RU2198332C2 - Газовое предохранительное клапанное устройство - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к арматуростроению, в частности к газовому предохранительному клапанному устройству, и предназначено для предохранения системы подачи топлива автомобиля. Газовое предохранительное клапанное устройство, в частности для паров топлива, содержит корпус, имеющий средства, предназначенные для его соединения с отверстием в верхней стенке топливного бака. Корпус определяет контур камеры, предназначенной для сообщения с первой и второй средами, расположенными соответственно выше и ниже устройства через первое и второе отверстия. Первое и второе клапанные средства соединены с корпусом. Первое клапанное средство связано с камерой и включает в себя первое клапанное гнездо и обтюратор. Обтюратор перемещается между позицией зацепления с первым гнездом, в которой первое клапанное средство отсекает, по меньшей мере, часть потока пара между отверстиями, и позицией, расположенной на некотором расстоянии от первого гнезда. Упругий упорный элемент обеспечивает перемещение обтюратора к своей позиции зацепления с первым гнездом. Обтюратор может отходить от первого клапанного гнезда, преодолевая при этом силу воздействия упругого элемента, когда достигается заданное пороговое значение перепада давления между средами. Обтюратор может входить в зацепление с первым гнездом после того, как перепад давления между средами будет меньше заданного порогового значения. Первое клапанное средство определяет контур узкого канала относительно первого и второго отверстий, чтобы обеспечить возникновение небольшого постоянного потока газа между первой и второй средами. Второе клапанное средство содержит второе клапанное гнездо. Первое гнездо выполнено за одно целое с корпусом и определяет контур широкого канала относительно первого и второго отверстий. Второе клапанное гнездо также выполнено за одно целое с корпусом. Упругий упорный элемент плотно прилегает к поверхности корпуса, расположенной между камерой и внешней средой. Изобретение позволяет повысить надежность работы предохранительного устройства и упростить его изготовление. 9 з.п.ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относится к газовому предохранительному клапанному устройству, в частности для паров топлива, содержащему корпус, имеющий средства, предназначенные для его соединения с отверстием в верхней стенке топливного бака, при этом корпус определяет контур камеры, предназначенной для сообщения с первой и второй средами соответственно выше и ниже устройства через первое и второе отверстия, а первое и второе клапанные средства связаны с корпусом, причем первое клапанное средство связано с камерой и включает первое клапанное гнездо и обтюратор, выполненный с возможностью его перемещения между позицией зацепления с первым гнездом, в которой первое клапанное средство отсекает, по меньшей мере, часть потока пара между отверстиями, и позицией, расположенной на некотором расстоянии от первого гнезда, причем упругий упорный элемент заставляет обтюратор перемещаться к своей позиции зацепления с первым гнездом, посредством чего он может отходить от первого клапанного гнезда, преодолевая при этом силу воздействия упругого элемента, которая возникает после достижения заданного порогового значения перепада давления между средами, в позицию, в которой обтюратор входит в рабочее зацепление с первым гнездом, и после того, как перепад давления между средами становится меньше заданного порогового значения, первое клапанное средство определяет контур узкого канала по отношению к упомянутым первому и второму отверстиям, чтобы обеспечить возникновение небольшого непрерывного потока газа между первым и вторым средами, при этом второе клапанное средство содержит второе клапанное гнездо.

Описанный выше тип клапанного устройства уже известен, например, из патента Италии T092U000198. Это известное клапанное устройство, предназначенное для крепления на стенке топливного бака автомобиля, включает в себя комплекс предохранительного клапана, образованного двумя одноходовыми клапанами, действующими в противоположных направлениях.

Точнее говоря, первый клапан, имеющий кольцеобразное гнездо и металлический дисковый - обтюратор, перемещаемый под воздействием пружины по направлению к своему гнезду, дает возможность внутренней части бака сообщаться с внешней частью после того, как давление внутри бака превысит заданный уровень.

Второй клапан, образуемый диском из эластомерного материала, поддерживаемый самим дисковым обтюратором и имеющий центральное отверстие, из которого выступает пара выступов, которые обычно соединены вместе, дает возможность внешней среде находиться в сообщении с внутренней частью бака после того, как давление в баке упадет ниже заданного значения относительно внешнего давления.

Однако изготовление подобного клапанного комплекса является относительно сложным, а следовательно, и дорогостоящим. Фактически в данном случае необходимо изготовить два клапана, а затем смонтировать несколько элементов вместе в ограниченном пространстве. Кроме того, эти элементы обычно изготавливают из различных материалов, например металла и эластомера, которые в свою очередь отличаются от исходного материала изготовления самого корпуса устройства. Специфическим является также то, что один из одноходовых клапанов включает, по меньшей мере, один эластомерный элемент, что является предпочтительным для обеспечения необходимых гибкости и эластичности двух разделяемых друг от друга выступов, а это может оказаться критическим, если иметь в виду надежность функционирования всего клапанного устройства. Известно также, что эластомеры стареют в присутствии углеводородов и со временем теряют свои положительные свойства гибкости и эластичности.

При практическом использовании клапанные устройства известного типа также производят много шума, поскольку каждый из одноходовых клапанов подвергается непрерывному циклу открытия и закрытия. Фактически каждый из этих клапанов открывается только тогда, когда перепад давления между газами в расположенных выше и ниже средах превышает заданный порог. В результате этого каждый один одноходовый клапан, по меньшей мере, в моменты сразу же после его открытия, испытывает на себе относительно высокую скорость потока газа, что обусловлено потоком количества газа, которое уже ранее было аккумулировано в условиях давления в соответствующих расположенных выше и ниже средах. В частности, удары обтюратора о гнездо первого одноходового клапана, что обычно происходит в условиях неустойчивого равновесия, допускают последовательное образование открытых и закрытых конфигураций обтюратора с высокой частотой. Второй клапан, максимальное открытие которого ограничивается тем фактом, что он расположен радиально внутри первого клапана, также функционирует в результате прохождения последовательных количеств газа при условии, что они достигли давления, достаточного для открытия клапана, а поскольку газ обычно проходит при относительно высокой скорости, то это может вызвать свистящий шум именно в результате наличия вибраций в разделяемых выступах.

Клапанное устройство, описано выше, известно также из патента США 5028244.

В частности, настоящее изобретение относится к устройству, которое не имеет указанных выше недостатков и которое имеет существенные признаки, заявленные в прилагаемом пункте 1 формулы изобретения.

Благодаря этим существенным признакам обтюратор клапанного устройства по изобретению имеет более простую конструкцию по сравнению с конструкцией известного уровня техники. Очень важно то, что устройство можно изготовить без второго одноходового клапана, т.е. без клапана, который предназначен для открытия тогда, когда перепад давления между средами выше и ниже клапанного устройства превышает заданный порог. Поскольку в данном случае имеется только один одноходовый клапан, то обтюратор устройства можно выполнить в виде единого элемента, а следовательно, в данном случае отпадает необходимость в сборке различных элементов, что несомненно положительно скажется на уменьшении себестоимости изготовления всего клапанного устройства и на повышении надежности его работы. Более того, поскольку клапанное устройство по изобретению обеспечивает прохождение через себя небольшого регулярного потока газа, то вся система, в которой будет расположено это клапанное устройство, не будет испытывать на себе циклическое напряжение на усталость при последовательных расширениях и сжатиях, что обычно типично для уже известных клапанных устройств рассматриваемого типа, поскольку проходящий через устройство по изобретению газ обычно не будет достигать заданного порогового значения давления. Преимущество всей системы по изобретению заключается также в том, что оно подвергается общим меньшим механическим нагрузкам.

Если клапанное устройство по изобретению используется в системе подачи топлива для автомобилей, то появляется дополнительная возможность уменьшить утечку пара во внешнюю среду системы, что в незначительной степени происходит через стенки, соединения и уплотнения даже и в том случае, когда система в целом не подвергается и не испытывает избыточное давление на практике. После рабочего зацепления обтюратора со своим гнездом клапана поток газа через клапанное устройство будет в общем-то небольшим и постоянным, что обуславливается главным образом изменениями в температуре топлива и изменениями в уровне топлива в баке в результате его расходования в процессе работы двигателя. Только если перепад давления между средами выше и ниже клапанного устройства становится достаточно большим, то он преодолевается упругой силой смещения пружины, чтобы открыть клапанное средство устройства и дать возможность пройти через клапанное средство значительно большему потоку по сравнению с тем, который обычно проходит через узкий канал при нормальных рабочих условиях.

Благодаря тому факту, что устройство по изобретению предназначено для работы с относительно небольшими потоками, его можно изготовить меньшего размера по сравнению с известными подобными же устройствами. Если подобное клапанное устройство предназначено для соединения с ловушкой активного углерода или угольным фильтром, то размеры ловушки можно будет также уменьшить, поскольку ловушка также будет иметь дело с меньшим и почти постоянным потоком пара, а не с большими количествами газа, которые уже скопились в системе.

Остальные особенности и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными из следующего ниже более подробного описания, которое сопровождается ссылками на прилагаемые чертежи, которые не носят никакого ограничительного характера и на которых:
фиг. 1 изображает вертикальный разрез клапанного устройства согласно изобретению;
фиг.2 изображает вид, идентичный показанному на фиг.1, но иллюстрирующий один из вариантов изобретения.

На фиг.1 клапанное устройство имеет ссылочную позицию 1.

Клапанное устройство 1 содержит цилиндрический корпус 3, определяющий собой контур внутренней камеры 10. Корпус 3 обычно изготавливают посредством формования из пластического материала и, во многих случаях, если оно предназначено для совместной работы с системой подачи топлива для автомобиля, то рекомендуется изготавливать его их пластических материалов, которые являются инертными по отношению к углеводородам, например из ацетальной смолы.

Корпус 3 может быть связан с системой подачи топлива автомобиля посредством вставления через отверстие, выполненное в верхней части 8 топливного бака в течение всего периода, пока кольцеобразный фланец 6 корпуса плотно примыкает к кромке отверстия, или посредством подсоединения к трубе наливной горловины бака, например, к расширительному бачку этой трубы.

Камера 10 в корпусе 3 сообщена через нижнее отверстие 14 с первой средой (верхней) клапанного устройства 1, например с топливным баком, а через второе отверстие 12 - с второй средой (нижней) устройства, например с трубкой для соединения бака с угольным фильтром. Отверстие 12 может быть ограничено трубчатым соединительным элементом с вспомогательной трубкой 11, выполненной за одно целое с корпусом 3.

В камере 10 расположено клапанное устройство, обозначенное ссылочной позицией 15 и которое включает в себя гнездо клапана 18, контуры которого определены кольцеобразным ребром, коаксиальным с корпусом 3, и перемещаемым обтюратором 20, который может взаимодействовать с гнездом 18. Обтюратор 20 обычно изготавливается в виде одной части из того же исходного материала, из которого изготовлен корпус 3. Является предпочтительным, чтобы он имел форму чашки с по существу конической периферийной стенкой 21, заканчивающейся на одном конце в основании 23 и в манжете 22 - на противоположном конце.

С обтюратором 20 взаимодействует спиральная пружина 24, которая обеспечивает его контакт с гнездом 18. Точнее говоря, первый конец пружины 24 плотно прилегает к круглому гнезду в манжете 22 обтюратора 20, тогда как противоположный конец пружины плотно прилегает к поверхности корпуса 3, обращенной в сторону камеры 10, например к поверхности верхней крышки 26 корпуса 3. С другой стороны, тот конец пружины 24, который взаимодействует с обтюратором 20, может быть расположен в альтернативном круглом гнезде, контуры которого определены его основанием 23.

Обтюратор 20, который обычно находится в рабочем зацеплении с гнездом 18, может занимать позицию, находящуюся на некотором расстоянии от гнезда, в которой несмотря на противодействие пружины 24 открываются клапанные средства 15, если перепад давления между расположенными сверху и внизу клапанного устройства 1 средами будет больше заданного порогового значения. Вполне понятно, что это пороговое значение является функцией упругой характеристики пружины 24.

Выполненный за одно целое с корпусом 3 конический придаток 16 выступает из гнезда 18 и входит в камеру 10 в противоположном направлении от обтюратора 20, при этом форма придатка соответствует периферийной стенке обтюратора 20. Таким образом, в процессе движения обтюратора 20 по направлению к гнезду 18 его периферийная стенка будет направляться конической поверхностью придатка 16, чтобы гарантировать правильное рабочее зацепление обтюратора 20 с гнездом 18.

В закрытой позиции клапанного средства 15, т.е. когда обтюратор 20 зацепляет гнездо 18, поскольку перепад давления между средами будет меньше порогового значения, необходимого для преодоления силы воздействия пружины 24, клапанные средства определяют контур узкого градуированного канала для потока газов между расположенными сверху и снизу средами клапанного устройства 1. Следовательно, между первой и второй средой обычно допускается образование небольшого непрерывного потока газа через клапанное средство 15, однако размеры этого узкого канала являются таковыми, чтобы в любом случае в процессе повторного заполнения топлива выше обтюратора 20 обязательно находился воздушный пузырь.

Является предпочтительным изготовлять этот узкий канал посредством формования градуированного сквозного отверстия 28 в основании 23 обтюратора 20, например, соосно с ним. Размеры отверстия 28, в частности его диаметр, можно рассчитать в соответствии с емкостью бака, расположенного выше устройства 1. Например, для бака емкостью приблизительно в 50 л такое отверстие должно иметь диаметр порядка 0,8 мм.

Следовательно, обтюратор 20 можно изготовить в виде единого элемента и из того же материала, что и корпус 3, например из пластического материала, инертного к углеводородам, такого как ацетальная смола. Следовательно, процесс изготовления очень упрощается и не предусматривает использование эластомерных частей.

В случае необходимости корпус 3 может также вмещать в себя другие типы клапана, чтобы клапанное устройство 1 могло составлять так называемый многофункциональный клапан. В изображенном на фиг.1 варианте изобретения корпус 3 включает опрокидывающийся предохранительный клапан 30 известного типа, который включает конструкцию кожуха 32, скользящего внутри корпуса 3, чтобы окружать металлический шар 34, который перемещается по коническому элементу 36, прикрепленному к корпусу 3. Конусообразный штифт обтюратора 38 выступает из конструкции кожуха 32 и взаимодействует с гнездом 40, образованным в отверстии 14. Вполне понятно, что устройство 1 может включать плавающий клапан известного типа либо вместо, либо такой же, как опрокидывающийся предохранительный клапан 30.

В изображенном на фиг.2 варианте изобретения, где элементы, идентичные или подобные уже показанным на фиг.1, обозначаются одинаковыми ссылочными позициями, клапанное устройство 1 можно изготавливать так, чтобы его можно было устанавливать в трубке 11а, 11b вентиляционной линии для газа, например для паров из топливного бака автомобиля. В данном случае корпус 3 можно изготавливать в виде двух плотно соединенных друг с другом частей оболочки, каждая из которых имеет выполненный за одно целое трубчатый соединительный элемент и предназначена для определения контура соответствующего отверстия 12, 14 для соединения с камерой 10 корпуса 3.

Claims (10)

1. Газовое предохранительное клапанное устройство (1), в частности для паров топлива, содержащее корпус (3), имеющий средства (6), предназначенные для его соединения с отверстием в верхней стенке (8) топливного бака, при этом корпус (3) определяет контур камеры (10), предназначенный для сообщения с первой и второй средами, распложенными соответственно выше и ниже устройства (1), через первое и второе отверстия (12, 14), а первое и второе клапанные средства (15, 30) соединены с корпусом (3), причем первое клапанное средство (15) связано с камерой (10) и включает первое клапанное гнездо (18) и обтюратор (20), перемещаемый между позицией зацепления с первым гнездом (18), в которой первое клапанное средство (15) отсекает, по меньшей мере, часть потока пара между отверстиями (12, 14), и позицией, расположенной на некотором расстоянии от первого гнезда (18), причем упругий упорный элемент (24) обеспечивает перемещение обтюратора (20) к позиции зацепления с первым гнездом (18), при этом обтюратор отходит от первого клапанного гнезда (18), преодолевая при этом силу воздействия упругого элемента (24), когда достигается заданное пороговое значение перепада давления между средами, в позицию, когда обтюратор входит в зацепление с первым гнездом (18) и когда перепад давления между средами будет меньше заданного порогового значения, причем первое клапанное средство (15) определяет контур узкого канала (28) относительно первого и второго отверстий (12, 14), обеспечивая возникновение небольшого постоянного потока газа между первой и второй средами, при этом второе клапанное средство (30) содержит второе клапанное гнездо (40), отличающееся тем, что первое гнездо (18) выполнено за одно целое с корпусом (3) и определяет контур широкого канала относительно первого и второго отверстий (12, 14) и второе клапанное гнездо (40) также выполнено за одно целое с корпусом (3), а упругий упорный элемент (24) плотно прилегает к поверхности корпуса (3), расположенной между камерой (10) и внешней средой.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первое и второе клапанные средства (15, 30) являются независимыми от уровня топлива внутри топливного бака.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что узкий канал содержит градуированное отверстие (28), которое проходит через обтюратор (20) для обеспечения сообщения между первой и второй средами.

4. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что обтюратор (20) выполнен в виде единого целого элемента и из того же материала, что и корпус (3) устройства (1).

5. Устройство по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что обтюратор (20) имеет форму чашки с, по существу, конической периферийной стенкой (21), которая входит в зацепление с поверхностью (16) соответствующей формы, образованной в корпусе (3) около клапанного гнезда (18), причем, по существу, коническая стенка (21) и соответствующая поверхность (16) корпуса (3) обеспечивают зацепление обтюратора (20) с гнездом (18).

6. Устройство по любому из пп.1-5, отличающееся тем, что обтюратор (20) имеет круглое гнездо (22, 23) для приема одного конца спиральной упорной пружины (24), а другой конец пружины (24) плотно прижат к поверхности корпуса (3), обращенной в сторону камеры (10).

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что в основании (23) обтюратора (20) выполнено круглое гнездо.

8. Устройство по любому из пп.1-7, отличающееся тем, что второе клапанное средство (30) содержит опрокидывающийся предохранительный клапан и/или поплавковый клапан.

9. Устройство по любому из пп.1-8, отличающееся тем, что оно предназначено для соединения входного отверстия трубы топливного бака автомобиля с расширительным бачком этой трубы.

10. Устройство по любому из пп.1-8, отличающееся тем, что оно предназначено для установки в трубке (11а, 11b) вентиляционной линии для пара от топливного бака автомобиля.

Images