PL189546B1 - Zawór elektromagnetyczny do płynów gazowych - Google Patents

Abstract

1. Zawór elektromagnetyczny do plynów gazowych zawierajacy kombinacje obwodu elektromagnetycznego, który po aktywowaniu wytwarza sile elektromagnetyczna do mechanicznego otwierania lub zamykania zaworu, ruchomy tarczowo uformowany czlon, którego przynajmniej czesc jest zawarta w obwodzie elektromagnetycznym i tarczowo ufor- mowany czlon jest prowadzony ruchem liniowym prostopa- dlym do powierzchni tarczowo uformowanego czlonu, gniazdo zaworowe wspólpracujace z tarczowo uformo- wanym czlonem zapewniajace mechaniczne zamykanie i uszczelnianie zaworu, element sprezysty, który oddzialy- wuje na tarczowo uformowany czlon, i element odmierzaja- cy w postaci ograniczenia umieszczonego bezposrednio za gniazdem zaworowym, wytwarzajacego warunki akustyczne dla przeplywu gazu, co sprawia ze przeplyw gazu przy zaworze otwartym jest niezalezny od fluktuacji cisnienia splywu, znamienny tym, ze ruchomy tarczowo uformowany c z l o n ( 1 7 m a p o s t a c k o l i s t a i j e s t w y p o s a z o n y w e wspólsrodkowy cylindryczny czlon prowadzacy, ko- rzystnie wal (34), przymocowany prostopadle do górnej powierzchni tarczowo uformowanego czlonu (17), umiesz- czonego w lozysku slizgowym (14) w srodku armatury (12) dla prowadzenia tarczowo uformowanego czlonu (17) w kierunku prostopadlym do pow ierzchni tarczy czlonu. F IG .1 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest zawór elektromagnetyczny do płynów gazowych. Ten rodzaj zaworu ma szczególne zastosowanie jako zawór wtryskowy do paliw gazowych przeznaczonych do silników spalinowych.

Problemy powodowane przez zanieczyszczenie atmosfery gazami spalinowymi z silników spalinowych takich jak silniki samochodowe powodują poszukiwanie przez naukowców i producentów samochodów nowych paliw i paliw alternatywnych takich jak na przykład sprężony gaz ziemny lub upłynniony gaz naftowy (LPG), które potencjalnie oferują znaczącą redukcję emisji gazów zanieczyszczających i gazów szklarniowych.

189 546

Obecne rozwiązania dotyczące wtryskiwania i odmierzania takich nowych paliw do silników spalinowych nie oferują jednakże osiągów równoważnych rozwiązaniom stosowanym dla zwykłej benzyny.

Zasady znanych układów paliwowych do odmierzania i mieszania paliwa gazowego z powietrzem wlotowym do silnika spalinowego bazują na efekcie Venturiego lub na ciągłym wtryskiwaniu paliwa. Jednakże układy takie posiadają zwykle znaczącą ilość elementów mechanicznych i nie oferują czasów reakcji odpowiednich do dostosowywania się do znaczących czasami zmian zapotrzebowania na paliwo przez silnik.

Tak więc, jeżeli tego rodzaju znane układy wtryskiwania paliwa gazowego pracują łącznie z przykładowo towarzyszącym układem oczyszczania gazu wydechowego typu trój drogowego konwertora katalitycznego z kontrolą poprzez sondę lambda, to ich właściwości nie pozwalają na utrzymanie stosunku powietrza do paliwa na poziomie wartości pożądanej podczas szybkich przejść w obciążeniu i prędkości silnika dla zapewnienia optymalnego oczyszczenia gazów wydechowych.

Przedmiotem wynalazku jest zawór elektromagnetyczny do płynu gazowego zawierający kombinację obwodu elektromagnetycznego, który po aktywowaniu wytwarza siłę elektromagnetyczną do mechanicznego otwierania lub zamykania zaworu, ruchomy tarczowo uformowany człon, którego przynajmniej część jest zawarta w obwodzie elektromagnetycznym i tarczowo uformowany człon jest prowadzony ruchem liniowym prostopadłym do powierzchni tarczowo uformowanego członu, gniazdo zaworowe współpracujące z tarczowo uformowanym członem zapewniające mechaniczne zamykanie i uszczelnianie zaworu, element sprężysty, który oddziaływuje na tarczowo uformowany człon, i element odmierzający w postaci ograniczenia umieszczonego bezpośrednio za gniazdem zaworowym, wytwarzającego warunki akustyczne dla przepływu gazu, co sprawia że przepływ gazu przy zaworze otwartym jest niezależny od fluktuacji ciśnienia spływu. Ruchomy tarczowo uformowany człon ma postać kolistą i jest wyposażony we współśrodkowy cylindryczny człon prowadzący, korzystnie wał, przymocowany prostopadle do górnej powierzchni tarczowo uformowanego członu, umieszczonego w łożysku ślizgowym w środku armatury dla prowadzenia tarczowo uformowanego członu w kierunku prostopadłym do powierzchni członu.

Korzystnie łożysko ślizgowe jest łożyskiem nie wymagającym smarowania.

Korzystnie gniazdo zaworowe ma postać pierścieniową i zawiera uszczelnienie względem dolnej powierzchni tarczowo uformowanego członu w położeniu spoczynkowym.

Korzystnie gniazdo zaworowe jest wyposażone w pierścień z materiału elastycznego, o właściwościach absorpcyjnych energii udaru, ograniczający odbicia członu na gnieździe po dezaktywacji solenoidu, a ponadto jest uszczelnieniem zaworu po zamknięciu.

Korzystnie element sprężysty ma postać sprężyny umieszczonej w środku tarczowo uformowanego członu.

Korzystnie tarczowo uformowany człon jest wyposażony w rowki, rozmieszczone promieniowo na jego dolnej powierzchni, przy czym rowki mają przekrój klinowy.

Korzystnie tarczowo uformowany człon jest wyposażony w szczeliny, rozmieszczone promieniowo w członie, o przekroju klinowym.

Korzystnie tarczowo uformowany człon jest wyposażony w przynajmniej jeden przelotowy otwór, mający ściany boczne pochylone względem dolnej i górnej powierzchni członu.

Zawór elektromagnetyczny do ogólnych płynów gazowych według wynalazku może być wykorzystywany w wielu zastosowaniach przemysłowych, w których istnieje potrzeba stosowania prostego odpornego na zużycie zaworu o maksymalnie krótkim czasie reakcji.

Elektromagnetyczny zawór wtryskowy może być stosowany do paliw gazowych przeznaczonych na przykład do silnika spalinowego. Tego rodzaju zawór wtryskowy może być zamontowany na wlocie lub wlotowym przewodzie rozgałężnym silnika spalinowego dla wtryskiwania paliwa. Ze względu na krótki czas reakcji zaworu powinien on być uruchamiany w sposób pulsacyjny.

Całkowity czas reakcji tradycyjnego układu wtryskiwania paliwa gazowego wynika z działania aktywatora lub aktywatorów, które są stosowane do odmierzania paliwa, czasu potrzebnego na transport mieszanki gazowej przez rurę wlotową lub przewód rozgałęźny od

189 546 odpowiedniego cylindra i właściwości transportowe paliwa poprzez rury zasilające do przewodu rozgałęźnego.

Ważna korzyść zaworu według wynalazku polega na tym, że posiada on tylko jedną (dwie, jeżeli liczyć sprężynę) część ruchomą, małą bezwładność skrajnie krótki czas reakcji i dużą odporność na zużycie. Gdy tego rodzaju zawór jest zastosowany jako zawór wtryskowy do paliwa gazowego silnika spalinowego to umożliwia on zastosowanie pulsacyjnego rodzaju wtryskiwania gazu do przepływu powietrza wprowadzanego przez wlot lub wlotowy przewód rozgałęźny do silnika spalinowego, umożliwiając optymalne zmieszanie tych dwóch przepływów. W wyniku bardzo prostego ale nowatorskiego projektu uzyskuje się znakomitą niezawodność i trwałość zaworu.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój przez zawór elektromagnetyczny do paliwa gazowego według wynalazku, fig. 2 - rozwiązanie dolnej powierzchni tarczowo uformowanego członu 17, fig. 3 - przekrój przez tarczowo uformowany człon według fig. 2, fig. 4 i 5 - dwa inne rozwiązania tarczowo uformowanego członu, a fig. 6 - silnik spalinowy z zaworem wtryskowym według wynalazku.

Wynalazek zostanie obecnie opisany poprzez konkretne rozwiązanie przykładowe. Na fig. 1 pokazano przekrój przez zawór elektromagnetyczny do płynów gazowych według wynalazku. To specyficzne rozwiązanie zaworu może być stosowane jako elektromagnetyczny zawór wtryskowy do paliw gazowych dla silnika spalinowego. Ze względu na jego charakterystykę nadaje się on szczególnie do kontrolowania dla spowodowania pośredniego, pulsacyjnego wtryskiwania do silnika paliw gazowych pod ciśnieniem. Wtryskiwanie pośrednie dotyczy takiego rodzaju wtryskiwania, według którego paliwo gazowe jest dodawane do przepływu powietrza podawanego do cylindra lub cylindrów. Zawór powinien być zamontowany bardzo blisko wlotu silnika dla zapewnienia bardzo krótkiego całkowitego czasu reakcji układu paliwowego. Na wielocylindrowym silniku można zastosować wspólny zawór dla wszystkich cylindrów, z rozprowadzaniem mieszanki powietrze-gaz przez przewód rozgałęźny do każdego odpowiedniego wlotu. W następnej konfiguracji, na przewodzie rozgałęźnym można zamontować po jednym oddzielnym zaworze dla każdego cylindra blisko odpowiedniego wlotu. Daje to korzyść indywidualnego odmierzania paliwa do każdego odpowiedniego cylindra.

Zawór elektromagnetyczny 10 zawiera obwód magnetyczny mający utwierdzoną armaturę 12 i tarczowo uformowany człon 17, tworzący ruchomą część tego obwodu magnetycznego. Należy zauważyć, że tylko część tarczowo uformowanego członu musi być zdolna do przewodzenia pola magnetycznego. Połączenia elektryczne 33 na solenoidowej cewce są tak rozmieszczone, że odbierają energię elektryczną, która umożliwia aktywację zaworu elektromagnetycznego przez wytwarzanie siły magnetycznej, która spowoduje przemieszczenie tarczowo uformowanego członu 17.

Pierścieniowe gniazdo zaworowe 24 współpracuje z tarczowo uformowanym członem i sprężysty człon na przykład w postaci sprężyny 15 w tym rozwiązaniu odchyla tarczowo uformowany człon do kontaktu z gniazdem zaworowym 24, gdy zawór nie jest aktywowany. Tym samym zawór jest normalnie zamknięty. Zawór ogólnego przeznaczenia tego rodzaju może oczywiście być zaprojektowany jako normalnie otwarty.

W przedstawionym rozwiązaniu tarczowo uformowany człon 17 jest okrągły i jest wyposażony we współśrodkowy cylindryczny człon prowadzący lub wał 34, przytwierdzony i umieszczony prostopadle do górnej powierzchni tarczowo uformowanego członu dla prowadzenia ruchu tego tarczowo uformowanego członu w kierunku prostopadłym do powierzchni członu. Człon prowadzący 34 tarczowo uformowanego członu 17 jest w tym rozwiązaniu umieszczony w odpowiednim łożysku ślizgowym przy środku utwierdzonej armatury 12. Łożyękn mnżp hvć. tvnii samnsrriarowneeo.

Sprężysty człon 15 jest w tym przypadku umieszczony pomiędzy członem prowadzącym a utwierdzoną armaturą. W rozwiązaniu przedstawionym na fig. 1 człon prowadzący 34 tworzy rurę, której cylindryczne wnętrze 35 jest przystosowane do pomieszczenia dolnej części tego członu sprężystego w postaci sprężyny 15. Górna część sprężyny 15 jest umieszczona w cylindrycznej wnęce 37 w środku armatury 12. Cylindryczna powierzchnia zewnętrzna członu prowadzącego ślizga się w łożysku 14 i prowadzi ruch tarczowo uformowanego członu 17.

189 546

W innych rozwiązaniach zaworu według wynalazku prowadzenie tarczowo uformowanego członu może być realizowane przy obrzeżu tego członu. W takim przypadku nie jest potrzebny żaden centralny człon prowadzący 34 i współpracujące łożysko ślizgowe 14. Element sprężysty 15 może oczywiście być również umieszczony przy obrzeżu tarczowo uformowanego członu i nie musi mieć postaci sprężyny. Może on przykładowo mieć postać pierścienia z materiału elastycznego.

Dla utrzymania krótkiego czasu reakcji zaworu ważne jest, aby było zawsze to samo ciśnienie po obu stronach członu a tym samym również przy zastartowaniu, gdy sprężony gaz nagle wchodzi do bloku 26 zaworu. Można to uzyskać za pomocą na przykład kanału obejściowego w korpusie zaworu, umożliwiając pneumatyczne komunikowanie się obu stron członu. Odpowiednie otwory w członu mogą dać ten sam rezultat. Gaz może również krążyć dookoła krawędzi członu pomiędzy członem a wewnętrzną powierzchnią obudowy zaworu. Dla szybkiego wyrównania ciśnienia na obu stronach tarczowo uformowanego członu, na wierzchu tego tarczowo uformowanego członu 17 można umieścić cienki krążek wyposażony w przynajmniej jedną promieniową szczelinę rozpoczynającą się przy obrzeżu członu.

W szczególnym rozwiązaniu zaworu według wynalazku jak przedstawiono na fig. 1 - 3 do stosowania jako zawór wtryskowy, tarczowo uformowany człon porusza się tylko o 0,3 mm, co oznacza, że turbulencja gazu dookoła krawędzi ma znaczenie pomijalne. Krążek może również mieć znacznie mniejszą średnicę niż jak pokazano na fig. 1 i może być wyposażony przy obrzeżu w wirnikowe łopatki. W przedstawionym rozwiązaniu aktywacja obwodu elektromagnetycznego będzie przesuwała tarczowo uformowany człon w górę na fig. 1 i tym samym spowoduje otwarcie zaworu. Otwór wlotowy 26 płynu gazowego stanowiącego paliwo jest umieszczony na boku korpusu 18 zaworu wtryskowego. Otwór wlotowy może oczywiście być umieszczony odmiennie.

Pierścieniowe gniazdo zaworowe 24 uszczelnia dolną powierzchnię tarczowo uformowanego członu 17 w położeniu spoczynkowym. Korzystnie gniazdo tworzy pierścień 21 z na przykład dość elastycznego materiału, takiego jak polimer. Umożliwia to z jednej strony absorpcję energii udaru, gdy człon ląduje na gnieździe wskutek dezaktywacji solenoidu 13 a z drugiej strony pozwala na znakomite uszczelnienie zaworu tak, że gazowy płyn nie może krążyć z wlotu 26 przez zawór do przewodu wylotowego 36, gdy zawór jest zamknięty.

Gdy solenoid 13 zostanie aktywowany elektrycznie, wówczas tarczowo uformowany człon 17, którego przynajmniej część jest zawarta w obwodzie elektromagnetycznym, przesuwa się z dolnego położenia w stronę górnego położenia na fig. 1 i umożliwia dalsze przejście przepływu płynu gazowego z przewodu wlotowego 26 poprzez współosiową pierścieniową wnękę 27, umieszczoną pod członem, pomiędzy członem a pierścieniowym gniazdem w kierunku kanału spływowego 23 i przewodu wylotowego 36. Obszar przekrojowy kanału 23 zaworu jest w tym rozwiązaniu wyznaczony precyzyjnie dla uzyskania akustycznego przepływu płynu gazowego poprzez zawór. Oznacza to, że wielkość przepływu będzie niezależna od ciśnienia po spływowej stronie zaworu, co jest bardzo ważne w zastosowaniu jako zawór wtryskowy ponieważ ciśnienie to znacząco zmienia się podczas cyklu roboczego silnika. Jednocześnie zostanie wyznaczone rozwarcie pomiędzy gniazdem 24 a członem w całkowicie otwartym położeniu zaworu tak, że jest ono znacznie większe niż obszar otworu 23, który będzie umożliwiał akustyczny przepływ w otworze 23. Tak więc przepływ płynu gazowego zależy tylko od ciśnienia płynu gazowego na wlocie do zaworu 10.

W zalecanym rozwiązaniu, tarczowo uformowany człon 17 jest wyposażony w rowki 25 rozmieszczone promieniowo na jego dolnej powierzchni, jak pokazano na fig. 2. Rowki te mają odcinek nachylony, który powoduje obrót członu 17, gdy gazowy płyn krąży z przewodu uWtnwpon 96 nnnr7P7 7awńr w ctrgnp nrzCWOdu wulotOWCPO 36. Skokowv obrót krażka umożliwia jednolite zużycie gniazda 24, krążka w obszarze, w którym dotyka gniazda 24 w położeniu zamkniętym, członu prowadzącego 34 na członie 17 i łożyska ślizgowego 14. Obrót członu może również być uzyskany za pomocą na przykład przelotowych otworów, mających ściany boczne nachylone względem dolnej i górnej powierzchni członu 17 lub też szczeliny 28 rozmieszczone promieniowo na członie 17 również mają odcinek nachylony. Na zewnątrz centralnego obszaru członu, współpracującego z gniazdem zaworowym można usunąć materiał dla zmniejszenia masy członu 17.

189 546

Gdy zawór taki jest stosowany jako zawór wtryskowy do silnika spalinowego 38, przewody elektryczne 33 solenoidu 13 mogą być przyłączone do zespołu kontrolnego 39, który dostarcza sygnał regulacyjny dla aktywowania zaworu. Korzystnie na silniku są umieszczone liczne sondy 40, 41, które mierzą bieżące parametry regulacyjne, które są doprowadzane do zespołu kontrolnego, w którym jest dokonywane obliczenie według określonego odpowiedniego algorytmu regulacyjnego w wytwarza się wynikowy sygnał regulacyjny.

Rozwiązanie takie umożliwia wtryskiwanie paliwa gazowego o zmiennym czasie trwania i zmiennej częstotliwości, a tym samym o zmiennej objętości i o zmiennej fazie. Zawór wtryskowy może w konsekwencji dostarczać paliwo w dowolnym szczególnym momencie cyklu pracy silnika, nawet jeżeli jest lub są zamknięte zawory silnika. W takim przypadku w przewodzie rozgałęźnym zostaje natychmiast zmagazynowana odpowiednia mieszanka powietrze-gaz, oczekując na następne otwarcie odpowiedniego zaworu.

F/C 6

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.

Claims (8)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Zawór elektromagnetyczny do płynów gazowych zawierający kombinację obwodu elektromagnetycznego, który po aktywowaniu wytwarza siłę elektromagnetyczną do mechanicznego otwierania lub zamykania zaworu, ruchomy tarczowo uformowany człon, którego przynajmniej część jest zawarta w obwodzie elektromagnetycznym i tarczowo uformowany człon jest prowadzony ruchem liniowym prostopadłym do powierzchni tarczowo uformowanego członu, gniazdo zaworowe współpracujące z tarczowo uformowanym członem zapewniające mechaniczne zamykanie i uszczelnianie zaworu, element sprężysty, który oddziaływuje na tarczowo uformowany człon, i element odmierzający w postaci ograniczenia umieszczonego bezpośrednio za gniazdem zaworowym, wytwarzającego warunki akustyczne dla przepływu gazu, co sprawia że przepływ gazu przy zaworze otwartym jest niezależny od fluktuacji ciśnienia spływu, znamienny tym, że ruchomy tarczowo uformowany człon (17) ma postać kolistą i jest wyposażony we współśrodkowy cylindryczny człon prowadzący, korzystnie wał (34), przymocowany prostopadle do górnej powierzchni tarczowo uformowanego członu (17), umieszczonego w łożysku ślizgowym (14) w środku armatury (12) dla prowadzenia tarczowo uformowanego członu (17) w kierunku prostopadłym do powierzchni tarczy członu.
2. 2. Zawór według zastrz. 1, znamienny tym, że łożysko ślizgowe (14) jest łożyskiem nie wymagającym smarowania.
3. 3. Zawór według zastrz. 1, znamienny tym, że gniazdo zaworowe (24) ma postać pierścieniową i zawiera uszczelnienie względem dolnej powierzchni tarczowo uformowanego członu (17) w położeniu spoczynkowym.
4. 4. Zawór według zastrz. 1, znamienny tym, że gniazdo zaworowe (24) jest wyposażone w pierścień (21) z materiału elastycznego, o właściwościach absorpcyjnych energii udaru, ograniczający odbicia członu na gnieździe po dezaktywacji solenoidu (13), a ponadto jest uszczelnieniem zaworu po zamknięciu.
5. 5. Zawór według zastrz. 1, znamienny tym, że element sprężysty (15) ma postać sprężyny umieszczonej w środku tarczowo uformowanego członu (17).
6. 6. Zawór według zastrz. 1, znamienny tym, że tarczowo uformowany człon (17) jest wyposażony w rowki (25), rozmieszczone promieniowo na jego dolnej powierzchni, przy czym rowki mają przekrój klinowy.
7. 7. Zawór według zastrz. 1, znamienny tym, że tarczowo uformowany człon (17) jest wyposażony w szczeliny (28), rozmieszczone promieniowo w członie (17), o przekroju klinowym.
8. 8. Zawór według zastrz. 1, znamienny tym, że tarczowo uformowany człon (17) jest wyposażony w przynajmniej jeden przelotowy otwór (28), mający ściany boczne pochylone względem dolnej i górnej powierzchni członu (17).