Результат интеллектуальной деятельности: КЛАПАН ДЛЯ ДОЗИРОВАНИЯ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ

Уровень техники

Настоящее изобретение относится к клапану для дозирования текучей среды, прежде всего жидкости, согласно ограничительной части п. 1 формулы изобретения.

Известный клапан в виде топливной (клапанной) форсунки для впрыскивая топлива (DE 102006040648 А1) имеет выполненный в виде полого цилиндра корпус клапанного узла с по меньшей мере одним радиальным впускным отверстием, которое соединяет охватывающее установленную в нем иглу полое внутреннее пространство корпуса клапанного узла с подводом для подачи топлива. В направлении потока топлива перед впускным отверстием расположен кольцеобразный фильтр для фильтрации топлива. Такой фильтр имеет называемый фиксирующим устройством корпус и зафиксированную на нем фильтровальную ткань из металла или пластмассы (полимера). Корпус фильтра в предпочтительном варианте представляет собой пластмассовый литой корпус, в материал которого при его литье под давлением заделана фильтровальная ткань, и уплотняет фильтр на корпусе клапанного узла. С выходной стороны фильтра на корпусе клапанного узла сформован опорный элемент в виде кольцевого выступа, который в зоне по меньшей мере одного впускного отверстия имеет выемку и прилегает к фильтровальной ткани примерно по ее середине в осевом направлении. По обе стороны от кольцевого выступа в корпусе клапанного узла имеется по кольцевой канавке, через которые несколько впускных отверстий могут сообщаться между собой.

У еще одного, также известного клапана в виде топливной форсунки (DE 102005037265 А1) расположенный в потоке топлива фильтр имеет выполненный в виде полого цилиндра корпус с двумя отстоящими друг от друга в осевом направлении опорными кольцами, которые соединены между собой по меньшей мере тремя аксиально проходящими перемычками. Трубчатая фильтрующая поверхность фильтра, образованная сетчатой тканью, прочно соединена с его корпусом. С выходной стороны фильтра предусмотрен подпирающий фильтрующую поверхность опорный элемент. Такой опорный элемент имеет выполненный в виде полого цилиндра опорный участок с подпирающими фильтрующую поверхность опорными возвышениями, которые выполнены, например, в виде ребер и лишь по линии прилегают к фильтрующей поверхности. Между возвышениями остаются выпускные каналы, по которым может стекать профильтрованное топливо. При сборке опорный элемент вставляют в корпус фильтра через имеющееся в этом корпусе монтажное отверстие, после чего выполненный в виде полого цилиндра опорный участок перекрывает внутреннюю стенку кольцеобразной фильтрующей поверхности.

Краткое изложение сущности изобретения

Преимущество предлагаемого в изобретении клапана с отличительными признаками, представленными в п. 1 формулы изобретения, состоит в том, что вся фильтрующая поверхность фильтровального кольца прилегает к опорному кольцу и ни в один момент времени механически менее прочное фильтровальное кольцо не подвергается нагрузке или даже деформации. Благодаря этому надежно предотвращаются разрыв фильтрующей поверхности с сопровождающей его опасностью проникновения загрязнений вместе с потоком текучей среды через разорванную фильтрующую поверхность, а тем самым и выход клапана из строя. Предлагаемый в изобретении фильтр с предварительно сжатым опорным кольцом существенно дешевле в изготовлении, чем фильтры с технологически сложными опорными элементами на корпусе клапанного узла или на корпусе фильтра.

Благодаря приведенным в зависимых пунктах формулы изобретения мерам возможны предпочтительные варианты выполнения клапана, заявленного в п. 1 формулы изобретения.

В одном из таких предпочтительных вариантов осуществления изобретения радиальное предварительное сжатие опорного кольца обеспечивается простым путем благодаря тому, что наружный диаметр опорного кольца немного больше внутреннего диаметра фильтровального кольца. В смонтированном положении опорное кольцо расширяется, соответственно разжимается и радиально прижимается к фильтровальному кольцу. Альтернативно этому опорное кольцо можно также снабжать проходящей в продольном направлении по всей его длине осевой щелью и зажимать в смонтированном положении в окружном направлении путем расширения щели.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления изобретения поперечное сечение сквозных отверстий в опорном кольце существенно больше размеров фильтрующих пор в фильтровальном кольце. Благодаря выполнению сквозных отверстий в опорном кольце с большим поперечным сечением эффективная площадь фильтрующей поверхности прилегающего к опорному кольцу фильтровального кольца уменьшается лишь незначительно.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления изобретения фильтровальное кольцо выполнено из мелкоячеистой фильтровальной ткани, а опорное кольцо выполнено из крупноячеистой металлической ткани либо выполнено в виде дырчатой гильзы из листового металла или пластмассы. Подобная металлическая ткань или подобная дырчатая гильза обладает достаточно высокой механической прочностью для того, чтобы выдерживать также нагрузку на фильтр при частичном забивании мелкоячеистой фильтровальной ткани в результате оседания на ней отфильтровываемых загрязнений.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления изобретения фильтр имеет охватывающую его фильтровальное кольцо жесткую обойму в виде беличьей клетки с двумя отстоящими аксиально друг от друга концевыми кольцами и несколькими соединяющими их между собой и отстоящими друг от друга в окружном направлении осевыми перемычками, при этом фильтровальное кольцо закреплено на внутренней стороне этой обоймы. В предпочтительном варианте обойма выполнена из пластмассы, которая путем ее литья под давлением приформована снаружи с одной стороны к фильтровальному кольцу. При таком выполнении фильтра опорное кольцо предпочтительно снабжать на по меньшей мере одном его конце уменьшенным в диаметре концевым участком. Такой концевой участок, сформированный предпочтительно путем коленчатого изгибания, имеет несколько меньший диаметр в свету по сравнению с наружным диаметром имеющего по меньшей мере одно сообщающееся с дозирующим отверстием впускное отверстие корпуса клапанного узла, на корпус которого насажен расположенный в корпусе клапана фильтр, перекрывая впускное отверстие, в соответствии с чем такой по меньшей мере один концевой участок напрессован на корпус клапанного узла. Благодаря подобному натягу в посадке по меньшей мере одного концевого участка на корпусе клапанного узла опорное кольцо создает радиальное зажимное или прижимное усилие, обеспечивающее радиальное защемление фильтровальной ткани фильтровального кольца. При нагружении фильтрующей поверхности давлением, соответственно при ее прогибе под действием проходящей через фильтр радиально снаружи внутрь текучей среды, опорное кольцо, которое плотно прилегает к фильтровальному кольцу, без зазора подпирает способную выдерживать меньшую нагрузку, чувствительную к механическим воздействиям фильтрующую поверхность фильтровального кольца. Осевая длина опорного кольца и осевая длина обоймы взаимно согласованы таким образом, что по меньшей мере один концевой участок опорного кольца расположен в зоне концевого кольца обоймы.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления изобретения одна из осевых перемычек обоймы имеет продольное ребро, а опорное кольцо имеет проходящую параллельно его оси осевую щель, в которую входит это продольное ребро. Благодаря наличию продольного ребра с внутренней стороны обоймы и осевой щели в опорном кольце предотвращается скручивание опорного кольца в фильтре. Дополнительно к этому осевая щель и продольное ребро могут использоваться для упомянутой выше фиксации опорного кольца в окружном направлении в результате его расширения или разжатия, если ограничивающие осевую щель, расположенные друг против друга кромки опорного кольца прижимаются к продольному ребру, упираясь с силовым замыканием в его обращенные друг от друга боковые грани или стенки.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления изобретения опорное кольцо, выполненное в виде гильзы из листового металла или пластмассы, изготовлено из дырчатой пластины путем вальцевания или гибки. Обе обращенные друг к другу продольные кромки гильзы либо расположены с отступом друг против друга, образуя между собой осевую щель, либо встык примыкают друг к другу и сварены между собой. Возможен также вариант с расположением концов гильзы внахлестку, при этом концы опорного кольца сварены между собой в зоне их нахлеста.

В альтернативном варианте опорное кольцо изготовлено из проволоки, которая меандрообразно изогнута с равным осевой длине опорного кольца размахом меандрообразной линии и затем свернута или согнута в форме кольца. В предпочтительном варианте обе образованные концами проволоки обращенные друг к другу наружные ветви меандра сварены между собой.

Краткое описание чертежей

Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере некоторых вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи, на которых показано:

на фиг. 1 - вид в продольном разрезе фрагмента клапана для дозирования текучей среды с расположенным в ее потоке фильтром,

на фиг. 2 - вид сбоку фильтра в клапане, изображенном на фиг. 1,

на фиг. 3 - вид спереди фильтра в направлении стрелки III по фиг. 2,

на фиг. 4 - вид в разрезе фильтра плоскостью IV-IV по фиг. 3,

на фиг. 5 - вид в разрезе фильтра плоскостью V-V по фиг. 4,

на фиг. 6 - вид в разрезе фильтра плоскостью VI-VI по фиг. 3,

на фиг. 7 - увеличенный, детальный вид обозначенного на фиг. 1 фрагмента VII фильтра и несущего его корпуса клапанного узла,

на фиг. 8 - аналогичный приведенному на фиг. 6 вид фильтра, выполненного по первому модифицированному варианту,

на фиг. 9 - вид в разрезе опорного кольца плоскостью VI-VI по фиг. 3 в соответствии с третьим вариантом,

на фиг. 10 - аналогичный приведенному на фиг. 9 вид опорного кольца в соответствии с четвертым вариантом,

на фиг. 11 - аналогичный приведенному на фиг. 9 вид опорного кольца в соответствии с пятым вариантом,

на фиг. 12 - вид спереди опорного кольца в соответствии с шестым вариантом,

на фиг. 13 - вид в аксонометрии опорного кольца в соответствии с седьмым вариантом и

на фиг. 14 - вид опорного кольца в развертке на плоскость в соответствии с восьмым вариантом.

Показанный на фиг. 1 в продольном разрезе клапан для дозирования текучей среды, прежде всего жидкости, используется, например, в качестве топливной (или клапанной) форсунки для впрыскивания топлива в камеру сгорания в двигателе внутреннего сгорания. На фиг. 1 при этом в продольном разрезе показан расположенный со стороны впрыскивания конец топливной форсунки, а целиком такая топливная форсунка, соответственно такой клапан, представлена/представлен и описана/описан, например, в DE 102009026532 А1.

Клапан, соответственно топливная форсунка, имеет подвод 11 для текучей среды, т.е. для жидкости или топлива, и дозирующее отверстие 12 для текучей среды, через которое дозируется текучая среда в мгновенном количестве, которое определяется продолжительностью открытия запорного элемента (затвора) или иглы 13. В потоке текучей среды на участке между подводом и дозирующим отверстием 12 расположен фильтр 14, предназначенный для задерживания возможно содержащихся в текучей среде твердых частиц во избежание их попадания в дозирующее отверстие 12 и перекрывающий при этом по меньшей мере одно впускное отверстие 24, сообщающееся с дозирующим отверстием 12. Дозирующее отверстие 12 выполнено в полом распылителе 15, который прикреплен к полому корпусу 16 клапанного узла соосно этому корпусу. Корпус 16 клапанного узла установлен в охватывающем его корпусе 17 клапана и частично выступает из этого корпуса. Распылитель 15 и корпус 16 клапанного узла образуют внутри себя расположенную перед дозирующим отверстием 12 внутреннюю клапанную полость 18, через которую коаксиально проходит игла 13. Игла 13 своим обращенным от дозирующего отверстия концом герметично выходит из клапанной полости 18 и в этом месте взаимодействует с приводом 19, который в предпочтительном варианте представляет собой пьезоэлектрический привод 19 и который совместно с возвратной пружиной 25, воздействующей на подвижную в осевом направлении иглу 13, приводит ее в возвратно-поступательное движение. Игла 13 на своем обращенном от привода конце несет запорную головку 131, которая для закрытия и открытия дозирующего отверстия 12 взаимодействует с выполненным на распылителе 15, охватывающим дозирующее отверстие 12 седлом 20. Привод 19 расположен в концентрично закрепленной в корпусе 17 трубке 21, между которой и корпусом 17 остается сообщающийся с подводом 11 кольцевой зазор 22, который оканчивается в выполненной на корпусе 16 клапанного узла кольцевой канавке 23. От этой кольцевой канавки 23 отходит по меньшей мере одно впускное отверстие 24, выполненное в виде радиального отверстия в корпусе 16 клапанного узла и ведущее в расположенную перед дозирующим отверстием 12 клапанную полость 18, при этом при наличии нескольких впускных отверстий 24 кольцевая канавка 23 соединяет между собой все такие впускные отверстия 24. Тем самым находящаяся под преобладающим в системе давлением текучая среда протекает от подвода 11 через кольцевой зазор 22, кольцевую канавку 23 и одно или несколько впускных отверстий 24 в клапанную полость 18. Запорная головка 131 прижата опирающейся между иглой 13 и корпусом 16 клапанного узла возвратной пружиной 25 к седлу 20 и при подаче электрического тока на привод 19 приподнимается от седла 20 против усилия возвратной пружины 25, открывая тем самым дозирующее отверстие 12.

Расположенный в потоке текучей среды фильтр 14 надвинут на корпус 16 клапанного узла настолько, что он полностью перекрывает кольцевую канавку 23, а тем самым и впускные отверстия 24. В этом положении фильтр 14 удерживается неподвижно в осевом направлении между выполненным на корпусе 16 клапанного узла радиальным уступом 161 и выполненным на корпусе 17 клапана радиальным уступом 171, а в радиальном направлении зафиксирован на корпусе 16 клапанного узла корпусом 17 клапана. Фильтр 14 имеет фильтровальное кольцо 26 со множеством мелких пор и в своем вышеописанном положении имеет обращенную к подводу 11 наружную входную сторону и обращенную к дозирующему отверстию 12 внутреннюю выходную сторону, при этом для механической стабилизации механически менее прочного фильтровального кольца 26 с его выходной стороны предусмотрен подпирающий его опорный элемент. Из приведенных на фиг. 2-6 изображений фильтра 14 в различных видах и разрезах следует, что опорный элемент выполнен в виде радиально упругого опорного кольца 28, которое имеет множество сквозных отверстий и которое с радиальным предварительным сжатием прилегает к фильтровальному кольцу 26. Для этого опорное кольцо 28 выполнено с наружным диаметром, который на создающую предварительное сжатие величину больше внутреннего диаметра фильтровального кольца 26. Поперечное сечение сквозных отверстий в опорном кольце 28 многократно больше размеров фильтрующих пор в фильтровальном кольце 26. У показанного на фиг. 1-7 фильтра 14 и у показанного на фиг. 8 фильтра, а также у других фильтров 14 с опорными кольцами 28, выполненными по показанным на фиг. 9-11 вариантам, фильтровальное кольцо 26 в каждом случае выполнено из мелкоячеистой фильтровальной ткани, а опорное кольцо 28 - из крупноячеистой металлической ткани. Из числа всех указанных чертежей для сохранения их наглядности крупноячеистая металлическая ткань обозначена только на фиг. 10. Альтернативно этому опорное кольцо 28 может быть также выполнено в виде дырчатой гильзы из листового металла или пластмассы, такой как показанная на фиг. 12 в виде спереди и на фиг. 13 в аксонометрии. Сквозные отверстия в опорном кольце 28 обозначены на фиг. 13 позицией 34. Подобное опорное кольцо 28 изготавливают, например, из дырчатой четырехугольной пластины с двумя параллельными продольными и двумя параллельными поперечными кромками путем вальцевания или гибки. На фиг. 13 обе поперечные кромки расположены с отступом напротив друг друга, образуя между собой осевую щель 31, тогда как на фиг. 12 оба конца согнутой в кольцо пластины расположены внахлестку и сварены между собой. В не показанном на чертежах варианте обе поперечные кромки могут также встык примыкать друг к другу и могут быть сварены между собой вдоль линии стыка.

Фильтровальное кольцо 26 расположено в жесткой обойме 29 в виде беличьей клетки, которая видна на фиг. 2 в виде сбоку, на фиг. 3 в виде спереди и на фиг. 4-6 в различных видах в разрезе. Такая обойма 29 имеет два аксиально отстоящих друг от друга концевых кольца 291 и 292 и несколько соединяющих их между собой осевых перемычек 293, которые отстоят одна от другой в окружном направлении. Концевое кольцо 291 имеет выступающий радиально внутрь буртик 291а, которым обойма 29 надета на корпус 16 клапанного узла по посадке с радиальным натягом, тогда как торцевая поверхность концевого кольца 292 прижата в качестве радиальной уплотняющей поверхности к радиальному уступу 161 на корпусе 16 клапанного узла (фиг. 1 и 7).

Фильтровальное кольцо 26 закреплено на внутренней стороне обоймы 29. В предпочтительном варианте обойма 29 изготовлена из пластмассы, которая путем ее литья под давлением снаружи с одной стороны приформована к фильтровальному кольцу 26 из мелкоячеистой фильтровальной ткани.

Как показано в разрезе на фиг. 4, 6 и 7, опорное кольцо 28 имеет на каждом из своих обоих концов по уменьшенному в диаметре концевому участку 281, соответственно 282. Диаметр опорного кольца на его концевых участках уменьшен, предпочтительно путем коленчатого изгибания, настолько, что внутренний диаметр концевых участков 281, 282 немного меньше наружного диаметра корпуса 16 клапанного узла в месте посадки на нем фильтра, вследствие чего при насаживании фильтра 14 на корпус 16 клапанного узла концевые участки 281, 282 с натягом прилегают к нему (фиг. 7). Благодаря такой посадке с натягом на корпусе 16 клапанного узла создается радиальное зажимное или прижимное усилие, обеспечивающее радиальное защемление фильтровальной ткани фильтровального кольца. При нагружении фильтровальной ткани давлением, соответственно при ее прогибе под действием проходящей через фильтр 11 в направлении снаружи внутрь текучей среды опорное кольцо 28, которое плотно прилегает к фильтровальному кольцу 26 и в его средней в осевом направлении части, надежно подпирает механически менее прочную мелкоячеистую фильтровальную ткань. Осевая длина опорного кольца 28 согласована с осевой длиной обоймы 29 таким образом, что каждый из концевых участков 281, 282 расположен в зоне одного из концевых колец 291, соответственно 292.

Во избежание скручивания опорного кольца 28 внутри фильтра 14 одна из осевых перемычек 293 обоймы 29 снабжена продольным ребром 30, которое проходит с внутренней стороны осевой перемычки 293 на по меньшей мере части ее длины, а опорное кольцо 28 имеет проходящую параллельно его оси по всей его длине осевую щель 31, в которую входит это продольное ребро 30 (фиг. 3, 5 и 6). Продольное ребро 30 можно также использовать для фиксации опорного кольца 28 в окружном направлении. Как показано на фиг. 8, в этом случае осевая щель 31 в опорном кольце 28 выполнена немного уже, чем измеряемая в окружном направлении ширина продольного ребра 30. В собранном состоянии после вставки опорного кольца 28 в обойму 29 обе ограничивающие между собой осевую щель 31 осевые кромки опорного кольца 28 упираются с силовым замыканием в результате его радиального расширения в обращенные друг от друга боковые грани или стенки продольного ребра 30. В подобном случае крупноячеистую металлическую ткань опорного кольца 28 предпочтительно выполнять более податливой, что можно обеспечить, например, путем диагонального расположения проволок (нитей) металлической ткани.

На фиг. 9-11 показаны другие альтернативные варианты выполнения опорного кольца 28. Опорное кольцо 28, показанное на фиг. 9 в разрезе плоскостью VI-VI по фиг. 3, имеет только один концевой участок 281 уменьшенного диаметра. У опорного кольца 28, показанного на фиг. 10 также в разрезе плоскостью VI-VI по фиг. 3, полностью отсутствуют концевые участки уменьшенного диаметра. Показанное на фиг. 9 опорное кольцо 28, равно как и показанное на фиг. 10 опорное кольцо 28 аналогично опорному кольцу 28 в фильтре 14, показанном на фиг. 2-7, и в фильтре 14, показанном на фиг. 8, имеют проходящую по всей длине каждого из них параллельно его оси осевую щель 31. В отличие от этого показанное на фиг. 11 опорное кольцо 28 имеет проходящую под острым углом к его оси по всей его длине наклонную щель 32, тогда как показанное на фиг. 12 опорное кольцо 28 выполнено полностью замкнутым, т.е. без осевой щели. При применении показанных на фиг. 11 и фиг. 12 опорных колец 28 соединенная с фильтровальным кольцом 26 обойма 29 не имеет продольного ребра.

В другом варианте выполнения опорного кольца 28 оно изготовлено из проволоки 33, которая меандрообразно изогнута с равным осевой длине опорного кольца 28 размахом меандрообразной линии. На фиг.14 такое опорное кольцо 28 показано в развертке на плоскость. После изгибания, свертывания или гибки меандрообразно изогнутой проволоки 33 в опорное кольцо 28 с соответственно согласованным с фильтровальным кольцом 26 наружным диаметром обе образованные концами проволоки наружные ветви 331, 332 меандра расположены параллельно вплотную друг к другу и в предпочтительном варианте сварены между собой. Однако между обеими наружными ветвями 331, 332 меандра можно также оставлять осевую щель 31. Аналогично другим, показанным на фиг. 9-13 опорным кольцам 28 данное опорное кольцо 28 также вставляется внутрь удерживаемого обоймой 29 фильтровального кольца 26 и радиально прижимается к его фильтрующей поверхности.