КЛАПАН ДЛЯ ДОЗИРОВАНИЯ ЖИДКОСТИ
LIQUID DOSING CONTROL VALVE

Уровень техники
Изобретение относится к клапану для дозирования жидкости прежде всего в виде топливной форсунки для впрыскивания топлива в системе его впрыскивания в двигатели внутреннего сгорания (ДВС) согласно ограничительной части п. 1 формулы изобретения.
Известный клапан для дозирования жидкости (DE 102009026532 А1) имеет закрепленное в соединительном элементе входное присоединение с выполненным в нем впускным каналом для жидкости, выполненное в наконечнике (распылителе) дозирующее отверстие для дозирования жидкости в требуемом количестве посредством закрывающей и открывающей дозирующее отверстие иглы, управляемой пьезоэлектрическим приводом и возвратной пружиной, и ведущий от впускного канала к дозирующему отверстию продолговатый, имеющий форму полого цилиндра проточный канал. Соединительный элемент и наконечник закреплены в корпусе клапана и герметично закрывают корпус на одном и другом его концах соответственно. Между соединительным элементом и наконечником коаксиально корпусу клапана проходит продолговатая втулка, которая обоими своими концами закреплена на соединительном элементе и наконечнике соответственно и в которой размещен клапанный узел, состоящий из пьезоэлектрического привода и гидравлического связующего механизма, называемого также гидравлическим преобразователем. Остающийся между втулкой и корпусом клапана кольцевой зазор образует имеющий форму полого цилиндра проточный канал для жидкости, в соответствии с чем внутренняя стенка такого проточного канала образована стенкой втулки, а его наружная стенка - стенкой корпуса клапана. В наконечнике перед дозирующим отверстием расположена клапанная полость, которая через выполненное в наконечнике радиальное впускное отверстие сообщается с проточным каналом, тогда как в соединительном элементе предусмотрено проточное соединение от впускного канала к проточному каналу.
При использовании подобного клапана было установлено, что при дозировании обычно находящейся под высоким давлением жидкости, т.е. при открытии и закрытии клапана, возникают гидравлические удары (толчки давления), которые создают гидравлические колебания, которые в свою очередь возбуждают колебания навесной структуры на клапане, что приводит к появлению заметных, нежелательных шумов. При этом форма объема жидкости, определяемая продолговатым, имеющим форму полого цилиндра проточным каналом, обусловливает появление явно выраженных гидравлических резонансов по всей длине клапана, которые особо точно совпадают с обусловленными компоновкой структурными продольными резонансами клапана на частоте обычно 3 кГц.
Краткое изложение сущности изобретения
Преимущество предлагаемого в изобретении клапана с отличительными признаками, представленными в п. 1 формулы изобретения, состоит в том, что подразделение проточного канала на несколько отделенных друг от друга участков и создание гидравлического или проточного соединения между последовательно расположенными в направлении потока участками проточного канала позволяет влиять на конструктивно обусловленные гидравлические резонансы таким образом, что полностью исключается возможность возбуждения критичных, обусловленных компоновкой структурных мод, т.е. возможность возникновения гидравлических резонансов в критичном диапазоне частот, который обычно охватывает частоты около 3 кГц. В простейшем случае проточный канал подразделяют на половине его длины на два участка, а тем самым и объем жидкости в нем разделяют на два частичных объема. В зависимости от требуемого сдвига частоты возможно также подразделение проточного канала на два участка в иных соотношениях между их длиной, а также возможно подразделение проточного канала на более чем два участка в различных соотношениях между их длиной.
Благодаря приведенным в зависимых пунктах формулы изобретения мерам возможны предпочтительные варианты выполнения клапана, заявленного в п. 1 формулы изобретения.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения подразделение проточного канала на участки и образование проточного соединения между ними обеспечивается благодаря тому, что в по меньшей мере одном месте в проточном канале в него вставлено кольцо с прорезью и с соответствующей радиальной ширине проточного канала толщиной или соответствующим его радиальной ширине радиальным размером стенки. Подобное кольцо в предпочтительном варианте имеет прямоугольное или круглое сечение и выполнено из ленты или проволоки прямоугольного или круглого сечения. Кольцо зафиксировано в проточном канале, что в предпочтительном варианте достигается путем утапливания кольца с геометрическим замыканием в по меньшей мере одну кольцевую канавку, выполненную во внутренней стенке проточного канала и/или в его наружной стенке.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления изобретения в по меньшей мере одном месте в проточном канале предусмотрено два кольца, расположенных последовательно на коротком расстоянии одно от другого. В предпочтительном варианте кольца при этом ориентированы относительно друг друга таким образом, что их прорези повернуты относительно друг друга в окружном направлении предпочтительно на 180°. Преимущество, связанное с подобным конструктивным расположением колец, состоит в образовании промежуточного объема жидкости между двумя последовательными участками проточного канала.
В альтернативном варианте осуществления изобретения подразделение проточного канала на участки и образование проточного соединения между ними обеспечивается благодаря тому, что в по меньшей мере одном месте в проточном канале предусмотрено сужение его сечения. Такое сужение сечения проточного канала в предпочтительном варианте достигается благодаря тому, что на по меньшей мере одной из обеих стенок проточного канала предусмотрен обращенный от нее (радиально) внутрь проточного канала кольцевой выступ, который в предпочтительном варианте образован вдавленным в стенку проточного канала углублением. Преимущество, связанное с подобным кольцевым или круговым сужением проходного сечения проточного канала, состоит в том, что в зависимости от давления жидкости сечение сужения изменяется, а именно увеличивается с возрастанием давления. Тем самым при сниженном давлении подразделение объема жидкости эффективнее, чем при высоком давлении, и поэтому при высоком давлении (при работе двигателя с повышенной нагрузкой) эффективно снижается возможное отрицательное влияние подразделения объема жидкости на работу клапана. Рабочие режимы, в которых преобладает высокое давление, обычно некритичны для шумообразования и не требуют принятия никаких контрмер по предотвращению возникновения шума.
Краткое описание чертежей
Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере некоторых вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи, на которых показано:
на фиг. 1 - вид в продольном разрезе клапана для дозирования жидкости,
на фиг. 2 - увеличенный вид обозначенного на фиг. 1 фрагмента А клапана,
на фиг. 3 - увеличенный вид фрагмента А выполненного по второму варианту клапана с расположенным в проточном канале кольцом прямоугольного сечения,
на фиг. 4 - вид в аксонометрии изображенного на фиг. 3 кольца,
на фиг. 5 - увеличенный вид обозначенного на фиг. 1 фрагмента А выполненного по третьему варианту клапана с расположенным в проточном канале кольцом круглого сечения,
на фиг. 6 - вид в аксонометрии изображенного на фиг. 5 кольца,
на фиг. 7 - увеличенный вид обозначенного на фиг. 1 фрагмента А выполненного по четвертому варианту клапана с двумя расположенными в проточном канале на коротком расстоянии друг от друга кольцами круглого сечения и
на фиг. 8 - вид в аксонометрии обоих изображенных на фиг. 7 колец.
Показанный на фиг. 1 в продольном разрезе клапан для дозирования жидкости используется преимущественно в качестве топливной (или клапанной) форсунки для впрыскивания топлива в системе его впрыскивания в двигатели внутреннего сгорания, при этом в предпочтительном варианте топливо впрыскивается в камеру сгорания в двигателе внутреннего сгорания. Клапан имеет входное присоединение с впускным каналом 11 для жидкости, дозирующее отверстие 12 для жидкости и проходящий от впускного канала 11 к дозирующему отверстию 12 продолговатый, имеющий форму полого цилиндра проточный канал 13. Такой проточный канал 13 имеет наружную стенку 13а, образованную трубчатым корпусом 14 клапана, и внутреннюю стенку 13b, образованную втулкой 15, расположенной в корпусе 14 коаксиально ему.
Корпус 14 на одном своем торцевом конце герметично закрыт соединительным элементом 16, а на другом своем торцевом конце - наконечником (распылителем). Соединительный элемент 16 соединен с входным присоединением с выполненным в нем впускным каналом 11, а в наконечнике 17 выполнено дозирующее отверстие 12. Втулка 15 герметично закреплена одним своим концом на соединительном элементе 16, а другим своим концом - на наконечнике 17. Во втулку 15 встроен клапанный узел, который состоит из гидравлического связующего механизма (гидравлического преобразователя) 18, установленного в соединительном элементе 16 на опоре карданного типа, из соединенного с гидравлическим связующим механизмом 18 пьезоэлектрического или магнитострикционного привода 19 и из опирающейся на наконечник 17 возвратной пружины 20. Привод 19 и возвратная пружина 20 воздействуют во взаимно противоположных направлениях своего действия на иглу 21, которая направленно перемещается в наконечнике 17 в осевом направлении и которая запорной головкой 22, взаимодействующей с охватывающим дозирующее отверстие 12 седлом 23, управляет дозирующим отверстием 12, т.е. управляет его открытием и закрытием.
Привод 19 контактной перемычкой 24 соединен с электрическим соединительным штекером 25 и при подаче тока перемещает наружу запорную головку 22 иглы 21 от седла 23 против возвращающего усилия возвратной пружины 20. При обесточивании привода сжатая иглой 21 при открытии дозирующего отверстия 12 возвратная пружина 20 возвращает запорную головку 22 в ее прижатое к седлу 23 положение, в результате чего дозирующее отверстие 12 оказывается закрытым. Соединение проточного канала 13 и дозирующего отверстия 12 обеспечивается внутри наконечника 17 расположенной перед дозирующим отверстием 12 клапанной полостью 26 и ведущим в нее из проточного канала 13 радиальным отверстием 27, тогда как проточный канал 13 через выполненное в соединительном элементе 16 соединительное отверстие 33 сообщается с впускным каналом 11.
Для влияния на описанные выше, конструктивно обусловленные гидравлические резонансы таким образом, чтобы исключить возможность возбуждения критичных, обусловленных компоновкой структурных мод, проточный канал 13 с кольцевым проходным сечением подразделен на по меньшей мере два отделенных друг от друга участка 131, 132, между которыми образовано проточное соединение для жидкости. В простейшем случае проточный канал 13 подразделяют на два участка в соотношении 1:1. Однако в соответствии с требуемым сдвигом частоты может также оказаться необходимым подразделять проточный канал 13 на два участка в других соотношениях, а также более чем на два участка.
Подразделять проточный канал 13 на два или несколько участков и создавать проточное соединение между ними можно различными путями в одном или нескольких местах канала.
На фиг. 2 показан увеличенный фрагмент А проточного канала 13, у которого в одном его месте сужено его кольцевое сечение. Для этого в образованной корпусом 14 наружной стенке 13а проточного канала вдавливанием выполнено кольцевое углубление 28, которое образует обращенный внутрь проточного канала 13 кольцевой выступ 29 на его стенке 13а. В другом варианте аналогичный выступ 29 может быть также предусмотрен на образованной втулкой 15 внутренней стенке 13b проточного канала. Возможно далее выполнение по выступу 29 на внутренней стенке 13b проточного канала и на его наружной стенке 13а, при этом такие выступы 29 могут располагаться напротив друг друга или со смещением относительно друг друга на короткое расстояние. Ширину выступа 29 в осевом направлении можно задавать в зависимости от требуемой степени дросселирования. Типичная ширина выступа составляет от 1 до 10 мм. Остающуюся в радиальном направлении ширину проточного канала 13 в свету в месте его сужения (ширину щели) также можно варьировать в большую или меньшую сторону в зависимости от требуемой степени дросселирования. Обычно ширина щели составляет от 0,01 до 0,1 мм.
На фиг. 3-8 показаны три других варианта, иллюстрирующие возможности по подразделению проточного канала 13 в одном его месте на два последовательно расположенных участка 131 и 132 с обеспечением проточного соединения между ними. Во всех трех случаях используются вставленные в проточный канал 13 кольца 30 с проходящей по всей их осевой длине прорезью 31 и с соответствующей радиальной ширине проточного канала 13 толщиной или радиальным размером своей стенки.
В обоих показанных на фиг. 3-6 вариантах в соответствующем месте проточного канала 13 расположено кольцо 30. Такое кольцо 30 зафиксировано при этом в проточном канале 13 на по меньшей мере одной его стенке, для чего кольцо 30 частично утоплено с геометрическим замыканием в по меньшей мере одну в выполненную в по меньшей мере одной из его стенок 13а, 13b кольцевую канавку 32. В показанном на фиг. 3 и 4 варианте кольцо 30 имеет прямоугольное сечение, а кольцевая канавка 32 выполнена во внутренней стенке 13b проточного канала. Кольцо 30 в предпочтительном варианте выполнено из ленты. В показанном на фиг. 5 и 6 варианте кольцо 30 имеет круглое сечение, а кольцевая канавка 32 образована выдавленным на наружной стенке 13а проточного канала кольцевым гофром. Кольцо 30 в предпочтительном варианте выполнено из проволоки.
В показанном на фиг. 7 и 8 варианте в проточный канал 13 в соответствующем его месте вставлено два кольца 30, которые расположены последовательно на коротком расстоянии одно от другого параллельно друг другу. Аналогично показанному на фиг. 5 и 6 варианту каждое кольцо 30 имеет круглое сечение и частично утоплено в кольцевую канавку 32, образованную кольцевым гофром, выдавленным в наружной стенке 13а проточного канала с ее внутренней стороны. Как показано на фиг. 8, кольца 30 при этом расположены таким образом, что их прорези 31 повернуты в окружном направлении относительно друг друга. Предпочтителен при этом поворот прорезей относительно друг друга на угол 180°. Преимущество, связанное с использованием двух, несколько отстоящих друг от друга в осевом направлении колец 30, состоит в образовании промежуточного объема жидкости между двумя последовательно расположенными участками проточного канала. Аналогичный эффект достигается и путем описанного выше выполнения двух выступов 29 на наружной и внутренней стенках 13а, 13b проточного канала, смещенных на короткое расстояние относительно друг друга в осевом направлении.
Таким образом, задросселированное проточное соединение для жидкости образовано выступами 29 или кольцами 30 между трубчатым корпусом 14 клапана и втулкой 15, которые в направлении потока до и после задросселированного проточного соединения ограничивают указанный проточный канал 13 и которые проходят непрерывно.