Запорное устройство

Изобретение относится к машиностроению, преимущественно к конструкциям клапанных устройств, предназначено для использования в качестве дозаторов газообразного и жидкого топлива в двигателях внутреннего сгорания. Запорное устройство включает плоский запорный орган и седло. Седло содержит основание со сквозными отверстиями круглого сечения. В отверстиях основания установлены стойки. В каждой из них выполнен осевой сквозной дозирующий канал круглого сечения. Верхние торцы стоек расположены на одном уровне с образованием единой посадочной поверхности для запорного органа. Изобретение направлено на расширение номенклатуры запорных устройств, обеспечивающих высокое быстродействие электромагнитных клапанов дозирующих устройств. 1 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению, преимущественно к конструкциям клапанных устройств, используемых в качестве дозаторов газообразного и жидкого топлива в двигателях внутреннего сгорания.

Известны запорные устройства, которые содержат плоский запорный орган и седло с одним круглым дозирующим каналом, например запорное устройство, используемое в электромагнитном клапане [а.с. СССР 1000654, F 16 K 31/02, опубл. 1983 г.].

Данное запорное устройство имеет простую конструкцию. Однако применительно к использованию его в электромагнитных клапанах дозирующих устройств, где требуется высокое быстродействие и, соответственно, малый рабочий ход запорного органа, оно не свободно от недостатков.

В рассматриваемом устройстве при малом рабочем ходе запорного органа гидравлическое (аэродинамическое) сопротивление щели "запорный орган - седло" составляет значительную величину. Кроме того, уменьшение хода запорного органа ограничено требованием обеспечения заданного расхода рабочего тела. В результате требуемые расходные характеристики достигаются при относительно большом ходе запорного органа, то есть данное устройство не обеспечивает высокого быстродействия.

Известно запорное устройство, используемое в электроуправляемом газовом клапане [патент РФ 2142088, F 16 K 31/02, опубл. 1999 г.], содержащее плоский запорный орган тарельчатого типа и седло с кольцевым дозирующим каналом.

В рассматриваемой конструкции рабочая среда поступает в кольцевую дозирующую щель седла как с наружной, так и с внутренней ее стороны, что при прочих равных условиях способствует уменьшению гидравлического (аэродинамического) сопротивления щели "запорный орган - седло". Однако в случае дозирования малых расходов рабочего тела кольцевая щель должна быть очень узкой, что трудно достижимо технологически.

В качестве прототипа авторами выбрано запорное устройство, описанное в а.с. СССР 338721, F 16 K 1/42, опубл. 1972 г.

Запорное устройство содержит плоский запорный орган тарельчатого типа и седло, имеющее цилиндрический корпус, в основании которого выполнены по меньшей мере два дозирующих канала круглого сечения. Внутри корпуса с небольшим зазором относительно его стенок размещен дополнительный цилиндр из упругого эластичного материала, высота которого превышает высоту корпуса седла.

Наличие внутреннего цилиндра с чрезмерно развитым относительно размеров дозирующих каналов диаметром приводит к снижению сопротивления щели "запорный орган - седло", что позволяет уменьшить рабочий ход запорного органа. Однако за счет достаточно большой эффективной площади запорного органа в данном устройстве значительно возрастает величина дополнительного усилия со стороны рабочего тела на запорный орган, возникающего из-за перепада давления на нем, что повышает требования к силовым характеристикам привода запорного органа.

Задачей заявляемого изобретения является расширение номенклатуры запорных устройств, обеспечивающих высокое быстродействие электромагнитных клапанов дозирующих устройств.

Сущность изобретения заключается в том, что в запорном устройстве, включающем плоский запорный орган и седло, содержащее основание со сквозными отверстиями круглого сечения, согласно изобретению в отверстиях основания установлены стойки, в каждой из которых выполнен осевой сквозной дозирующий канал круглого сечения, при этом верхние торцы стоек расположены на одном уровне с образованием единой посадочной поверхности для запорного органа.

Принципиально важным в предлагаемой конструкции является то, что дозирующие каналы для прохода рабочего тела выполнены в стойках, установленных в отверстиях основания седла. При таком расположении стоек их верхние торцы приподняты над торцевой поверхностью основания седла. Это приводит к снижению сопротивления щели "запорный орган - седло", поскольку рабочее тело свободно подходит к торцам стоек и поступает в дозирующий канал каждой стойки со всех сторон ее торцевой кольцевой поверхности. При этом, поскольку верхние торцы стоек расположены на одном уровне с образованием единой посадочной поверхности для запорного органа, достигается плотное прижатие запорного органа к стойкам и, соответственно, надежное перекрытие дозирующих каналов, что способствует повышению точности дозирования.

Другой важной особенностью предлагаемой конструкции является то, что благодаря наличию стоек с осевыми сквозными каналами в седле образован не единый дозирующий канал круглого сечения, а несколько дозирующих каналов. Наличие нескольких дозирующих каналов позволяет обеспечить заданные расходные характеристики устройства при малом ходе запорного органа.

Это может быть проиллюстрировано при сравнительном анализе заявляемого запорного устройства с традиционно применяемым запорным устройством, седло которого имеет один дозирующий канал круглого сечения.

Рассмотрим запорное устройство, дозирующий канал которого имеет диаметр d₁, а рабочий ход (высота подъема) запорного органа составляет величину δ₁.

Для обеспечения заданной расходной характеристики площадь S поперечного сечения дозирующего канала, определяющая расход рабочего тела, должна быть равна площади кольцевой щели "запорный орган - седло" и может быть представлена следующим выражением:

откуда

Для обеспечения такой же расходной характеристики в заявляемом устройстве, содержащем n стоек с дозирующими каналами диаметром d₂, суммарная площадь поперечного сечения указанных n дозирующих каналов, определяющая расход рабочего тела, должна быть равна площади кольцевой щели "запорный орган-седло " при величине рабочего хода запорного органа δ₂, а также должна равняться площади S поперечного сечения дозирующего канала диаметром d₁, и может быть представлена следующим выражением:

Из приведенных выражений следует, что

Таким образом, за счет наличия в седле n стоек с дозирующими каналами в предлагаемом устройстве высота δ₂ подъема запорного органа в раз меньше по сравнению с высотой δ₁ подъема запорного органа в случае использования седла с одним дозирующим каналом. То есть при прочих равных условиях заявляемая конструкция обеспечивает увеличение быстродействия запорного органа.

На чертеже представлено предлагаемое запорное устройство.

Устройство содержит плоский запорный орган 1 и седло, включающее основание 2 и вертикально установленные в нем стойки 3 с осевыми дозирующими каналами 4 круглого сечения. Стойки 3 запрессованы в отверстия 5, выполненные в основании 2. Диаметр входных отверстий дозирующих каналов 4 составляет величину d₂. Рабочий ход запорного органа 1 составляет величину δ₂. Верхние торцы стоек 3 расположены на одном уровне.

Устройство работает следующим образом.

В случае, когда между запорным органом 1 и верхними торцами стоек 3 имеется зазор δ₂, рабочее тело под давлением P₁ через указанный зазор подходит со всех сторон к верхним торцам стоек 3 и далее через дозирующие каналы 4 истекает в пространство за седлом, находящееся под давлением Р₀ (при этом Р₀<P₁).

В случае, когда запорный орган 1 прижат к торцевым поверхностям стоек 3, дозирующие каналы 4 перекрыты, и истечения рабочего тела в пространство за седлом нет.

Запорное устройство, включающее плоский запорный орган и седло, содержащее основание со сквозными отверстиями круглого сечения, отличающееся тем, что в отверстиях основания установлены стойки, в каждой из которых выполнен осевой сквозной дозирующий канал круглого сечения, при этом верхние торцы стоек расположены на одном уровне с образованием единой посадочной поверхности для запорного органа.