BR112015007322B1

BR112015007322B1 - Válvula de gatilho oca

Info

Publication number: BR112015007322B1
Application number: BR112015007322-0A
Authority: BR
Inventors: Hiroki Onuma; Jin Hasegawa; Koichi Homma
Original assignee: Nittan Valve Co., Ltd.
Priority date: 2012-10-02
Filing date: 2013-03-26
Publication date: 2022-01-25
Also published as: WO2014054113A1; US9175788B2; BR112015007289A2; JP5463439B1; EP2905436A4; US9689506B2; EP2789816A1; KR101358692B1; CN104685168A; MX2015001869A; US20150240675A1; RU2580967C1; BR112015007322B8; US20140352803A1; BR112015007322A2; EP2789816B1; EP2905436A1; EP2905436B1; CN104053868A; EP2789816A4

Abstract

VÁLVULA DE GATILHO OCA. Trata-se de uma válvula de gatilho oca formada com uma cavidade de cabeça de válvula em sua cabeça de válvula, uma porção de borda inferior da cavidade de cabeça de sede se estende radialmente para fora de modo a fornecer uma cavidade próxima de uma face de válvula da válvula intensificando, desse modo, a função de redução de calor da válvula sem perder sua durabilidade. Um refrigerante (19) é carregado, junto com um gás inerte, em uma cavidade interna (S) de uma válvula de gatilho oca (10). A cavidade interna (S) tem uma cavidade de cabeça de válvula diametricamente maior (S1) em comunicação com uma cavidade de haste de válvula diametricamente menor (S2) formada na haste de válvula (12). Uma porção de borda inferior (S1a) da cavidade de cabeça de válvula (S1) se estende radialmente para fora para formar uma cavidade em formato de flange, que não apenas permite o armazenamento de uma quantidade incremental de refrigerante, como também encurta um percurso de transferência de calor entre o refrigerante (19) e uma sede de válvula da válvula intensificando, desse modo, a propriedade de redução de calor da cabeça de válvula (14). Essa cavidade em formato de flange radialmente estendida (...).

Description

CAMPO DA TÉCNICA DA INVENÇÃO

[001] Esta invenção refere-se a uma válvula de gatilho oca que compreende uma cavidade interna que se estende de dentro de uma cabeça de válvula até uma haste de válvula e é carregada com um refrigerante e, mais particularmente, a uma válvula de gatilho oca que compreende uma cavidade diametricamente grande formada em uma cabeça de válvula (a cavidade é, doravante, referida como cavidade de cabeça de válvula) em comunicação com uma cavidade diametricamente pequena formada em uma haste de válvula (a cavidade é, doravante, referida como cavidade da haste de válvula).

TÉCNICA ANTECEDENTE DA INVENÇÃO

[002] Os Documentos de Patente 1 e 2 listados abaixo assim como JPH0476907U revelam válvulas de gatilho ocas que compreendem uma cabeça de válvula integralmente formada em uma extremidade de uma haste de válvula, sendo que a válvula de gatilho é formada com uma cavidade interna que se estende de dentro de uma cabeça de válvula até a haste de válvula e é carregada com um refrigerante junto com um gás inerte, sendo que o refrigerante tem uma condutividade térmica maior do que o material de válvula. Um exemplo de tal refrigerante é sódio metálico, que tem um ponto de fusão de cerca de 98°C.

[003] Uma vez que esse tipo de cavidade interna se estende de dentro da cabeça de válvula até a haste e contém uma grande quantidade de refrigerante, isso pode, vantajosamente, intensificar a capacidade de transferência de calor (doravante referida como propriedade de redução de calor) da válvula.

[004] Se a temperatura de uma câmara de combustão do motor for aquecida até uma temperatura excessivamente alta durante uma operação, podem ocorrer golpes, que diminuem a eficiência do combustível e, consequentemente, a potência do motor. A fim de abaixar a temperatura da câmara de combustão, foram propostos diferentes tipos de válvula de gatilho carregada com refrigerante, que é fornecida com uma cavidade interna, por exemplo, enchida de um refrigerante junto com um gás inerte de modo a intensificar, positivamente, a propriedade de transferência de calor da válvula.

[005] As válvulas de gatilho internas convencionais (conforme, revelado nos Documentos de Patente 1 e 2) compreendem uma cavidade de cabeça de válvula geralmente em formato de disco na cabeça de válvula e uma cavidade da haste de válvula linear na haste de válvula em comunicação com a cavidade de cabeça de válvula por meio do uma região de interconexão macia (ou seja, uma região que tem um diâmetro interno que muda gradualmente), para que um refrigerante carregado na cavidade de cabeça de válvula, assim como na cavidade da haste de válvula, e o gás inerte possam se mover suavemente entre as duas cavidades facilitando, desse modo, supostamente, uma propriedade de redução de calor antecipada das válvulas.

[006] Com essa região de interconexão suave, o refrigerante (liquefeito) pode se mover, suavemente, entre as duas cavidades em resposta ao movimento de abertura/fechamento de válvula da válvula. No entanto, a região de interconexão permite que as camadas superior, intermediária e inferior do refrigerante se movam na direção axial da cavidade interna sem misturar as camadas entre si.

[007] Consequentemente, a energia térmica armazenada nas camadas inferiores do refrigerante (perto de uma fonte de calor) não é, positivamente, transferida para as camadas intermediária e superior do refrigerante, desse modo, a propriedade de redução de calor da válvula não é totalmente executada.

[008] A fim de aprimorar a propriedade de redução de calor de tal válvula de gatilho oca, o Documento de Patente 3 propõe uma válvula de gatilho oca aprimorada que compreende uma cavidade da haste de válvula linear diametricamente pequena (formada em uma haste de válvula) conectada em um ângulo substancialmente reto com o teto circular de uma cavidade de cabeça de válvula em formato de cone circular geralmente truncado (formada em uma cabeça de válvula) desse modo, em resposta a um movimento alternado da válvula, um fluxo suave de refrigerante é proibido entre as duas cavidades, mas, em vez disso, os fluxos de refrigerante no sentido do teto além da periferia da cavidade de cabeça de válvula são gerados na cavidade de cabeça de válvula gerando, desse modo, os fluxos circulatórios verticais de refrigerante ao longo do eixo geométrico da válvula (os fluxos circulatórios são, doravante, referidos como fluxos rotacionais verticais) na cavidade de cabeça de válvula, o que facilita a agitação positiva do refrigerante na cavidade de cabeça de válvula e intensifica a propriedade de redução de calor da válvula (exibindo uma boa condução de calor).

DOCUMENTOS DA TÉCNICA ANTERIOR Documentos de patente

[009] Documento de Patente 1: WO2010/041337.

[010] Documento de Patente 2: JPA Aberto à Inspeção Pública 2011-179328.

[011] Documento de Patente 3: PCT/JP2012/075452 (depositada em 02 de outubro de 2012).

SUMÁRIO DA INVENÇÃO Objetos a serem alcançados pela invenção

[012] Um modo de aprimorar ainda mais a propriedade de redução de calor de uma válvula de gatilho oca de Referência 3 é aumentar a capacidade de a cavidade interna armazenar um refrigerante reduzindo-se a espessura da parede da válvula. A espessura da parede, no entanto, não pode ser reduzida indefinidamente do ponto de vista de garantir a durabilidade da válvula.

[013] Muito embora uma cabeça de válvula seja aquecida até uma temperatura alta à medida que é exposta a um gás de escapamento de alta temperatura na câmara de combustão e/ou em uma porta de escapamento, o calor é dissipado da válvula através do refrigerante carregado na cavidade interna ou através de um guia de válvula em contato com a haste de válvula. Acredita-se que a maior parte da energia térmica na cabeça de válvula seja dissipada para um cilindro por meio de uma inserção de sede de válvula em contato com a válvula.

[014] Portanto, a fim de intensificar a propriedade de redução de calor da válvula, é importante, acima de tudo, tornar sua cabeça de válvula capaz de efetivamente transferir calor para uma inserção de sede de válvula. Para fazer isso, é preferível encurtar o comprimento do material do canal de transferência de calor entre o refrigerante na cavidade interna e a sede de válvula da válvula. Como uma medida possível, pode-se considerar alargar toda a cavidade de cabeça de válvula. De fato, no entanto, quase não é possível fazer isso, uma vez que um alargamento excessivo da cavidade de cabeça de válvula acarreta o risco intolerável de afinar e enfraquecer muito a cabeça de válvula de modo que a cabeça de válvula não possa manter mais sua resistência ao calor.

[015] Em vez disso, os inventores da presente invenção exploraram a abordagem de alargar uma porção de borda inferior da cavidade de cabeça de válvula radialmente para fora, deformando-se a porção para uma cavidade em formato de flange para reduzir o comprimento do material do canal de transferência de calor entre o refrigerante na cavidade de cabeça de válvula e a face de válvula e a abordagem de intensificar a eficiência de transferência de calor (e, consequentemente, a propriedade de redução de calor da válvula), sem perder a durabilidade da cabeça de válvula.

[016] Nota-se que uma ideia de alargar a porção inferior da cavidade de cabeça de válvula até uma cavidade em formato de flange é mostrada, por exemplo, nas Figuras 1 e 3 do Documento de Patente 3. Na Referência 3, esse alargamento em formato de flange da cavidade de cabeça de válvula significa um aprimoramento estrutural para gerar fluxos rotacionais verticais em um refrigerante em uma cavidade de cabeça de válvula em formato de cone circular geralmente truncado em comunicação com uma cavidade da haste de válvula durante um movimento alternado da válvula. No entanto, os presentes inventores reconheceram que os méritos desse alargamento em formato de flange da cavidade de cabeça de válvula não se limitam a um, conforme revelado no Documento de Patente 3, mas, em vez disso, isso pode ser seguido e aproveitado em outros tipos de válvulas de gatilho, inclusive aquelas reveladas no Documento de Patente 1 e 2. Portanto, os presentes inventores requerem e prosseguem com um pedido de patente em relação a esse recurso de uma válvula de gatilho, reivindicando uma prioridade com base no Documento de Patente 3.

[017] Assim, em vista do conhecimento anterior dos presentes inventores, é um objeto da presente invenção fornecer uma válvula de gatilho oca que tem uma cavidade de cabeça de válvula com sua porção inferior estendida radialmente para fora, de modo a intensificar a propriedade de redução de calor (ou capacidade de transferência de calor) da válvula.

[018] A fim de alcançar o objeto acima, fornece-se, de acordo com um aspecto da invenção, conforme citado na Reivindicação 1, uma válvula de gatilho oca que compreende uma cabeça de válvula e uma haste de válvula integral em uma extremidade da mesma com a cabeça de válvula, sendo que a válvula de gatilho é formada com uma cavidade interna que se estende de dentro da cabeça de válvula até a haste de válvula e é carregada com um refrigerante junto com um gás inerte, em que a cavidade interna tem uma cavidade geralmente em formato de disco diametricamente grande formada na cabeça de válvula e uma cavidade reta, linear diametricamente pequena formada na haste de válvula em comunicação com a cavidade de cabeça de válvula e em que uma porção de borda inferior da cavidade de cabeça de válvula é estendida radialmente para fora para formar uma cavidade em formato de flange.

[019] (Função) A maior parte da energia térmica armazenada na cabeça de válvula é transferida para o material hospedeiro (que é, uma parede da cavidade de cabeça de válvula) através do refrigerante. O calor é, então, transmitido de uma sede de válvula da válvula para uma cabeça de cilindro. Em primeiro lugar, uma vez que a porção de borda inferior da cavidade de cabeça de válvula é estendida radialmente para fora, a quantidade do refrigerante na cavidade de cabeça de válvula é aumentada, facilitando, desse modo, a eficiência de transferência de calor da cabeça de válvula.

[020] Em segundo lugar, uma vez que o comprimento do canal de transferência de calor no material de válvula entre o refrigerante e a sede de válvula é reduzido por um comprimento radial incremental da porção de borda inferior da cavidade de cabeça de válvula, a eficiência de transferência de calor da cabeça de válvula é aumentada.

[021] Nota-se que, uma vez que apenas a porção de borda inferior da cavidade de cabeça de válvula é deformada para uma cavidade em formato de flange, sem afinar toda a parede da cabeça de válvula, não há risco de perder a rigidez da cabeça de válvula.

[022] Na válvula de gatilho oca definida na Reivindicação 1, a cavidade de cabeça de válvula pode ser configurada no formato de um cone circular geralmente truncado que tem uma periferia afunilada em paralelo com a periferia externa da cabeça de válvula e um teto circular perpendicular à cavidade da haste de válvula, e em comunicação com a mesma, em um ângulo reto, por meio do que, um fluxo circulatório vertical de refrigerante ao longo do eixo geométrico da válvula é gerado durante um movimento alternado da válvula, conforme citado na Reivindicação 2.

[023] (Função) Quando a válvula estiver em um movimento de abertura de válvula para baixo, o refrigerante é submetido a uma força de inércia ascendente, conforme mostrado na Figura 3(a). Uma vez que a força de inércia (ascendente) que age, então, no refrigerante é maior na região central da cavidade de cabeça de válvula do que na região circundante, o refrigerante na região central é impulsionado para se mover na cavidade da haste de válvula através da região de interconexão entre a cavidade de cabeça de válvula e a cavidade da haste de válvula. No entanto, uma vez que a superfície de extremidade superior da cavidade de cabeça de válvula (ou da região periférica ao redor da extremidade aberta da cavidade da haste de válvula) é uma face plana substancialmente perpendicular ao eixo geométrico da válvula de gatilho (para formar um degrau anular em formato de calha na região de interconexão), o refrigerante não pode fluir suavemente para a cavidade da haste de válvula como em uma válvula de gatilho oca convencional (conforme revelado nos Documentos de Patente 1 e 2).

[024] Consequentemente, os fluxos radialmente para fora F1 do refrigerante são gerados ao longo do degrau anular (ou do teto da cavidade de cabeça de válvula), além dos fluxos menores F4 e F5 através da região de interconexão P para a cavidade da haste de válvula S2, conforme mostrado na Figura 4(a). Ao mesmo tempo, a pressão na região central da cavidade de cabeça de válvula se torna negativa perto do fundo da cavidade de cabeça de válvula devido ao movimento ascendente do refrigerante central, gerando fluxos radialmente internos F3, cujos fluxos, sucessivamente, geram fluxos descendentes F2 ao longo da periferia cônica inclinada da cavidade de cabeça de válvula.

[025] Desse modo, os fluxos circulatórios perimétricos externos verticais de refrigerante (doravante referidos como fluxos rotacionais verticais perimétricos externos) são gerados na cavidade de cabeça de válvula, conforme indicado por uma sequência de setas F1, F2 e F3 e F1, enquanto ocorrem os fluxos turbulentos na cavidade da haste de válvula, conforme mostrado pelas setas F4 e F5.

[026] Por outro lado, quando a válvula estiver em um movimento de fechamento de válvula ascendente, o refrigerante é submetido a uma força de inércia descendente conforme mostrado na Figura 3(b). Uma vez que, nesse caso, a força de inércia descendente que age no refrigerante na região central da cavidade de cabeça de válvula é maior do que aquela que age no refrigerante na região periférica, os fluxos radialmente para fora F6 são gerados ao longo do fundo da cavidade de cabeça de válvula, conforme mostrado na Figura 4(b). Ao mesmo tempo, um fluxo turbulento descendente F7 é gerado na cavidade da haste de válvula e através da região de interconexão. Esses fluxos F6 ao longo do fundo da cavidade de cabeça de válvula são, eventualmente, transformados, em geral, em fluxos ascendentes F8 em direção ao teto da cavidade de cabeça de válvula S1 e se fundem nos fluxos centrais F6 e F7.

[027] Em outras palavras, conforme indicado por uma sequência de setas F6, F8 e F6, o fluxo circulatório perimétrico interno de refrigerante (referido como fluxo rotacional vertical perimétrico interno) é gerado na cavidade de cabeça de válvula ao longo do eixo geométrico da válvula e de modo que seja um fluxo turbulento na cavidade da haste de válvula, conforme indicado pela seta F7.

[028] Desse modo, em associação com um movimento ascendente/descendente da válvula, os fluxos circulatórios de refrigerante que envolvem turbulência são gerados em toda a cavidade interna, conforme mostrado na Figura 4, que agita, ativamente, as camadas superior, intermediária e inferior de refrigerante na cavidade interna e melhora significativamente a propriedade de redução de calor (capacidade de transferência de calor) da válvula.

[029] Na válvula de gatilho oca, definida na Reivindicação 2, o teto da porção de borda inferior radialmente estendida da cavidade de cabeça de válvula pode ser afunilado, de modo a permitir que uma parte dos fluxos rotacionais verticais seja levada para a porção de borda inferior da cavidade de cabeça de válvula, conforme citado na Reivindicação 3.

[030] (Função) Em resposta a um movimento alternado da válvula, uma parte de um fluxo rotacional vertical de refrigerante gerado na cavidade de cabeça de válvula pode ser levada para a porção de borda inferior da cavidade de cabeça de válvula, facilitando-se o agito do refrigerante na mesma para aprimorar ainda mais a propriedade de redução de calor (capacidade de transferência de calor) da válvula.

[031] Na válvula de gatilho oca, definida na Reivindicação 2 ou 3, a válvula da cavidade de cabeça de válvula pode ser configurada para ter um teto circular deslocado da extremidade superior do cone circular geralmente truncado por uma distância predeterminada em direção à haste para fornecer uma cavidade de cabeça de válvula em formato de cone circular geralmente truncado que tem um teto escalonado, conforme citado nas Reivindicações 4.

[032] (Função) Uma vez que a cavidade de cabeça de válvula da cabeça de válvula, definida na Reivindicação 2 ou 3, tem um formato de cone circular geralmente truncado e tem um teto plano circular, um molde que tem uma face de pressionamento plana pode ser usado para forjar tal cabeça de válvula. Tal molde pode ser preparado de um modo muito mais fácil em comparação com os moldes convencionais para forjar faces curvadas e faces afuniladas.

[033] No entanto, é difícil formar, com precisão, tal teto circular plano (face de extremidade superior de uma cavidade de cone circular geralmente truncado) apenas através de forjamento. Além disso, a face de pressionamento do molde para formar o teto plano pode ser rapidamente desgastada.

[034] No entanto, uma cavidade de cabeça de válvula, definida na Reivindicação 4, tem um teto plano escalonado deslocado da extremidade superior da cavidade de cone circular geralmente truncado em direção à haste por uma distância predeterminada. Nesse caso, tal teto circular pode ser obtido através de usinagem de uma superfície inferior semiesférica de um recesso de uma cabeça de válvula forjada em uma profundidade predeterminada para formar uma face circular plana perpendicular ao eixo geométrico da válvula. Nessa abordagem, portanto, o molde pode ser suficiente para ter uma ponta de pressionamento redonda menos desgastada e menos precisa para formar um teto circular, uma vez que tal teto circular pode ser fácil e precisamente aplainado pela usinagem posterior.

[035] A válvula de gatilho oca, citada em qualquer uma das Reivindicações 1 a 4, pode ser configurada de tal modo que a cavidade da haste de válvula tenha uma porção diametricamente maior próxima da extremidade da haste (a porção é, doravante, referida como cavidade de haste do lado da extremidade de haste) e uma porção diametricamente menor próxima da cabeça de válvula (a porção é, doravante, referida como cavidade de haste do lado da cabeça de válvula) e um degrau anular formado no limite das duas porções. O degrau anular é fornecido em uma posição axial predeterminada da cavidade da haste de válvula. A cavidade interna pode ser parcialmente enchida de um refrigerante até um nível que excede o degrau anular.

[036] (Função) Quando um movimento de fechamento de válvula ascendente for alterado para um movimento de abertura de válvula descendente, o refrigerante na cavidade da haste de válvula é movido da cavidade do lado da cabeça de válvula diametricamente pequena no sentido da cavidade de haste do lado da extremidade de haste diametricamente grande, resultando em um fluxo turbulento F9 de refrigerante a jusante do degrau, conforme mostrado na Figura 4(a), agitando-se, desse modo, o refrigerante na cavidade da haste de válvula.

[037] Por outro lado, quando um movimento de abertura de válvula descendente da válvula for alterado para um movimento de fechamento de válvula ascendente, o refrigerante, uma vez acionado para cima na cavidade da haste de válvula é, agora, acionado para baixo da cavidade de haste do lado da extremidade de haste até a cavidade de haste do lado da cabeça de válvula. Como resultado, os fluxos turbulentos F10 são gerados na cavidade da haste de válvula a jusante do degrau anular, conforme mostrado na Figura 4(b).

[038] Desse modo, em resposta a um movimento alternado da válvula, o refrigerante é movido em qualquer direção axial da cavidade da haste de válvula, gerando turbulência nas redondezas do degrau, o que agita o refrigerante na cavidade da haste de válvula intensificando, desse modo, a propriedade de redução de calor (ou capacidade de transferência de calor) da haste de válvula.

[039] O degrau a ser formado na haste de válvula, de acordo com a Reivindicação 5, pode estar situado em uma posição deslocada em direção oposta à entrada da porta de escapamento/admissão quando a válvula for instalada na porta de escapamento/admissão, conforme citado na Reivindicação 6.

[040] (Função) Uma vez que a resistência à fadiga de um metal se torna inferior às temperaturas mais altas, é necessário que a cavidade de haste do lado da extremidade de haste da haste de válvula tenha uma espessura suficiente para suportar altas temperaturas do gás de escapamento/admissão. Por outro lado, uma região do lado da extremidade de haste da haste de válvula nunca será aquecida até uma alta temperatura como uma região do lado da cabeça de válvula da haste de válvula, uma vez que a primeira região é remota da câmara de combustão e sempre permanece em contato com um guia de válvula, para que o calor seja imediatamente dissipado da região do lado da extremidade de haste para a cabeça de cilindro por meio do guia de válvula. Assim, se o diâmetro interno da cavidade de haste do lado da extremidade de haste for aumentado reduzindo-se a espessura da haste de válvula do lado da extremidade de haste, a haste de válvula irá manter sua resistência à fadiga contra o calor e não sofrerá falha devido à fadiga.

[041] Ademais, se o diâmetro interno da cavidade de haste do lado da extremidade de haste for aumentado, a área de superfície total da cavidade da haste de válvula (em contato com o refrigerante) é aumentada, para que a eficiência de transferência de calor da haste de válvula seja aumentada enquanto reduz todo o peso da válvula. Ainda adicionalmente, um refrigerante incrementado intensifica a propriedade de redução de calor (capacidade de transferência de calor) da haste de válvula. Quanto mais próximo da cabeça de válvula o degrau anular estiver, maior é a propriedade de redução de calor da válvula.

[042] Por essa razão, é preferível fornecer o degrau 17 em uma posição axial adequada, pelo menos não dentro da porta de escapamento/admissão (por exemplo, uma posição dentro do guia de válvula, voltada para a porta de escapamento/admissão) quando a válvula estiver totalmente aberta.

RESULTADOS DA INVENÇÃO

[043] De acordo com a invenção (conforme citado na Reivindicação 1), a quantidade de refrigerante carregado na cavidade de cabeça de válvula é aumentada e o canal de transferência de calor é estabelecido no material de válvula entre (o refrigerante carregado na) a cavidade de cabeça de válvula e o comprimento de material do canal de transferência de calor entre o refrigerante na cavidade interna e a sede de válvula da válvula é encurtado intensificando, desse modo, a eficiência de transferência de calor da cabeça de válvula e, consequentemente, aprimorando-se a propriedade de redução de calor (capacidade de transferência de calor) da válvula. Além do mais, o desempenho do motor é aprimorado.

[044] Embora a parede da cabeça de válvula seja parcialmente afinada perto da sede de válvula, nem a rigidez nem a resistência à flexão da cabeça de válvula é degradada, uma vez que a cabeça de válvula não é inteiramente afinada.

[045] De acordo com a invenção, conforme citado na Reivindicação 2, um fluxo circulatório vertical de refrigerante é gerado ao longo do eixo geométrico da válvula durante um movimento alternado da válvula, para que as camadas superior, intermediária e inferior de refrigerante na cavidade interna sejam positivamente agitadas, promovendo-se a transferência de calor pelo refrigerante em toda a cavidade interna, o que aprimora, significativamente, a propriedade de redução de calor (capacidade de transferência de calor) da válvula.

[046] De acordo com a invenção, conforme citado na Reivindicação 3, um fluxo circulatório vertical de refrigerante é gerado na cabeça de válvula ao longo do eixo geométrico da válvula durante um movimento alternado da válvula de tal modo que as camadas superior, intermediária e inferior de refrigerante na cavidade interna sejam agitadas mais positivamente para promover, adicionalmente, a função de transferência de calor do refrigerante em toda a cavidade interna, o que aprimora a propriedade de redução de calor (capacidade de transferência de calor) da válvula de maneira mais significativa.

[047] De acordo com a invenção, conforme citado na Reivindicação 4, um determinado nível de precisão de usinagem é garantido na fabricação de válvulas de gatilho ocas que têm uma propriedade de redução de calor uniforme (capacidade de transferência de calor).

[048] De acordo com a invenção, conforme citado na Reivindicação 5, todo o refrigerante carregado na cavidade da haste de válvula é positivamente agitado em resposta a um movimento alternado da válvula em operação intensificando ainda mais, desse modo, a propriedade de redução de calor da válvula.

[049] De acordo com a invenção, conforme citado na Reivindicação 6, o diâmetro interno da cavidade de haste do lado da extremidade de haste pode ser aumentado e, ao mesmo tempo, o degrau pode ser fornecido em uma posição axialmente inferior na cavidade da haste de válvula, aprimorando, ainda mais, desse modo, a propriedade de redução de calor da haste de válvula e reduzindo o peso total da válvula sem influenciar a durabilidade da válvula. Assim, o desempenho do motor é ainda mais aprimorado.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[050] A Figura 1 é um corte transversal longitudinal de uma válvula de gatilho oca, de acordo com uma primeira modalidade da invenção.

[051] A Figura 2 é um corte transversal longitudinal de uma porção relevante da válvula de gatilho oca.

[052] A Figura 3 mostra as forças de inércia que agem no refrigerante durante os movimentos alternados da válvula de gatilho oca. Mais particularmente, a Figura 3(a) mostra uma força de inércia que age no refrigerante em uma válvula de gatilho oca que se move (para baixo) e a Figura 3(b) mostra uma força de inércia que age no refrigerante em uma válvula de gatilho oca que se move para cima.

[053] A Figura 4 mostra, em escala alargada, os movimentos do refrigerante durante movimentos alternados da válvula de gatilho oca. Mais particularmente, a Figura 4(a) mostra um movimento do refrigerante quando um movimento de abertura de válvula descendente da válvula for alterado para um movimento de fechamento de válvula ascendente e a Figura 4(b) mostra um movimento do refrigerante quando um movimento de fechamento de válvula ascendente da válvula for alterado para um movimento de abertura de válvula descendente.

[054] A Figura 5 mostra as etapas de fabricação de uma válvula de gatilho oca. Mais particularmente, a Figura 5(a) mostra uma etapa de forjamento a quente de um produto de válvula intermediária na forma de uma carcaça de válvula; a Figura 5(b) mostra uma etapa de formar uma periferia interna adaptada para se engatar com uma cobertura e um degrau anular em uma extremidade aberta de um recesso da carcaça de cabeça de válvula da carcaça de válvula e uma etapa de usinar uma superfície inferior semiesférica da carcaça de cabeça de válvula 30 para formar uma face plana circular; a Figura 5(c) mostra uma etapa de perfurar um fundo recuado da carcaça de cabeça de válvula para formar um furo que corresponda a uma cavidade de haste do lado da extremidade de haste da cavidade da haste de válvula; a Figura 5(d) mostra uma etapa de perfurar a haste de válvula para formar um furo que corresponda a uma cavidade de haste do lado da extremidade de haste; a Figura 5(e) mostra uma etapa de soldar um membro de haste; a Figura 5(f) mostra uma etapa de depositar um refrigerante na cavidade da haste de válvula; e a Figura 5(g) mostra uma etapa de soldar uma cobertura em uma extremidade aberta do recesso da carcaça de cabeça de válvula.

[055] A Figura 6 é um corte transversal longitudinal de uma válvula de gatilho oca de acordo com uma segunda modalidade da invenção.

[056] A Figura 7 é um corte transversal longitudinal de uma válvula de gatilho oca de acordo com uma terceira modalidade da invenção.

MELHOR MODO DE REALIZAR A INVENÇÃO

[057] A presente invenção será descrita, agora, em detalhes por meio de exemplo com referência a algumas modalidades.

[058] Referindo-se às Figuras 1 a 5, mostra-se uma válvula de gatilho oca para um motor de combustão interna, de acordo com uma primeira modalidade da invenção.

[059] Nessas Figuras, a referência numérica 10 indica uma válvula de gatilho oca feita de um metal resistente ao calor. A válvula 10 tem uma haste de válvula reta 12 e uma cabeça de válvula 14 integrada com a haste de válvula 12 por meio de um filete curvado 13 que tem um diâmetro externo crescente. Fornecida na região periférica da cabeça de válvula 14 é uma sede afunilada 16 (também referida como sede de válvula 16).

[060] Especificamente, um produto de válvula intermediária 11 (doravante, simplesmente referido como carcaça 11) compreende uma haste geralmente cilíndrica 12a e uma carcaça de cabeça de válvula 14a integralmente formada em uma extremidade da haste 12a. Um membro de haste 12b é soldado a outra extremidade da haste 12a e uma cobertura em formato de disco 18 é soldada em uma periferia interna 14c de um recesso com formato de cone circular geralmente truncado 14b da carcaça 14a de cabeça de válvula 30 para formar uma válvula de gatilho oca 10. A válvula de gatilho oca 10 é fornecida com um espaço oco interno S que se estende de dentro da cabeça de válvula 14 até a haste de válvula 12. O espaço oco S é carregado com um refrigerante 19, como sódio metálico, junto com um gás inerte como argônio.

[061] Embora seja verdade que quanto maior for a quantidade de refrigerante carregada na cavidade interna S, maior é sua propriedade de redução de calor, a propriedade de redução de calor não irá aumentar com a quantidade de refrigerante carregada acima de um determinado nível, apenas aumentará seu custo. Assim, prefere-se, do ponto de custo-eficácia (relação custo/massa do refrigerante carregado) carregar a cavidade interna S com um refrigerante de cerca de 1/2 a 4/5 em volume da cavidade S.

[062] Conforme mostrado na Figura 1, uma cabeça de cilindro 2 do motor tem uma passagem de gás de escapamento 6 que se estende a partir de uma câmara de combustão 4. Uma inserção de sede de válvula anular 8 é fornecida ao redor da entrada da passagem de gás de escapamento 6 e tem uma face afunilada 8a de tal modo que a sede afunilada de válvula 16 da válvula 10 possa ser assentada na mesma. Fornece-se na cabeça de cilindro 2 um furo de inserção de válvula 3. Na periferia interna do furo de inserção de válvula 3 é fornecido um guia de válvula 3a para receber, de modo deslizável, a haste de válvula 12. A válvula de gatilho oca 10 é impulsionada por uma mola de válvula 9 para fechar a válvula. Uma ranhura de detenção 12c é formada em uma extremidade da haste de válvula.

[063] A cavidade interna S consiste em uma cavidade diametricamente grande de cabeça de válvula S1 formada na cabeça de válvula (a cavidade é, doravante, referida como cavidade da haste de válvula S1) e uma cavidade linear diametricamente pequena formada na haste de válvula 12 (a cavidade é, doravante, referida como cavidade da haste de válvula S2). A cavidade da haste de válvula S2 é perpendicular à cavidade de cabeça de válvula S1 e se comunica com a mesma. Formada no fundo da cavidade de cabeça de válvula S1 está uma porção de borda inferior da cavidade de cabeça de válvula na forma de uma cavidade em formato de flange S1a que se estende radialmente para fora ao longo da face de válvula 18a. Ou seja, o recesso com formato de cone circular geralmente truncado 14b da carcaça de cabeça de válvula 14a é fornecido perto de uma extremidade aberta da mesma com uma periferia interna rosqueada 14c adaptada para se engatar com a cobertura 18 e com um degrau anular 14b3 que é substancialmente perpendicular à periferia interna 14c, de tal modo que a periferia interna 14c, o degrau anular 14b3 e um lado traseiro da cobertura 18, juntos, constituam a cavidade em formato de flange S1a na porção de borda inferior da cavidade de cabeça de válvula S1. A cavidade em formato de flange S1a se comunica com o fundo da cavidade de cabeça de válvula S1.

[064] Como resultado, em primeiro lugar, a cavidade de cabeça de válvula S1 é aumentada em volume pelo volume da cavidade em formato de flange S1a, para que a quantidade de refrigerante 19 carregada na cavidade de cabeça de válvula S1 seja consequentemente aumentada aprimorando-se, desse modo, a eficiência de transferência de calor da cabeça de válvula 14.

[065] Em segundo lugar, a distância do percurso de transferência de calor no material de válvula entre a parede 14a da cavidade de cabeça de válvula S1 em contato com o refrigerante 19 e a sede de válvula 16 é encurtada pela largura W da cavidade em formato de flange S1a aprimorando, desse modo, a eficiência de transferência de calor da cabeça de válvula 14.

[066] Deve-se notar que a cavidade em formato de flange S1a tem um formato geralmente plano, de modo que a mesma não reduza toda a espessura da parede da cabeça de válvula 14a nem diminua a rigidez ou a resistência à flexão da cabeça de válvula 14.

[067] Deve-se notar também que o teto circular 14b1 da cavidade de cabeça de válvula em formato de cone circular geralmente truncado S1 (ou o fundo circular do recesso em formato de cone circular geralmente truncado 14b) em comunicação com a cavidade da haste de válvula reta e linear S2 da haste de válvula 12 é uma face plana perpendicular ao eixo geométrico da válvula 10, conforme mostrado na Figura 2.

[068] Especificamente, a cavidade de cabeça de válvula S1 tem uma periferia externa inclinada em formato de aba 14b2 que se destaca ligeira e radialmente para fora no corte transversal longitudinal. Um teto circular 14b1 da cavidade de cabeça de válvula S1 é deslocado para cima por uma distância predeterminada H da posição do teto (ou extremidade superior) 14b’1 definida por uma beirada superior da periferia externa inclinada 14b2. Ou seja, a cavidade de cabeça de válvula S1 é uma cavidade em formato de cone circular geralmente truncado com seu teto 14b1 deslocado para cima pela distância H. A grandeza da distância de deslocamento H equivale a uma profundidade predeterminada a ser usinada no fundo 14b’ do recesso semiesférico da carcaça de cabeça de válvula 14a para formar uma face plana 14b1 em perpendicular ao eixo geométrico L da válvula 10, conforme descrito em detalhes mais adiante, depois de a carcaça de válvula 14a ser formada no processo de forjamento da carcaça 11 (Figura 5(a)).

[069] Desse modo, no lugar de uma região de interconexão lisa convencional, conforme descrito nas referências da técnica anterior 1 e 2, um degrau anular em formato de calha 15 (conforme visto a partir da cavidade de cabeça de válvula S1) é fornecido na região de interconexão P entre a cavidade de cabeça de válvula S1 e a cavidade da haste de válvula S2. Uma face 14b1 do degrau anular 15 voltada para a cavidade de cabeça de válvula S1 é plana e perpendicular ao eixo geométrico L da válvula de gatilho oca 10. Em outras palavras, o degrau anular em formato de calha 15 é definido pela periferia interna da cavidade da haste de válvula S1 e pela região periférica anular 14b1 ao redor de uma extremidade aberta da cavidade da haste de válvula S1 (ou o fundo circular do recesso com formato de cone circular geralmente truncado 14b da carcaça de cabeça de válvula 14a).

[070] Consequentemente, os fluxos rotacionais verticais de refrigerante 19 são gerados na cavidade de cabeça de válvula S1 conforme indicado pelas sequências de setas F1- >F2->F3 e F6->F8 mostradas na Figura 4(a) a (b) e, ao mesmo tempo, um fluxo turbulento F4->F5->F7 é gerado na cavidade da haste de válvula S2 durante um movimento de abertura/fechamento da válvula de gatilho oca 10, conforme descrito em mais detalhes mais adiante. Por causa desses fluxos, as camadas superior, intermediária e inferior do refrigerante na cavidade interna S são ativamente agitadas, o que intensifica, enormemente, a propriedade de redução de calor (ou capacidade de transferência de calor) da válvula de gatilho oca 10.

[071] Nessa modalidade em particular, uma vez que o teto circular 14b1 (ou o fundo circular do recesso 14b) e a periferia externa inclinada 14b2 da cavidade de cabeça de válvula S1 formam um ângulo obtuso, os fluxos circulatórios estáveis de refrigerante 19 facilitam, enormemente, a geração de fluxos ao longo da periferia externa inclinada 14b2 e ao longo do teto 14b1 da cavidade de cabeça de válvula S1 no sentido da região de interconexão P (conforme mostrado na Figura 4(a)-(b) por F2 e F8, respectivamente). Esses fluxos resultam em fluxos rotacionais verticais ativos de refrigerante 19 na cavidade de cabeça de válvula S2, o que intensifica o agito do refrigerante 19 na cavidade interna S aprimorando, desse modo, significativamente a propriedade de redução de calor (condutividade térmica) da válvula 10.

[072] Nota-se que a cavidade da haste de válvula S2 formada na haste de válvula 12 compreende uma cavidade S21 que tem um diâmetro interno relativamente grande d1 perto da extremidade da haste de válvula (a cavidade S21, doravante, é referida como cavidade de haste do lado da extremidade de haste S21) e uma cavidade S22 que tem um diâmetro interno relativamente pequeno perto da cabeça de válvula (a cavidade S22 doravante, é referida como cavidade de haste do lado da cabeça de válvula S22). Fornece-se um degrau anular 17 entre a cavidade de haste do lado da extremidade de haste S21 e a cavidade de haste do lado da cabeça de válvula S22. A cavidade da haste de válvula S2 é parcialmente cheia com refrigerante 19 até um nível acima do degrau anular 17.

[073] Como uma consequência, devido a uma força de inércia que age no refrigerante 19 na cavidade da haste de válvula S2 durante um movimento de abertura/fechamento de válvula da válvula 10, um fluxo turbulento é gerado nas redondezas do degrau anular 17, conforme mostrado pelas setas F9 e F10 na Figura 4(a) a (b), que promove o agito do refrigerante 19 na cavidade da haste de válvula S2. Assim, a propriedade de redução de calor da válvula 10 é adicionalmente aprimorada.

[074] Em seguida, os comportamentos do refrigerante durante um movimento de abertura/fechamento da válvula de gatilho oca 10 serão, agora, descritos com referência às Figuras 3 e 4.

[075] Quando a válvula de gatilho oca fechada 10 for movida em um movimento de abertura de válvula descendente, conforme mostrado na Figura 3(a), o refrigerante 19 na cavidade interna S é submetido a uma força de inércia ascendente. Uma vez que a força ascendente que age mais no refrigerante 19 em uma região central da cavidade de cabeça de válvula S1 do que nas regiões periféricas, o refrigerante 19 tende a fluir para a cavidade da haste de válvula S2 através da região de interconexão P. No entanto, por causa do degrau anular 15 formado na região de interconexão P, o refrigerante não pode se mover suavemente para a cavidade da haste de válvula S2 como em uma válvula convencional revelada nas referências da técnica anterior.

[076] Consequentemente, os fluxos radialmente para fora F1 são gerados ao longo do degrau anular (ou o teto 14b1 da cavidade de cabeça de válvula S1), embora fluxos menores F4 e F5 de refrigerante também sejam gerados através da região de interconexão P e até a cavidade da haste de válvula S2. Sob essa condição, à medida que o refrigerante nas regiões centrais da cavidade de cabeça de válvula S1 é movido para cima, a pressão na região central da cavidade de cabeça de válvula S1 se torna negativa perto do fundo da cavidade de cabeça de válvula S1, de modo que os fluxos radialmente para dentro F3 sejam gerados, os quais acompanham os fluxos descendentes F2 ao longo da periferia externa inclinada 14b2 da cavidade de cabeça de válvula S1.

[077] Desse modo, os fluxos rotacionais verticais perimétricos externos de refrigerante 19 são gerados na cavidade de cabeça de válvula S1 ao longo do eixo geométrico L da válvula 10, conforme indicado por uma sequência de setas F1 -> F2 -> F3 -> F4 e, então, são gerados os fluxos turbulentos na cavidade da haste de válvula S2, conforme mostrado pelas setas F4 e F5.

[078] Ademais, quando um movimento de fechamento de válvula ascendente da válvula 10 for alterado para um movimento de abertura de válvula descendente, o refrigerante 19 na cavidade da haste de válvula S2 é submetido a uma força de inércia ascendente, que faz com que o refrigerante seja movido para cima na cavidade da haste de válvula S2, o que gera fluxos turbulentos F9 a jusante do degrau 17, conforme mostrado na Figura 4(a), à medida que o refrigerante 19 se move da cavidade de haste do lado da cabeça de válvula S22 para a cavidade de haste do lado da extremidade de haste S21.

[079] Por outro lado, quando um movimento de abertura de válvula descendente for alterado para um movimento de fechamento de válvula ascendente, o refrigerante 19 na cavidade interna S é submetido a uma força de inércia descendente, conforme mostrado na Figura 3(b). Nesse caso, uma vez que a força de inércia descendente que age no refrigerante 19 em uma região central da cavidade de cabeça de válvula S1 é maior do que aquela que age em uma região periférica, o refrigerante 19 na região central origina um fluxo descendente F6 no sentido do centro do fundo da cavidade S1, conforme mostrado na Figura 4(b). Ao mesmo tempo, um fluxo turbulento descendente F7 é gerado, através da região de interconexão P, na cavidade da haste de válvula S2. Os fluxos F6 ao longo do fundo da cavidade S1 são redirecionados pela periferia externa inclinada 14b2 da cavidade de cabeça de válvula S1 no sentido do teto 14b1 da cavidade S1 e acabaram transformados em fluxos F8 ao longo do teto 14b1, que, por fim, se fundem nos fluxos descendentes centrais F6 e F7 na cavidade de cabeça de válvula S1.

[080] Em outras palavras, os fluxos rotacionais verticais perimétricos internos do refrigerante 19 são gerados indicados por uma sequência de setas F6 -> F8 -> F6, que correm ao longo do eixo geométrico L da válvula 10 na cavidade de cabeça de válvula S1, enquanto um fluxo turbulento F7 é gerado na cavidade da haste de válvula S2.

[081] Ademais, à medida que o movimento de abertura de válvula descendente da válvula 10 é alterado para um movimento de fechamento de válvula ascendente, o refrigerante que se moveu para uma região ascendente da cavidade da haste de válvula S2 é, agora, impulsionado por uma força de inércia descendente, de modo que o refrigerante seja movido para baixo na cavidade da haste de válvula S2, a partir da cavidade da haste de válvula S21 no sentido da cavidade de haste do lado da cabeça de válvula S22 através do degrau 17, originando a turbulência F10 a jusante do degrau 17.

[082] Assim, durante um movimento de abertura/fechamento de válvula, os fluxos rotacionais verticais F1 -> F2 -> F3 e F6 -> F8 e/ou fluxos turbulentos F4, F5, F7, F9 e F10 podem ocorrer na cavidade interna S, facilitando o agito de níveis superior, intermediário e inferior do refrigerante e aprimorando-se, desse modo, enormemente, a propriedade de redução de calor da válvula 10.

[083] Fornecendo-se o degrau anular 17 em uma posição axial da cavidade interna S que corresponde a uma extremidade substancial 3b de um guia de válvula 3 voltado para a porta de escapamento 6, conforme mostrado na Figura 1, e formando-se a cavidade de haste do lado da extremidade de haste diametricamente maior S21 suficientemente longa de modo a aumentar a área da haste de válvula 12 em contato com o refrigerante 19, a eficiência de transferência de calor da haste de válvula 12 é aumentada e a espessura da parede da cavidade e, por isso, o peso da válvula 10, é reduzida perdendo-se a durabilidade da válvula 10. Em outras palavras, o degrau anular 17 é fornecido em uma posição predeterminada na cavidade da haste de válvula S que nunca entra na porta de escapamento 6 se a válvula for totalmente aberta para sua posição mais inferior 17x mostrada por uma linha pontilhada na Figura 1, (ou seja, o degrau 17 está situado em uma posição predeterminada em que a cavidade de haste do lado de extremidade de haste de válvula mais fina S21 é dificilmente afetada termicamente na porta de escapamento 6).

[084] Descrito em mais detalhes, uma vez que a resistência à fadiga de um metal diminui em altas temperaturas, é necessário tornar a espessura da parede da haste de válvula 12 próxima da cabeça de válvula 14 mais larga, uma vez que a porção é exposta às altas temperaturas na porta de escapamento 6. Por outro lado, a porção da haste de válvula 12 mais próxima da extremidade da haste de válvula (doravante, referida como haste de válvula do lado da extremidade de haste) não só é remota da câmara de combustão e menos submetida ao calor transmitido da câmara de combustão 4 e da porta de escapamento 6, como também mantida em contato com o guia de válvula 3a por meio do refrigerante 19 de modo a dissipar sua energia térmica para a cabeça de cilindro 2 por meio do guia de válvula 3a. Assim, a haste de válvula do lado da extremidade de haste não é tão aquecida a uma temperatura alta como a porção da haste de válvula perto da cabeça de válvula 14.

[085] Ou seja, uma vez que a haste de válvula do lado da extremidade de haste é menos provável a perder sua resistência à fadiga do que uma haste de válvula do lado da cabeça de válvula (definida para ser uma porção da haste de válvula próxima da cabeça de válvula 14), não haverá problema de durabilidade (de falha de fadiga, por exemplo) se o diâmetro interno da cavidade de haste do lado de extremidade de haste S21 for aumentado (ou seja, se a espessura da parede da haste do lado de extremidade de haste for reduzida).

[086] Nessa modalidade, portanto, em primeiro lugar, toda a área de superfície da cavidade da haste de válvula S2 em contato com o refrigerante é aumentada para intensificar a eficiência de transferência de calor da haste de válvula 12 alargando-se o diâmetro interno da cavidade de haste S21 do lado da extremidade de haste 30. Em segundo lugar, o peso total da válvula 10 é reduzido aumentando-se o volume total da cavidade da haste de válvula S2.

[087] Uma vez que não se exige que o membro de haste 12b tenha uma alta resistência ao calor em comparação com a carcaça 11, o membro de haste 12b pode ser feito de um material não caro menos resistente ao calor.

[088] Em seguida, referindo-se à Figura 5, um processo de fabricação de uma válvula de gatilho oca 10 será descrito, agora, em detalhes.

[089] Em primeiro lugar, uma carcaça 11 é formada, através de forjamento a quente, para ter uma carcaça de cabeça de válvula 14a integral com uma haste 12a de tal modo que a carcaça de cabeça de válvula 14a tenha um recesso 14b’ semiesférico, ainda em formato de cone circular geralmente truncado, conforme mostrado na Figura 5(a). Nota-se que o recesso semiesférico 14b’ é formado no processo de forjamento da carcaça 11 (carcaça de cabeça de válvula 14a). Esse recesso semiesférico 14b’ é um protótipo de um recesso com formato de cone circular geralmente truncado a ser formado mais tarde para uma cavidade de cabeça de válvula que tem um teto escalonado.

[090] O forjamento a quente pode ser um forjamento por extrusão em que um bloco de liga de aço resistente ao calor 11 é repetidamente extrudada a partir de diferentes moldes metálicos para formar uma carcaça 11 ou um forjamento por compressão axial em que uma barra de liga de aço resistente ao calor é primeiro recalcada por uma recalcadora para formar em uma extremidade do mesmo uma seção semiesférica, que é, então, forjada com um molde de forjamento para formar a carcaça 11 (de uma carcaça de cabeça de válvula 14a). Nesse forjamento a quente, um filete curvado 13 é formado entre a carcaça de cabeça de válvula 14a e a haste 12a e uma sede afunilada de válvula 16 é formada na periferia externa da carcaça de cabeça de válvula 14a.

[091] Em seguida, conforme mostrado na Figura 5(b), a carcaça de cabeça de válvula 14a é fornecida em uma extremidade aberta do recesso 14b’ da mesma com uma periferia interna 14c adaptada para se engatar com uma cobertura. O processo de fabricação inclui: uma etapa de formar um degrau anular 14b3 que serve como um teto da cavidade em formato de flange S1a através de usinagem da cavidade de cabeça de válvula S1; e uma etapa de formar um teto plano circular 14b1 da cavidade de cabeça de válvula S1 de maneira perpendicular ao eixo geométrico L da válvula 10 através de usinagem do fundo do recesso semiesférico 14b’ da carcaça de cabeça de válvula 14a até uma profundidade predeterminada H.

[092] Na próxima etapa de perfuração, a carcaça 11 é definida com seu recesso 14b da carcaça de cabeça de válvula 14a orientada para cima, conforme mostrado na Figura 5(c), e um furo 14e é perfurado na haste 12 através da superfície inferior 14b1 do recesso 14b da carcaça de cabeça de válvula 14a para formar uma cavidade de haste do lado da cabeça de válvula S22. Nessa etapa de perfuração, o recesso 14b da carcaça de cabeça de válvula 14a (para servir como a cavidade de cabeça de válvula S1) é comunicada com o furo 14e para fornecer a cavidade de haste do lado da cabeça de válvula S2 de tal modo que um degrau anular em formato de calha 15 (conforme visto do recesso 14b) seja formado em uma região que interconecta o recesso 14b e o furo 14e.

[093] Na próxima etapa de furação, a carcaça 11 é perfurada a partir da extremidade de haste para formar um furo 14f que corresponde à cavidade de haste do lado de extremidade de haste S21 e um degrau 17 na cavidade de haste S2, conforme mostrado na Figura 5(d).

[094] Em seguida, um membro de haste 12b é soldado à extremidade de haste da carcaça 11, conforme mostrado na Figura 5(d) (etapa de soldagem de membro de haste).

[095] Na próxima etapa de deposição de refrigerante, uma quantidade predeterminada de refrigerante solidificado 19 é preenchida no furo 14e da carcaça de cabeça de válvula 14a da carcaça 11, conforme mostrado na Figura 5(c).

[096] Por fim, em uma etapa de fechamento de cavidade, uma cobertura 18 é soldada através de soldagem por resistência, por exemplo, na atmosfera de argônio na periferia interna 14c do recesso 14b da carcaça de cabeça de válvula 14a da carcaça 11, conforme mostrado na Figura 5(g). Assim, a cavidade interna S da válvula 10 é vedada com a cobertura 18. Ao mesmo tempo, uma cavidade em formato de flange S1a é formada no fundo da cavidade de cabeça de válvula S1. Alternativamente, a cobertura pode ser soldada através de soldagem por feixe de elétron ou através de soldagem por feixe de laser.

[097] Assim, o teto plano 14b1 da cavidade de cabeça de válvula S1 é fornecido em uma posição deslocada da extremidade superior (teto 14b’1) em direção à haste por uma distância predeterminada H, em que a extremidade superior (teto 14b’1) é definida pela periferia em formato de aba ligeiramente curvada e inclinada 14b2. Esse recurso estrutural da válvula 10 fornece os méritos a seguir.

[098] Em primeiro lugar, na etapa anterior mostrada na Figura 5(a), pode-se fazer uso de um molde que tenha uma ponta saliente semiesférica resistente ao desgaste. Em segundo lugar, as exigências de precisão da face de pressionamento do molde são facilitadas. Como resultado, a fabricação do molde é facilitada, uma vez que o teto circular 14b1 da cavidade de cabeça de válvula S1 pode ser formada através da usinagem subsequente à etapa de forjamento. Além disso, a precisão do teto circular 14b1 da cavidade de cabeça de válvula S1 é aumentada através de usinagem.

[099] Consequentemente, não apenas uma determinada exatidão de fabricação da cavidade de cabeça de válvula S1 é garantida, mas também a uniformidade na propriedade de redução de calor das válvulas resultantes 10 pode ser garantida.

[100] A Figura 6 mostra um corte transversal longitudinal de uma válvula de gatilho oca de acordo com uma segunda modalidade da invenção.

[101] Lembra-se que a válvula de gatilho oca 10 da primeira modalidade é fornecida na cabeça de válvula 14 com uma cavidade de cabeça de válvula S1 que é formada com uma cavidade em formato de cone circular geralmente truncado. Em oposição, a válvula de gatilho oca 10A da segunda modalidade é fornecida na cabeça de válvula 14 com uma cavidade de cabeça de válvula S’1 que é formada com uma cavidade em formato de cone circular geralmente truncado que tem uma periferia afunilada 14b’2.

[102] Nota-se que a cavidade de cabeça de válvula S’1 é fornecida no fundo da mesma com uma cavidade em formato de flange S’1a, que é mais larga em raio do que aquela da cavidade em formato de flange S1a da válvula 10, de modo que o comprimento do percurso de transferência de calor da válvula 10A no material de válvula entre a sede de válvula 16 e (o refrigerante na) a cavidade de cabeça de válvula S’1 seja ainda mais reduzido para uma melhor eficiência de transferência de calor, para que a eficiência de transferência de calor da cabeça de válvula 14 seja maior que a da válvula 10 descrita na primeira modalidade.

[103] Ainda adicionalmente, uma carcaça 11’ tem uma carcaça de cabeça de válvula 14a’ formada com um recesso 14b’, cuja periferia interna 14c’ formada em sua extremidade aberta é maior em raio do que a periferia interna correspondente 14c da primeira modalidade, como também um degrau anular 14b’3 que serve como um teto da cavidade em formato de flange S’1a é afunilado de modo a permitir que o refrigerante na cavidade de cabeça de válvula S1’ origine um fluxo rotacional vertical e permita que o fluxo rotacional vertical seja parcialmente conduzido para a cavidade em formato de flange S’1a durante um movimento de abertura/fechamento de válvula da válvula 10A, conforme mostrado pelas setas na Figura 6 intensificando-se ainda mais, desse modo, a propriedade de redução de calor (capacidade de transferência de calor) da válvula do que da válvula 10.

[104] Ademais, em oposição à válvula 10 da modalidade 1, em que uma cavidade da haste de válvula S2 formada na haste de válvula 12 consiste em uma cavidade de haste do lado da cabeça de válvula diametricamente menor S21 e uma cavidade de haste do lado de extremidade de haste diametricamente maior S21, a cavidade interna S2 formada na haste de válvula 12 da válvula de gatilho oca 10A tem um diâmetro interno constante por todo o comprimento axial.

[105] Outros recursos da segunda modalidade são os mesmos que aqueles da primeira modalidade, de modo que os elementos semelhantes ou os mesmos sejam simplesmente referidos pelos mesmos símbolos nessas modalidades para evitar descrições redundantes.

[106] A Figura 7 é um corte transversal longitudinal de uma válvula de gatilho oca de acordo com uma terceira modalidade da invenção.

[107] Em oposição às válvulas de gatilho ocas 10 e 10A das modalidades anteriores 30 em que cada uma das cavidades de cabeça de válvula S1 e S’1 formadas nas respectivas cabeças de válvula 14 seja fornecida na forma de uma cavidade em formato de cone circular geralmente truncado que tem um teto com degrau circular, uma válvula de gatilho oca 10B da terceira modalidade é fornecida com uma cavidade de cabeça de válvula S”1 no formato de um cilindro direito inferior (ou um disco).

[108] Essa válvula de gatilho 10B tem uma carcaça 11” que compreende uma carcaça de cabeça de válvula 14a” formada com um recesso cilíndrico 14b”. Formados em uma extremidade aberta do recesso 14b” estão um degrau anular 14b”3 e uma periferia interna 14c” adaptada para se engatar com uma cobertura 18. A cavidade interna S” é vedada através de soldagem da cobertura 18 na periferia interna 14c’ depois de um refrigerante 19 como sódio metálico ser depositado na mesma junto com um gás inerte como argônio.

[109] Fornecida no fundo da cavidade de cabeça de válvula S”1 está uma cavidade em formato de flange S”1, que é semelhante em formato e função à cavidade em formato de flange S1a da válvula 10.

[110] Outros recursos da terceira modalidade são os mesmos que aqueles da primeira modalidade, de modo que os elementos semelhantes ou iguais sejam simplesmente referidos com os mesmos símbolos de referência, evitando-se as descrições redundantes de tais elementos.

[111] Lembra-se que cada uma das válvulas 10, 10A e 10B das modalidades anteriores é carregada com um refrigerante 19 e um gás inerte na cavidade interna da válvula, de tal modo que os fluxos rotacionais verticais de refrigerante sejam gerados ao longo do eixo geométrico da válvula durante um movimento alternado da válvula para facilitar o agito positivo do refrigerante. Deve-se compreender, no entanto, que a invenção também pode ser aplicada àquelas válvulas de gatilho ocas que exibem poucos fluxos rotacionais verticais devido ao fato de que as mesmas contêm uma quantidade excessiva do refrigerante nas cavidades internas. BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS 10, 10A, e 10B válvulas de gatilho ocas 11, 11’, e 11” carcaça para uma carcaça de cabeça de válvula integral com uma haste 12 haste de válvula 12a haste 12b membro de haste 14 cabeça de válvula 14a, 14a’, 14a” carcaça de cabeça de válvulas 14b 14b’ e 14b” recessos formados nas carcaças de cabeça de válvula 14b1, 14b’1, e 14b”1 tetos circulares de cavidades de cabeça de válvula 14b2, 14b2’ periferias inclinadas de cavidades de cabeça de válvula 14c, 14c’, e 14c” periferias internas de recessos próximos das extremidades abertas, formadas nas carcaças de cabeça de válvula 15 degrau anular em formato de calha, formado no teto da cavidade de cabeça de válvula para circundar a extremidade aberta da cavidade de haste 17 degrau anular formado na cavidade de haste 18 cobertura 19 refrigerante L, L’, e L” eixos geométricos de válvulas S, S’, e S” cavidades internas S1, S’, e S”1 cavidades de cabeça de válvula S2, S’2, e S”2 cavidades de haste de válvula P região de interconexão S21 cavidade de haste do lado da extremidade de haste S22 cavidade de haste do lado da cabeça de válvula F1 -> F2 -> F3; F6 -> F8 fluxos rotacionais verticais F4, F5, e F7 fluxos turbulentos F9 e F10 fluxos turbulentos

Claims

1. Válvula de gatilho oca (10, 10A) caracterizada por compreender uma cabeça de válvula (14) e uma haste de válvula (12) integral em uma extremidade da mesma com a cabeça de válvula (14), a válvula de gatilho (10, 10A) formada com uma cavidade interna (S, S’) que se estende de dentro da cabeça de válvula (14) até a haste de válvula (12) e é carregada com um refrigerante (19) junto com um gás inerte; em que a cavidade interna (S, S’) tem um cavidade geralmente em formato de disco diametricamente grande (S1, S’1) na cabeça de válvula (14) e uma cavidade reta, linear diametricamente pequena (S2, S’2) na haste de válvula (12) em comunicação com a cavidade de cabeça de válvula (S1, S’1); e em que apenas uma porção de borda inferior da cavidade de cabeça de válvula (S1, S’1) é estendida radialmente para fora e circunferencialmente, formando uma cavidade em formato de flange plana (S1a, S’1a) em um lado inferior da cavidade de cabeça de válvula (S1, S’1), em que a cavidade de cabeça de válvula (S1, S’1) é configurada no formato de um cone circular geralmente truncado cuja seção transversal longitudinal é um trapézio substancial e cuja periferia é uma periferia externa em formato de aba (14b2) ou uma periferia afunilada (14b'2) paralela à periferia externa da cabeça da válvula (14); em que uma região periférica (14b1) da cavidade da cabeça da válvula (S1, S'1) em torno de uma extremidade aberta da cavidade da haste da válvula (S2, S'2) comunicada com a cavidade da cabeça da válvula (S1, S'1) é um plano plano perpendicular ao eixo geométrico (L) da válvula (10, 10A) e serve como um teto da cavidade da cabeça da válvula (S1, S'1); em que um refrigerante (19) é carregado na cavidade da cabeça da válvula (S1, S'1) e na cavidade da haste da válvula (S2, S'2); e em que um fluxo circulatório vertical (F1, F2, F3; F6, F8) de refrigerante (19) é gerado no refrigerante (19) na cavidade de cabeça de válvula (S1, S’1) ao longo do eixo geométrico (L) da válvula (10, 10A) enquanto um fluxo turbulento (F4, F5; F7) de refrigerante (19) é gerado no refrigerante (19) na cavidade da haste da válvula (S2, S'2), durante um movimento alternado da válvula (10, 10A).

2. Válvula de gatilho oca (10, 10A), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que um teto (14b’3) da cavidade em formato de flange (S1a, S’1a) é afunilado de modo a permitir que uma parte dos fluxos circulatórios de refrigerante (19) seja levada para a cavidade em formato de flange (S1a, S’1a).

3. Válvula de gatilho oca (10, 10A), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que a cavidade de cabeça de válvula (S1, S’1) tem uma configuração escalonada na qual a região periférica (14b1) ao redor da extremidade aberta da cavidade da cabeça da válvula (S1, S'1) é configurada de uma extremidade superior (14b’1) do cone circular geralmente truncado por uma distância predeterminada (H) em direção à haste de válvula (12).

4. Válvula de gatilho oca (10, 10A), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que a cavidade da haste de válvula (S2, S’2) tem uma cavidade diametricamente maior (S21) em um lado de extremidade de haste da haste de válvula (12) e uma cavidade diametricamente menor (S22) em um lado de cabeça de válvula (14) da haste de válvula (12); em que um degrau anular (17) é fornecido em uma posição axial predeterminada da cavidade da haste de válvula (S2); em que o refrigerante (19) é carregado até um nível que excede o degrau anular; e em que um fluxo turbulento (F9, F10) de refrigerante (19) é gerado no lado a jusante do degrau anular (17) durante um movimento alternado da válvula (10, 10A).

5. Válvula de gatilho oca (10), de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que o degrau anular (17) na cavidade da haste de válvula (S2) está situado em uma posição axial não dentro de uma porta de escapamento (6) ou porta de admissão quando a válvula (10) for instalada na porta de escapamento (6) ou porta de admissão do motor.