске топлива из модуля. Более того, клапан 50 проходит на модуле 22 в целом горизонтально, так что клапан имеет продольную ось В-В, которая по существу перпендикулярна продольной оси Α-A модуля 22 и фильтрующего элемента.
Также обеспечено уплотнение 56, которое уплотняет пространство между клапаном 50 регулирования потока и корпусом 26 клапана для предотвращения непосредственного контакта топлива в канале 40 возврата топлива с парафиновым термочувствительным элементом 54. Согласно показанному примеру уплотнение представляет собой эластомерное уплотнительное кольцо, расположенное на клапане регулирования потока между уплотняющим концом 52 и парафиновым термочувствительным элементом 54, в частности, расположенное между выпуском 44 и парафиновым термочувствительным элементом 54. Согласно одному варианту осуществления уплотнение 56 предназначено для предотвращения протекания по существу всего топлива через уплотнение 56 и непосредственного контакта с парафиновым термочувствительным элементом 54. Согласно другому варианту осуществления количество топлива, однако, относительно несущественное количество, может протекать или просачиваться через уплотнение 56 для контакта с парафиновым термочувствительным элементом 54.
Во время работы клапан 50 регулирования потока характеризуется первым положением (не показано), в котором уплотняющий конец 52 взаимодействует с седлом 46 клапана для регулирования потока топлива из первого гидравлического канала 34 в канал 40 возврата топлива, и вторым положением (показано на Фиг. 2-6), в котором уплотняющий конец 52 не взаимодействует с седлом клапана, пропуская неограниченный поток топлива через впуск 42 канала возврата топлива из первого гидравлического канала 34 в канал 40 возврата топлива и на выпуск 44 канала возврата топлива. Используемое в настоящем документе выражение «регулирование потока топлива» означает по существу полное предотвращение протекания топлива, когда уплотняющий конец 52 взаимодействует с седлом 46 клапана. Так что, согласно одному варианту осуществления клапан регулирования потока по существу предотвращает поток топлива из первого гидравлического канала через впуск канала возврата топлива и в канал возврата топлива.
При эксплуатации системы 10 топливо из источника топлива через впуск 12 топлива поступает в модуль 22 фильтрации топлива и проходит через фильтрующую среду. После фильтрации топливо проходит ниже по потоку в устройство (устройства) дополнительной фильтрации или перемещается в насос высокого давления двигателя или другой расположенный ниже по потоку компонент через выпуск 13 топлива.
Во время протекания этого потока через модуль 22 возвращаемое топливо из двигателя одновременно поступает во впуск 30. Возвращаемое топливо через выпуск 32 TRV может протекать или в модуль 22 фильтрации топлива, или обратно в источник топлива, в зависимости от положения клапана 50 регулирования потока. Положение клапана 50 регулирования потока управляется парафиновым термочувствительным элементом 54. Парафиновый термочувствительный элемент 54 содержит поршень, который ударяет с силой, создаваемой при увеличении объема в теле парафинового элемента, и может быть выполнен с возможностью перемещения поршня при заданных значениях температуры за счет специально составленных смесей на основе парафина.
Поршень прикреплен к уплотняющему концу 52 клапана 50 регулирования потока топлива, который предназначен для сопряжения с седлом 46 клапана, после того как клапан 50 достигнет заданной рабочей температуры полного хода (т.е. первое положение). При работе в условиях низких температур клапан 50 регулирования потока топлива находится в состоянии покоя во втором положении, так что возвращаемое топливо может поступать в модуль 22 фильтрации топлива через канал 40 возврата топлива для обеспечения переноса тепла от возвращаемого топлива с более высокой температурой питающему топливу, которое поступило в модуль 22 фильтрации топлива. Таким образом предотвращается переход топлива в «гелеобразное состояние» или его «парафинизация», что неизбежно приводит к ухудшению работы двигателя.
Поскольку парафиновый термочувствительный элемент 54 контактирует с топливом, находящимся в выпуске 13 топлива, парафиновый термочувствительный элемент 54 нагревается (т.е. на него действует или он воспринимает температуру топлива) топливом, находящимся в выпуске топлива. После достижения топливом заданной температуры парафиновый термочувствительный элемент 54 активирует клапан 50 регулирования потока до такой степени, чтобы уплотняющий конец 52 клапана взаимодействовал с седлом 46 клапана, так чтобы большая часть или все возвращаемое топливо, втекающее во впуск 30 TRV, вытекало обратно в источник топлива через выпуск 32 TRV.
Парафиновый термочувствительный элемент 54 расположен таким образом, что весь описанный выше процесс полностью зависит от температуры топлива, находящегося в выпуске 13 топлива. Уплотнение 56 предотвращает непосредственный контакт возвращаемого топлива с парафиновым термочувствительным элементом 54. Таким образом, преждевременное закрытие клапана 50 регулирования потока исключается за счет быстрого переноса тепла от возвращаемого топлива на парафиновый термочувствительный элемент 54. Таким образом, система 10 обеспечивает лучшее регулирование температуры топлива, подаваемого ниже по потоку от фильтрующего устройства (устройств) или топливного насоса высокого давления.
Более того, в отличие от TRV 20 конструкции TRV из уровня техники устанавливаются на модуле фильтрации топлива вертикально и обеспечивают непосредственный перенос тепла от возвращаемого топлива на парафиновый термочувствительный элемент, или посредством излучения, обеспечивая низкую дискретность управляющего клапана обратного потока топлива. Дополнительно конструкции TRV парафинового термочувствительного элемента из уровня техники не предполагают его непрерывное погружение в топливо, находящееся в выпуске топлива, для правильного считывания температуры, как в TRV 20.
Настоящее изобретение может быть осуществлено в других формах, не выходя за пределы его сущности или новых признаков. Варианты осуществления, раскрытые в настоящем документе, являются наглядными и не ограничивают настоящее изобретение. Объем настоящего изобретения определен прилагаемой формулой изобретения, а не приведенным выше раскрытием; любые изменения, которые являются эквивалентными формуле изобретения, подпадают под ее объем.