RU2572727C2

RU2572727C2 - Регулирующий клапан высокого давления

Info

Publication number: RU2572727C2
Application number: RU2013123059/06A
Authority: RU
Inventors: Харальд БУРКАРТ; Вольфрам МАЙВАЛЬД; Вэй ЮЙ; Франк ЦЕЛАНО; Ральф ХАЙНГЛЬ; Штефани ГЕРХАРД
Original assignee: Кендрион (Филлинген) Гмбх
Priority date: 2010-10-21
Filing date: 2011-10-21
Publication date: 2016-01-20
Also published as: RU2013123059A; DE102010049022A1; WO2012052183A2; BR112013009682A2; US20120266977A1; WO2012052183A3; CN102537386A; CN102537386B; US9297345B2; JP2013540233A; ES2681574T3; EP2630360A2; JP6258703B2; EP2630360B1

Abstract

Изобретение относится к регулирующему клапану высокого давления. Регулирующий клапан содержит корпус клапана с впуском и выпуском. Выпуск образован одним радиально проходящим отверстием в корпусе клапана с выполненным в форме диска седлом клапана. Указанное седло расположено на корпусе клапана между впуском и выпуском и имеет канал клапана. Указанный канал клапана соединяет впуск и выпуск с уплотнительным элементом, который надлежащим образом расположен на управляющем элементе, чтобы закрывать канал клапана, и с управляющим устройством. Указанное управляющее устройство выполнено для осуществления перемещения управляющего элемента таким образом, чтобы осуществлялось открытие и закрытие клапана. Седло клапана со стороны выпуска имеет окружный выступ, проходящий аксиально от опорной поверхности в направлении отверстия. При открытии клапана предотвращается непосредственное обтекание корпуса клапана. Выступ имеет согласованную с уплотнительным элементом выемку для размещения уплотнительного элемента. Изобретение направлено на возможность использования клапана при более высоких давлениях при одновременном уменьшении эрозии материала. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Настоящее изобретение относится к регулирующему клапану высокого давления согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения.

Такого рода регулирующие клапаны высокого давления известны из уровня техники, например, для регулирования давления в двигателях с аккумуляторными топливными системами (системами Common-rail).

В целом регулирование жидкостей при высоком давлении осуществляется посредством шаровых клапанов. Как правило, управление ими осуществляется электромагнитным способом. Приводимые в действие электромагнитным способом регулирующие клапаны высокого давления, в соответствии с уровнем техники, в целом выполняются описанным ниже образом, показанным в качестве примера на фиг.3.

Клапан 1 имеет корпус 2 клапана с впуском 20 и выпуском 21, причем давление со стороны впуска, например в случае использования двигателей с аккумуляторной топливной системой (Common-rail), на сегодняшний момент составляет 2400 бар. Между впуском 20 и выпуском 21 расположено седло 3 клапана, через которое проходит канал 30 клапана, который соединяет впуск 20 и выпуск 21. Канал 30 клапана может быть герметично закрыт со стороны выпуска при помощи уплотнительного элемента 4, который, как правило, выполнен в виде уплотнительного шарика. Для этого уплотнительный шарик 4 может прижиматься к седлу 3 клапана посредством стержня 5 клапана. Из-за повышенных нагрузок со стороны уплотнительного шарика 4 седло 3 клапана выполняется из закаленной стали. В целях снижения затрат остальные части корпуса 2 клапана выполняются из незакаленного материала.

Седло 3 клапана расположено на корпусе 2 клапана таким образом, что оно соединяет сторону впуска и сторону выпуска. Со стороны выпуска седло 3 клапана выполнено, по существу, плоским и в области канала 30 клапана имеет углубление, в котором располагается уплотнительный шарик 4. Со стороны впуска он запрессован в корпус 2 клапана.

Выпуск 21 образован радиальными каналами 23 на стороне выпуска корпуса 2 клапана. Для достижения как можно более компактной конструкции регулирующего клапана 1 высокого давления радиальные каналы 23 расположены как можно ближе под седлом 3 клапана. Благодаря такой конструкции между седлом 3 клапана и выпускными каналами 23 образуется уступ 22, на котором при помощи резьбового соединения клапана удерживается седло 3 клапана.

Стержень 5 клапана расположен в продольном канале корпуса 2 клапана и может перемещаться вдоль своей продольной оси при помощи расположенного со стороны выпуска электромагнитного приводного блока 6. В данном случае приводной блок 6 не показан. Как правило, он содержит расположенную на каркасе 60 катушки катушку 61, на которую подается ток, и сердечник 62, приводимый в движение генерируемым магнитным полем. Сердечник 62 и стержень 5 клапана сварены или запрессованы друг с другом и, таким образом, жестко соединены. Кроме того, сердечник 62 предварительно подпружинен в направлении закрытия клапана при помощи нажимной пружины 68, так что клапан закрыт при отсутствии тока на катушке 61.

С обратной стороны сердечник 62 и нажимная пружина 68 расположены во втулке 65, которая закреплена на корпусе клапана, например, при помощи сварного кольца 66. Стержень 5 клапана удерживается в центрированном положении во втулке 65 посредством опоры 69.

Регулирование потока жидкости осуществляется посредством отвода уплотнительного шарика 4 от седла 3 клапана. В современных регулирующих клапанах 1 высокого давления максимальный ход, то есть ход, который достигается при максимальном открытии клапана, составляет 0,2-0,5 мм. При открытии клапана из-за давления, действующего на уплотнительный шарик 4 со стороны впуска, достигаются очень большие скорости потока регулируемой жидкости. При этом жидкость с этой очень большой скоростью потока ударяет о расположенный со стороны выпуска уступ 22 корпуса 2 клапана и разрушает его, то есть в процессе эксплуатации клапана все больше стачивает материал уступа 22, так что толщина материала уступа уменьшается.

Утонение корпуса 2 клапана в этой области является существенным недостатком в отношении срока службы клапана, поскольку при усиливающейся эрозии все меньшие силы могут быть перенаправлены от резьбового соединения через седло 3 клапана на корпус 2 клапана, так что клапан, в конце концов, становится негерметичным в области воздействия давления.

Другим недостатком эрозии является стачивание материала. Частицы сточенного материала могут попасть в топливную систему и, таким образом, привести, например, к повреждению насоса высокого давления топливной системы.

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы модифицировать известные регулирующие клапаны высокого давления таким образом, чтобы обеспечить возможность использования при более высоких давлениях, составляющих на сегодняшний день 2700-3000 бар, при одновременном уменьшении эрозии материала.

Эта задача решается посредством регулирующего клапана высокого давления с признаками п.1 формулы изобретения. Предпочтительные усовершенствованные варианты осуществления изобретения раскрываются в зависимых пунктах формулы изобретения.

Согласно изобретению регулирующий клапан высокого давления имеет корпус клапана с впуском и выпуском, причем выпуск образован по меньшей мере одним радиально проходящим отверстием в корпусе клапана. Выполненное, по существу, в форме диска седло клапана расположено на корпусе клапана между впуском и выпуском и имеет канал клапана, который соединяет впуск и выпуск друг с другом. Кроме того, предусмотрен уплотнительный элемент, который надлежащим образом расположен на управляющем элементе для герметичного закрытия канала клапана. Кроме того, управляющий элемент посредством управляющего устройства перемещается таким образом, что может быть осуществлено открытие и закрытие клапана. Согласно изобретению седло клапана выполнено таким образом, что со стороны выпуска оно имеет окружный выступ, проходящий аксиально от опорной поверхности в направлении отверстия.

Таким образом, достигается то, что жидкость под высоким давлением со стороны впуска, которая при открытии клапана с большой скоростью протекает через очень малое поперечное сечение потока, возникающее в первый момент во время открытия клапана, направляется вдоль выступа и, таким образом, не со всей скоростью ударяется о проходящий сбоку корпус клапана. Поскольку седло клапана и, таким образом, также выступ, отформованный на седле клапана, выполнены из закаленного материала, обеспечивается значительное уменьшение имевшей до сих пор место эрозии корпуса клапана.

Особенно предпочтительное в гидродинамическом отношении выполнение выступа обеспечивается, если он выполнен в виде конически расширяющегося краевого выступа. Благодаря этому могут быть уменьшены завихрения потока. Кроме того, в зависимости от того, под каким углом расширяется конический краевой выступ, может быть, кроме того, получена зависимая от хода характеристическая кривая поперечного сечения потока.

Если выступ закрывает по меньшей мере половину протяженного участка между опорной поверхностью и отверстием, то уже в этом случае может быть достигнуто значительное уменьшение эрозии корпуса клапана в области выпускного отверстия.

Является предпочтительным, что выступ закрывает по меньшей мере 9/10 протяженного участка между опорной поверхностью и отверстием, причем в идеальном случае весь участок между опорной поверхностью и отверстием целиком закрывается выступом.

Таким образом, достигается, в частности, то, что уступ, расположенный между опорной поверхностью седла клапана и выпускным отверстием, предохраняется от эрозии материала и сопровождающегося при этом утонения находящегося там материала. Это, в частности, является важным потому, что на уступ, расположенный между седлом клапана и выпускным отверстием, опирается седло клапана, которое запрессовано в корпус клапана.

Кроме того, выступ может быть выполнен таким образом, что при открытии клапана полностью предотвращается непосредственное обтекание корпуса клапана.

Благодаря этому достигается то, что также и в других областях корпуса клапана не происходит эрозии материала, и, таким образом, предотвращается попадание частиц в топливный контур.

Кроме того, выступ может иметь выемку, согласованную с уплотнительным элементом, так что оптимизированная поверхность прилегания обеспечивает герметизацию между седлом клапана и уплотнительным элементом.

Уплотнительный элемент предпочтительно выполнен в виде уплотнительного шарика. Это имеет преимущество, состоящее в том, что благодаря вращательно-симметричной конструкции шарика может быть обеспечена особенно хорошая герметизация канала.

Управление уплотнительным элементом может быть осуществлено особенно просто, если управляющий элемент выполнен в виде управляющего стержня. Выполнение управляющего элемента в форме стержня имеет преимущество, состоящее в том, что таким образом он особенно просто может направляться через корпус клапана в направлении управляющего устройства, которое выполнено, например, в виде электромагнита.

В гидродинамическом отношении является особенно предпочтительным, если поперечное сечение потока между уплотнительным элементом и выступом выполнено таким образом, что уменьшаются завихрения в потоке. Благодаря этому обеспечивается особенно регулярный поток жидкости и уменьшаются возникающие из-за завихрений силы в жидкостном контуре.

Изобретение детально поясняется ниже при помощи приложенных чертежей, на которых представлено:

фиг.1 - изображение в сечении предлагаемого в изобретении регулирующего клапана высокого давления;

фиг.2 - увеличенное изображение седла клапана регулирующего клапана высокого давления согласно фиг.1 и

фиг.3 - регулирующий клапан высокого давления согласно уровню техники (уже описан выше).

На фиг.1 показано сечение предлагаемого в изобретении регулирующего клапана 1 высокого давления. Регулирующий клапан 1 высокого давления имеет выполненный, по существу, в форме цилиндра корпус 2 клапана, который имеет впуск 20, проходящий в аксиальном направлении, а также выпуск 21, проходящий в радиальном направлении. В данном случае выпуск 21 выполнен в виде проходящих в радиальном направлении каналов 23. Со стороны впуска на корпусе 2 клапана расположено имеющее форму диска седло 3 клапана, которое посредством канала 30 клапана соединяет впуск 20 и выпуск 21. Седло 3 клапана удерживается на корпусе 2 клапана посредством запрессовки и при сборке клапана 1 прижато в направлении корпуса 2 клапана.

Со стороны выпуска канал 30 клапана закрывается посредством выполненного уплотнительного элемента 4 в виде уплотнительного шарика. Для закрытия канала 30 клапана уплотнительный шарик 4 прижимается к седлу клапана посредством выполненного в виде управляющего стержня управляющего элемента 5, который расположен в канале корпуса 2 клапана, проходящем в аксиальном направлении. Стержень 5 клапана может перемещаться в аксиальном направлении посредством управляющего устройства 6, которое в данном случае выполнено в виде электромагнита. Электромагнит 6, по существу, выполнен из окружающей корпус 2 клапана катушки 61, расположенной на каркасе 60 катушки, а также из сердечника 62, расположенного с возможностью перемещения в аксиальном направлении внутри катушки 61, и посредством корпуса 63 соединен с корпусом 2 клапана. Движение сердечника 62 в аксиальном направлении посредством стержня 5 клапана передается на уплотнительный шарик 4, так что обеспечивается открытие и закрытие регулирующего клапана 1 высокого давления. Сердечник 62 дополнительно установлен во втулке 65 и предварительно подпружинен в направлении стержня 5 клапана при помощи нажимной пружины 68. Благодаря этому при отсутствии тока на катушке 61 регулирующий клапан 1 высокого давления закрыт вплоть до возникновения давления, которое определяется силой упругости нажимной пружины 68. При превышении этого давления необходима дополнительная подача тока на катушку 61, чтобы удерживать регулирующий клапан 1 высокого давления в закрытом состоянии против давления на впуске 20.

Подача тока на катушку 61 может осуществляться через соединительные контакты 64, проходящие сбоку наружу.

На фиг. 2 представлено увеличенное изображение седла клапана регулирующего клапана высокого давления согласно фиг. 1.

На этом чертеже показано, что седло 3 клапана удлинено, начиная от опорной поверхности 31 седла клапана, в направлении радиально проходящего канала 23 выпуска 21. Этот выступ 32 выполнен в виде окружного краевого выступа 32, который конически расширяется от канала 30 клапана. Выступ 32 проходит приблизительно до проходящего в радиальном направлении канала 23, так что выступом 32 закрыто приблизительно 9/10 уступа 22, образованного между проходящим в радиальном направлении каналом 23 и опорной поверхностью 31 седла 3 клапана. Благодаря этому достигается то, что жидкость, которая находится со стороны выпуска под большим давлением и при открытии клапана с очень большой скоростью потока обтекает уплотнительный шарик 4, не направляется непосредственно на уступ 22. Благодаря этому предотвращается эрозия корпуса 2 клапана в этой области. Уплотнительный шарик 4 посредством стержня 5 клапана может прижиматься к соответствующему приемному элементу 36, который расположен на расположенном со стороны выпуска конце канала 30 клапана. Посредством согласованного приемного элемента 36 обеспечивается лучшая герметизация седла 3 клапана.

Посредством конического (воронкообразного) расширения выступа 32, начиная с расположенного со стороны выпуска конца канала 30 клапана, может быть получена зависимая от хода клапана характеристика открытого поперечного сечения потока, так что может быть обеспечено оптимизированное регулирование протекающего потока и регулирование давления.

Кроме того, посредством соответствующего выполнения конического (воронкообразного) расширения выступа 32 может быть обеспечено уменьшение завихрений потока на выходе регулирующего клапана 1 высокого давления.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ

1 - регулирующий клапан высокого давления

2 - корпус клапана

3 - седло клапана

4 - уплотнительный элемент

5 - управляющий элемент

6 - устройство управления

20 - впуск

21 - выпуск

22 - уступ/протяженный участок

23 - отверстие/канал

30 - канал клапана

31 - опорная поверхность

32 - выступ

36 - приемный элемент

60 - каркас катушки

61 - катушка

62 - сердечник

63 - корпус

64 - соединительные контакты

65 - втулка

66 - сварное соединение

68 - нажимная пружина

69 - опора

Claims

1. Регулирующий клапан (1) высокого давления, имеющий корпус (2) клапана с впуском (20) и выпуском (21), причем выпуск (21) образован по меньшей мере одним радиально проходящим отверстием (23) в корпусе (2) клапана, выполненное, по существу, в форме диска седло (3) клапана, которое расположено на корпусе (2) клапана между впуском (20) и выпуском (21) и имеет канал (30) клапана, который соединяет впуск (20) и выпуск (21), уплотнительный элемент (4), который надлежащим образом расположен на управляющем элементе (5), чтобы закрывать канал (30) клапана, и управляющее устройство (6), которое выполнено надлежащим образом для осуществления перемещения управляющего элемента таким образом, чтобы осуществлялось открытие и закрытие клапана,
отличающийся тем, что
седло (3) клапана со стороны выпуска имеет окружный выступ (32), проходящий аксиально от опорной поверхности (31) в направлении отверстия (23), так что при открытии клапана (1) предотвращается непосредственное обтекание корпуса (2) клапана и выступ (32) имеет согласованную с уплотнительным элементом выемку (36) для размещения уплотнительного элемента (4).

2. Регулирующий клапан (1) высокого давления по п. 1, отличающийся тем, что для уменьшения завихрения в потоке выступ (32) выполнен в виде конически расширяющегося краевого выступа.

3. Регулирующий клапан (1) высокого давления по п. 1 или 2, отличающийся тем, что выступ (32) закрывает по меньшей мере половину протяженного участка (22) между опорной поверхностью и отверстием (23).

4. Регулирующий клапан (1) высокого давления по п. 3, отличающийся тем, что выступ (32) закрывает по меньшей мере 9/10 протяженного участка (22) между опорной поверхностью и отверстием (23).

5. Регулирующий клапан (1) высокого давления по п. 4, отличающийся тем, что выступ (32) полностью закрывает протяженный участок между опорной поверхностью (31) и отверстием (23).

6. Регулирующий клапан (1) высокого давления по п. 1, отличающийся тем, что уплотнительный элемент (4) выполнен в виде уплотнительного шарика.

7. Регулирующий клапан (1) высокого давления по п. 1, отличающийся тем, что управляющий элемент (5) выполнен в виде управляющего стержня.