ЭЛЕКТРОУПРАВЛЯЕМЫЙ ГАЗОВЫЙ КЛАПАН ДЛЯ СИСТЕМ ТОПЛИВОПОДАЧИ ДВИГАТЕЛЕЙ
ELECTRICALLY CONTROLLED GAS VALVE FOR ENGINE FUEL FEED SYSTEMS

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к системам подачи газа в газовых и газодизельных двигателях, применяемых на транспортных и стационарных силовых установках с электронным управлением процесса топливоподачи.
Известны электроуправляемые газовые клапаны с притяжным электромагнитом [1], в которых якорь электромагнита и затвор клапана, выполненные как отдельные элементы, жестко скреплены совместно с двумя плоскими пружинами, что обеспечивает плоскопараллельное перемещение затвора клапана относительно седла клапана и исключает перекосы, заедания и нарушение герметичности клапана в закрытом состоянии, причем плотное прижатие затвора клапана к седлу обеспечивается совместным действием усилия пружин и давления газа. Седло клапана выполнено в виде плоской поверхности с кольцевой проходной щелью. Такая конструкция обладает простотой и надежностью, но недостатком является сложность изготовления кольцевой щели и ее малая пропускная способность. А увеличение пропускной способности щели неизбежно влечет за собой увеличение массогабаритных показателей и энергопотребления.
Известны также газовые клапаны с притяжным электромагнитом, в которых один элемент выполняет роль якоря электромагнита и затвора клапана, что упрощает конструкцию, повышает быстродействие и улучшает массогабаритные показатели. Прижатие затвора клапана к седлу осуществляется либо пружиной сжатия, либо двумя пружинами растяжения [2], одна из которых имеет большее усилие. Седло клапана имеет сложную сеть кольцевых вертикальных и горизонтальных каналов, что в общей сложности позволяет несколько увеличить его пропускную способность. Однако такая конструкция имеет целый ряд недостатков. Наиболее существенным является сложность конструкции седла, что повышает стоимость изготовления этой детали. Кроме того, при такой конструкции седла увеличиваются газодинамические сопротивления движению газа при открытом клапане, что на некоторых режимах работы двигателя может привести к обеднению смеси, снижению мощности. Подвеска затвора клапана на центрально-расположенных пружинах не гарантирует надежность от возможных перекосов и нарушения герметичности при работе двигателей в транспортных условиях.
Недостатком также является сложность регулировки клапана при сборке, так как необходимо найти оптимальное соотношение между усилием пружин, прижимающих затвор к седлу, и сил от давления газа, стремящихся открыть клапан, и это соотношение в эксплуатационных условиях может существенно изменяться, при этом неизбежно нарушение работы двигателя.
Целью изобретения является упрощение конструкции седла клапана, повышение его пропускной способности при сохранении массогабаритных показателей, увеличение быстродействия при снижении энергопотребления. Это позволяет также увеличить надежность клапана и повысить его ресурс. Поставленная цель достигается применением в предлагаемом клапане следующих конструктивных изменений по сравнению с существующими прототипами: седло клапана выполняется в виде нескольких круглых сопел, выступающих над его поверхностью и отделенных друг от друга пространством для прохода газа во внутреннюю полость седла, что снижает турбулентные явления при открытии клапана и повышает уровень ламинарности потока при проходе газа через седло; одновременно улучшается распределение плотности потока газа по выходному отверстию клапана, что благотворно влияет на коэффициент наполнения двигателя; для ликвидации разрыва сплошности потока газа, проходящего через седло при резком увеличении нагрузки и оборотов двигателя, суммарная площадь проходного сечения сопел седла выбирается больше площади проходного сечения входного и выходного отверстий корпуса клапана более чем на 10%; такая конструкция седла позволяет повысить производительность клапана и его надежность на всех режимах работы; затвор седла клапана выполняется из легкосплавных или композитных материалов, причем рабочая поверхность его упрочняется специальной обработкой; это снижает механическую составляющую инерционности работы электромагнитного привода клапана; для снижения влияния магнитной составляющей общей инерционности сердечник электромагнита электропривода выполнен Ш-образным, а якорь электромагнита электропривода имеет круглую форму с узкими пазами по периметру; этот комплекс конструктивных мероприятий значительно снижает влияние вихревых токов на процесс перемагничивания в электроприводе; повышению надежности работы способствует применение сетчатого фильтра на входном отверстии клапана и использование защитного резинового колпака с горизонтальным вводом для электрических клемм обмотки, что исключает их загрязнение техническими жидкостями двигателя.
Изобретение иллюстрируется чертежами на фиг.1 и фиг.2, где показана конструктивная схема предлагаемого клапана. Клапан состоит из корпуса 1 с входным 19 и выходным 14 отверстиями. В корпусе размещены седло 2 с затвором 3 и электропривод 4, включающий в себя корпус из алюминиевого сплава, Ш-образный сердечник электромагнита 5, обмотку электромагнита 6, выводные электрические клеммы питания обмотки 7 и защитный резиновый колпак 8. Подвижная часть электропривода состоит из якоря электромагнита 9, двух плоских круглых пружин с предварительным натягом 10, затвора клапана 3 и стяжного болта 20. Для регулировки усилия прижатия затвора клапана к седлу, величин хода затвора и хода якоря предусмотрены кольцевые проставки 11, 12 и 17. Шайба 13 выполняет функцию ограничителя хода затвора, а полный ход затвора определяется высотой проставки 17. Электропривод 4 крепится на корпусе клапана с помощью фланца 16, закрепляемого болтами. Резиновые кольца 18 служат для уплотнения внутренних полостей клапана. На входном отверстии клапана установлен сетчатый фильтр 15.
Предлагаемый клапан работает следующим образом.
В исходном состоянии напряжение на обмотку электромагнита 6 не подается и затвор 3 лежит на соплах седла 2. При этом входное отверстие 19, выходное отверстие 14 разобщены. Герметизация запорного устройства обеспечивается давлением газа со стороны входного отверстия 19 и силой начальной деформации пакета пружин 10. Величина этой деформации устанавливается при сборке клапана и определяется размерами проставок 11, 12 и 17. Совокупность этих параметров определяет величину хода затвора 3 клапана при его открытии. При подаче напряжения в обмотку электромагнита 6 якорь 9 перемещается к сердечнику, деформируя пружины 10. При этом поднимается связанный с якорем затвор 3, сообщая между собой входное и выходное отверстия клапана. Газ проходит к соплам седла по всему периметру сопел, уменьшая турбулентность потока газа в выходном отверстии 14 клапана. Это способствует устойчивой работе двигателя на всех режимах. Снятие питающего напряжения приводит к посадке затвора 3 на седло 2 и прекращению подачи газа в двигатель.
Использование предлагаемого изобретения позволит существенно повысить качество работы газовых двигателей, т.е. улучшить их технико-экономические и экологические характеристики.
Источники информации
1. RU 2211978. Электроуправляемый газовый клапан. МКИ 6 F16K 31/02. 26.10.1998 г.
2. RU 2283439. Клапан для подачи газа в двигатель внутреннего сгорания. МКИ F02M 21/02, F16K 31/02. 30.11.2004 г.
1 - корпус клапана
2 - седло клапана
3 - затвор седла клапана
4 - корпус электропривода
5 - сердечник электромагнита
6 - обмотка электромагнита
7 - клеммы
8 - защитный колпак клемм
9 - якорь электромагнита
10 - плоские пружины клапана
11 - кольцевая проставка электромагнита
12 - кольцевая проставка плоских пружин
13 - ограничительная шайба
14 - выходное отверстие клапана
15 - сетчатый фильтр
16 - фланец крепления электропривода
17 - кольцевая проставка седла клапана
18 - уплотнительное резиновое кольцо
19 - входное отверстие клапана
20 - стяжной болт