КЛАПАН СБРОСА ДАВЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) И КЛАПАННЫЙ УЗЕЛ, СОДЕРЖАЩИЙ УПОМЯНУТЫЙ КЛАПАН
PRESSURE RELIEF VALVE (EMBODIMENTS) AND VALVE ASSEMBLY CONTAINING SAID VALVE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится в общем к клапанам сброса давления, и в частности к клапанам сброса давления для паротопливных систем.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Клапаны сброса давления хорошо известны и обычно используются в топливных системах для открытия при предварительно заданной разнице давлений в клапане до тех пор, пока разница давлений не уменьшится до предварительно заданного уровня. Например, такие клапаны позволяют выводить пары топлива из топливного бака при недопустимом повышении давления в топливном баке над уровнем давления окружающей среды.
Обычно такие клапаны содержат клапанный элемент, выполненный с возможностью обратимого образования уплотнения с гнездом клапана, чувствительный элемент, такой как диафрагма или поршень, на котором необходимо регулировать разницу давлений, и элемент для приложения эталонного усилия, например пружина, который задает разницу давлений, при которой клапан должен открываться.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно первому аспекту настоящего изобретения предоставлен клапан сброса давления для управления потоком текучей среды между первым каналом для текучей среды и вторым каналом для текучей среды, причем клапан сброса давления содержит:
корпус, содержащий первое отверстие, связанное с указанным первым каналом для текучей среды, и второе отверстие, связанное с указанным вторым каналом для текучей среды, причем корпус ограничивает собой механический стопор;
диафрагменный элемент, подвижно закрепленный внутри корпуса и определяющий отверстие для текучей среды для выборочного обеспечения посредством него связи по текучей среде между первым каналом для текучей среды и вторым каналом для текучей среды;
первый отклоняющий элемент, предоставленный в указанном первом канале для текучей среды и выполненный с возможностью принудительного перемещения указанного диафрагменного элемента к указанному механическому стопору в первом направлении; и
уплотнительный элемент, предоставленный в указанном втором канале для текучей среды и подвижно установленный в указанном корпусе и содержащий уплотнительную поверхность, выполненную с возможностью обратимой герметизации указанного отверстия для текучей среды, причем указанный уплотнительный элемент содержит второй отклоняющий элемент, выполненный с возможностью принудительного перемещения указанной уплотнительной поверхности к указанному отверстию для текучей среды во втором направлении, и причем перемещение указанного уплотнительного элемента в указанном втором направлении ограничено.
В частности, в ответ на превышение первым давлением во втором канале для текучей среды первой предопределенной пороговой величины, указанный диафрагменный элемент прижимается к указанному первому отклоняющему элементу, и указанный уплотнительный элемент принудительно перемещается к указанному отверстию для текучей среды до тех пор, пока стопорный элемент не ограничит его перемещение, посредством чего уплотнительная поверхность затем выходит из контакта с указанным отверстием для текучей среды, обеспечивая связь по текучей среде между вторым каналом для текучей среды и первым каналом для текучей среды посредством указанного отверстия для текучей среды. Кроме этого, в ответ на снижение второго давления во втором канале для текучей среды ниже второй предопределенной пороговой величины, указанный уплотнительный элемент прижимается к указанному второму отклоняющему элементу, в то время как указанный диафрагменный элемент прижимается к указанному механическому стопору, посредством чего указанная уплотнительная поверхность выходит из контакта с диафрагменным элементом, обеспечивая связь по текучей среде между первым каналом для текучей среды и вторым каналом для текучей среды посредством указанного отверстия для текучей среды. Например, указанное первое направление противоположно указанному второму направлению.
В качестве дополнения или альтернативы, например, диафрагменный элемент содержит центральную часть и периферийную часть, причем диафрагменный элемент прикреплен внутри указанного корпуса с помощью указанной периферийной части, и причем указанное отверстие для текучей среды расположено в указанной центральной части. Например, указанная центральная часть способна обратимо перемещаться относительно указанной периферийной части по меньшей мере в указанном первом направлении.
В качестве дополнения или альтернативы, например, клапан дополнительно содержит поршневой элемент, расположенный между указанным первым отклоняющим элементом и указанным диафрагменным элементом, причем указанный поршневой элемент содержит просвет, точно соответствующий указанному отверстию для текучей среды.
В качестве дополнения или альтернативы, например, указанный механический стопор имеет форму цилиндрической стенки, выступающей внутрь корпуса из одного конца корпуса, и содержащей кромку, выполненную таким образом, чтобы обратимо упираться в указанный диафрагменный элемент. Например, указанный уплотнительный элемент размещается внутри указанной цилиндрической стенки. Например, указанная цилиндрическая стенка содержит стопорные элементы для ограничения перемещения указанного уплотнительного элемента в направлении, противоположном указанному второму направлению.
В качестве дополнения или альтернативы, например, указанный уплотнительный элемент содержит стопорный элемент, выполненный с возможностью ограничения указанного перемещения указанного уплотнительного элемента в указанном втором направлении. В качестве дополнения или альтернативы, например, указанный уплотнительный элемент поддерживается в уплотняющем контакте с диафрагменным элементом посредством второго отклоняющего элемента до тех пор, пока перемещение указанного уплотнительного элемента относительно указанного корпуса не будет остановлено указанным стопорным элементом.
В качестве дополнения или альтернативы, например, указанный диафрагменный элемент способен перемещаться в направлении от уплотнительного элемента и выходить из контакта с ним после того, как перемещение указанного уплотнительного элемента относительно указанного корпуса остановлено указанным стопорным элементом.
В качестве дополнения или альтернативы, например, указанный первый отклоняющий элемент представляет собой первую механическую пружину.
В качестве дополнения или альтернативы, например, указанный второй отклоняющий элемент представляет собой вторую механическую пружину.
В качестве дополнения или альтернативы, например, указанная первая предопределенная пороговая величина соответствует наличию повышенного давления во втором канале для текучей среды по сравнению с первым каналом для текучей среды.
В качестве дополнения или альтернативы, например, указанная вторая предопределенная пороговая величина соответствует наличию пониженного давления во втором канале для текучей среды по сравнению с первым каналом для текучей среды.
В качестве дополнения или альтернативы, например, указанный первый отклоняющий элемент, указанный диафрагменный элемент и указанный уплотнительный элемент расположены последовательно и выровнены вдоль оси относительно указанного корпуса.
В качестве дополнения или альтернативы, например, указанный первый отклоняющий элемент, указанный диафрагменный элемент, указанный уплотнительный элемент и указанный второй отклоняющий элемент расположены последовательно и выровнены вдоль оси относительно указанного корпуса.
В качестве дополнения или альтернативы, например, указанный первый отклоняющий элемент, указанный диафрагменный элемент, указанный уплотнительный элемент, указанный второй отклоняющий элемент и указанная цилиндрическая стенка расположены последовательно и выровнены вдоль оси относительно указанного корпуса.
В качестве дополнения или альтернативы, например, в ответ на увеличение давления во втором канале для текучей среды выше третьей предопределенной пороговой величины, которая меньше указанной первой предопределенной пороговой величины, указанный диафрагменный элемент прижимается к указанному первому отклоняющему элементу, и поддерживается принудительное перемещение указанного уплотнительного элемента к указанному отверстию для текучей среды, причем указанная третья предопределенная пороговая величина не является достаточной для смещения уплотнительного элемента таким образом, чтобы стопорный элемент ограничивал его перемещение, посредством чего уплотнительная поверхность продолжает герметично закрывать указанное отверстие для текучей среды, препятствуя связи по текучей среде между вторым каналом для текучей среды и первым каналом для текучей среды посредством указанного отверстия для текучей среды.
В качестве дополнения или альтернативы, например, указанный первый канал для текучей среды обеспечивает связь по текучей среде между первым резервуаром и указанным клапаном сброса давления, и причем второй канал для текучей среды обеспечивает связь по текучей среде между клапаном сброса давления и вторым резервуаром. Например, указанный первый резервуар содержит устройство обработки паров и/или указанный второй резервуар содержит топливный бак.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения предоставлен клапанный узел, содержащий первый трубопровод, присоединяемый к устройству обработки паров топлива, и второй трубопровод, присоединяемый к топливному баку, причем клапанный узел содержит:
клапан сброса давления, как определено согласно первому аспекту настоящего изобретения;
клапан, приводимый в действие извне; и
соединительный элемент, содержащий основную часть, содержащую первый трубопровод, присоединяемый к устройству обработки паров топлива, второй трубопровод, присоединяемый к топливному баку, и содержащую первое гнездо для размещения в нем клапана сброса давления, и второе гнездо для удержания в нем клапана, приводимого в действие извне. Например, указанный первый трубопровод определяет основное отверстие и перепускное отверстие, причем указанное перепускное отверстие находится в связи по текучей среде с первым каналом для текучей среды, определенным корпусом клапана сброса давления.
В качестве дополнения или альтернативы, второй трубопровод находится в связи по текучей среде со вторым каналом для текучей среды.
В качестве дополнения или альтернативы, клапан, приводимый в действие извне, расположен в указанном втором канале для текучей среды и приводится в действие для выборочного открывания или перекрывания связи по текучей среде между баком и устройством обработки паров топлива посредством указанного основного отверстия.
В качестве дополнения или альтернативы, например, указанный клапан, приводимый в действие извне, выполнен с возможностью приведения в действие внешним источником энергии. Например, указанный клапан, приводимый в действие извне, представляет собой электромеханический клапан. Например, указанный клапан, приводимый в действие извне, содержит соленоид, содержащий якорь, который выборочно выдвигается из основной части соленоида и вдвигается в нее, и плунжер, установленный на указанном якоре и выполненный с возможностью уплотняющего контакта с указанным основным отверстием. Например, указанный клапан, приводимый в действие извне, представляет собой соленоидный клапан, приводимый в действие электричеством.
В качестве дополнения или альтернативы, например, указанный клапан, приводимый в действие извне, выполнен с возможностью импульсного приведения в действие с помощью контроллера, тем самым позволяя прерывистому потоку текучей среды проходить сквозь его основное отверстие, расположенное между указанным первым трубопроводом и указанным вторым трубопроводом.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения предоставлен клапан сброса давления для управления потоком текучей среды между первым каналом для текучей среды и вторым каналом для текучей среды. Клапан сброса давления содержит корпус, диафрагменный элемент, подвижно закрепленный внутри корпуса и содержащий отверстие для текучей среды, первый отклоняющий элемент для принудительного перемещения диафрагменного элемента в первом направлении, и уплотнительный элемент, подвижно установленный в корпусе и выполненный с возможностью обратимой герметизации отверстия для текучей среды. Когда давление во втором канале для текучей среды превышает первую предопределенную пороговую величину, диафрагменный элемент прижимается к первому отклоняющему элементу, и уплотнительный элемент вначале принудительно перемещается к отверстию для текучей среды и затем выходит из контакта с отверстием для текучей среды, обеспечивая связь по текучей среде между вторым каналом для текучей среды и первым каналом для текучей среды посредством отверстия для текучей среды. Когда давление во втором канале для текучей среды уменьшается ниже второй предопределенной пороговой величины, уплотнительный элемент выходит из контакта с диафрагменным элементом, обеспечивая связь по текучей среде между первым каналом для текучей среды и вторым каналом для текучей среды посредством отверстия для текучей среды. Также предоставлен клапанный узел, содержащий клапан сброса давления и клапан, приводимый в действие извне.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения предоставлен клапан сброса давления для управления потоком текучей среды между первым каналом для текучей среды и вторым каналом для текучей среды. Клапан сброса давления содержит поршневой элемент, определяющий отверстие для текучей среды, проходящее в нем между первым каналом для текучей среды и вторым каналом для текучей среды, и содержит первый отклоняющий элемент, выполненный с возможностью принудительного перемещения указанного поршневого элемента к стенке. Клапан сброса давления дополнительно содержит уплотнительный элемент, содержащий уплотнительную поверхность, выполненную с возможностью герметизации указанного отверстия для текучей среды, причем указанный уплотнительный элемент содержит второй отклоняющий элемент, выполненный с возможностью принудительного перемещения указанной уплотнительной поверхности к указанному отверстию, и дополнительно содержащий стопорный элемент, выполненный с возможностью ограничения перемещения указанного уплотнительного элемента к указанному поршневому элементу.
Согласно по меньшей мере одному примеру этого аспекта настоящего изобретения, клапан сброса давления выполнен таким образом, что когда давление во втором канале для текучей среды превышает предопределенную пороговую величину, на указанный поршневой элемент оказывается толкающее воздействие, противодействующее усилиям указанного первого отклоняющего элемента, и указанный уплотнительный элемент принудительно перемещается к отверстию указанного поршневого элемента до тех пор, пока стопорный элемент не ограничит его перемещение, посредством чего уплотнительная поверхность выходит из контакта с отверстием, позволяя потоку текучей среды проходить между вторым каналом для текучей среды и первым каналом для текучей среды, и когда давление во втором канале для текучей среды опускается ниже предопределенной пороговой величины, указанный уплотнительный элемент принудительно перемещается, противодействуя усилиям указанного второго отклоняющего элемента, в то время как указанное отверстие принудительно перемещается к указанной стенке, посредством чего указанная уплотнительная поверхность выходит из контакта с отверстием, позволяя потоку текучей среды проходить между первым каналом для текучей среды и вторым каналом для текучей среды.
Любое количество нижеприведенных признаков и конструкций может быть осуществлено в клапане сброса давления согласно по меньшей мере одному примеру настоящего изобретения, по отдельности или в сочетании друг с другом:
- Первый отклоняющий элемент может представлять собой главную пружину, при этом второй отклоняющий элемент может представлять собой вспомогательную пружину, причем главная пружина прилагает усилия, превышающие усилия, приложенные вспомогательной пружиной.
- Стенка может представлять собой цилиндрическую стенку, содержащую первую кромку, определяющую внутренний канал.
- Поршневой элемент может дополнительно содержать диафрагму, прикрепленную к нему и имеющую окно, расположенное на одной оси с отверстием.
- Стопорный элемент может представлять собой пару рычагов, проходящих под уплотнительной поверхностью, каждый из которых имеет боковой выступ, выполненный с возможностью контакта со второй стенкой внутри клапана, тем самым ограничивая перемещение уплотнительного элемента к поршневому элементу.
- Вторая стенка может представлять собой боковую стенку, проходящую от второй кромки цилиндрической стенки.
Согласно дополнительному аспекту настоящего изобретения предоставлен клапан сброса давления, содержащий основную часть, содержащую первый трубопровод, присоединяемый к первому резервуару, и второй трубопровод, присоединяемый ко второму резервуару, открытому в атмосферу, и клапан, приводимый в действие извне, расположенный в указанном корпусе и выполненный с возможностью импульсного приведения в действие контроллером, тем самым позволяя прерывистому потоку текучей среды проходить между указанным первым резервуаром и указанным вторым резервуаром. Основная часть дополнительно содержит гнездо для удержания корпуса, определяющего первый канал для текучей среды, находящийся в связи по текучей среде с первым трубопроводом, и второй канал для текучей среды, находящийся в связи по текучей среде со вторым трубопроводом. Корпус содержит поршневой элемент, определяющий отверстие для текучей среды, проходящее в нем между первым каналом для текучей среды и вторым каналом для текучей среды, и содержит первый отклоняющий элемент, выполненный с возможностью принудительного перемещения указанного поршневого элемента к стенке. Корпус дополнительно содержит уплотнительный элемент, содержащий уплотнительную поверхность, выполненную с возможностью герметизации указанного отверстия для текучей среды, причем указанный уплотнительный элемент содержит второй отклоняющий элемент, выполненный с возможностью принудительного перемещения указанной уплотнительной поверхности к указанному отверстию, и дополнительно содержащий стопорный элемент, выполненный с возможностью ограничения перемещения указанного уплотнительного элемента к указанному поршневому элементу.
Клапан сброса давления выполнен таким образом, что клапан, приводимый в действие извне, выполнен с возможностью открывания, тем самым сбрасывая давления из второго резервуара. Клапан сброса давления дополнительно выполнен таким образом, что когда давление во втором резервуаре превышает предопределенную пороговую величину, на указанный поршневой элемент оказывается толкающее воздействие, противодействующее усилиям указанного первого отклоняющего элемента, и указанный уплотнительный элемент принудительно перемещается к отверстию указанного поршневого элемента до тех пор, пока стопорный элемент не ограничит его перемещение, посредством чего уплотнительная поверхность выходит из контакта с отверстием, позволяя потоку текучей среды проходить между вторым резервуаром и первым резервуаром, и когда давление во втором резервуаре опускается ниже предопределенной пороговой величины, указанный уплотнительный элемент принудительно перемещается, противодействуя усилиям указанного второго отклоняющего элемента, в то время как указанное отверстие принудительно перемещается к указанной стенке, посредством чего указанная уплотнительная поверхность выходит из контакта с отверстием, позволяя потоку текучей среды проходить между первым резервуаром и вторым резервуаром.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Для обеспечения лучшего понимания настоящего изобретения, раскрываемого в настоящем документе, и в качестве наглядного примера его осуществления на практике, далее будут описаны примеры в качестве неограничивающих примеров со ссылками на прилагаемые графические материалы, на которых:
на фиг. 1 показан вид сбоку в разрезе клапана сброса давления согласно одному примеру настоящего изобретения в закрытом состоянии;
на фиг. 2 показан вид сбоку в разрезе клапана сброса давления по фиг. 1 в частично открытом состоянии при повышенном давлении;
на фиг. 3 показан вид сбоку в разрезе клапана сброса давления по фиг. 1 в открытом состоянии при повышенном давлении;
на фиг. 4 показан вид сбоку в разрезе клапана сброса давления по фиг. 1 в открытом состоянии при пониженном давлении;
на фиг. 5А показан изометрический вид в разобранном состоянии основной части клапана, содержащей клапан сброса давления по фиг. 1, интегрированный в нее; на фиг. 5В показан вид сбоку в разрезе основной части клапана по фиг. 5А, содержащей клапан, приводимый в действие извне, установленный в ней.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Как изображено на фиг. 1-4, клапан сброса давления согласно первому примеру настоящего изобретения, в общем обозначен ссылочной позицией 10, и функционирует для выборочного управления потоком текучей среды, т.е., связью по текучей среде, между первым каналом 12а для текучей среды и вторым каналом 12b для текучей среды. Как будет подробнее описано ниже, клапан 10 сброса давления содержит корпус 14, вмещающий диафрагменный элемент 24, имеющий окно 25, которое выполняет функцию отверстия 18 для текучей среды. Отверстие 18 для текучей среды выполнено с возможностью предоставления выборочной связи по текучей среде между первым каналом 12а для текучей среды, который может содержать впускное окно, образованное в корпусе 14, и вторым каналом 12b для текучей среды. Диафрагменный элемент 24 по существу делит корпус 14 на первую часть 14а корпуса, содержащую по меньшей мере часть первого канала 12а для текучей среды, и вторую часть 14b корпуса, содержащую по меньшей мере часть второго канала 12b для текучей среды.
Первый канал 12а для текучей среды обеспечивает связь по текучей среде между первым резервуаром, например устройством обработки паров (также обозначенному в данном тексте термином «канистра»), и клапаном 10 сброса давления (в частности, его первой частью 14а корпуса), в то время как второй канал 12b для текучей среды обеспечивает связь по текучей среде между клапаном 10 сброса давления (в частности, его второй частью 14b корпуса), и вторым резервуаром, например топливным баком.
Первая часть 14а корпуса выполнена с возможностью выборочного отклонения диафрагменного элемента 24 к механическому стопору, расположенному во второй части 14b корпуса. Механический стопор также обозначен в настоящем документе равнозначным термином «стенка», и определен в данном примере первой кромкой 22а цилиндрической стенки 22. С этой целью, первый отклоняющий элемент, изображенный здесь в виде главной механической пружины 20, выполнен с возможностью принудительного перемещения диафрагменного элемента 24 к стенке, т.е. к первой кромке 22а, и с возможностью образования упора со стенкой 22. Для способствования такому принудительному перемещению, поршневой элемент 16 расположен с возможностью смещения в первой части 14а корпуса и первый отклоняющий элемент, в этом примере - главная пружина 20, принудительно перемещает поршневой элемент 16 к диафрагменному элементу 24, и тем самым принудительно перемещает диафрагменный элемент 24 к стенке, определенной внутри второй части 14b корпуса. В альтернативных вариантах этого примера поршневой элемент 16 может быть заменен диском, пластиной или кольцом, например, или вместо этого может быть исключен, тогда первый отклоняющий элемент или пружина 20 непосредственно упирается в диафрагменный элемент 24.
В этом примере поршневой элемент 16 определяет просвет 17, точно соответствующий окну 25, и таким образом точно соответствующий отверстию 18 для текучей среды.
Как упоминалось выше, механический стопор для диафрагменного элемента 24 предоставлен стенкой, которая согласно настоящему примеру представляет собой цилиндрическую стенку 22, содержащую первую кромку 22а, определяющую внутренний канал 23а. Цилиндрическая стенка 22 расположена внутри второй части 14b корпуса так, что внешний канал 23b определен между цилиндрической стенкой 22 и корпусом 14, в частности между цилиндрической стенкой 22 и второй частью 14b корпуса.
Цилиндрическая стенка 22 расположена внутри корпуса на одной оси с диафрагменным элементом 24, и таким образом также на одной оси с поршневым элементом 16 в данном примере так, что, когда диафрагменный элемент 24 упирается в первую кромку 22а стенки 22, предотвращается прохождение потока текучей среды между внутренним каналом 23а и внешним каналом 23b.
Согласно изображенному примеру диафрагменный элемент 24 подвижно закреплен внутри корпуса 14. В частности, диафрагменный элемент 24 содержит периферийную часть 24а, присоединенную к центральной части 24b посредством кольцевой части 24 с. Периферийная часть 24а неподвижно прикреплена к корпусу 14, и центральная часть 24b способна перемещаться относительно периферийной части 24а (посредством кольцевой части 24с) и, таким образом, относительно корпуса 14. Таким образом, диафрагменный элемент 24, посредством центральной части 24b, способен обратимо перемещаться вдоль оси внутри корпуса 14, т.е. в направлениях вперед и назад. Окно 25, и таким образом отверстие 18 для текучей среды, расположено в центральной части 24b.
Диафрагменный элемент 24 выборочно разрешает или предотвращает прохождение потока текучей среды, т.е., связь по текучей среде, между первым каналом 12а для текучей среды и вторым каналом 12b для текучей среды. Для того чтобы позволить диафрагменному элементу 24 поочередно смещаться от стенки 22 и к ней, в то время как его внешняя периферия прикреплена к корпусу 14, диафрагменный элемент 24 является гибким, по меньшей мере вдоль кольцевой части 24с между внешней периферийной частью 24а и центральной частью 24b, в которую упирается поршневой элемент 16.
Клапан 10 сброса давления дополнительно содержит уплотнительный элемент 26, также обозначенный здесь равнозначным термином «закрывающий элемент» и содержащий уплотнительную поверхность 28, выполненную с возможностью герметизации отверстия 18 для текучей среды при контакте с ним. Уплотнительный элемент 26 подвижно установлен в корпусе 14, и в частности размещается внутри цилиндрической стенки 22. Согласно настоящему примеру уплотнительная поверхность 28 вступает в контакт с частью диафрагменного элемента 24, окружающей отверстие 18, таким образом диафрагменный элемент 24 и уплотнительная поверхность 28 изготовлены из одного или нескольких материалов, обладающих соответствующими уплотняющими свойствами. Уплотняющие свойства диафрагменного элемента 24 и уплотнительной поверхности 28 могут быть определены согласно характеристикам текучей среды, которая должна проходить сквозь клапан 10 сброса давления, диапазону уровней давления и среде, в которой предполагается использовать клапан 10 сброса давления. Например, если клапан 10 сброса давления применяется для регулирования давления в паротопливной системе, например в топливной системе транспортного средства, уплотняющие свойства должны быть выбраны таким образом, чтобы выдерживать обычный уровень давления в топливном баке, а также химические свойства топлива.
Уплотнительный элемент 26 содержит второй отклоняющий элемент, изображенный здесь в виде вспомогательной механической пружины 30, выполненный с возможностью принудительного перемещения уплотнительной поверхности 28 к отверстию 18. Уплотнительный элемент 26 дополнительно содержит стопорный элемент, изображенный здесь в виде пары рычагов 32, проходящих под уплотнительной поверхностью 28, каждый из которых имеет боковой выступ 34, выполненный с возможностью контакта со второй стенкой внутри клапана 10 сброса давления, тем самым ограничивая перемещение уплотнительного элемента 26 к диафрагменному элементу 24.
Согласно изображенному примеру вторая стенка представляет собой боковую стенку 36, проходящую внутрь от второй кромки 22b цилиндрической стенки 22 к внутреннему каналу 23а. Таким образом, цилиндрическая стенка 22 определяет внутренний канал 23а как проходящий между второй кромкой 22b и боковой стенкой 36 у ее первой кромки, и выполнена с возможностью размещения уплотнительного элемента 26 и обеспечения его смещения вперед и назад внутри внутреннего канала 23а. Уплотнительный элемент 26 расположен внутри внутреннего канала 23а так, что уплотнительная поверхность 28 расположена у первой кромки 22а или вблизи нее, и боковой выступ 34 расположен вне внутреннего канала 23а в непосредственной близости от боковой стенки 36.
Соответственно, и для диапазона положений диафрагменного элемента 24, включая положения, изображенные на фиг. 1 и фиг. 2, смещение уплотнительного элемента 26 вперед относительно второго элемента 14b корпуса приводит к контакту уплотнительной поверхности 28 с диафрагменным элементом 24, тем самым герметично закрывая отверстие 18. Кроме этого и как изображено на фиг.4, смещение уплотнительного элемента 26 назад относительно второго элемента 14b корпуса приводит к разъединению уплотнительной поверхности 28 и диафрагменного элемента 24, тем самым обеспечивая прохождение потока текучей среды сквозь отверстие 18. Тем не менее, смещение уплотнительного элемента 26 вперед вдоль оси ограничено контактом бокового выступа 34, расположенного снаружи внутреннего канала 23а, с боковой стенкой 36, цель которого объясняется далее. Подобным образом, смещение уплотнительного элемента 26 назад вдоль оси ограничено стопорным элементом, который в этом примере имеет форму наклонной части 27, определенной на внутренней поверхности цилиндрической стенки 22. Наклонная часть 27 может иметь диаметр, который меньше диаметра уплотнительной поверхности 28, вследствие чего ограничивается смещение уплотнительного элемента 26. В альтернативных вариантах этого примера наклонную часть можно заменить подходящим радиальным выступом, например, для обеспечения функции стопора.
Боковая стенка 36 может проходить внутрь от всей окружности цилиндрической стенки 22, ограничивая перемещение рычагов 32 путем контакта с боковым выступом 34. В качестве альтернативы, боковая стенка 36 может проходить от частей цилиндрической стенки 22, например, частей, соответствующих положению бокового выступа 34.
Согласно настоящему примеру, уплотнительный элемент 26 отклоняется вперед, и с этой целью второй отклоняющий элемент, в этом примере имеющий форму вспомогательной пружины 30, расположен внутри внутреннего канала 23а и выполнен таким образом, чтобы упираться во внутреннюю поверхность боковой стенки 36 с тем, чтобы принудительно перемещать уплотнительный элемент 26 к диафрагменному элементу 24. Вспомогательная пружина 30 выполнена с возможностью принудительного перемещения уплотнительного элемента 26 для герметичного закрывания отверстия 18 до того момента, когда разница давлений между уровнем давления во втором канале 12b для текучей среды и уровнем давления в первом канале 12а для текучей среды опускается ниже предопределенной пороговой величины.
В изображенном примере главная пружина 20, принудительно перемещающая диафрагменный элемент 24 к цилиндрической стенке 22, прилагает к нему усилия, превышающие усилия, приложенные к уплотнительному элементу 26 вспомогательной пружиной 30. В результате, и как объясняется далее в настоящем описании, уровень давления, необходимый для открывания отверстия 18 вопреки действию первого отклоняющего элемента, т.е., противодействуя главной пружине 20, для смещения таким образом диафрагменного элемента 24 назад, выше уровня давления, необходимого для открывания отверстия 18 путем отведения уплотнительного элемента 26 вопреки действию второго отклоняющего элемента, т.е., вспомогательной пружины 30. Из-за того, что направление усилий, прилагаемых главной пружиной 20, противоположно направлению усилий, прилагаемых вспомогательной пружиной 30, диафрагменный элемент 24 может использоваться для регулировки повышенного давления, которое может присутствовать во втором канале 12b для текучей среды, в то время как уплотнительный элемент 26 может использоваться для регулировки пониженного давления, которое может присутствовать во втором канале 12b для текучей среды.
При обычных рабочих условиях клапан 10 находится в закрытом положении, как показано на фиг. 1, причем диафрагменный элемент 24 принудительно перемещается вперед главной пружиной 20 посредством поршневого элемента 16 так, что центральная часть 24b диафрагменного элемента 24, возле отверстия 18, упирается в первую кромку 22а цилиндрической стенки 22, предотвращая прохождение потока текучей среды между внешним каналом 23b и внутренним каналом 23а. В этом положении уплотнительный элемент 26 одновременно принудительно перемещается вперед вспомогательной пружиной 30 так, что уплотнительная поверхность 28 упирается в диафрагменный элемент 24, в частности в его центральную часть 24b, что закрывает окно 25 в нем, и, как следствие, герметично закрывает отверстие 18. Поскольку, как описано выше в данном тексте, направление усилий, прилагаемых главной пружиной 20, противоположно направлению усилий, прилагаемых вспомогательной пружиной 30, в этом закрытом положении на уплотнительный элемент 26 и диафрагменный элемент 24 оказывается толкающее воздействие по направлению друг к другу, тем самым поддерживая герметично закрытое состояние отверстия 18 и предотвращая связь по текучей среде между первым каналом 12а для текучей среды и вторым каналом 12b для текучей среды.
Следует понимать, что в этот момент повышающееся давление во втором канале 12b для текучей среды (по сравнению с давлением в первом канале 12а для текучей среды) также принудительно перемещает уплотнительный элемент 26 к диафрагменному элементу 24, таким образом обеспечивая лучший контакт с ним и предотвращая утечки текучей среды сквозь отверстие 18. Как объясняется далее, лишь когда разница давлений между давлением во втором канале 12b для текучей среды и давление в первом канале 12а для текучей среды преодолеет усилия главной пружины 20, отверстие 18 открывается. Соответственно, клапан 10 обеспечивает изменяющийся уплотняющий контакт между диафрагменным элементом 24 и уплотнительной поверхностью 28 для герметичного закрывания отверстия 18, в зависимости от разницы давлений между вторым каналом 12b для текучей среды и первым каналом 12а для текучей среды. Таким образом, при нормальном давлении уплотнительная поверхность 28 и диафрагменный элемент 24 могут удерживаться в закрытом положении с меньшим усилием, приложенным к ним, тем самым предотвращая их повреждение.
Далее приведена ссылка на фиг. 2. Когда разница давлений между вторым каналом 12b для текучей среды и первым каналом 12а для текучей среды повышается до предопределенной пороговой величины, т.е., до величины, когда усилия, прилагаемые при этом к диафрагменному элементу 24, больше усилий, прилагаемых главной пружиной 20, диафрагменный элемент 24, в частности его центральная часть 24b, слегка перемещается назад от первой кромки 22а цилиндрической стенки 22. Перепад давления между сторонами отверстия 18 продолжает принудительно перемещать уплотнительный элемент 26 вперед, таким образом поддерживая уплотняющий контакт с диафрагменным элементом 24 и сохраняя закрытое положение отверстия 18. Уплотнительный элемент 26 может свободно смещаться вперед до тех пор, пока боковой выступ 34 рычагов 32 не войдет в контакт с боковой стенкой 36 у второй кромки 22b цилиндрической стенки 22. Таким образом, длина рычагов 32 и цилиндрической стенки 22 определяет расстояние, на которое уплотнительный элемент 26 следует за диафрагменным элементом 24 и поддерживает закрытое состояние отверстия 18.
В этом положении, поскольку диафрагменный элемент 24 выходит из контакта с первой кромкой 22а цилиндрической стенки 22, текучая среда может проходить между внешним каналом 23b и внутренним каналом 23а.
Как показано на фиг. 3, по мере того, как разница давлений между вторым каналом 12b для текучей среды и первым каналом 12а для текучей среды дополнительно увеличивается до другой предопределенной пороговой величины, диафрагменный элемент 24, в частности его центральная часть 24b, дополнительно смещается назад от первой кромки 22а цилиндрической стенки 22 в свое убранное положение. Тем не менее, в этот момент уплотнительный элемент 26 удерживается контактом боковой стенки 36 и бокового выступа 34 рычагов 32, что препятствует его дальнейшему смещению вперед. В результате, уплотнительная поверхность 28 уплотнительного элемента 26 выходит из контакта с диафрагменным элементом 24, тем самым позволяя потоку текучей среды проходить между первым каналом 12а для текучей среды и вторым каналом 12b для текучей среды сквозь отверстие 18. Диафрагменный элемент 24, в частности его центральная часть 24b, поддерживается в убранном положении до тех пор, пока перепад давления по обеим сторонам отверстия 18 не станет меньше усилий, прилагаемых главной пружиной 20 к диафрагменному элементу 24, в частности к его центральной части 24b.
Далее рассмотрим фиг. 4, где изображен отрицательный перепад давления, при котором уровень давления во втором канале 12b для текучей среды ниже уровня давления в первом канале 12а для текучей среды, и причем диафрагменный элемент 24 принудительно перемещается к первой кромке 22а цилиндрической стенки 22, тем самым предотвращая прохождение потока текучей среды между внешним каналом 23b и внутренним каналом 23а. По мере того, как разница давлений между уровнем давления во втором канале 12b для текучей среды и уровнем давления в первом канале 12а для текучей среды опускается ниже другой предопределенной пороговой величины, при которой отрицательный перепад давления преодолевает усилия, прилагаемые вспомогательной пружиной 30, уплотнительный элемент 26 убирается назад, тем самым выходя из контакта с диафрагменным элементом 24, в частности с его центральной частью 24b. В результате, отверстие 18 открывается, тем самым позволяя потоку текучей среды проходить между первым каналом 12а для текучей среды и вторым каналом 12b для текучей среды. Следует отметить, что согласно изображенному примеру, в условиях пониженного давления (например, в случае вышеупомянутого отрицательного перепада давления), поскольку уплотнительный элемент 26 убран назад, это способствует прохождению потока текучей среды лишь сквозь внутренний канал 23а, в отличие от условий повышенного давления, при которых поршневой элемент 16 перемещается вперед, тем самым способствуя прохождению потока текучей среды как сквозь внутренний канал 23а, так и сквозь внешний канал 23b.
Следует отметить, что согласно настоящему изобретению общее отверстие, т.е., отверстие 18 для текучей среды, применяется для регулировки повышенного давления, либо пониженного давления во втором канале 12b для текучей среды по сравнению с давлением в первом канале 12а для текучей среды, таким образом позволяя сократить производственные затраты на клапан по меньшей мере в некоторых примерах настоящего изобретения. Кроме этого, риск поломки клапана также может быть уменьшен по меньшей мере в некоторых примерах настоящего изобретения.
Также следует отметить, что хотя в этом примере единственное отверстие 18 для текучей среды обеспечивает выборочную связь по текучей среде между вторым каналом 12b для текучей среды и первым каналом 12а для текучей среды, в альтернативных вариантах этого примера единственное отверстие для текучей среды можно заменить множеством окон в диафрагменном элементе и/или в поршневом элементе 16, причем все такие окна одновременно открываются или закрываются выборочным образом посредством уплотнительного элемента 26. Также следует отметить, что в этом примере первый отклоняющий элемент 20, диафрагменный элемент 24, уплотнительный элемент 26, указанный второй отклоняющий элемент 30 и цилиндрическая стенка 22 расположены последовательно и выровнены вдоль оси относительно указанного корпуса 14. Тем не менее, возможны другие варианты расположения: например первый отклоняющий элемент 20, диафрагменный элемент 24, уплотнительный элемент 26 расположены последовательно и выровнены вдоль оси относительно указанного корпуса 14; или первый отклоняющий элемент 20, диафрагменный элемент 24, уплотнительный элемент 26, указанный второй отклоняющий элемент 30 расположены последовательно и выровнены вдоль оси относительно указанного корпуса 14.
Как изображено на фиг. 5А и 5В, согласно одному примеру настоящего изобретения, клапан 10 сброса давления может применяться совместно с клапаном, приводимым в действие извне, обозначенным в настоящем описании ссылочной позицией 60. Клапан 10 сброса давления может быть присоединен к клапану 60, приводимому в действие извне, посредством соединительного элемента 90 для образования клапанного узла 100. Соединительный элемент 90 содержит основную часть 50, содержащую первый трубопровод 54а, присоединяемый к первому резервуару, второй трубопровод 54b, присоединяемый ко второму резервуару, и содержащую первое гнездо 52 для установки в нем клапана 10 сброса давления, и второе гнездо 56 для удержания в нем клапана 60, приводимого в действие извне (изображено на фиг. 5В). Первый трубопровод 54а определяет основное отверстие 58а и перепускное отверстие 58b, причем перепускное отверстие 58b находится в связи по текучей среде с первым каналом 12а для текучей среды, определенным корпусом 14 клапана 10 сброса давления. Второй трубопровод 54b находится в связи по текучей среде со вторым каналом 12b для текучей среды.
Клапан 60, приводимый в действие извне, может быть выполнен с возможностью выборочного открывания и закрывания основного отверстия 58а, проходящего между первым трубопроводом 54а и вторым трубопроводом 54b. Клапан 60, приводимый в действие извне, может быть выполнен с возможностью импульсного приведения в действие контроллером (не изображен) и таким образом он позволяет прохождение прерывистого потока текучей среды сквозь основное отверстие 58а.
Клапан 60, приводимый в действие извне, может представлять собой любой клапан, приводимый в действие внешним источником энергии, в противоположность приведению в действие разницей давлений между первым трубопроводом 54а и вторым трубопроводом 54b. Согласно одному примеру настоящего изобретения клапан 60, приводимый в действие извне, представляет собой электромеханический клапан, в данном описании изображенный в виде соленоида; в альтернативных вариантах этого примера клапан, приводимый в действие извне, вместо этого может приводиться в действие с помощью пневматики, или приводиться в действие любым другим внешним источником энергии.
В настоящем примере клапан 60, приводимый в действие извне, содержит основную часть 61 соленоида, содержащую якорь 62, выборочно выступающий внутрь или наружу из основной части соленоида (не изображено). Якорь 62 может отклоняться пружиной 64 соленоида, расположенной таким образом, что якорь обычно выступает из основной части соленоида. Клапан 60, приводимый в действие извне, дополнительно содержит плунжер 70, содержащий головку 72 плунжера и уплотнение 74, выполненное с возможностью уплотняющего контакта с основным отверстием 58а. Плунжер 70 установлен на якоре 62 так, что, когда последний выступает из основной части соленоида, головка 72 плунжера вступает в контакт с основным отверстием 58а, предотвращая прохождение потока текучей среды сквозь него.
Согласно одному примеру, клапан 60, приводимый в действие извне, приводится в действие контроллером, приспособленным для получения электроэнергии от генератора переменного тока транспортного средства или от любого другого устройства для хранения энергии (не изображено). Контроллер может быть выполнен с возможностью формирования импульсного сигнала, позволяющего осуществлять импульсное приведение в действие соленоида, как подробно описано ниже. Контроллер может быть выполнен с возможностью приема воздействующего сигнала от компьютера транспортного средства и может содержать печатную плату, формирующую импульсный сигнал по требованию. Клапан 60, приводимый в действие извне, может быть выполнен таким образом, чтобы обычно находиться в закрытом состоянии, и может открываться только в ответ на приведение в действие контроллером, например, электрическим сигналом.
Клапан 60, приводимый в действие извне, может быть расположен перпендикулярно относительно второго трубопровода 54b. Таким образом, в случае, когда второй трубопровод 54b присоединен к выпускному отверстию для паров топлива топливного бака, прохождение потока текучей среды из бака принудительно перемещает головку 72 плунжера к основному отверстию 58а, и давление внутри бака способствует поддержанию клапана 60, приводимого в действие извне, в закрытом положении.
Далее представлено подробное описание примера работы клапана 10 сброса давления, как изображено на фиг. 2-4, интегрированного с клапаном 60, приводимым в действие извне, и применяемого внутри паротопливной системы и установленного в канале для паров топлива между топливным баком и устройством обработки паров, далее обозначенному термином «канистра».
Клапан 60, приводимый в действие извне, может открываться в ответ на сигнал, например электрический сигнал от компьютера транспортного средства, и клапан 10 сброса давления может открываться в ответ перепад давления между сторонами корпуса 14, превышающий предопределенную величину перепада. Другими словами, в случае, если второй трубопровод 54b присоединен к топливному баку и первый трубопровод 54а присоединен к канистре, когда давление в баке превышает предопределенный уровень, диафрагменный элемент 24 клапана 10 сброса давления может быть открыт с тем, чтобы привести уровень давления в баке к желаемому диапазону давлений. Подобным образом, когда давление в баке опускается ниже предопределенного уровня, уплотнительный элемент 26 может быть открыт с тем, чтобы привести уровень давления в баке к желаемому диапазону давлений.
В полностью закрытом положении клапан 60, приводимый в действие извне, и отверстие 18 закрыты. В этом положении головка 72 плунжера клапана 60, приводимого в действие извне, вступает в уплотняющий контакт с основным отверстием 58а и диафрагменный элемент 24 принудительно перемещается вперед главной пружиной 20 к уплотнительному элементу так, что уплотнительная поверхность 28 упирается в диафрагменный элемент 24, закрывает окно 25 в нем и, следовательно, герметично закрывает отверстие 18.
Таким образом, в этом положении предотвращается поток паров топлива из второго трубопровода 54b к первому трубопроводу 54а и, следовательно, из бака в канистру. Следует понимать, что в этом положении плунжер 70 функционирует под воздействием усилия пружины 64, принудительно перемещающей уплотнение 74 на основном отверстии 58а. Таким образом, в этом положении, для питания клапана 60, приводимого в действие извне, не нужна энергия от внешнего источника.
Тем не менее, в открытом положении клапан 60, приводимый в действие извне, открыт, в то время как клапан 10 сброса давления остается закрытым. В этом положении головка 72 плунжера клапана 60, приводимого в действие извне, выходит из контакта с основным отверстием 58а, тем самым позволяя парам течь из бака в канистру. Открывание клапана 60, приводимого в действие извне, осуществляется в ответ на импульсный сигнал из контроллера, который в случае соленоида подает энергию на катушку, намотанную вокруг основной части соленоида, тем самым вызывая импульсное смещение якоря 62 от основного отверстия 58а. В конце каждого импульса пружина 64 вынуждает якорь 62 и плунжер 70 снова вступать в контакт с основным отверстием 58а. Таким образом, в результате импульсного сигнала от контроллера, прерывистый поток текучей среды образуется между вторым трубопроводом 54b и первым трубопроводом 54а. Следовательно, поток паров из бака в канистру может двигаться прерывистым образом, который не приводит к закупорке паротопливного клапана, который в ином случае может стать заблокированным под воздействием направленной вверх силы, которая в ином случае может создаваться внезапным потоком паров, обладающим высокой скоростью.
Соответственно, импульсный сигнал может быть сформирован с импульсами, имеющими длину волны и амплитуду, которые позволяют осуществлять измеряемый сброс давления, и этот сигнал не приведет к поломке других элементов паротопливной системы. Согласно одному примеру, каждый импульс может длиться не более 200 миллисекунд и может повторяться 3 или 4 раза или более с интервалом, составляющим по меньшей мере 200 миллисекунд, между импульсами.
Следует понимать, что контроллер может быть выполнен с возможностью предоставления сигналов для приведения в действие клапана 60, приводимого в действие извне, непосредственно перед открыванием топливного бака, например перед его повторной заправкой, когда желательно сбросить давление из топливного бака, и привести его в равновесие с атмосферным давлением. Соответственно, вышеупомянутые импульсы могут быть настроены согласно ожидаемому периоду между подтверждением необходимости повторной заправки бака и фактическим открыванием топливного бака. Другими словами, например, если открывание дверцы топливного бака используется в качестве инициирующего фактора, после которого ожидается открывание топливного бака, временной интервал, в ходе которого давление в баке должны быть сброшено, является ожидаемым временем между открыванием дверцы топливного бака и фактическим открыванием топливного бака. Согласно некоторым примерам ожидаемый временной интервал составляет 2 секунды, таким образом импульсный сигнал настроен таким образом, чтобы позволять по существу сбрасывать давление из бака в течение 2 секунд.
Согласно последнему примеру открывание дверцы топливного бака может автоматически отправлять сигнал для приведения в действие контроллера, который в свою очередь формирует импульсный сигнал для управления работой соленоидного клапана 60. Следует понимать, что могут использоваться другие инициирующие факторы, позволяющие осуществлять инициирование импульсного сигнала в течение предопределенного временного интервала перед открыванием топливного бака.
Также следует понимать, что после сброса давления в топливном баке, следующего за импульсным открыванием клапана 60, приводимого в действие извне, клапан может постоянно оставаться открытым без импульсов, например, чтобы позволить повторную заправку бака. Таким образом, следует понимать, что количество электроэнергии, необходимое при формировании импульсов, может быть выше количества энергии, необходимого для поддержания клапана 60, приводимого в действие извне, в постоянно открытом положении. Это вызвано тем, что открывание клапана 60, приводимого в действие извне, когда в топливном баке высокое давление, требует больше энергии, чем поддержание клапана, приводимого в действие извне, в открытом положении после сброса давления из бака. Соответственно, импульсный сигнал, инициированный контроллером, может включать в себя импульсы, имеющие большую амплитуду напряжения, в то время как последний импульс, после которого клапан 60, приводимый в действие извне, остается открытым, может иметь меньшую амплитуду. Таким образом предотвращается перегрев клапана 60, приводимого в действие извне.
Как описано выше со ссылкой на фиг. 2, клапан 10 сброса давления может открываться в ответ на высокое давление во втором канале 12b для текучей среды, в настоящем примере - во втором трубопроводе 54b, например, когда давление в топливном баке превышает предопределенный уровень. В этом положении, усилия, прилагаемые давлением внутри бака, преодолевают усилия главной пружины 20, отклоняя поршневой элемент 16 и диафрагменный элемент 24, и принудительно перемещая уплотнительный элемент 26 вперед до тех пор, пока боковой выступ 34 рычагов 32 не войдет в контакт с боковой стенкой 36 у второй кромки 22b цилиндрической стенки 22. Поскольку уплотнительный элемент 26 удерживается контактом боковой стенки 36 и бокового выступа 34 рычагов 32, его дальнейшее смещение вперед предотвращается. Таким образом, уплотнительная поверхность 28 уплотнительного элемента 26 выходит из контакта с диафрагменным элементом 24, тем самым позволяя потоку текучей среды проходить между вторым каналом 12b для текучей среды и первым каналом 12а для текучей среды посредством отверстия 18. Следовательно, давление из бака можно сбросить, позволяя потоку паров из него проходить сквозь второй трубопровод 54b и первый трубопровод 54а к канистре.
Диафрагменный элемент 24 (вместе с поршневым элементом 16) поддерживается в убранном положении до тех пор, пока усилие, оказываемое перепадом давления по обе стороны отверстия 18, не станет меньше усилий, оказываемых главной пружиной 20.
Следует понимать, что работа клапана 10 сброса давления может быть настроена в качестве аварийного клапана, предотвращающего избыточное повышенное давление в баке, которое может повредить бак. Таким образом, при обычных условиях клапан 10 сброса давления остается закрытым.
Подобным образом, при обычных условиях клапан 60, приводимый в действие извне, также остается закрытым под действием усилий пружины 64, принудительно перемещающей уплотнение 74 на основном отверстии 58а. Таким образом, в полностью закрытом положении нет необходимости в подаче энергии из внешнего источника для питания клапана 60, приводимого в действие извне, и клапан 10 сброса давления может работать независимо, исключительно в ответ на давление в баке.
Отверстие 18 клапана 10 сброса давления может дополнительно открываться в ответ на низкое давление во втором трубопроводе 54b, например, когда давление в топливном баке опускается ниже предопределенного уровня, например при образовании вакуума в баке. В этом положении усилия, прилагаемые давлением внутри бака, преодолевают усилия вспомогательной пружины 30, смещающей уплотнительный элемент 26 от отверстия 18. В этом положении облегчается прохождение потока текучей среды сквозь отверстие 18, таким образом позволяя высвобождать вакуум из бака.
Специалистам в данной области техники, к которой относится раскрываемый в настоящем описании объект изобретения, будет очевидно, что могут быть выполнены многочисленные изменения, вариации и модификации, не выходящие за пределы объема изобретения, mutatis mutandis.