КОМБИНИРОВАННЫЙ НАПОРНО-ПЕРЕПУСКНОЙ КЛАПАН
COMPOSITE PRESSURE-BYPASS VALVE

Изобретение относится к напорному и перепускному клапанам, которые конструктивно объединены в блоке клапанов и в дальнейшем рассматриваются под термином «комбинированный напорно-перепускной клапан».
Такой комбинированный напорно-перепускной клапан применяется, в частности, в традиционной системе кондиционирования воздуха (APU (air processing unit) - система обработки воздуха) или в так называемой электронной системе кондиционирования воздуха («E-APU»: - электронная система обработки воздуха) грузового автомобиля. Помимо этого, предложенный комбинированный напорно-перепускной клапан может также применяться в других пневматических агрегатах, в которых напорный и перепускной клапаны соединены последовательно.
Система кондиционирования воздуха (APU или E-APU) осушает и очищает сжатый воздух, поданный компрессором, и снабжает им пневматические нагрузочные цепи в автомобиле (например, пневматические контуры тормозного привода или систему управления дополнительным подъемным мостом). Кроме того, система кондиционирования воздуха регулирует давление в пневматических нагрузочных цепях в заданных пределах, установленных заводом-изготовителем транспортного средства. Это регулирование давления осуществляется при применении напорных и перепускных клапанов.
В грузовом автомобиле обычно используется несколько пневматических нагрузочных цепей. Имеются первые пневматические нагрузочные цепи (например, пневматический контур тормозного привода автомобиля-тягача), которые приводятся в действие давлением в системе, выработанным компрессором (например, 12,5 бар). Эти первые пневматические нагрузочные цепи называют также «цепями высокого давления». Кроме того, имеются также вторые пневматические нагрузочные цепи (например, для контура тормозного привода прицепа, механизма переключения передач с пневматическим приводом или для контура ручного торможения), которые не могут эксплуатироваться с обычным давлением в системе (например, 12,5 бар), выработанным компрессором. Эти вторые пневматические нагрузочные цепи эксплуатируются обычно с более низким давлением (например, 8,5 бар). Для этого применяется напорный клапан, чтобы давление для этих вторых пневматических нагрузочных цепей ограничивать до определенного максимального давления (например, 8,5 бар). Этот напорный клапан сконструирован таким образом, что давление закрывает напорный клапан под действием регулируемой пружины (установочной пружины).
Давление для вторых нагрузочных цепей, приводимых в действие давлением в системе (например, 12,5 бар), регулируется обычно с помощью (механического) регулятора, так называемого «управляющего устройства», или с помощью электроники (через датчики давления в пневматических нагрузочных цепях и через электромагнитные клапаны). При этом регулятор, или электроника, обнаруживает, что максимальное давление достигнуто, после чего через управляющий сигнал отключается компрессор, так что нагнетание им уже больше не выполняется.
При распределении сжатого воздуха в пневматические нагрузочные цепи перед предохранительными вторыми пневматическими нагрузочными цепями вводят один или несколько напорных клапанов. При этом за ограничительным клапаном воздух может распределяться на несколько пневматических нагрузочных цепей, каждая из которых защищена перепускным клапаном. Тем самым давление в этих вторых пневматических нагрузочных цепях ограничено до такого же максимального значения.
Перепускные клапаны предназначены для того, чтобы блокировать вторые пневматические нагрузочные цепи относительно друг друга. Они открываются лишь при давлении выше давления (давление открытия), установленного посредством регулируемой пружины (установочной пружины). При более низком давлении (давление начала закрытия) перепускные клапаны снова закрываются. Тем самым гарантируется, что в том случае, если пневматическая нагрузочная цепь неисправна (обрыв цепи или течь), в остальные пневматические нагрузочные цепи все еще поступает сжатый воздух до достижения давления открытия неисправной пневматической нагрузочной цепи. Благодаря этому транспортное средство, по меньшей мере ограниченно, все еще остается на ходу.
В современных системах кондиционирования воздуха каждый напорный клапан и каждый перепускной клапан выполнены как отдельный клапан, снабженный в каждом случае собственной регулируемой пружиной. Так каждый клапан независимо может быть отрегулирован до желаемой величины давления (давления открытия клапана/давление начала закрытия). Взаимодействие между напорным клапаном и перепускным клапаном тем самым исключается.
Кроме того, каждый из этих клапанов имеет собственный поршень, уплотнение, пружину, колпачок пружины, установочный винт, крышку и другие элементы.
Таким образом, благодаря применению напорного клапана и перепускного клапана определяется диапазон давлений, в котором компрессор осуществляет нагнетание в пневматическую нагрузочную цепь. Например, компрессор при устанавливаемом давлении в 8,5 бар во второй пневматической нагрузочной цепи начинает осуществлять нагнетание при давлении ниже 7,5 бар, а при давлении в 8,5 бар отключается. Следовательно, напорный клапан и перепускной клапан посредством регулируемых пружин регулируются таким образом, что при давлении в 7,5 бар они выполняют функцию открытия, а при давлении в 8,5 бар - функцию закрытия. Таким образом, двумя клапанами определяется диапазон давлений от 7,5 бар до 8,5 бар, в котором компрессор включается для этой второй пневматической нагрузочной цепи. К сожалению, теперь почти невозможно настроить клапаны с возможностью воспроизведения точно на те же самые значения давления открытия клапана и давления начала закрытия. Таким образом, обычно устанавливаются пределы допусков, в которых соответствующий клапан рассматривается как пригодный для цели применения. Относительно клапана с давлением открытия, равным номинально 7,5 бар, рассматривается как пригодный, например, клапан, который имеет давление открытия, лежащее в пределах диапазона давлений от 7,3 бар до 7,7 бар. Следовательно, при принятии за основу подобного предела допусков давление начала закрытия лежало бы в диапазоне от 8,3 до 8,7 бар.
Обычно в грузовом автомобиле происходит первоочередное заполнение отдельных пневматических нагрузочных цепей, при этом предписано заполнять контуры рабочих тормозов перед контуром стояночного тормоза, для возможности надежного торможения транспортного средства в любой момент времени. Лишь после этого заполняются остальные (вторые) пневматические нагрузочные цепи. При этом заполнение остальных (вторых) пневматических нагрузочных цепей устанавливается со стороны транспортного средства. Эта последовательность зависит, кроме того, от желаний завода-изготовителя транспортного средства, который устанавливает для своих транспортных средств или только для отдельных конструктивных узлов определенную последовательность заполнения. Например, остальные пневматические нагрузочные цепи заполняются в последовательности
- контур тормозного привода прицепа
- контур ручного торможения
- механизм переключения передач с пневматическим приводом.
На все эти три, приведенные в качестве примера, пневматические нагрузочные цепи подается номинальное давление в 8,5 бар. Для возможности соблюдения этой последовательности заполнения перепускной клапан контура тормозного привода прицепа должен осуществлять открытие перед перепускным клапаном контура ручного торможения и механизма переключения передач. Для этого перепускной клапан, например, устанавливают на давление открытия, составляющее номинально 7,0 бар, а перепускной клапан контура ручного торможения на давление номинально 7,2 бар и перепускной клапан механизма переключения передач на давление номинально 7,5 бар. Однако каждый из этих перепускных клапанов имеет, как было сказано выше, предел допусков, равный примерно +/-0,2 бар, что может привести к тому, что диапазоны возможных давлений открытия перепускных клапанов могут перекрыться, что может привести к тому, что непосредственно желаемая последовательность заполнения этих трех пневматических нагрузочных цепей может измениться. Такое изменение может произойти, например, вследствие процессов старения и/или усталости материала используемых регулируемых пружин, из-за чего давление открытия соответствующего перепускного клапана с течением времени может измениться. Аналогичным образом это справедливо и для давления начала закрытия перепускного клапана и давления открытия/давления начала закрытия напорного клапана.
Поэтому задача представленного изобретения заключается в предоставлении перепускного и напорного клапанов, имеющих незначительное допускаемое отклонение. Данная задача решается с помощью комбинированного напорно-перепускного клапана согласно п. 1 формулы изобретения.
Общепринятые до сих пор комбинированные напорные и перепускные клапаны были сконструированы обычно функционально разделенными, даже если они конструктивно были совмещены в общем блоке клапанов. Представленный комбинированный напорно-перепускной клапан, напротив, как в конструктивном, так и в функциональном отношении образует унифицированный узел.
Преимущество заявляемого комбинированного напорно-перепускного клапана заключается в том, что благодаря этой комбинации могут быть сэкономлены конструктивные элементы, например вторая пружина, в результате чего возможна экономия, во-первых, расходов, и, во-вторых, конструктивного пространства и веса. В результате этого система кондиционирования воздуха может быть выполнена меньшей по размеру и более легкой по весу, благодаря чему за счет меньшего количества деталей возможна экономия материалов, например для клапанной коробки, и затрат, например расходов на монтаж. Кроме того, было сокращено число каналов вырабатываемого сжатого воздуха между прежде раздельными напорным и перепускным клапанами, благодаря чему, в свою очередь, отпали расходы, например, на формирование этих каналов сжатого воздуха.
Другое преимущество изобретения заключается в том, что комбинированный напорно-перепускной клапан содержит лишь одну регулируемую пружину (установочную пружину) для давления открытия клапана и давления начала закрытия, благодаря чему здесь также можно сэкономить на расходах на наладочные работы.
В частности, в случаях применения, при которых давление открытия (и давление начала закрытия) перепускного клапана должно лежать вплотную под давлением, при котором перепускной клапан начинает осуществлять функцию закрытия, предложенный комбинированный напорно-перепускной клапан предоставляет преимущество по сравнению с стандартным решением, поскольку при заявленном решении рабочие точки напорно-ограничительного клапана устанавливаются лишь посредством единственной установочной пружины. Хотя эта установочная пружина может также со временем уставать, в результате чего рабочие точки напорно-перепускного клапана могут также переместиться, однако расстояние между обеими этими рабочими точками остается по существу постоянным. Этим гарантируется, что пределы допусков обоих этих рабочих диапазонов клапанов не перекрываются. В предпочтительном варианте осуществления изобретения установочная пружина содержит колпачки, расположенные с одной или с обеих сторон, которые предназначены для центрирования механической нагрузки. Таким образом предотвращается перекашивание пружины внутри комбинированного напорно-перепускного клапана.
В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения вместо установочного винта могут быть использованы также распорные шайбы, которые, в зависимости от толщины, позволяют осуществить точную регулировку установочной пружины.
В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения также вместо установочного винта вкладыш и клапанная коробка комбинированного напорно-перепускного клапана могут быть установлены подвижно относительно друг друга, например, посредством резьбы. Чем глубже, таким образом, вкладыш ввинчивается в клапанную коробку, тем сильнее установочная пружина предварительно натягивается или регулируется.
В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения клапанная коробка или крышка, или вкладыш в клапанной коробке, соответственно, в крышке, выполнены таким образом, что она/он образует с поршнем, соответственно, с основным поршнем, или с поршневым кольцом седло перепускного клапана.
В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения клапанная коробка или крышка, или вкладыш в клапанной коробке, соответственно, в крышке, выполнены таким образом, что она/он образует с первым стержнем клапана или с поршнем, соответственно, с основным поршнем, седло напорного клапана.
В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения клапанная коробка или крышка снабжена вкладышем, который образует часть седла перепускного клапана и/или часть седла напорного клапана. Вкладыш в клапанной коробке или в крышке предпочтительно вклеен, впрессован, ввинчен с помощью резьбы или зафиксирован на уступе в клапанной коробке или в крышке посредством стопорного кольца.
В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения вкладыш размещен в клапанной коробке или крышке с возможностью смещения, например, посредством резьбового соединения. Благодаря этому регулируемому вкладышу возможно регулирование высоты подъема седла напорного клапана. Альтернативно может быть также выполнено с возможностью регулирования седло перепускного клапана.
Предпочтительно применяется поршень из полимерного материала. При этом поршень может быть изготовлен как литое изделие, благодаря чему возможна экономия на расходах.
В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения в качестве поршня используется составной поршень из двух частей, включающий в себя основной поршень и поршневое кольцо. Основной поршень и поршневое кольцо могут быть либо неподвижно соединены друг с другом, например, путем склейки, либо могут быть расположены с возможностью опрокидывания относительно друг друга, то есть плавающим образом. Благодаря этому могут быть скомпенсированы возможные неровности на седлах клапанов. Опрокидываемое расположение предпочтительно обеспечивается благодаря применению упругого элемента, например, О-образного кольца или другого фасонного, соответственно, профильного уплотнения между основным поршнем и поршневым кольцом. Этот упругий элемент может с успехом одновременно служить как уплотняющая прокладка между основным поршнем и поршневым кольцом.
В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения поршень, соответственно основной поршень, имеет вытяжной воздуховыпускной канал между первой нагнетательной полостью и второй нагнетательной полостью, при этом первая нагнетательная полость выполнена с возможностью соединения с входным отверстием, в то время как вторая нагнетательная полость соединена с атмосферой. Этот вытяжной воздуховыпускной канал закрывается первым стержнем клапана, в результате чего функция вытяжного воздуховыпускного канала интегрируется также в комбинированный напорно-перепускной клапан. Поршень, соответственно, основной поршень, и первый стержень клапана образуют тем самым седло вытяжного воздушного клапана.
В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения поршень, соответственно, основной поршень, снабженный вытяжным воздуховыпускным каналом, имеет перемычки, на которые опирается колпачок пружины таким образом, что между поршнем, соответственно, основным поршнем, и колпачком пружины существует проход для удаляемого сжатого воздуха. Альтернативно колпачок пружины в той зоне, где он соединяется с вытяжным воздуховыпускным каналом, также может иметь отверстие, благодаря чему существует проход для удаляемого сжатого воздуха. Это отверстие может быть выполнено, например, путем сверления, штанцевания или перфорирования.
В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения поршень, соответственно, основной поршень, посредством О-образного кольца или другого фасонного или профильного уплотнения герметизирован относительно клапанной коробки, соответственно, крышки.
В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения между клапанной коробкой и вторым стержнем клапана выполнено седло обратного клапана, при этом второй стержень клапана посредством дополнительной пружины и соответственно через первый стержень клапана через поршень, соответственно, основной поршень, и через установочную пружину таким образом подпирается крышкой, что в нейтральном положении поршня, соответственно, основного поршня, седло обратного клапана находится в закрытом состоянии.
В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения клапанная коробка снабжена вытяжным воздуховыпускным каналом, при этом этот вытяжной воздуховыпускной канал в нейтральном положении поршня заперт воздуховыпускным вкладышем. Воздуховыпускной вкладыш образует с клапанной коробкой седло воздуховыпускного клапана клапанной коробки. Воздуховыпускной вкладыш герметизирован относительно клапанной коробки, например, посредством эластомерного О-образного кольца или посредством гибкой мембраны. Мембрана обладает преимуществом по сравнению с О-образным кольцом, которое заключается в том, что в значительной мере уменьшается трение между воздуховыпускным вкладышем и клапанной коробкой.
В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения седло перепускного клапана и/или седло напорного клапана, и/или седло воздуховыпускного клапана, и/или седло обратного клапана снабжено односторонним покрытием, которое способствует улучшенному уплотнению соответствующего седла клапана. В качестве материала для уплотнения используется предпочтительно эластомер, который, например, может быть закреплен на соответствующем седле клапана в виде отдельного конструктивного элемента, или эластомер может быть нанесен на соответствующее седло клапана методом вулканизации. При этом седло перепускного клапана и/или седло напорного клапана, и/или седло воздуховыпускного клапана, и/или седло обратного клапана может иметь покрытие в каждом случае из одного и того же эластомера или из различных эластомеров.
В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения параллельно первому выходному клапанному отверстию выполнено второе выходное клапанное отверстие для дополнительной пневматической нагрузочной цепи, при этом это второе выходное клапанное отверстие в нейтральном положении поршня, соответственно, основного поршня, соединено с первой нагнетательной полостью.
В другом предпочтительном варианте осуществления используется двухступенчатый клапан ограничения давления. Для этого третий стержень клапана посредством так называемых направляющих ребер размещен на поршне с возможностью осевого перемещения. Преимущество этого двухступенчатого клапана ограничения давления заключается в том, что при этом через седло вспомогательного напорного клапана, которое имеет меньший поперечник, то есть меньший номинальный диаметр, чем седло напорного клапана, достигается высокая дозагрузочная восприимчивость, поскольку при дозагрузке происходит открытие главным образом только седла вспомогательного напорного клапана, в то время как седло напорного клапана остается закрытым. Если, напротив, требуется более высокое давление дозагрузки, например, при первичной загрузке пневматической нагрузочной цепи, то открывается напорный клапан, который вследствие своего большего номинального диаметра способствует более быстрой загрузке пневматической нагрузочной цепи.
Согласно изобретению под термином «нейтральное положение» понимается положение поршня, соответственно, основного поршня в комбинированном напорно-перепускном клапане, в котором на входное клапанное отверстие не подается никакого давления, в результате чего по существу только сила натяжения установочной пружины оказывает усилие на поршень, соответственно основной поршень. Тем самым, в нейтральном положении за счет силы натяжения установочной пружины седло перепускного клапана оказывается закрытым, в то время как седло напорного клапана открыто. Если в комбинированном напорно-перепускном клапане дополнительно размещен воздуховыпускной клапан с дополнительной пружиной, то дополнительная пружина выполнена таким образом, что и в этом случае в нейтральном положении седло перепускного клапана открыто, а седло напорного клапана закрыто.
Хотя согласно предлагаемому изобретению речь идет о давлении открытия напорного клапана, соответственно, седла напорного клапана, однако, очевидно, что давление открытия при этом зависит от соответствующих соотношений давлений на входном клапанном отверстии и на выходном клапанном отверстии, ведущем к последовательно включенным пневматическим нагрузочным цепям. Поэтому употребленный в последующем тексте термин «давление открытия» следует понимать при употреблении в связи с напорным клапаном, соответственно седлом напорного клапана, всегда как значение давления, зависящее от дополнительных параметров, а именно зависящее от соответствующих соотношений давлений на входном клапанном отверстии и на выходном клапанном отверстии, поскольку напорный клапан, соответственно седло напорного клапана, имеет не постоянное давление открытия, а скорее так называемую характеристику открытия.
Ниже дается описание изобретения на основании чертежей. При этом на чертежах представляют
Фиг.1 - первый предлагаемый вариант осуществления комбинированного напорно-перепускного клапана,
Фиг.2 - второй предлагаемый вариант осуществления комбинированного напорно-перепускного клапана,
Фиг.3 - третий предлагаемый вариант осуществления комбинированного напорно-перепускного клапана,
Фиг.4 - четвертый предлагаемый вариант осуществления комбинированного напорно-перепускного клапана,
Фиг.5 - пятый предлагаемый вариант осуществления комбинированного напорно-перепускного клапана,
Фиг.6 - шестой предлагаемый вариант осуществления комбинированного напорно-перепускного клапана,
Фиг.7 - седьмой предлагаемый вариант осуществления комбинированного напорно-перепускного клапана,
Фиг.8 - восьмой предлагаемый вариант осуществления комбинированного напорно-перепускного клапана,
Фиг.9 - девятый предлагаемый вариант осуществления комбинированного напорно-перепускного клапана.
На фиг.1 представлен первый вариант осуществления предложенного комбинированного напорно-перепускного клапана 30, содержащего клапанную коробку 18 и крышку 19. При этом крышка 19 может быть закреплена на клапанной коробке 18 обычным образом, например, посредством винтов. Далее клапанная коробка 18 имеет входное клапанное отверстие 4, через которое в первую нагнетательную полость 5 комбинированного напорно-перепускного клапана 30 подается сжатый воздух, так называемое резервное давление. Далее предусмотрено первое выходное клапанное отверстие 7, через которое осуществляется регулирование подачи сжатого воздуха в последовательно включенной (второй) пневматической нагрузочной цепи. Кроме того, предусмотрено воздуховыпускное отверстие 9, через которое вторая напорная полость 16 комбинированного напорно-перепускного клапана 30 соединяется с окружающей средой («атмосферой»). Это воздуховыпускное отверстие 9 может быть расположено либо в клапанной коробке 18, между клапанной коробкой 18 и крышкой 19, либо в крышке 19. Однако важным является лишь соединение второй нагнетательной полости 16 с окружающей средой («атмосферой») через это отверстие 9. Комбинированный напорно-перепускной клапан 30 содержит общую установочную пружину 11 для регулирования давления открытия, соответственно давления начала закрытия клапана, которая может регулироваться посредством установочного винта 15. Кроме того, комбинированный напорно-перепускной клапан 30 содержит первый стержень 13 клапана, за счет дополнительной пружины 12 смещенный с уплотняющим действием к поршню 10 с центральным воздуховыпускным каналом 8. Уплотнение при этом происходит благодаря тому, что первый стержень 13 клапана прижимается к седлу 3 воздуховыпускного клапана поршня 10. Если функция выпуска воздуха нежелательна, то может быть исключено и седло 3 воздуховыпускного клапана, что может быть реализовано, например, в результате того, что первый стержень 13 клапана жестко соединяется с поршнем 10, например, посредством пружинного фиксатора, винтового или клеевого соединения. Кроме того, клапанная коробка 18 содержит вкладыш 14, который с первым стержнем 13 клапана образует седло 2 напорного клапана. Этот вкладыш 14 фиксируется, например, в уступе 31 клапанной коробки 18 посредством стопорного кольца 32. Однако можно фиксировать вкладыш 14 непосредственно в коробке 18 или на уступе 31 путем приклеивания, запрессовывания или завинчивания.
Поршень 10 соответствующим образом уплотнен внутри клапанной коробки 18, так что в показанном на фиг.1 комбинированном напорно-перепускном клапане 30 не возникает соединения между первой полостью 5 и второй полостью 16. Такое наиболее благоприятное уплотнение может быть реализовано посредством уплотняющей прокладки 40. Кроме того, между поршнем 10 и клапанной коробкой 18 выполнено седло 1 перепускного клапана, которое в показанном нейтральном положении препятствует поступлению сжатого воздуха от первой нагнетательной полости 5 к первому выходному клапанному отверстию 7.
В клапанной коробке 18 может быть дополнительно выполнено второе выходное клапанное отверстие 6 для подачи в дополнительную пневматическую нагрузочную цепь сжатого воздуха под давлением, ограниченным до постоянного значения. Разумеется, через второе выходное клапанное отверстие 6 может запитываться также несколько пневматических нагрузочных цепей. Тем самым, сжатый воздух, выходящий из второго выходного клапанного отверстия 6, хотя и ограничен по давлению (посредством седла 2 напорного клапана), однако он обходит седло 1 перепускного клапана. Дополнительные пневматические цепи, подсоединенные к второму выходному клапанному отверстию 6, могут быть оснащены собственными перепускными клапанами, например, в обычном исполнении. Таким образом, после напорного клапана параллельно запитывается несколько перепускных клапанов, один из которых, согласно вышеприведенному описанию, скомбинирован с напорным клапаном.
Кроме того, на концах установочной пружины 11 могут быть дополнительно размещены первый колпачок 20 и/или второй колпачок 21, которые обеспечивают, чтобы усилие, прилагаемое через установочную пружину 11 к поршню 10, попадало на поршень 10 по возможности по центру. Конечно, на установочной пружине 11 можно также разместить лишь один колпачок (20 или 21).
Для достижения более качественного уплотнения седла 1 перепускного клапана и/или седла 2 напорного клапана, и/или седла 3 воздуховыпускного клапана каждое из этих седел клапанов может быть снабжено эластомерным покрытием 75. При этом очевидно, что ссылочной цифрой 75 эластомерное покрытие обозначено лишь функционально. Это эластомерное покрытие может быть выполнено либо для всех названных выше седел клапанов из одного и того же материала, либо для каждого седла клапана из другого материала. Поэтому эластомерное покрытие 75 не следует истолковывать с ограничением в том отношении, что здесь говорится об одном и том же эластомерном покрытии для всех названных выше седел клапанов.
Ниже действие комбинированного напорно-перепускного клапана 30 описано на основании фиг.1.
Если в системе кондиционирования воздуха еще не действует никакое давление, то установочная пружина 11 с силой, отрегулированной установочным винтом 15, через первый и второй колпачки 20 и 21 давит на поршень 10. Во второй нагнетательной полости 16, в которой размещена установочная пружина 11, действует при этом давление окружающей среды («атмосферное давление»), поскольку вторая нагнетательная полость 16 через воздуховыпускное отверстие 9 постоянно связана с окружающим воздухом. Поршень 10 посредством уплотнительной прокладки 40 герметизирован относительно клапанной коробки 18 и опирается на седло 1 перепускного клапана. Дополнительно поршень 10 за счет дополнительной пружины 12 придавливает первый стержень 13 поршня, поскольку установочная пружина 11 обладает более высокой упругостью, чем дополнительная пружина 12, в результате чего седло 2 напорного клапана находится в открытом состоянии. На основании силы натяжения установочной пружины 11 как седло 1 перепускного клапана, так и седло 3 воздуховыпускного клапана находятся в закрытом состоянии. Тем самым, выходное клапанное отверстие 7 также находится в запертом состоянии.
Если теперь сжатый воздух, вырабатываемый компрессором, поступает во входное клапанное отверстие 4, то он проходит через теперь уже открытое седло 2 напорного клапана и поступает в первую нагнетательную полость 5.
Если давление поступающего сжатого воздуха на входном клапанном отверстии 4 и тем самым в полости 5 повышается, то поршень 10 в результате за счет силы натяжения установочной пружины 11 перемещается. Когда давление поступающего сжатого воздуха достигает желаемого давления от открытия седла 1 перепускного клапана, то поршень 10 уже больше не опирается на седло 1 перепускного клапана в клапанной коробке 18, а перемещается за счет силы натяжения установочной пружины 11 и тем самым открывает седло 1 перепускного клапана. Теперь сжатый воздух из первой нагнетательной полости 5 через первое выходное клапанное отверстие 7 может перетекать в последовательно соединенную пневматическую нагрузочную цепь, в результате чего там повышается давление до тех пор, пока между пневматической нагрузочной цепью, первой нагнетательной полостью 5 и входным клапанным отверстием 4 не установится равенство давлений.
Если давление поступающего сжатого воздуха на входном клапанном отверстии 4 и, тем самым, также в первой нагнетательной полости 5 и первом выходном клапанном отверстии 7 продолжает повышаться, то поршень 10 продолжает подниматься. Первый стержень 13 клапана подтягивается, так что седло 3 воздуховыпускного клапана остается закрытым.
Когда давление поступающего сжатого воздуха в первой нагнетательной полости 5 достигает установленного максимального давления питаемой пневматической нагрузочной цепи, то поршень 10 перемещается настолько глубоко, что стержень 13 клапана опирается на седло 2 напорного клапана зафиксированного в клапанной коробке вкладыша 14. Этим первая нагнетательная полость 5 и тем самым также первое выходное клапанное отверстие 7 и второе выходное клапанное отверстие 6, а также присоединенные к ним пневматические нагрузочные цепи оказываются отделенными от поступления сжатого воздуха через входное клапанное отверстие 4.
Если давление на входном клапанном отверстии 4 продолжает повышаться, то это давление не передается на первую нагнетательную полость 5 и первое и второе выходное отверстие 6, соответственно 7, тем самым, давление также не может повышаться в пневматических нагрузочных цепях, присоединенных к первому и второму выходным клапанным отверстиям 6, 7. Если по причине дефекта, например неплотности седла 2 напорного клапана, происходит нежелательное возрастание давления в первой нагнетательной полости 5, то поршень 10 продолжает подниматься. Однако первый стержень 13 клапана больше не поддерживается дополнительной пружиной 12 на седле 3 воздуховыпускного клапана, а удерживается на седле 2 напорного вкладыша 14. Это приводит к тому, что первый стержень 13 клапана уже не следует за поршнем 10. Таким образом, поршень 10 снимается с первого стержня 13 клапана и седло 3 воздуховыпускного клапана открывается. Из первой нагнетательной полости 5 сжатый воздух вытекает через воздуховыпускной канал 8 в поршне 10 во вторую нагнетательную полость 16 и далее через воздуховыпускное отверстие 9 в атмосферу. В результате давление в нагнетательной полости 5 падает до тех пор, пока поршень 10 не опустится на первый стержень 13 клапана и седло 3 воздуховыпускного клапана снова не закроется. Эта функция выпуска воздуха имеет место, конечно, лишь в том случае, если существует соединение между воздуховыпускным каналом 8 и второй нагнетательной полостью 16. Если установочная пружина 11 без второго колпачка 21 опирается непосредственно на поршень 10, то соединение осуществляется просто через витки установочной пружины 11. Если применяется второй колпачок 21, то соединение осуществляется посредством подходящего перфорирования, например посредством одного или нескольких отверстий во втором колпачке 21. На фиг.1 для этого в виде примера показано отверстие 98 в колпачке. Кроме того, можно обеспечить это соединение путем надлежащего конструктивного оформления поршня 10. Например, поршень 10 в той зоне, где второй колпачок 21 касается поршня 10, может иметь уступы, на которые второй колпачок 21 пружины опирается таким образом, чтобы проникающий через вентиляционный канал 8 сжатый воздух под вторым колпачком 21 пружины мог проходить во вторую нагнетательную полость 16. Вместо описанных уступов в поршне 10 могут быть также выполнены каналы, обеспечивающие соединение между вентиляционным каналом 8 и второй нагнетательной полостью 16.
На фиг.2 представлен второй предложенный вариант осуществления комбинированного напорно-перепускного клапана 30, который отличается от показанного на фиг.1 тем, что применяется двухступенчатый клапан ограничения давления. Для этого третий стержень 24 клапана посредством так называемых направляющих ребер 26 размещены на поршне 10 с возможностью осевого перемещения. Направляющие ребра 26 выполнены таким образом, что между обращенной к поршню 10 частью седла 22 вспомогательного напорного клапана и первой нагнетательной полостью 5 существует соединение, благодаря чему при открытом седле 22 вспомогательного напорного клапана и закрытом седле 2 напорного клапана воздух от входного клапанного отверстия 4 через открытое седло 22 вспомогательного напорного клапана может проходить в первую нагнетательную полость 5.
Седло 2 напорного клапана при двухступенчатом клапане ограничения давления выполнено, тем самым, между третьим стержнем 24 клапана и вкладышем 14, а седло 22 вспомогательного напорного клапана выполнено между третьим стержнем 24 клапана и первым стержнем 13 клапана.
Благодаря третьему стержню 24 клапана клапан ограничения давления охватывает, таким образом, два седла клапанов (седло 2 напорного клапана и седло 22 вспомогательного напорного клапана), через которые воздух может попадать от входного клапанного отверстия 4 к первой нагнетательной полости 5. Седло 2 напорного клапана имеет при этом больший поперечник по сравнению с седлом 22 вспомогательного напорного клапана, то есть больший номинальный диаметр, который является существенным для того, чтобы имелась возможность быстро наполнять систему кондиционирования воздуха в грузовом автомобиле.
В том случае, если соединенная последовательно с первым выходным клапанным отверстием 7 пневматическая нагрузочная цепь, питаемая через двухступенчатый клапан ограничения давления, потребляет сжатый воздух, открывается двухступенчатый клапан ограничения давления, чтобы вновь добавить сжатый воздух. Давление открытия клапана зависит не только от давления на первом выходном клапанном отверстии 7, но и от резервного давления на входном клапанном отверстии 4. Зависимость от резервного давления из-за соотношения поверхностей тем меньше, чем меньше седло двухступенчатого клапана ограничения давления. Таким образом, благодаря меньшему из двух седел клапанов (здесь - седло 22 вспомогательного напорного клапана) достигается высокая дозагрузочная восприимчивость, это значит, что давление в пневматической нагрузочной цепи падает незначительно, прежде чем сжатый воздух вновь станет дополняться через двухступенчатый клапан ограничения давления.
Остальное на фиг.2 идентично, по меньшей мере, в функциональном отношении, изображенному на фиг.1, и может быть заимствовано из описания фиг.1.
На фиг.3 представлен третий предложенный вариант осуществления комбинированного напорно-перепускного клапана 30, который отличается от представленного на фиг.1 тем, что вместо цельного поршня 10 (см. фиг.1) применяется составной поршень из двух частей, состоящий из основного поршня 10а и поршневого кольца 10b. При этом поршневое кольцо 10b может быть либо неподвижно соединено с основным поршнем 10а, либо поршневое кольцо 10b может быть смонтировано таким образом, что располагается с возможностью опрокидывания относительно основного поршня 10а, в результате чего может быть выровнено косое расположение седла 1 перепускного клапана (по меньшей мере, частично). Для опрокидываемого размещения поршневого кольца 10b на основном поршне 10а между поршневым кольцом 10b и основным поршнем 10а может быть размещен упругий элемент 70, например О-образное кольцо. Этот упругий элемент 70 одновременно служит для уплотнения поршневого кольца 10b относительно основного поршня 10а. Остальное на фиг.3 идентично изображенному на фиг.1, по меньшей мере, в функциональном отношении.
На фиг.4 представлен четвертый предложенный вариант осуществления комбинированного напорно-перепускного клапана 30, который отличается от представленного на фиг.1 лишь тем, что седло 1 перепускного клапана образовано между поршнем 10 и вкладышем 14. Кроме того, фиг.4 отличается от фиг.1 тем, что посредством второго стержня 17 клапана и седла 60 обратного клапана перед третьей нагнетательной полостью 50 образован обратный клапан. Второй стержень 17 клапана размещен на конце дополнительной пружины 12, обратном первому стержню 13 поршня, причем дополнительная пружина 12 прижимает второй стержень 17 клапана к седлу 60 обратного клапана. Благодаря этому, по меньшей мере, пока на входном клапанном отверстии 4 нет никакого давления, входное клапанное отверстие 4 оказывается запертым относительно третьей нагнетательной полости 50. Как только на входном клапанном отверстии устанавливается избыточное давление, оно приподнимает второй стержень 17 клапана за счет силы натяжения дополнительной пружины 12, в результате создается соединение между входным клапанным отверстием 4 и третьей нагнетательной полостью 50. Тем самым благодаря этому четвертому предложенному варианту осуществления обратный клапан, образованный из второго стержня 17 клапана и седла 60 обратного клапана, с использованием уже имеющейся дополнительной пружины 12, также интегрирован в комбинированный напорно-перепускной клапан 30. Это седло 60 обратного клапана также может быть снабжено эластомерным покрытием 75. Кроме того, на фиг.4 показан вариант осуществления без второго выходного клапанного отверстия (см. позицию 6 на фиг.1), которое может быть перенесено на варианты осуществления, показанные на предыдущих фигурах, и наоборот. Остальное на фиг.4 идентично представленному на фиг.1, по меньшей мере, в функциональном отношении.
На фиг.5 представлен пятый предложенный вариант осуществления комбинированного напорно-перепускного клапана 30, который отличается от представленного на фиг.1 тем, что вкладыш 14 ввинчен в клапанную коробку 18. Для этого вкладыш 14 может иметь, например, большое внутреннее шестигранное углубление, чтобы вкладыш 14 мог быть затянут. Благодаря ввинчиванию может быть отрегулирована требуемая сила натяжения установочной пружины 11. Отдельного установочного винта в этом варианте осуществления уже больше не требуется. Кроме того, входное клапанное отверстие 4 расположено сбоку, а не по оси. Крышка 19 в этом варианте осуществления закреплена на клапанной коробке 18 снизу. Пятый предложенный вариант осуществления представляет собой, тем самым, в отношении схемы расположения клапанная коробка - крышка, инвертирование первого предложенного варианта осуществления согласно фиг.1, причем седло 1 перепускного клапана образовано между поршнем 10 и вкладышем 14, а не клапанной коробкой 18, как это также показано на фиг.4.
На фиг.6 представлен шестой предложенный вариант осуществления комбинированного напорно-перепускного клапана 30, который отличается от представленного на фиг.1 тем, что первый стержень 13 клапана образует с клапанной коробкой 18 седло 1 перепускного клапана, с вкладышем 14 седло 2 напорного клапана и с поршнем 10 седло 3 воздуховыпускного клапана. При том первый стержень 13 клапана может иметь с обеих сторон эластомерное покрытие 75.
На фиг.7 представлен седьмой предложенный вариант осуществления комбинированного напорно-перепускного клапана 30, который отличается от предложенного на фиг.1 тем, что не предусмотрено никакого седла воздуховыпускного клапана. Таким образом, в том случае, если седло 2 напорного клапана протекает, что может привести к тому, что на первом выходном клапанном отверстии 7 создастся слишком высокое давление, то этого можно избежать благодаря тому, что между первым выходным клапанным отверстием 7 и последовательно соединенной пневматической нагрузочной цепью встроен особый воздуховыпускной клапан.
На фиг.8 представлен восьмой предложенный вариант осуществления комбинированного напорно-перепускного клапана 30, который отличается от предложенного на фиг.7 тем, что воздуховыпускной клапан дополнительно встроен в комбинированный напорно-перепускной клапан 30. Воздуховыпускной клапан образован при этом подвижным относительно клапанной коробки 18 воздуховыпускным вкладышем 80, при этом воздуховыпускной вкладыш 80 образует с частью клапанной коробки 18 седло 95 воздуховыпускного клапана клапанной коробки, которое запирает воздуховыпускной канал 90 клапанной коробки в нейтральном положении посредством воздуховыпускной пружины 99. Седло 95 воздуховыпускного клапана клапанной коробки также может иметь эластомерное покрытие 75. Для того чтобы при закрытом седле 95 воздуховыпускного клапана клапанной коробки между воздуховыпускным вкладышем 80 и клапанной коробкой 19 воздух не мог вытекать в воздуховыпускной канал 90 клапанной коробки, между клапанной коробкой 18 и воздуховыпускным вкладышем 80 размещена мембрана 85. Как уплотнительный элемент мембрана 85 имеет по сравнению с О-образным кольцом преимущество, заключающееся в том, что она почти не вызывает трения.
На фиг.9 представлен девятый предложенный вариант осуществления комбинированного напорно-перепускного клапана 9, который отличается от представленного на фиг.1 тем, что с одной стороны не предусмотрено никакого интегрированного воздуховыпускного клапана и что комбинированный напорно-перепускной клапан 30 «инвертированным образом» размещен в клапанной коробке 18, соответственно, крышке 19. Согласно фиг.9 поршень 10 через установочную пружину 11 упирается в клапанную коробку 18. Далее поршень 10 через вспомогательный поршень 100 и дополнительную пружину 12 упирается в крышку 19. При этом вспомогательный поршень 100 гидравлически связан с поршнем 10. На фиг.9 показано опять же нейтральное положение, то есть седло 1 перепускного клапана закрыто, а седло 2 напорного клапана открыто. Если теперь сжатый воздух входит через входное клапанное отверстие 4, соответственно, если там повышается давление, то поршень 10 за счет силы натяжения установочной пружины 11 перемещается вверх, в результате чего седло 1 перепускного клапана между поршнем 10 и вкладышем 14 открывается, благодаря чему сжатый воздух через первую нагнетательную полость 5 может проходить к первому выходному клапанному отверстию 7. Вспомогательный поршень 100 под действием силы натяжения дополнительной пружины 12 следует за движением поршня 10 вверх. Если давление сжатого воздуха на входном клапанном отверстии 4 поднимается настолько, что достигается максимально допустимое значение давления, то поршень 10 и, тем самым, также вспомогательный поршень 100 поднимаются вверх настолько далеко, что седло 2 напорного клапана между вспомогательным поршнем 10 и вкладышем 14 закрывается. Тем самым, сжатый воздух уже больше не может попадать от входного клапанного отверстия 4 к первой нагнетательной полости 5 и, тем самым, к первому выходному клапанному отверстию 7.
Показанные и описанные варианты осуществления могут быть, разумеется, иным образом рационально скомбинированы друг с другом. Поэтому показанные и описанные здесь варианты осуществления изобретения следует рассматривать лишь как инициативные предложения для специалиста. Разнообразные возможные комбинации, которые из этого очевидным образом получаются, также подпадают под сущность изобретения.
В последующем тексте все функционально одинаковые конструктивные элементы на фиг.1-9 имеют одни и те же ссылочные обозначения.
Поскольку изобретение находит применение в системе кондиционирования воздуха, то многие детали из напорно-перепускного клапана могут быть установлены в одном агрегате.
Контуры опорных поверхностей седла 1 перепускного клапана, седла 2 напорного клапана, седла 3 воздуховыпускного клапана, седла 60 обратного клапана и седла 95 воздуховыпускного клапана клапанной коробки могут быть каждый по себе выполнены или в клапанной коробке 18, или в вкладыше 14, соответственно, воздуховыпускном вкладыше 80, или в поршне 10, основном поршне 10а, поршневом кольце 10b, первом стержне 13 поршня, втором стержне 17 поршня или вспомогательном поршне 100.
Ниже приводится описание регулирования давления открытия и давления закрытия комбинированного напорно-перепускного клапана 30. Нижеследующий пример относится при этом к варианту осуществления с установочным винтом, в том виде, как он представлен, в частности, на фиг.1. Четырьмя важнейшими параметрами регулирования являются поперечник седла 1 перепускного клапана, диаметр просверленного отверстия в клапанной коробке 18, в том месте, где уплотнительная прокладка 40 осуществляет уплотнительное действие относительно клапанной коробки 18, а также силы натяжения установочной пружины 11, в одном случае при открытии седла 1 перепускного клапана и в другом случае при закрытии седла 2 напорного клапана. Силы натяжения установочной пружины 11 зависят при этом от жесткости установочной пружины и длины хода поршня 10 от открытия седла 1 перепускного клапана до закрытия седла 2 напорного клапана (то есть расстояние между первым стержнем 13 поршня, соответственно, нанесенным на него эластомерным покрытием 75 и вкладышем 14). Дополнительная пружина 12 не оказывает при этом воздействия, поскольку по отношению к установочной пружине 11 она обладает явно меньшей силой натяжения.
При открытии седла 1 перепускного клапана давление при первом наполнении действует только на стороне впуска (то есть на входном клапанном отверстии 4). При закрытии седла 1 перепускного клапана давление действует также на стороне выпуска (то есть на первом выходном клапанном отверстии 7). Соотношение давлений открытия/закрытия седла 1 перепускного клапана определяется по существу (если пренебречь силой трения и непроницаемостью) поперечником седла 1 перепускного клапана и диаметром высверленного отверстия в клапанной коробке 18 и вытекающим из этого соотношением поверхностей, поскольку длина и сила натяжения установочной пружины 11 по существу при отодвигании (то есть при открытии) и надвигании (то есть при закрытии) седла 1 перепускного клапана равны по величине.
Когда седло 1 перепускного клапана открывается, то также поршень 10 и первый стержень 13 поршня поднимаются вверх до тех пор, пока не будет пройдена максимальная высота подъема и не закроется напорный клапан 2. Таким образом, прохождением высоты подъема определяется разница длин пружины, а жесткостью пружины определяется сила натяжения установочной пружины 11. Из этого вытекает интервал между давлением закрытия седла 1 перепускного клапана и давлением закрытия седла 2 напорного клапана, поскольку и для того, и для другого нагружаемая давлением поверхность идентифицируется с диаметром высверленного отверстия в клапанной коробке 18. Силой натяжения дополнительной пружины 12, действующей на первый стержень 13 поршня, можно пренебречь, поскольку эта сила натяжения мала в сравнении с силой натяжения установочной пружины 11.
Кроме того, можно также соединить вкладыш 14 с клапанной коробкой 18 с возможностью регулирования, например, посредством резьбового соединения. Этим образом может регулироваться высота подъема седла 2 напорного клапана. Тем самым, посредством установочной пружины 11 может быть точно отрегулировано давление открытия седла 1 перепускного клапана, в то время как давление закрытия седла 2 напорного клапана посредством установочной пружины 11 может быть предварительно установлено неточно и посредством регулируемого вкладыша 14 может быть отрегулировано точно.
Список ссылочных обозначений
1 седло перепускного клапана
2 седло напорного клапана
3 седло воздуховыпускного клапана
4 входное клапанное отверстие
5 первая нагнетательная полость
6 второе выходное клапанное отверстие
7 первое выходное клапанное отверстие
8 воздуховыпускной канал
9 воздуховыпускное отверстие
10 поршень
10а основной поршень
10b поршневое кольцо
11 установочная пружина
12 дополнительная пружина
13 первый стержень поршня
14 вкладыш
15 установочный винт
16 вторая нагнетательная полость
17 второй стержень поршня
18 клапанная коробка
19 крышка
20 первый колпачок пружины
21 второй колпачок пружины
22 седло вспомогательного напорного клапана
24 третий стержень поршня
26 направляющие ребра
30 комбинированный напорно-перепускной клапан
31 уступ
32 блокировочное кольцо
40 уплотнительная прокладка
50 третья нагнетательная полость
60 седло обратного клапана
70 упругий элемент
75 эластомерное покрытие
80 воздуховыпускной вкладыш
85 мембрана
90 воздуховыпускной канал клапанной коробки
95 седло воздуховыпускного клапана клапанной коробки
98 отверстие крышки пружины
99 воздуховыпускная пружина