деселератор, встроенный в выхлопную систему транспортного средства с двигателем внутреннего сгорания

Формула изобретения

1. Деселератор (1), установленный в выхлопной системе транспортного средства с двигателем внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере один клапан (2), снабженный корпусом (4), образующим канал (5), и подвижной заслонкой (7), которая расположена поперечно указанному каналу (5) и соединена с управляющим валом (8), и средства управления указанной заслонкой, содержащие уравнительное устройство (20) выравнивания противодавления, создаваемого при воздействии указанной подвижной заслонки на газы, причем указанное уравнительное устройство предназначено для срабатывания, когда заслонка (7) находится в закрытом положении, начиная с определенной пороговой величины противодавления, открывания выпускного канала (21) при достижении противодавлением указанной пороговой величины, и удерживания его открытым за пределами пороговой величины давления независимо от режима работы двигателя с тем, чтобы создавать соответствующий расход выпуска выхлопных газов, причем уравнительное устройство (20) содержит тарированный клапан (22), расположенный в указанном выпускном канале (21), и пружину (27) сжатия, расположенную позади указанного тарированного клапана (22) и оттарированную на указанную пороговую величину давления, отличающийся тем, что указанное уравнительное устройство (20) встроено в корпус (4) клапана (2) и содержит направляющую втулку (10), через которую проходит вал (8), и в которой имеется осевая полость (23), предназначенная для установки указанного тарированного клапана (22) и его пружины (27) коаксиально указанному валу (8), а выпускной канал (21) расположен, по существу, перпендикулярно валу (8) и выходит в канал (5) ниже указанной заслонки с тем, чтобы вместе с уравнительным устройством (20) создавать перепускной проход для выпуска части потока выхлопных газов.

2. Деселератор по п.1, отличающийся тем, что направляющая втулка (10) содержит по меньшей мере одно радиальное отверстие (24), сообщающееся с нижней по потоку частью выпускного канала (21).

3. Деселератор по п.1, отличающийся тем, что направляющая втулка (10) имеет кольцевое седло (25), предназначенное для установки в упор указанного тарированного клапана (22), причем в указанном седле образовано отверстие (26), устанавливающее сообщение между указанным тарированным клапаном (22) и каналом (5) выше заслонки (7).

4. Деселератор по п.3, отличающийся тем, что кольцевое седло (25) выполнено в виде врезного кольца, расположенного в соответствующей канавке в указанной направляющей втулке (10), причем внутренний диаметр указанного врезного кольца больше диаметра вала (8) с образованием отверстия (26).

5. Деселератор по п.1, отличающийся тем, что заслонка (7) содержит полость (29), обращенную к тарированному клапану (22) и сообщающуюся с каналом (5) выше заслонки (7), когда эта последняя находится в закрытом положении.

6. Деселератор по п.1, отличающийся тем, что тарированный клапан (22) имеет прокладку (22"), расположенную вокруг вала (8) заслонки (7).

7. Деселератор по п.1, отличающийся тем, что направляющая втулка (10) содержит в своей осевой полости (23) кольцо (28), снабженное прокладкой (28"), которая окружает вал (8) заслонки (7).

8. Деселератор по п.6 или 7, отличающийся тем, что прокладки (22", 28") изготовлены из графита.

9. Деселератор по п.1, отличающийся тем, что направляющая втулка (10) имеет опорную поверхность (10"), расположенную напротив соответствующей поверхности заслонки (7), для образования первой осевой опоры.

10. Деселератор по п.9, отличающийся тем, что клапан (2) содержит вторую направляющую втулку (9), предназначенную для направления второго конца указанного управляющего вала (8), причем указанная вторая втулка имеет опорную поверхность (9"), расположенную напротив соответствующей поверхности заслонки (7), для образования второй осевой опоры.

11. Деселератор по п.9 или 10, отличающийся тем, что направляющие втулки (9, 10) имеют наружную резьбу и ввинчиваются в соответствующие отверстия, выполненные в корпусе (4).

12. Деселератор по п.11, отличающийся тем, что направляющие втулки (9, 10) обработаны для создания низкого коэффициента трения и обеспечения способности выдерживать высокие температуры и окисляющее воздействие выхлопных газов.

Описание изобретения к патенту

Область техники

Изобретение относится к деселератору, устанавливаемому в выхлопной системе транспортного средства с двигателем внутреннего сгорания. Деселератор содержит по меньшей мере один клапан, снабженный корпусом, образующим канал, и подвижной заслонкой, которая расположена поперечно указанному каналу и соединена с управляющим валом, и средства управления указанной заслонкой, содержащие уравнительное устройство для выравнивания противодавления, создаваемого при воздействии указанной подвижной заслонки на газы. Уравнительное устройство предназначено для срабатывания, когда заслонка находится в закрытом положении, начиная с определенной пороговой величины противодавления, открывания выпускного канала при достижении противодавлением указанной пороговой величины и удерживания его открытым за пределами пороговой величины давления независимо от режима работы двигателя с тем, чтобы создавать соответствующий расход выпуска выхлопных газов. При этом уравнительное устройство содержит тарированный клапан, расположенный в указанном выпускном канале, и пружину сжатия, расположенную позади указанного тарированного клапана и оттарированную на указанную пороговую величину давления.

Уровень техники

Данный тип деселератора хорошо известен, в частности, в области промышленных транспортных средств с двигателями внутреннего сгорания. Учитывая большую инерцию этих машин, в них в дополнение к тормозной системе необходимо применение деселератора, который встраивается в выхлопную систему, предпочтительно между двигателем и глушителем, и обычно устанавливается на выходе турбокомпрессора, питаемого от выхлопного коллектора. Обычно деселератор управляется левой педалью, чтобы избежать одновременного нажатия на педаль сцепления. Деселератор позволяет создавать противодавление в выхлопной системе. Такое противодавление может быть более или менее высоким в зависимости от положения заслонки и степени ее открытия. Противодавление обеспечивает снижение числа оборотов двигателя, дополняя тем самым действие тормозной системы транспортного средства. Чем выше противодавление, тем эффективнее осуществляется снижение скорости. Однако необходимо ограничивать это противодавление до максимально допустимого давления для выхлопного коллектора во избежание повторного открытия впускных клапанов. Это противодавление зависит от давления выхлопных газов на заслонку и находится в асимптотической функции работы двигателя. Следовательно, каждому режиму работы двигателя соответствует определенный уровень противодавления и, соответственно, определенный уровень снижения скорости. В целях оптимизации процесса снижения скорости стремятся сделать эту функцию постоянной для любых режимов работы двигателя, начиная с самых малых оборотов, при этом противодавление не должно превышать максимально допустимого давления.

Одно из известных устройств описано в европейской заявке ЕР 536284, в котором модулятор выпуска выхлопных газов содержит перекрывающую заслонку с двумя выпускными отверстиями, перекрываемыми с помощью плоских пружин различной жесткости. По достижении первого уровня противодавления первая плоская пружина открывает первое выхлопное отверстие, открывая проход для части выхлопных газов. По достижении второго уровня противодавления вторая плоская пружина открывает второе выхлопное отверстие, увеличивая таким образом расход выхлопных газов. Это устройство позволяет ограничить противодавление, но создает ступенчатый процесс замедления, то есть не является оптимальным. Кроме того, плоские пружины подвергаются температурным нагрузкам и агрессивному воздействию выхлопных газов. Вследствие этого со временем их работа нарушается, отрицательно влияя на срабатывание при открывании и закрывании. На практике под действием температуры выхлопных газов плоские пружины утрачивают жесткость, и выхлопные отверстия остаются в постоянно открытом положении, уменьшая таким образом противодавление и эффективность замедления. Более того, поскольку система регулирования встроена в заслонку, то невозможна ее дополнительная установка при послепродажном обслуживании на уже действующие деселераторы.

Иная конструкция, описанная в патентной публикации СН-А428318, предусматривает клапан, расположенный в корпусе дискового затвора с противоположной стороны управляющего вала заслонки. С этой целью на корпусе имеются два специальных канала, играющих роль байпаса, когда клапан срабатывает. Подобная конструкция требует создания специального отделения вне деселератора для размещения клапана, которое должно быть герметичным по отношению к выхлопным газам. Дело в том, что сам клапан, в том виде как он есть, не позволяет гарантировать требуемую герметичность. Кроме того, это внешнее отделение создает проблемы, связанные с занимаемым им объемом. Необходима дополнительная пружина между клапаном и заслонкой для удержания этой последней, опирающейся в верхней части на осевой упор, предусматриваемый на управляющем валу, и для гашения вибрации заслонки. Конфигурация этого осевого упора заставляет делать корпус деселератора из двух частей, что, в свою очередь, порождает проблемы, связанные с герметичностью. Кроме того, вокруг управляющего вала заслонки не предусмотрено никакой герметичной защиты.

Сущность изобретения

Задачей настоящего изобретения является улучшение используемых в настоящее время деселераторов и создание простого, компактного и недорогого уравнительного устройства для выравнивания противодавления, позволяющего получать постоянные и максимальные характеристики замедления независимо от режима работы двигателя. При этом предлагаемое устройство обеспечивает надежность и стабильность работы на весь срок эксплуатации и отсутствие риска разрушения вследствие агрессивного воздействия выхлопных газов и высоких температур.

Решение поставленной задачи достигается путем создания деселератора такого типа, как это описано в ограничительной части п.1 формулы изобретения. Отличительные особенности деселератора заключаются в том, что указанное уравнительное устройство встроено в корпус клапана и содержит направляющую втулку, через которую проходит вал. В направляющей втулке имеется осевая полость, предназначенная для установки указанного тарированного клапана и его пружины коаксиально указанному валу, а выпускной канал расположен по существу перпендикулярно валу и выходит в канал ниже указанной заслонки с тем, чтобы вместе с уравнительным устройством создавать перепускной проход для выпуска части потока выхлопных газов.

В предпочтительном варианте исполнения направляющая втулка содержит по меньшей мере одно радиальное отверстие, сообщающееся с нижней по потоку частью выпускного канала.

Предпочтительно направляющая втулка имеет кольцевое седло, предназначенное для установки в упор указанного тарированного клапана, причем в указанном седле образовано отверстие, устанавливающее сообщение между указанным тарированным клапаном и каналом выше заслонки.

В одном из вариантов кольцевое седло выполнено в виде врезного кольца, расположенного в соответствующей канавке в указанной направляющей втулке, причем внутренний диаметр указанного врезного кольца больше диаметра вала с образованием отверстия.

В оптимальном варианте заслонка содержит полость, обращенную к тарированному клапану и сообщающуюся с каналом выше заслонки, когда эта последняя находится в закрытом положении.

В предпочтительном варианте исполнения тарированный клапан имеет прокладку, расположенную вокруг вала заслонки, а направляющая втулка содержит в своей осевой полости кольцо, снабженное прокладкой, которая окружает вал заслонки, при этом указанные прокладки выполнены плоскими и изготовлены из графита.

В оптимальном примере выполнения направляющая втулка имеет опорную поверхность, расположенную напротив соответствующей поверхности заслонки, для образования первой осевой опоры.

Клапан содержит также вторую направляющую втулку, предназначенную для направления второго конца указанного управляющего вала, причем указанная вторая втулка имеет опорную поверхность, расположенную напротив соответствующей поверхности заслонки, для образования второй осевой опоры.

Предпочтительно направляющие втулки имеют наружную резьбу и ввинчиваются в соответствующие отверстия, выполненные в корпусе, и обработаны для создания низкого коэффициента трения и обеспечения способности выдерживать высокие температуры и окисляющее воздействие выхлопных газов.

Перечень чертежей

Далее изобретение и его преимущества будут пояснены на примере выполнения со ссылками на чертежи, на которых:

фиг.1 изображает в перспективе общий вид деселератора, установленного на выходе турбокомпрессора,

фиг.2-4 изображают деселератор на виде в разрезе по оси соответственно в нерабочем положении с открытой заслонкой, при работе с закрытой заслонкой и в равновесном положении с открытой выхлопной трубой,

фиг.5 изображает вид заслонки в перспективе,

фиг.6 изображает в перспективе направляющую втулку уравнительного устройства.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Как показано на фиг.1, деселератор 1 установлен обычным образом в выхлопной системе промышленной машины общего назначения с двигателем внутреннего сгорания, на выходе турбокомпрессора ТС, к которому отработанные газы двигателя (на чертеже не показан) поступают из выхлопного коллектора СЕ.

Представленный в разрезе на фиг.2-4 деселератор 1 содержит клапан 2, управляемый соответствующим органом управления (на чертеже не показан), таким как цилиндр, привод и т.д. Клапан 2 имеет корпус 4, образующий канал 5 для прохода выхлопных газов в направлении стрелок F, и полость 6 для подвижной заслонки 7, которая установлена в корпусе 4 поперечно указанному каналу 5 и предназначена для удержания выхлопных газов выше по ходу потока, когда заслонка находится в закрытом положении. На концах корпуса 4 предусмотрены монтажные фланцы 4а и 4b для присоединения перед деселератором к соответствующему фланцу турбокомпрессора ТС, а за деселератором - к соответствующему фланцу выхлопной трубы (см. фиг. 1). Очевидно, что в зависимости от типа деселератора монтажные фланцы 4а и 4b могут быть заменены любым другим эквивалентным устройством типа зажимных хомутов и т.п.

Представленная на чертежах подвижная заслонка 7 представляет собой поворотный дроссельный затвор, установленный на валу 8 с осью А, так что вал 8 образует ось поворота заслонки 7. Вал 8 установлен в корпусе 4 с помощью двух направляющих втулок, нижней втулки 9 и верхней втулки 10. Направляющие втулки 9, 10 ввинчены в соответствующие отверстия в корпусе 4, при этом именно винтовое соединение обеспечивает герметичность соединения между втулками и корпусом в отношении просачивания выхлопных газов. Втулки 9, 10 имеют также осевой упорный контакт между своими внутренними поверхностями 9" 10" и соответствующими торцевыми поверхностями заслонки 7, обеспечивая таким образом позиционирование и осевую блокировку заслонки для устранения риска паразитных вибраций. С этой целью втулки 9 и 10 обработаны таким образом, чтобы создавать низкий коэффициент трения и выдерживать высокие температуры и окисляющее воздействие выхлопных газов. Один из концов вала 8 выходит за пределы корпуса 4 через верхнюю направляющую втулку 10 для подсоединения к органу управления непосредственно или с помощью плеча рычага 8". Возможны различные варианты выполнения заслонки, такие как в виде конусной пробки, шарового клапана или золотника.

Деселератор 1 содержит также уравнительное устройство 20, встроенное в корпус 4 клапана 2 и предназначенное для того, чтобы обеспечивать выпуск выхлопных газов с определенным пониженным расходом, когда заслонка 7 находится в закрытом положении, для уравновешивания давлений и получения максимальной и постоянной величины противодавления независимо от режима работы двигателя, начиная с некоторой предварительно заданной пороговой величины давления.

Уравнительное устройство 20 содержит выпускной канал 21, выполненный в корпусе 4 в обход заслонки 7. Практически этот канал 21 представляет собой уже имеющуюся в корпусе 4 полость разрежения, которая используется в деселераторе по другой заявке данного заявителя и предназначена для обеспечения герметичности между управляющим валом и корпусом. В настоящем изобретении эта полость разрежения используется как выпускной канал. Следовательно, нет необходимости существенно переделывать корпус 4, если не считать выполнения отверстия для установки верхней втулки 10.

Выпускной канал 21 расположен по существу перпендикулярно валу 8 и проходит в обе стороны от направляющей втулки 10. Канал имеет глухой конец выше заслонки 7 по направлению потока газов, а второй конец канала выходит в канал 5 ниже заслонки 7. Указанное уравнительное устройство 20 содержит также тарированный клапан 22, предназначенный для открывания или закрывания выпускного канала 21 после превышения предварительно заданного порога давления. Тарированный клапан 22 имеет кольцевую форму, окружает вал 8 с возможностью скольжения относительно вала и снабжен уплотнительной прокладкой 22". Тарированный клапан 22 установлен в осевой полости 23 верхней направляющей втулки 10, а вал 8 проходит через клапан.

Верхняя направляющая втулка 10 имеет радиальные отверстия 24, сообщающиеся с выпускным каналом 21. На ближайшем к заслонке 7 конце втулки 10 имеется кольцевое седло 25, предназначенное для посадки указанного тарированного клапана 22 и образования отверстия 26 вокруг вала 8, позволяющее выхлопным газам непосредственно передавать давление на тарированный клапан 22. Как показано на фиг.6, кольцевое седло 25 может быть образовано врезным кольцом, установленным в соответствующей кольцевой канавке в верхней втулке 10, причем внутренний диаметр кольца больше диаметра вала 8 с образованием указанного отверстия 26. Когда тарированный клапан 22 отходит от кольцевого седла 25, отверстие 26 устанавливает сообщение между каналом 5 и радиальными отверстиями 24.

Пружина 27 сжатия установлена позади тарированного клапана 22. Она установлена с опорой на кольцо 28 с уплотнительной прокладкой 28", опирающееся на дно упомянутой осевой полости 23. Пружина 27 сжатия оттарирована на такое усилие, что сжимается под действием силы, соответствующей предварительно заданной пороговой величине противодавления, которое непосредственно передается выхлопными газами.

Заслонка 7 выполнена с обращенной в сторону верхней направляющей втулки 10 полостью 29, которая окружает вал 8 и сообщается с отверстием 26 в кольцевом седле 25. Полость 29 выполнена по форме дуги окружности и сообщается только с каналом 5 выше заслонки 7. Уплотнительные прокладки 22" и 28" предпочтительно выполнены плоскими из графита, устойчивыми к воздействию высоких температур и коррозионному воздействию газов. Прокладки обеспечивают герметичность между валом 8, клапаном 22 и верхней втулкой 10.

Управление деселератором 1 осуществляется водителем промышленного транспортного средства посредством педали управления. При нормальной работе транспортного средства деселератор 1 находится в нерабочем положении, то есть подвижная заслонка 7 открыта (фиг. 2) и допускает свободный проход выхлопных газов.

Во время торможения средства управления, приводимые в действие водителем, осуществляют закрывание заслонки 7 (фиг.3). При этом выхлопные газы удерживаются, и создается противодавление, которое вызывает снижение числа оборотов двигателя и, соответственно, снижение скорости движения машины. Следует уточнить, что даже в полностью закрытом положении между заслонкой 7 и полостью 6 остается некоторый зазор, который допускает выход выхлопных газов с пониженным расходом во избежание малейшего риска блокировки двигателя и создания высокого давления, опасного для расположенного выше по потоку оборудования. Начиная с определенной пороговой величины давления уравнительное устройство 20 (положение по фиг.4) приводится в действие для выравнивания давления и выдерживания постоянной величины противодавления независимо от режима работы двигателя.

Фиг.2 изображает деселератор 1 в нерабочем положении. Заслонка 7 находится в открытом положении, т.е. ориентирована параллельно потоку выхлопных газов. Давление газов перед тарированным клапаном 22 по существу нулевое. Вследствие этого уравнительное устройство 20 не работает.

Фиг.3 изображает деселератор 1 в рабочем положении. Заслонка 7 находится в закрытом положении, т.е. расположена перпендикулярно потоку выхлопных газов и создает противодавление газов. Как уже пояснялось выше, заслонка 7 и полость 6 установки заслонки выполнены таким образом, что между ними остается очень малый проход для выпуска газов. В положении по фиг. 3 давление перед тарированным клапаном 22 растет, но пока остается ниже определенной предварительно заданной величины давления, которая определяется пружиной 27 сжатия.

Фиг. 4 изображает деселератор 1 в положении равновесия. Давление газов выше заслонки 7 увеличилось до пороговой величины противодавления, определяемой пружиной 27 тарированного клапана 22. Под действием этого давления тарированный клапан 22 поднимается с седла 25 и сжимает пружину 27. Отверстие 26 устанавливает сообщение между каналом 5 выше заслонки 7 и выпускным каналом 21 через полость 29 и радиальные отверстия 24 в верхней направляющей втулке 10. Таким образом, часть выхлопных газов отводится в выпускной канал 21, который выводит их ниже заслонки 7, создавая переменный расход выпуска для поддержания по существу постоянного противодавления. В этом примере выполнения деселератора 1 тарированный клапан 22 остается открытым в положении равновесия, следствием чего является регулирование противодавления выше заслонки 7. За счет этого обеспечивается постоянное и максимальное снижение числа оборотов двигателя и скорости движения в пределах соответствия определенному заранее заданному противодавлению, которое может быть максимально допустимым противодавлением выхлопного коллектора СЕ.

Из описания следует, что данное изобретение позволяет улучшить имеющиеся в настоящее время в наличии деселераторы, предлагая простое, недорогое, эффективное, компактное и встроенное в клапан 2 уравнительное устройство 20, обеспечивающее также надежное уплотнение деселератора.

Данное изобретение не ограничивается описанным примером выполнения, оно может содержать различные изменения и модификации, очевидные для специалиста в данной области.