электромагнитный клапан

Классы МПК:F16K1/30 для резервуаров, находящихся под высоким давлением 
Автор(ы):,
Патентообладатель(и):ГМ ГЛОБАЛ ТЕКНОЛОДЖИ ОПЕРЕЙШЕНС ИНК. (US),
ПЕРТЕЛЬ Клаус (LU)
Приоритеты:
подача заявки:
2004-10-21
публикация патента:

Группа изобретений относится к электромагнитным клапанам для газового баллона и предназначена для использования в автомобилях, работающих на газе. Электромагнитный клапан для газового баллона содержит корпус (4), резьбовой участок корпуса клапана с наружной резьбой, направленный в газовый баллон участок корпуса (4) клапана, запорный поршень (31), электромагнитные управляющие элементы (25, 28, 29). Наружная резьба корпуса клапана выполнена с возможностью ввинчивания во внутреннюю резьбу газового баллона. Запорный поршень (31) выполнен с возможностью перемещения из положения пропускания в закрытое положение. Корпус (4) клапана имеет для размещения запорного поршня (31) и электромагнитных управляющих элементов (25, 28, 29) полость (15). Полость (15) расположена в пределах резьбового участка и/или направленного в газовый баллон участка корпуса (4) клапана. Вход полости (15) расположен на лежащем снаружи газового баллона головном конце корпуса (4) клапана. Запорный поршень (31) и электромагнитные управляющие элементы (25, 28, 29) выполнены с возможностью ввода через вход в полость (15). Группа изобретений направлена на упрощение демонтажа и монтажа клапана. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 18 ил. электромагнитный клапан, патент № 2358173

электромагнитный клапан, патент № 2358173 электромагнитный клапан, патент № 2358173 электромагнитный клапан, патент № 2358173 электромагнитный клапан, патент № 2358173 электромагнитный клапан, патент № 2358173 электромагнитный клапан, патент № 2358173 электромагнитный клапан, патент № 2358173 электромагнитный клапан, патент № 2358173 электромагнитный клапан, патент № 2358173 электромагнитный клапан, патент № 2358173 электромагнитный клапан, патент № 2358173 электромагнитный клапан, патент № 2358173 электромагнитный клапан, патент № 2358173 электромагнитный клапан, патент № 2358173 электромагнитный клапан, патент № 2358173 электромагнитный клапан, патент № 2358173 электромагнитный клапан, патент № 2358173 электромагнитный клапан, патент № 2358173

Формула изобретения

1. Электромагнитный клапан для газового баллона (1), в частности газового баллона (1) для работающих на газе автомобилей, содержащий корпус (4), резьбовой участок корпуса клапана с наружной резьбой (3), выполненной с возможностью ввинчивания во внутреннюю резьбу (2) газового баллона (1), направленный в газовый баллон (1) участок корпуса (4) клапана, запорный поршень (31), электромагнитные управляющие элементы (25, 28, 29), посредством которых запорный поршень (31) выполнен с возможностью перемещения из положения пропускания в закрытое положение, причем корпус (4) клапана имеет для размещения запорного поршня (31) и электромагнитных управляющих элементов (25, 28, 29) полость (15), которая расположена в пределах резьбового участка и/или направленного в газовый баллон (1) участка корпуса (4) клапана, отличающийся тем, что вход полости (15) расположен на лежащем снаружи газового баллона (1) головном конце (5) корпуса (4) клапана, а запорный поршень (31) и электромагнитные управляющие элементы (25, 28, 29) выполнены с возможностью ввода через вход в полость (15).

2. Клапан по п.1, отличающийся тем, что в зоне входа полости (15) расположена наружная резьба (3), в которую может быть ввинчена резьбовая крышка (23).

3. Клапан по п.1, отличающийся тем, что корпус (4) клапана имеет, по меньшей мере, один посадочный карман для дополнительного элемента, причем дополнительный элемент выполнен с возможностью ввода в посадочный карман через лежащее снаружи газового баллона (1) отверстие.

4. Клапан по п.3, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один дополнительный элемент является одним из следующих элементов: ручным запорным вентилем (18), присоединительной муфтой (8) без обратного клапана, присоединительной муфтой (10) с обратным клапаном, предохранительным элементом с разрушающейся мембраной (20) для защиты от избыточного давления, предохранительным элементом (22) с заполненным жидкостью стеклянным сосудом (50) для термозащиты.

5. Клапан по п.1, отличающийся тем, что корпус (4) клапана имеет, по меньшей мере, один проточный канал (12, 13), который связывает полость (15), по меньшей мере, с одной соединительной деталью (8, 10) снаружи газового баллона (1).

6. Клапан по п.1, отличающийся тем, что корпус (4) клапана имеет, по меньшей мере, один проточный канал (14, 16), который связывает полость (15) с входом во внутренний объем газового баллона (1).

7. Клапан по п.1, отличающийся тем, что корпус (4) клапана имеет, по меньшей мере, один проточный канал (16, 19, 21), который связывает, по меньшей мере, один посадочный карман с входом во внутренний объем газового баллона (1).

8. Клапан по п.6 или 7, отличающийся тем, что на входе во внутренний объем газового баллона (1) установлен ограничитель (17) расхода.

9. Клапан по п.6 или 7, отличающийся тем, что на входе во внутренний объем газового баллона (1) установлен фильтр (54).

10. Клапан по п.1, отличающийся тем, что на лежащем снаружи газового баллона (1) головном конце (5) корпуса (4) клапана установлено устройство защиты от механических воздействий.

11. Клапан по п.10, отличающийся тем, что защитное устройство представляет собой защитную пластину (6).

12. Клапан по п.10 или 11, отличающийся тем, что головной конец (5) корпуса (4) клапана имеет скругленные или снабженные фаской кромки.

13. Клапан по п.11, отличающийся тем, что защитная пластина (6) имеет, по меньшей мере, одно опорное ребро (57).

14. Клапан по п.11, отличающийся тем, что в защитной пластине (6) выполнена выемка (58), расположенная преимущественно вблизи, по меньшей мере, одного опорного ребра (57).

15. Клапан по одному из пп.10, 11, 13 и 14, отличающийся тем, что между защитной пластиной (6) и головным концом (5) корпуса (4) клапана расположен упругий слой (7).

16. Клапан по п.12, отличающийся тем, что между защитной пластиной (6) и головным концом (5) корпуса (4) клапана расположен упругий слой (7).

17. Клапан по п.15, отличающийся тем, что упругий слой (7) состоит из термопласта.

18. Клапан по п.16, отличающийся тем, что упругий слой (7) состоит из термопласта.

19. Клапан по п.1, отличающийся тем, что головной конец (5) корпуса (4) клапана выполнен в форме многогранника, в частности четырехгранника или шестигранника.

20. Клапан по п.1, отличающийся тем, что газовый баллон (1) выполнен с возможностью установки на автомобиле с салоном, при этом клапан содержит несколько предохранительных элементов (18, 20, 22), имеющих лежащие снаружи газового баллона (1) выходные отверстия (59), причем все выходные отверстия расположены на корпусе (4) клапана на обращенной от салона стороне.

21. Электромагнитный клапан для газового баллона (1), в частности газового баллона (1) для работающих на газе автомобилей, содержащий герметично соединенный с газовым баллоном (1) корпус (4), расположенный в корпусе (4) клапана запорный поршень (31), расположенное перед внешней кольцевой поверхностью передней стороны запорного поршня (31) кольцевое пространство (37), связанное с внутренним объемом газового баллона (1), расположенный перед средней частью передней стороны запорного поршня (31) присоединительный канал (38), ведущий из корпуса (4) клапана, расположенную на передней стороне запорного поршня (31) основную прокладку (39), выполненную с возможностью прижатия поршнем (31) к своему седлу (40) для герметизации кольцевого пространства (37) от присоединительного канала (38), расположенные в корпусе (4) клапана электромагнитные управляющие элементы, выполненные с возможностью перемещения предварительно управляющей прокладки (33), прижатой пружиной (35) предварительного натяжения к предварительно управляющему отверстию, от этого предварительно управляющего отверстия, канал (32) снижения давления в запорном поршне (31), который заканчивается в предварительно управляющем отверстии и связывает обращенную к управляющим элементам (25, 28, 29) обратную сторону запорного поршня (31) с его передней стороной, отличающийся тем, что запорный поршень (31) установлен с возможностью в основном свободного перемещения в корпусе (4) клапана и только пружина (35) предварительного натяжения для предварительно управляющей прокладки (33) выполнена с возможностью создания усилия предварительного натяжения, прижимающего запорный поршень (31) к седлу (40) главной прокладки.

22. Клапан по п.21, отличающийся тем, что канал (32) снижения давления через проточные каналы заканчивается на передней стороне запорного поршня (31) вблизи седла главной прокладки.

Приоритет по пунктам:

21.10.2003 по пп.1-9, 11-20;

31.12.2003 по п.10.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электромагнитному клапану для газового баллона, в частности газового баллона для работающего на газе автомобиля, согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.

Подобные электромагнитные клапаны известны, например, из US 5197710, US 5458151 и US 5452738.

Известные клапаны, приводимые в действие электромагнитом, или клапаны, приводимые в действие соленоидом, служат для управления потоком сжатых газов в газовый баллон или из газового баллона. Газовые баллоны для работающих на газе автомобилей содержат горючий газ под избыточным давлением, например, от 2 до 260 бар. Названные электромагнитные клапаны обеспечивают двунаправленный газовый поток, с одной стороны, при заправке внутрь газового баллона, а с другой стороны, при работе двигателя - из газового баллона к двигателю. При работе двигателя газ течет из внутреннего объема газового баллона под высоким давлением по присоединительному каналу к редуктору, в котором давление снижается до требуемого давления нагнетания двигателя, например, от 2 до 8 бар. В режиме заправки газ течет в противоположном направлении от заправочной установки по тому же присоединительному каналу в газовый баллон. Заправочный канал заправочной установки имеет в процессе заправки высокое внутреннее давление, например, от 200 до 260 бар. Пустой газовый баллон имеет более низкое внутреннее давление, пока он не будет полностью заполнен газом и не достигнет давления заправочной установки.

Помимо своей функции надежного регулирования газового потока в обеих различных эксплуатационных ситуациях подобные электромагнитные клапаны должны отвечать высоким требованиям к безопасности. По этой причине в названных патентах США было предложено расположить полость для размещения запорного поршня и электромагнитных управляющих элементов клапана в пределах резьбового участка и/или направленного в газовый баллон участка корпуса клапана. Корпус клапана состоит из относительно мягкого материала, например латуни, а газовый баллон, напротив, - из очень твердого материала, обычно стали или композита. За счет смещения запорного поршня и управляющих элементов в участки корпуса клапана, находящиеся внутри твердой стенки газового баллона, безопасность клапана в случае столкновения, т.е. при сильных ударах по клапану вследствие аварии, сильно повышается по сравнению с клапанами с лежащими снаружи баллона функциональными элементами. Для демонтажа клапанов с целью техобслуживания или очистки, прежде всего, необходимо вывинтить корпус клапана из газового баллона, с тем чтобы функциональные элементы клапана, а именно запорный поршень и управляющие элементы, были доступны с лежащей в газовом баллоне задней стороны корпуса клапана.

Задачей изобретения является облегчение демонтажа и монтажа родового клапана.

Эта задача решается, согласно изобретению, за счет того, что вход полости расположен на лежащем снаружи газового баллона головном конце корпуса клапана, а запорный поршень и электромагнитные управляющие элементы выполнены с возможностью ввода через вход в полость.

За счет открывания полости для запорного поршня и электромагнитных управляющих элементов к передней стороне, т.е. к лежащей снаружи стороне корпуса клапана, обеспечивается их демонтаж и монтаж при ввинченном в газовый баллон корпусе клапана. Это существенно облегчает работы по техобслуживанию или очистке подобных клапанов. Не требуется удалять корпус клапана из газового баллона для демонтажа функциональных элементов клапана. За счет этого можно резко сократить время, необходимое для техобслуживания и очистки. Поскольку при проведении работ по техобслуживанию корпус клапана не удаляют с газового баллона, соединение между клапаном и газовым баллоном не требует затем проверки на герметичность.

В зоне входа полости на практике может быть расположена наружная резьба, в которую может быть ввинчена резьбовая крышка. Резьбовая крышка герметизирует полость от окружающего пространства и предотвращает проникновение грязи и влаги в полость и размещенные в ней функциональные элементы электромагнитного клапана.

На практике полость может иметь на другом конце внутреннюю резьбу, в которую может быть ввинчена наружная резьба гильзы клапана. Внутри гильзы расположены запорный поршень с дополнительными функциональными элементами, якорь, установленный с возможностью перемещения снаружи от электромагнита, и дополнительные управляющие элементы электромагнитного клапана. Верхний участок гильзы выполнен в форме боковой поверхности цилиндра. После монтажа гильзы на ее участок в форме боковой поверхности цилиндра внутри полости надевают катушку. Катушка приводит в действие электромагнитные управляющие элементы, т.е. якоря. Резьбовая крышка защищает ввинченную гильзу и катушку от влаги и загрязнения.

Электромагнитные клапаны, например, по ЕСЕ R110 содержат на практике дополнительные элементы. Подобными элементами являются, например, ручной запорный вентиль, с помощью которого можно перекрыть поток газа через электромагнитный клапан независимо от состояния его управления. Далее предусмотрены присоединительные штуцеры, содержащие обратный клапан, если они служат для присоединения к заправочной установке. Подобный обратный клапан препятствует обратному потоку газа из газовых баллонов через присоединение для заправочной установки в случае столкновения и после снятия заправочной арматуры. Другой присоединительный штуцер без обратного клапана может быть предусмотрен для соединения газового баллона с двигателем или дополнительными газовыми баллонами на автомобиле.

Особое значение имеют управляющие элементы на клапане. Во-первых, должен быть предусмотрен предохранитель от избыточного давления с разрушающейся мембраной. Подобный предохранитель от избыточного давления обеспечивает выход газа в случае, когда внутреннее давление газового баллона достигнет критического значения. Например, газ в газовом баллоне в случае пожара может нагреться настолько, что возникнет угроза взрыва баллона. В таком случае следует предпочесть контролируемый выпуск газа во избежание взрыва. Подобные предохранительные элементы включают в себя, как правило, заполненные жидкостью стеклянные сосуды. Стеклянные сосуды лопаются, когда температура жидкости в стеклянном сосуде превысит критическое значение. Подобный предохранительный элемент предотвращает взрыв газового баллона в случае размягчения его внешней оболочки вследствие сильного нагрева.

У одного практического варианта выполнения клапана, согласно изобретению, корпус клапана имеет, по меньшей мере, один посадочный карман для дополнительного элемента, который может быть одним из описанных выше элементов. Посадочный карман имеет отверстие вне газового баллона, через которое может быть введен дополнительный элемент. Это обеспечивает возможность монтажа и демонтажа и, тем самым, техобслуживания и очистки названного дополнительного элемента, как и самого клапана, даже при ввинченном в газовый баллон корпусе клапана.

Для того чтобы через полость в корпусе клапана, в которой расположены запорный поршень и управляющие элементы, газ выходил изнутри баллона или проникал в него, корпус клапана снабжен, по меньшей мере, одним проточным каналом, который связывает полость, по меньшей мере, с одним присоединительным отверстием вне газового баллона. На присоединительном отверстии располагают преимущественно соединительные детали, выполненные с возможностью соединения с отводящим трубопроводом и/или приточным трубопроводом. В частности, для присоединения приточного трубопровода от заправочной установки соединительная деталь может быть снабжена обратным клапаном. Поскольку присоединительные отверстия лежат также вне газового баллона, подобные соединительные детали выполнены с возможностью отделения или монтажа также при прочно смонтированном в газовом баллоне корпусе клапана.

Далее корпус клапана может иметь на практике, по меньшей мере, один проточный канал, который связывает полость с входом во внутренний объем газового баллона. Дополнительно корпус клапана может иметь, по меньшей мере, один проточный канал, который связывает, по меньшей мере, один посадочный карман с входом во внутренний объем. Это, требуется, например, когда в посадочном кармане расположен предохранительный элемент, который должен вызывать контролируемый выход газа из внутреннего объема.

На входе во внутренний объем газового баллона на практике может быть расположен ограничитель расхода. Ограничитель расхода содержит перемещаемый против усилия пружины затвор. При нетипично большой разности давлений между передней и задней сторонами этого затвора скорость выхода из газового баллона уменьшается настолько, что, например, опасное пламеобразование вне газового баллона предотвращается или уменьшается. В одном варианте выполнения все ведущие во внутренний объем газового баллона проточные каналы могут быть связаны с одним входом. Ограничитель расхода служит в этом случае в равной мере для ограничения расхода при повреждении подающего трубопровода к двигателю. Если при срабатывании предохранительных элементов желателен беспрепятственный выход содержимого баллона, то предохранительные элементы могут быть связаны с внутренним объемом газового баллона также через отдельные каналы без ограничителя расхода.

На входе во внутренний объем газового баллона также может быть расположен фильтр. Преимущественно на входе располагают как фильтр, так и ограничитель расхода. Правда, исходят из того, что поступающий в газовый баллон газ и выходящий из него газ свободен от загрязнений. Опыт длительной эксплуатации показывает, однако, что частицы загрязнений и частицы коррозии могут вызывать загрязнения. Подобные загрязнения могут быть удалены из газового потока посредством названного фильтра.

В соответствии с одним практическим вариантом выполнения изобретения лежащий вне газового баллона головной конец корпуса клапана закрыт твердой защитной пластиной. Защитная пластина может состоять из того же материала, что и газовый баллон. Это обычно сталь. Таким образом, защитная пластина защищает корпус клапана в зонах, где он не окружен обечайкой или резьбовым участком газового баллона.

На практике головной конец корпуса клапана может иметь скругленные кромки. В зоне округления кромок возникает небольшое расстояние между головным концом корпуса клапана и защитной пластиной. За счет этого в случае удара по краю защитной пластины она обеспечивает амортизацию. Далее в зоне присоединений корпуса клапана защитная пластина может иметь опорные ребра, упирающиеся в головной конец корпуса клапана. Это усиливает защитное действие защитной пластины для выступающих из корпуса клапана присоединений. Также в зоне, по меньшей мере, одного присоединения в защитной пластине может быть выполнена выемка для улучшения доступности, например, с помощью завинчивающего инструмента. В частности, в случае опорных ребер участки защитной пластины сбоку выемки обладают достаточной прочностью для защиты присоединения от ударов.

Между защитной пластиной и головным концом корпуса клапана может быть расположен упругий слой. Упругий слой состоит на практике, например, из термопласта, в частности резиноподобного материала. Упругий слой, во-первых, защищает головной конец корпуса клапана от загрязнения и влаги, а во-вторых, вызывает демпфирование между защитной пластиной и головным концом. Демпфирование уменьшает действие ударов о корпус клапана.

На практике головной конец корпуса клапана может быть выполнен в форме многогранника, в частности четырехгранника или шестигранника. Это обеспечивает приставление завинчивающего инструмента для ввинчивания корпуса клапана во внутреннюю резьбу газового баллона.

Если газовый баллон размещают на автомобиле с салоном, то выходные отверстия предохранительных элементов должны быть расположены, по возможности, на обращенной от салона стороне корпуса клапана. Благодаря этому в аварийной ситуации, когда срабатывание одного из предохранительных элементов инициирует выход газа, предотвращается проникновение легковоспламеняющегося газа непосредственно в салон.

Изобретение относится далее к электромагнитному клапану для газового баллона, в частности газового баллона для работающего на газе двигателя автомобиля, с признаками ограничительной части пункта 21 формулы изобретения.

Подобный клапан известен, например, из ЕР 1327809 А1. Здесь запорный поршень прижат замыкающей пружиной, опирающейся на корпус клапана, своей основной прокладкой к седлу основного уплотнения. При открывании предварительно управляющей прокладки электромагнитными управляющими элементами обеспечивается течение газа через канал снижения давления в запорном поршне. Лежащее внизу устье канала снижения давления при работе связано со стороной низкого давления, т.е. с подающими трубопроводами к двигателю. На обратной стороне запорного поршня преобладает высокое давление, вытекающее из связи с кольцевым пространством, которое связано с зоной высокого давления в газовом баллоне. При открывании канала снижения давления высокое давление резко падает. Объемный поток через связь кольцевого пространства с обратной стороной поршня меньше, чем объемный поток, который может вытекать через предварительно управляющее седло.

Из-за разности между высоким давлением в кольцевом пространстве и возникающим на обратной стороне поршня низким давлением, которое, в основном, соответствует давлению стока через присоединительный канал, при открывании канала снижения давления возникает усилие для открывания запорного поршня, которое отжимает его в названном уровне техники от седла основной прокладки против усилия замыкающей пружины.

При заправке, напротив, максимальное давление возникает в зоне присоединительного канала, соединяемого с заправочной установкой. При заправке это давление, как правило, без электромагнитного срабатывания предварительно управляющих органов открывает запорный клапан и заполняет баллон, пока внутреннее давление в баллоне не будет соответствовать давлению заправочной установки. При этом наблюдались нестабильности из-за замыкающей пружины между запорным поршнем и корпусом клапана. В определенных ситуациях заправки разности давлений недостаточно для преодоления усилия замыкающей пружины. В этом случае замыкающая пружина прижимает поршень к седлу основной прокладки и прерывает течение газа. За счет гидродинамических эффектов давление затем возрастает в средней части до давления заправочной установки. Когда это давление превысит определенное предельное значение, запорный клапан снова откроется. Эти периодические процессы могут привести к возникновению неприятных шумов.

Задачей изобретения является создание электромагнитного клапана описанного рода, который уменьшал или устранял бы описанные нестабильности. Эта задача решается, согласно изобретению, посредством признаков пункта 21 формулы изобретения за счет того, что запорный поршень установлен с возможностью, в основном, свободного перемещения в корпусе клапана и только пружина предварительного натяжения для предварительно управляющей прокладки создает усилие предварительного натяжения, прижимающее запорный поршень к седлу основной прокладки.

Усилие предварительного натяжения пружины предварительного натяжения для предварительно управляющей прокладки значительно меньше усилия известной из уровня техники замыкающей пружины. Надежное открывание и закрывание запорного поршня достигается, в основном, за счет гидродинамических эффектов.

Преимущественно канал снижения давления через небольшие проточные каналы заканчивается на передней стороне запорного поршня вблизи седла основной прокладки. В этой зоне при открытом запорном поршне возникают наименьшее проходное сечение и, тем самым, наибольшая скорость течения. Поскольку скорость течения от этой зоны снова уменьшается к присоединительному каналу, имеющему большее сечение, в названной зоне с наибольшей скоростью течения статическое давление самое низкое. За счет этого гидродинамического повышения пониженного давления на устье канала снижения давления повышается разность давлений между передней стороной запорного поршня и его обратной стороной, что вызывает надежное открывание, когда предварительно управляющая прокладка освобождает канал снижения давления.

Краткое описание чертежей

Варианты осуществления изобретения описаны ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых изображают:

- фиг.1: вид сбоку верхнего участка баллона с ввинченным электромагнитным клапаном;

- фиг.2: вид спереди устройства из фиг.1;

- фиг.3: вид сверху устройства из фиг.1;

- фиг.4: разрез устройства по линии А-А на фиг.3;

- фиг.5: разрез по линии В-В из фиг.4;

- фиг.6: разрез электромагнитного клапана по линии С-С на фиг.5;

- фиг.7: разрез термопредохранительного устройства по линии D-D на фиг.5;

- фиг.8: разрез ручного запорного вентиля по линии Е-Е на фиг.5;

- фиг.9: разрез предохранительного элемента от избыточного давления с разрушающейся мембраной по линии F-F на фиг.5;

- фиг.10: фрагмент корпуса клапана с расположенным на нем запорным поршнем и электромагнитными управляющими элементами в разрезе;

- фиг.11: уменьшенный вид составленных частей электромагнитного клапана из фиг.10 при виде сбоку;

- фиг.12: увеличенный вид отдельных частей термопредохранительного элемента из фиг.7;

- фиг.13: в перспективе отдельные части термопредохранительного элемента из фиг.12;

- фиг.14: ограничитель расхода в разрезе;

- фиг.15: вид сбоку ограничителя расхода;

- фиг.16: вид сбоку соединительной детали с обратным клапаном;

- фиг.17: соединительную деталь с обратным клапаном в разрезе;

- фиг.18: в перспективе соединительную деталь из фиг.16 и 17.

На фиг.1-4 изображен верхний участок газового баллона 1, в горлышке которого выполнена внутренняя резьба 2 для ввинчивания наружной резьбы 3 корпуса 4 клапана (фиг.4). Лежащий вне газового баллона 1 головной конец 5 корпуса 4 клапана виден на фиг.1, 2, 4. Он закрыт защитной пластиной 6 из стали. Сам корпус 4 клапана состоит в данном случае из латуни. Защитная пластина 6 закреплена на корпусе 4 клапана крепежными винтами 63 (фиг.3). Между защитной пластиной 6 и головным концом 5 корпуса 4 клапана находится упругий слой 7 из пластика. Упругий слой 7 демпфирует удары по защитной пластине 6 и герметизирует головной конец 5 корпуса 4 клапана от влаги.

Как видно, в частности, на фиг.4 и 5, все отверстия для посадочных карманов и вход полости 15 для запорного поршня и электромагнитных управляющих элементов клапана находятся в зоне головного конца 5 корпуса 4 клапана. Так, соединительная деталь 8 без обратного клапана ввинчена в снабженный внутренней резьбой посадочный карман 9 на головном конце 5 корпуса 4 клапана. Соединительная деталь 8 без обратного клапана служит для присоединения к двигателю или другому газовому баллону 1. Соединительная деталь 10 в противоположном посадочном кармане 11 содержит обратный клапан и служит для присоединения к заправочной установке. В зоне соединительных деталей 8, 10 выполнены отверстия проточных каналов 12, 13, 14, связанных с полостью 15 для размещения электромагнитных управляющих элементов 25, 28, 29 и запорного поршня 31. Дополнительный проточный канал 16 связывает электромагнитный клапан через ограничитель 17 расхода с внутренним объемом газового баллона 1. Приводимый в действие вручную запорный вентиль 18 расположен в проточном канале 16, направленном к ограничителю 17 расхода, внутри газового баллона 1. За счет подходящего завинчивающего инструмента этот ручной запорный вентиль 18 может быть закрыт, в результате чего газовый поток к полости 15 прерывается. Дополнительные проточные каналы 19 ведут из внутреннего объема газового баллона 1 к предохранительному элементу от избыточного давления в виде разрушающейся мембраны 20, которая разрушается при превышении давления внутри газового баллона 1. Точно так же проточный канал 21 ведет из внутреннего объема газового баллона 1 к термопредохранителю 22.

Принцип действия электромагнитного клапана виден, в частности, из фиг.10. В полость 15 внутри корпуса 4 клапана введены функциональные элементы клапана. Полость 15 закрыта резьбовой крышкой 23, которая ввинчена во внутреннюю резьбу на верхнем конце полости 15 и герметизирована уплотнительным кольцом 24. В полости 15 расположена катушка 25 для приведения в действие электрического клапана. Катушка 25 посредством присоединительного кабеля 26 подключена к источнику тока (не показан). Внутри катушки 25 проходит гильза 27, нижний участок которой свинчен с нижним участком полости 15. Верхний участок гильзы 27 выполнен в форме боковой поверхности цилиндра и охватывает два якоря 28, 29.

Первый якорь 28 оперт через распорку 30 на запорный поршень 31, установленный с возможностью перемещения внутри гильзы 27. На верхнем конце посередине запорного поршня 31 находится канал 32 снижения давления, верхнее отверстие которого образует предварительно управляющее отверстие. К предварительно управляющему отверстию прилегает предварительно управляющая прокладка 33, прижатая к предварительно управляющему отверстию толкателем 34 посредством пружины 35, которая опирается на верхнюю закрывающую стенку 36 гильзы 27.

Изображенное на фиг.10 закрытое состояние клапана имеет место при отсутствии тока в катушке. При подаче тока в катушку якорь 29 приподнимается, захватывая при этом предварительно управляющую прокладку 33. В результате освобождается течение через канал 32 снижения давления и обеспечивается движение открывания запорного поршня 31 для контролируемого отбора газа в режиме движения автомобиля.

Кольцевое пространство 37, ограниченное частично внешней кольцевой поверхностью запорного поршня 31, а частично - нижним участком гильзы 27, связано с внутренним объемом газового баллона 1. Далее зазоры и расточки в клапанном устройстве обеспечивают связь кольцевого пространства 37 с лежащим над и на обратной стороне запорного поршня 31 пространством внутри гильзы 27. Присоединительный канал 38 перед средней частью поршня 31 связан проточными каналами с двигателем и имеет относительно низкое давление.

Чтобы открыть связь между кольцевым пространством 37 и присоединительным каналом 38, поршень 31 должен быть приподнят. За счет этого основная прокладка 39 на поршне 31 смещается от седла 40 в корпусе 4 клапана, и открывается проходное сечение между основной прокладкой 39 и ее седлом 40. Основная прокладка 39 посредством свинченного с поршнем 31 прокладкодержателя 41 закреплена на поршне 31. Через прокладкодержатель 41 проходит нижний участок канала 32 разгрузки от давления. Снаружи канал 32 разгрузки от давления заканчивается на периферии прокладкодержателя 41 посредством двух проточных каналов 42 малого сечения. Видно, что проточные каналы 42 малого сечения при открытом запорном поршне 31 лежат вблизи наименьшего сечения между кольцевым пространством 37 и присоединительным каналом 38. В этой зоне скорость течения наибольшая, а статическое давление, следовательно, наименьшее. При закрытом запорном поршне 31 в присоединительном канале 38 господствует низкое давление подающего трубопровода к двигателю. На обратной стороне запорного поршня 31, т.е. обращенной к якорям 28, 29 стороне запорного поршня 31, возникает через упомянутые зазоры высокое давление в газовом баллоне 1 и кольцевом зазоре 37. Разность между этим высоким давлением и низким давлением в присоединительном канале 38 приводит к тому, что запорный поршень 31 в своем изображенном закрытом положении находится под давлением.

При открывании канала 32 снижения давления за счет приподнимания предварительно управляющей прокладки 33 посредством подвижного якоря 29 высокое давление устремляется от обратной стороны запорного поршня 31 через канал 32 снижения давления в присоединительный канал 38. Через узкие зазоры и расточки газ из кольцевого пространства 37 может попадать на обратную сторону запорного поршня 31 лишь медленно, так что давление здесь при открытом канале снижения давления, в основном, соответствует низкому давлению в проходном сечении между основной прокладкой 39 и ее седлом 40. Избыточное давление в кольцевом пространстве 37, сообщенном с внутренним объемом газового баллона 1, давит на запорный поршень 31 в его верхнее открытое положение. При этом открывается упомянутое проходное сечение между основной прокладкой 39 и ее седлом 40. За счет скорости и отклонения течения, как уже сказано, дополнительно снижается давление в зоне устьев выходных каналов 42, так что давление на обратной стороне запорного поршня 31 продолжает падать. Запорный поршень 31 остается, тем самым, при открытом канале 32 снижения давления в своем открытом положении.

Для закрывания необходимо лишь снова прижать предварительно управляющую прокладку 33 за счет развозбуждения катушки 25 посредством пружины 35 предварительного натяжения к устью канала 32 снижения давления. Течение газа от обратной стороны запорного поршня 31 к его передней стороне прерывается, и на обратной стороне поршня 31 через упомянутые зазоры может возникнуть высокое давление из кольцевого пространства 37 и внутреннего объема газового баллона 1. Разность давлений относительно низкого давления в присоединительном канале 38 движет поршень 31 в его закрытое положение.

Во избежание неконтролируемых газовых потоков предусмотрены дополнительные прокладки 43-45. В канале 32 снижения давления расположен фильтр 46, который препятствует загрязнению электромагнитных управляющих элементов на обратной стороне запорного поршня 31.

При заправке газ течет через устройство в обратном направлении. При этом катушка 25, как правило, развозбуждена, т.е. ток не подается, и запорный поршень 31 находится в своем закрытом положении. Внутри газового баллона 1 господствует лишь небольшое избыточное давление. Снаружи размещают заправочное присоединение, которое подает к присоединительному каналу 38 газ под высоким давлением. Высокое избыточное давление этого газа перемещает запорный поршень 31 в его открытое положение. Иначе, нежели в уровне техники, за исключением небольшого усилия пружины 35 для закрывания предварительно управляющей прокладки 33, на запорный поршень 31 не действует никакое механическое закрывающее усилие. Таким образом, уже при низком избыточном давлении внутри присоединительного канала 38 запорный поршень 31 перемещается в свое открытое положение. В этот момент газ может поступать из заправочной установки по присоединительному каналу 38 через кольцевое пространство 37 в газовый баллон. Поскольку открыванию запорного поршня 31 не противодействует никакое значительное механическое закрывающее усилие, предотвращаются нестабильные состояния, в которых подобное закрывающее усилие во время заправки движет запорный поршень в закрытое положение. Дросселирующее действие на выходном канале 42 вызывает большую разность давлений между присоединительным каналом 38 и пространством над прокладкой 44.

На фиг.11 изображен вид сбоку резьбовой крышки 23 с уплотнительным кольцом 24, катушкой 25 и нижним участком гильзы 27 с дополнительным уплотнительным кольцом 43 и наружной резьбой 47.

На фиг.12 и 13 изображены отдельные части термопредохранителя 22. Он состоит из запорной крышки 48, ввинчиваемой в резьбу в посадочном кармане 49 корпуса 4 клапана (фиг.7). Запорная крышка 48 прижата к стеклянному сосуду 50. Стеклянный сосуд 50 удерживает закрывающий поршень 51 в закрытом положении, в частности, когда газ попадает через предварительно управляющее седло в пространство над запорным поршнем. Как видно на фиг.7, в закрытом положении нижний участок закрывающего поршня 51 находится в проточном канале 21 и герметизирует его посредством уплотнительного кольца 62 (фиг.12).

Стеклянный сосуд 50 заполнен жидкостью и лопается при перегреве. В этот момент открывается проточный канал 21 (фиг.7), в результате чего газ может выходить из газового баллона 1.

Выходное отверстие 59 термопредохранителя изображено на фиг.5. Оно, как и выходное отверстие 60 предохранительного элемента разрушающейся мембраны 20, находится в нижней части периферии головного конца 5 корпуса клапана. Корпус 4 клапана размещен с газовым баллоном 1 под салоном (не показан) автомобиля, так что оба выходных отверстия 59, 60 находятся на обращенной от салона стороне.

На фиг.14 и 15 изображен известный ограничитель 17 расхода, размещенный на устье проточного канала 16 (фиг.8). При большой разности давлений между проточным каналом 16 и внутренним объемом газового баллона 1 затвор 53 ограничителя 17 расхода уменьшает количество выходящего газа. Дополнительно предусмотрен фильтр 54, который препятствует проникновению загрязнений в проточный канал 16. В соответствии с одним альтернативным вариантом выполнения фильтр 54 может быть исключен.

На фиг.16-18 изображена соединительная деталь 10 с обратным клапаном. Обратный клапан виден, в частности, в разрезе на фиг.17. Он служит для соединения заправочного присоединения с газовым баллоном 1. Обратный клапан содержит, в основном, два активных элемента, а именно шарообразный затвор 55 и седло 56 для затвора 55.

Перечень ссылочных позиций

1 - газовый баллон

2 - внутренняя резьба

3 - наружная резьба

4 - корпус клапана

5 - головной конец

6 - защитная пластина

7 - упругий слой

8 - соединительная деталь без обратного клапана

9 - посадочный карман для соединительной детали

10 - соединительная деталь с обратным клапаном

11 - посадочный карман для соединительной детали

12 - проточный канал

13 - проточный канал

14 - проточный канал

15 - полость

16 - проточный канал

17 - ограничитель расхода

18 - ручной запорный вентиль

19 - проточный канал

20 - разрушающаяся мембрана

21 - проточный канал

22 - термопредохранитель

23 - резьбовая крышка

24 - уплотнительное кольцо

25 - катушка

26 - токоподводящий кабель

27 - гильза

28 - якорь

29 - якорь

30 - распорка

31 - запорный поршень

32 - канал снижения давления

33 - предварительно управляющая прокладка

34 - толкатель

35 - пружина

36 - закрывающая стенка

37 - кольцевое пространство

38 - присоединительный канал

39 - главная прокладка

40 - седло главной прокладки

41 - прокладкодержатель

42 - выходной канал

43-45 - прокладки

46 - фильтр

47 - наружная резьба

48 - запорная крышка

49 - посадочный карман

50 - стеклянный сосуд

51 - закрывающий поршень

52 - пружина предварительного натяжения

53 - затвор

54 - фильтр

55 - затвор

56 - седло

57 - опорное ребро

58 - выемка

59 - выходное отверстие термопредохранителя

60 - выходное отверстие термопредохранителя с разрушающейся мембраной

61 - уплотнительное кольцо

62 - уплотнительное кольцо

63 - крепежный винт

Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2358173

patent-2358173.pdf

Класс F16K1/30 для резервуаров, находящихся под высоким давлением 

взрывобезопасный клапан для газового контейнера и способ его сборки -  патент 2516741 (20.05.2014)
зарядный клапан (варианты) и способ его модификации -  патент 2445543 (20.03.2012)
блок манифольда бака -  патент 2414640 (20.03.2011)
баллон со сжатым газом с соединительным устройством для его соединения с соединительным органом, подключаемым к потребителю, распределителю или к заправочной станции, в частности, для дыхательных аппаратов со сжатым газом -  патент 2351831 (10.04.2009)
вентиль и вентиль-регулятор для использования с баллонами для сжатого газа, в частности кислородными баллонами -  патент 2338944 (20.11.2008)
клапан сброса давления с улучшенной ремонтопригодностью -  патент 2319883 (20.03.2008)
клапан для закрывания контейнера, контейнер и система и способ заполнения контейнера -  патент 2311586 (27.11.2007)
клапан для газовых баллонов высокого давления -  патент 2225959 (20.03.2004)
вентиль баллона высокого давления -  патент 2151336 (20.06.2000)
баллонный вентиль -  патент 2037079 (09.06.1995)
Наверх