Клапан для подачи газа в двигатель внутреннего сгорания

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к устройствам для подачи газа в двигатель внутреннего сгорания. Изобретение позволяет улучшить массогабаритные показатели клапана, снизить энергозатраты и повысить надежность работы клапана. Клапан для подачи газа в двигатель внутреннего сгорания содержит корпус с электромагнитным приводом, оснащенным корпусом электромагнита, запорным устройством. Запорное устройство включает затвор в виде пластины из ферромагнитного материала и седло. Затвор обращен одной стороной к упору, выполненному в виде выступающего пояска на торце корпуса электромагнита, а другой стороной - к седлу из парамагнитного материала с уплотняющей поверхностью в виде пояска, отделяющего газоподводящую полость от газоподающей. Седло отделено от корпуса электромагнита втулкой с равномерно расположенными отверстиями для прохода газа. На уплотняющей поверхности седла клапана выполнены две кольцевые канавки. Внутренняя канавка постоянно соединена каналами с газоподводящей полостью, а через торцевой зазор между затвором и седлом при открытом клапане - с газоподающей полостью и одновременно с наружной кольцевой канавкой. Наружная канавка через торцевой зазор также соединена с газоподводящей полостью и одновременно постоянно каналами - с газоподающей полостью. Затвор в виде пластины подвешен на двух пружинах растяжения, нижняя из которых имеет большее усилие по сравнению с верхней. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к машиностроению, в частности к устройствам для подачи газа в двигатель внутреннего сгорания.

Известен клапан для подачи газа в двигатель внутреннего сгорания (Крупский М.Г., Кузин В.Е. Универсальная микроэлектронная система управления подачей жидкого и газообразного топлива для двигателей внутреннего сгорания//Авиационно-космическая техника и технология.: Сборник научных трудов Государственного аэрокосмического университета. Вып. 19. Тепловые двигатели и энергоустановки. - Харьков: ХАИ, 2000. - С. 306...310), содержащий корпус с размещенным в нем электромагнитным приводом. Привод оснащен корпусом электромагнита и запорным устройством, включающим затвор в виде поджатой пружиной сжатия пластины из ферромагнитного материала и седло.

Затвор обращен одной стороной к упору, выполненному в виде выступающего пояска на торце корпуса электромагнита, а другой стороной - к седлу из парамагнитного материала с уплотняющей поверхностью в виде пояска, отделяющего газоподводящую полость от газоподающей.

Причем седло отделено от корпуса электромагнита втулкой с равномерно распределенными отверстиями для подвода газа.

Однако этот клапан обладает рядом существенных недостатков. Во-первых, это большие массогабаритные его показатели, обусловленные несовершенством организации схемы проходных сечений, обеспечивающих расход газа, и соответственно связанные с этим повышенные энергозатраты на привод затвора. Во-вторых, отсутствие надежных гарантий от возможности боковых смещений затвора во время работы клапана при его фиксации пружиной сжатия.

Цель изобретения - улучшение массогабаритных показателей клапана с одновременным снижением энергозатрат и повышение надежности работы устройства за счет более качественной ориентации затвора в осевом и радиальном направлениях и внедрения поверхностного упрочнения его элементов.

Предлагаемый клапан отличается от прототипа тем, что на уплотняющей поверхности седла клапана выполнены две кольцевые канавки, внутренняя из которых постоянно соединена каналами с газоподводящей полостью, а через торцевой зазор между зазором и седлом при открытом клапане - с газоподающей полостью и одновременно с наружной кольцевой канавкой, которая, в свою очередь, через торцевой зазор также соединена с газоподводящей полостью и одновременно постоянно каналами - с газоподающей полостью. Затвор в виде пластины подвешен на двух пружинах растяжения, нижняя из которых имеет большее усилие по сравнению с верхней. Целесообразно торцы затвора и упор в виде выступающего пояска на торце корпуса электромагнита выполнять с поверхностным упрочнением, уплотняющую поверхность седла клапана снабжать наплавкой из твердого сплава, а втулку с равномерно расположенными отверстиями для подвода газа изготавливать из парамагнитного материала.

Применение в конструкции клапана предлагаемой схемы проходных сечений позволяет существенно увеличить расход газа при тех же его габаритах и ходе затвора.

При сохранении же расхода уменьшаются массогабаритные характеристики клапана и энергозатраты на привод затвора.

Уменьшению энергозатрат и увеличению быстродействия клапана способствует также некоторая дополнительная разгрузка затвора от сил давления газа за счет наличия внутренней кольцевой канавки на уплотняющей поверхности седла, которая постоянно соединена каналами с газоподающей полостью.

Подвеска затвора на двух пружинах растяжения гарантирует надежную его центровку в радиальном и осевом направлениях при любой ориентации клапана в пространстве. Превышение усилия нижней пружины над верхней обеспечивает надежное прижатие затвора в виде пластины к уплотняющей поверхности седла в исходном состоянии клапана.

Поверхностное упрочнение торцов затвора и упора в виде выступающего пояска на торце корпуса электромагнита, а также наплавка твердым сплавом уплотняющей поверхности седла повышает надежность работы клапана.

Выполнение втулки с равномерно расположенными отверстиями для прохода газа из парамагнитного материала способствует стабилизации работы клапана и снижению энергозатрат.

На чертеже представлен общий вид клапана для подачи газа в двигатель внутреннего сгорания.

Клапан для подачи газа в двигатель внутреннего сгорания содержит корпус 1 с газоподводящей 2 и газоподающей 3 полостями. В корпусе 1 размещен электромагнитный привод, оснащенный корпусом электромагнита 4, запорным устройством, включающим затвор 5 в виде пластины из ферромагнитного материала и седло 6.

Затвор 5 обращен одной стороной к упору 7, выполненному в виде выступающего пояска на торце корпуса электромагнита, а другой стороной - к седлу 6 из парамагнитного материала с уплотняющей поверхностью 8.

Седло 6 отделено от корпуса электромагнита 4 втулкой 9 из парамагнитного материала с равномерно расположенными отверстиями для прохода газа.

На уплотняющей поверхности 8 выполнены две кольцевые канавки, внутренняя 11 из которых постоянно соединена каналами 12 с газоподводящей полостью 2, а через торцевой зазор между зазором 5 и седлом 6 при открытом клапане - с газоподающей полостью 3 и одновременно с наружной кольцевой канавкой 13, которая, в свою очередь, через торцевой зазор также соединена с газоподводящей полостью 2 и одновременно постоянно каналами 14 - с газоподающей полостью 3.

Затвор 5 виде пластины подвешен на двух пружинах растяжения 15 и 16, нижняя 15 из которых имеет большее усилие по сравнению с верхней 16.

В канале на подводе газа к полости 2 размещен дроссель 17, обеспечивающий тонкую подрегулеровку пропускной способности клапана, а в корпусе электромагнита 4 установлена катушка 18.

Во втором варианте устройства торцы затвора 5 и упор 7 подвергнуты поверхностному упрочнению, осуществлена наплавка твердым сплавом (например, стеллитом) уплотняющей поверхности 8 седла 6, а втулка 9 выполнена из парамагнитного материала.

Клапан работает следующим образом. При подаче на катушку 18 электромагнитного импульса специальной формы, затвор 5, преодолевая разницу усилий пружин и давлений газа и воздуха (газовоздушной смеси), перемещается к торцу корпуса электромагнита 4 до упора 7. Поток газа после дросселя 17 (обтекая с одновременным охлаждением корпус электромагнита 4) поступает через равномерно расположенные отверстия 10 втулки 9 в торцевой зазор между седлом 6 и затвором 5 и далее через наружную кольцевую канавку 13 и каналы 14 в газоподающую полость 3.

Одновременно с этим газ из внутренней кольцевой канавки 11, постоянно соединенной каналами 12 с газоподводящей полостью 2, через торцевой зазор направляется непосредственно в газоподающую полость 3 и дополнительно подпитывает наружную кольцевую канавку 13, что существенно увеличивает суммарный расход газа.

Предлагаемая схема проходных сечений, при которой внутренняя кольцевая канавка 11 постоянно связана с газоподводящей полостью 2, способствует также частичной разгрузке затвора 5 от сил давления газа, что благотворно сказывается на быстродействии клапана.

Пропускная способность клапана обусловлена величиной хода затвора 5, который обеспечивается подбором высоты втулки 9 из парамагнитного материала. При этом тонкая подрегулировка пропускной способности клапана при необходимости может дополнительно осуществляться дросселем 17.

Поверхностное упрочнение торцов затвора 5 и упора 7 и осуществление наплавки твердым сплавом поверхности 8 седла 6 увеличивает надежность работы и долговечность клапана при условии сохранения его расходных характеристик.

Выполнение втулки 9 из парамагнитного материала улучшает работу электромагнитного привода и снижает энергозатраты на перемещение и удержание затвора 5 на упоре 7.

Фиксация затвора 5 с помощью двух пружин растяжения 15 и 16 позволяет сохранять работоспособность клапана при любой пространственной его ориентации.

По окончании управляющего электрического импульса затвор 5 под действием разницы усилий пружин 15 и 16 и давлений газа в газоподводящей полости 2 и наддувочного воздуха (смеси газа и воздуха) в газоподающей полости 3 перемещается на седло 6 и закрывает проходные сечения. Таким образом, фаза и количество подаваемого газа определяется соответственно фазой и длительностью управляющего электрического импульса.

Предварительные стендовые испытания клапана подтверждают возможность осуществления и эффективность изобретения.

1. Клапан для подачи газа в двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с размещенным в нем электромагнитным приводом, оснащенным корпусом электромагнита, запорным устройством, включающим затвор в виде пластины из ферромагнитного материала и седло, затвор обращен одной стороной к упору, выполненному в виде выступающего пояска на торце корпуса электромагнита, а другой стороной - к седлу из парамагнитного материала с уплотняющей поверхностью в виде пояска, отделяющего газоподводящую полость от газоподающей, причем седло отделено от корпуса электромагнита втулкой с равномерно расположенными отверстиями для прохода газа, отличающийся тем, что на уплотняющей поверхности седла клапана выполнены две кольцевые канавки, внутренняя из которых постоянно соединена каналами с газоподводящей полостью, а через торцевой зазор между затвором и седлом при открытом клапане - с газоподающей полостью и одновременно с наружной кольцевой канавкой, которая в свою очередь через торцевой зазор также соединена с газоподводящей полостью и одновременно постоянно каналами - с газоподающей полостью, затвор в виде пластины подвешен на двух пружинах растяжения, нижняя из которых имеет большее усилие по сравнению с верхней.

2. Клапан для подачи газа в двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что торцы затвора и упор в виде выступающего пояска на торце корпуса электромагнита выполнены с поверхностным упрочнением, уплотняющая поверхность седла клапана снабжена наплавкой из твердого сплава, а втулка с равномерно расположенными отверстиями для прохода газа изготовлена из парамагнитного материала.