IT202000003659A1

IT202000003659A1 - Generazione di energia elettrica dal moto alternativo di valvole

Info

Publication number: IT202000003659A1
Application number: IT102020000003659A
Authority: IT
Inventors: Tiziano D'alessio
Original assignee: Dalessio Tiziano
Priority date: 2020-02-21
Filing date: 2020-02-21
Publication date: 2021-08-21

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo: ?GENERAZIONE DI ENERGIA ELETTRICA DAL MOTO ALTERNATIVO DI VALVOLE?

SETTORE TECNICO DELL?INVENZIONE

La presente invenzione concerne, in generale, la generazione di energia elettrica dal moto alternativo di una valvola ed, in particolare, lo sfruttamento del moto relativo alternativo di un organo di apertura/chiusura valvola rispetto ad un corpo valvola, al fine di generare energia elettrica.

La presente invenzione trova applicazione vantaggiosa (anche se assolutamente non esclusiva) in motori endotermici, pompe a pistoni, veicoli, macchine/macchinari industriali/agricoli e, pi? in generale, in tutti i sistemi meccanici, meccatronici, idraulici, pneumatici, ecc. in cui sono impiegate valvole la cui apertura/chiusura ? attuata per mezzo di un organo di apertura/chiusura valvola mobile, con moto relativo alternativo, rispetto ad un corpo valvola (ad esempio, valvole a fungo con organo otturatore mobile con moto lineare alternativo).

STATO DELL?ARTE

Com?? ampiamente noto nel settore dei motori endotermici, un motore a combustione interna comprende tipicamente almeno un cilindro, all?interno del quale si muove, con moto lineare alternativo, un pistone che ? meccanicamente collegato ad un albero motore. Il cilindro ? collegato ad un collettore di aspirazione tramite almeno una valvola di aspirazione e ad un collettore di scarico tramite almeno una valvola di scarico. Le valvole di aspirazione e di scarico sono controllate, direttamente o tramite opportuni meccanismi, da uno o pi? alberi a camme che ricevono il moto dall?albero motore.

Dette valvole di aspirazione e di scarico sono tipicamente di tipo a fungo, con un organo di apertura/chiusura valvola mobile, con moto lineare alternativo, rispetto ad un corpo valvola (che, generalmente, comprende una porzione di guida assiale per l?organo di apertura/chiusura valvola). In particolare, l?organo di apertura/chiusura valvola ? sagomato sostanzialmente a fungo, ossia comprende una porzione a stelo che termina, ad una estremit?, con un otturatore che sporge nella camera di combustione all?interno del cilindro e che, per mantenere chiusa la valvola, viene tenuto in battuta a tenuta contro una corrispondente porzione del corpo valvola da cui, invece, viene allontanato per aprire la valvola. Pertanto, il movimento dell?organo di apertura/chiusura valvola determina (e regola) l?apertura e la chiusura della valvola e, quindi, il collegamento o meno tra il collettore di aspirazione/scarico e la camera di combustione.

A tal riguardo, ? importante notare che, oggigiorno, valvole a fungo del suddetto tipo vengono comunemente impiegate anche in pompe a pistoni ? ad esempio, nelle pompe a pistoni ad alta pressione utilizzate nei sistemi di alimentazione di veicoli a motore basati su tecnologia diesel a collettore comune (i.e., ?common rail?).

Peraltro, com?? noto, oggigiorno i veicoli a motore (in particolare, i veicoli che comprendono almeno un motore endotermico) sono provvisti di un impianto elettrico che include tipicamente almeno una batteria, un alternatore e/o, in molti casi, un generatore di corrente, laddove il compito principale di una batteria di un veicolo a motore ? tipicamente quello di alimentare il motorino di avviamento per avviare il motore a combustione interna. A tal riguardo, ? importante notare che, negli ultimi anni, nel settore dei veicoli a motore provvisti di motori endotermici, ? fortemente sentita la necessit? di ottimizzare l?architettura/configurazione, e migliorare l?efficienza di funzionamento ed i consumi elettrici, degli impianti elettrici di bordo.

OGGETTO E RIASSUNTO DELL?INVENZIONE

La presente invenzione nasce dall?idea innovativa del Richiedente di sfruttare il moto alternativo di valvole per generare energia elettrica.

Pertanto, un primo scopo della presente invenzione ? quello di fornire un innovativo meccanismo di generazione di energia elettrica dal moto alternativo di una valvola, in particolare dal moto relativo alternativo di un organo di apertura/chiusura valvola rispetto ad un corpo valvola.

Inoltre, un secondo scopo della presente invenzione ? quello di fornire una soluzione che consenta di ottimizzare l?architettura/configurazione, e di migliorare l?efficienza di funzionamento ed i consumi elettrici, di impianti elettrici di bordo di veicoli a motore provvisti di motori endotermici.

Questi ed altri scopi sono raggiunti dalla presente invenzione in quanto essa ? relativa ad una valvola, secondo quanto definito nelle rivendicazioni allegate.

In particolare, la valvola secondo la presente invenzione comprende:

? un corpo valvola;

? un organo di apertura/chiusura valvola mobile, con moto alternativo, rispetto al corpo valvola;

? mezzi di generazione di campo magnetico realizzati in, su, o intorno a, una porzione dell?organo di apertura/chiusura valvola o del corpo valvola; e ? spire elettricamente conduttive realizzate in, su, o intorno a, una porzione del corpo valvola o dell?organo di apertura/chiusura valvola;

per cui il moto alternativo dell?organo di apertura/chiusura valvola rispetto al corpo valvola produce una variazione nel tempo del flusso magnetico concatenato con le spire elettricamente conduttive generando, in tal modo, correnti elettriche indotte in dette spire elettricamente conduttive.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

Per una migliore comprensione della presente invenzione, alcune forme preferite di realizzazione, fornite a puro titolo di esempio esplicativo e non limitativo, verranno ora illustrate con riferimento ai disegni allegati (non in scala).

In particolare, le Figure 1-6 allegate sono viste schematiche di parti di una valvola secondo una forma preferita (ma assolutamente non limitativa, n? vincolante) di realizzazione della presente invenzione.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DI FORME PREFERITE DI REALIZZAZIONE DELL?INVENZIONE

La seguente descrizione viene fornita per permettere ad un tecnico del settore di realizzare ed usare l?invenzione. Varie modifiche alle forme di realizzazione presentate saranno immediatamente evidenti a persone esperte ed i generici principi qui divulgati potrebbero essere applicati ad altre forme realizzative ed applicazioni senza, per?, per questo uscire dall?ambito di tutela della presente invenzione come definito nelle rivendicazioni allegate.

La presente invenzione nasce dall?idea innovativa del Richiedente di sfruttare, in una valvola provvista di un organo di apertura/chiusura valvola mobile con moto relativo alternativo rispetto ad un corpo valvola, la nota legge dell?induzione elettromagnetica di Faraday-Neumann-Lenz, secondo cui una variazione temporale del flusso magnetico attraverso una superficie delimitata da un circuito elettrico genera, in tale circuito elettrico, una forza elettromotrice indotta pari all?opposto della variazione temporale del flusso magnetico.

In termini matematici, la legge di Faraday-Neumann-Lenz pu? essere espressa come:

dove indica la forz a elettromotrice indotta e indica <il flusso magnetico che> <? calcolato come>

in cui indica il campo magnetico, mentre S indica la superficie attraverso cui viene calcolato il flusso

Pertanto, se l?organo di apertura/chiusura valvola ed il corpo valvola vengono provvisti di mezzi di generazione di campo magnetico e spire elettricamente conduttive, sfruttando il moto relativo alternativo di detto organo di apertura/chiusura valvola rispetto a detto corpo valvola ? possibile generare nelle spire elettricamente conduttive una corrente elettrica indotta (ossia una forza elettromotrice indotta) ed ?, quindi, possibile generare energia elettrica.

In particolare, la presente invenzione concerne una valvola (ad esempio, di un motore endotermico, di una pompa a pistoni, di un veicolo, di una macchina industriale/agricola, di un sistema meccanico, meccatronico, idraulico, pneumatico o simili) che include:

? un corpo valvola;

? mezzi di generazione di campo magnetico (ad esempio, un magnete permanente, un materiale magnetizzato, un elettromagnete, ecc.) realizzati in, su, o intorno a, una porzione dell?organo di apertura/chiusura valvola o del corpo valvola; e

? spire elettricamente conduttive realizzate in, su, o intorno a, una porzione del corpo valvola o dell?organo di apertura/chiusura valvola, per cui il moto alternativo dell?organo di apertura/chiusura valvola rispetto al corpo valvola produce una variazione nel tempo del flusso magnetico concatenato con le spire elettricamente conduttive generando, in tal modo, correnti elettriche indotte in dette spire elettricamente conduttive.

Preferibilmente, i mezzi di generazione di campo magnetico sono realizzati in, su, o intorno a, una porzione dell?organo di apertura/chiusura valvola, mentre le spire elettricamente conduttive sono realizzate in, su, o intorno a, una corrispondente porzione del corpo valvola.

Convenientemente, la valvola ? di tipo a fungo, in cui: ? l?organo di apertura/chiusura valvola ? mobile con moto lineare alternativo ed ? sagomato a fungo comprendendo una porzione a stelo che termina, ad una estremit?, con un otturatore;

? il corpo valvola comprende una porzione di guida assiale in cui si muove la porzione a stelo dell?organo di apertura/chiusura valvola;

? i mezzi di generazione di campo magnetico sono realizzati in, su, o intorno a, almeno una sottoporzione della porzione a stelo dell?organo di apertura/chiusura valvola; e

? le spire elettricamente conduttive sono realizzate in, su, o intorno a, almeno una sottoporzione della porzione di guida assiale del corpo valvola.

Per una migliore comprensione della presente invenzione, nelle Figure 1-3 vengono mostrate viste schematiche di parti di una valvola (indicata nel complesso con 100) secondo una forma preferita (ma assolutamente non limitativa, n? vincolante) di realizzazione della presente invenzione.

In particolare, la valvola 100 ? di tipo a fungo e comprende un organo di apertura/chiusura valvola 110 sagomato a fungo che ? mobile con moto lineare alternativo e che comprende una porzione a stelo 111 che termina, ad una estremit?, con un otturatore 112 avente una forma sostanzialmente a disco.

Inoltre, la valvola 100 comprende anche:

? una porzione di guida assiale 120 avente una forma sostanzialmente cilindrica, all?interno della quale si muove la porzione a stelo 111 dell?organo di apertura/chiusura valvola 110;

? una bobina 130 che ? disposta intorno alla porzione di guida assiale 120 e che comprende un supporto 131 (preferibilmente realizzato in acciaio laminato a basso tenore di carbonio per aumentare la conduttivit? elettrica) su cui sono avvolte spire metalliche 132 (ad esempio spire di rame); e

? mezzi di generazione di campo magnetico (ad esempio, un magnete permanente, un materiale magnetizzato, un elettromagnete, ecc.) realizzati su, in, o intorno a, almeno una sottoporzione della porzione a stelo 111 dell?organo di apertura/chiusura valvola 110 (detti mezzi di generazione di campo magnetico non essendo mostrati nelle Figure 1-3, dove per? sono schematicamente illustrate le linee di flusso del campo magnetico generato da detti mezzi di generazione di campo magnetico).

Nelle Figure 4-6 vengono illustrati in maggiore dettaglio, rispettivamente, la porzione di guida assiale 120, il supporto 131 e le spire metalliche 132.

Vale la pena notare che, nelle Figure 1-6, ? illustrato anche un sistema di riferimento cartesiano xyz, in cui l?asse y ? parallelo all?asse di guida dell?organo di apertura/chiusura valvola 110 lungo cui quest?ultimo si muove con moto lineare alternativo.

La valvola 100 pu? essere convenientemente sfruttata sia come valvola di aspirazione, sia come valvola di scarico, in un motore a combustione interna di un veicolo, o in una pompa a pistoni ad alta pressione di un sistema di alimentazione di un veicolo, al fine di fornire all?impianto elettrico di bordo energia elettrica da immagazzinare o da usare (ad esempio, per ricaricare la batteria del veicolo). In tal caso, le spire metalliche 132 sono collegate in modo opportuno all?impianto elettrico di bordo, ad esempio tramite un raddrizzatore (?rectifier?).

Dalla precedente descrizione, le caratteristiche innovative ed i vantaggi tecnici della presente invenzione sono immediatamente evidenti per un tecnico del settore.

A tal riguardo, ? importante sottolineare, innanzitutto, il fatto che la presente invenzione consente di generare energia elettrica sfruttando il normale funzionamento di dispositivi, quali i gruppi valvola, progettati ed utilizzati con funzioni completamente diverse dalla generazione di energia elettrica. Ci? permette di ottenere molteplici vantaggi tecnici.

Ad esempio, la presente invenzione pu? essere vantaggiosamente utilizzata nei veicoli a motore provvisti di motori endotermici (anche di tipo ibrido) al fine di ottimizzare l?architettura/configurazione, e di migliorare l?efficienza di funzionamento ed i consumi elettrici, degli impianti elettrici di bordo.

Infatti, utilizzando l?invenzione in veicoli a motore provvisti di motori endotermici (anche di tipo ibrido) ? possibile velocizzare/ottimizzare la ricarica delle batterie (ottenendo, in tal modo, anche un allungamento della vita utile delle stesse), nonch? ridurre dimensioni e massa dei generatori di corrente (che, al limite, potrebbero essere addirittura eliminati).

In particolare, la riduzione delle dimensioni e della massa dei generatori di corrente pu? consentire un notevole incremento delle prestazioni in veicoli sportivi (e.g., automobili e motociclette sportive).

Infatti, com?? noto, in una motocicletta il generatore di corrente ? tipicamente disposto vicino all?albero motore, al quale ? attaccato il rotore che ruotando attorno allo statore genera corrente elettrica. Utilizzando la presente invenzione in una motocicletta (in particolare, una motocicletta sportiva) ? possibile ridurre le dimensioni e la massa del generatore elettrico e, quindi, ottenere:

? un miglior bilanciamento dei pesi (infatti, si incrementa il peso delle valvole che sono, per?, pi? vicine al baricentro, mentre si riduce il peso del generatore di corrente che ? pi? distante dal baricentro), nonch?

? una riduzione del volano, ottenendo cos? un?accelerazione angolare maggiore e di conseguenza prestazioni migliori.

Ovviamente, analoghi vantaggi sono ottenibili utilizzando la presente invenzione anche in un autoveicolo, in particolare in un?automobile sportiva.

In conclusione, ? importante notare che, bench? l?invenzione sopra descritta faccia particolare riferimento ad esempi di attuazione ben precisi, essa non ? da ritenersi limitata a tali esempi di attuazione, rientrando nel suo ambito tutte quelle varianti, modifiche o semplificazioni coperte dalle rivendicazioni allegate.

A tal riguardo, ? importante richiamare l?attenzione sul fatto che, bench? l?invenzione sia stata descritta in precedenza facendo particolare riferimento alle valvole a fungo con organo di apertura/chiusura valvola mobile con moto lineare alternativo, gli insegnamenti tecnici della presente invenzione sono applicabili a tutte le tipologie di valvole con organo di apertura/chiusura valvola mobile, con moto relativo alternativo, rispetto ad un corpo valvola.

Inoltre, ? bene ricordare anche che la presente invenzione pu? essere vantaggiosamente sfruttata in motori endotermici, pompe a pistoni, veicoli, macchine/macchinari industriali/agricoli e, pi? in generale, in tutti i sistemi meccanici, meccatronici, idraulici, pneumatici ecc. in cui sono impiegate valvole la cui apertura/chiusura ? attuata per mezzo di un organo di apertura/chiusura valvola mobile, con moto relativo alternativo, rispetto ad un corpo valvola.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Valvola (100) comprendente: ? un corpo valvola; e ? un organo di apertura/chiusura valvola (110) mobile, con moto alternativo, rispetto al corpo valvola; caratterizzata dal fatto di comprendere anche: ? mezzi di generazione di campo magnetico realizzati in, su, o intorno a, una porzione dell?organo di apertura/chiusura valvola (110) o del corpo valvola; e ? spire elettricamente conduttive (132) realizzate in, su, o intorno a, una porzione del corpo valvola o dell?organo di apertura/chiusura valvola (110); per cui il moto alternativo dell?organo di apertura/chiusura valvola (110) rispetto al corpo valvola produce una variazione nel tempo del flusso magnetico concatenato con le spire elettricamente conduttive (132) generando, in tal modo, correnti elettriche indotte in dette spire elettricamente conduttive (132).
2. La valvola della rivendicazione 1, in cui i mezzi di generazione di campo magnetico sono realizzati in, su, o intorno a, una porzione dell?organo di apertura/chiusura valvola (110) e le spire elettricamente conduttive (132) sono realizzate in, su, o intorno a, una porzione del corpo valvola.
3. La valvola della rivendicazione 2, in cui: ? l?organo di apertura/chiusura valvola (110) ? mobile con moto lineare alternativo ed ? sagomato a fungo comprendendo una porzione a stelo (111) che termina, ad una estremit?, con un otturatore (112); ? il corpo valvola comprende una porzione di guida assiale (120) all?interno della quale si muove la porzione a stelo (111) dell?organo di apertura/chiusura valvola (110); ? i mezzi di generazione di campo magnetico sono realizzati in, su, o intorno a, almeno una sottoporzione della porzione a stelo (111) dell?organo di apertura/chiusura valvola (110); e ? le spire elettricamente conduttive (132) sono realizzate in, su, o intorno a, almeno una sottoporzione della porzione di guida assiale (120) del corpo valvola.
4. La valvola della rivendicazione 3, in cui le spire elettricamente conduttive (132) sono avvolte su un supporto (131) in acciaio laminato a basso tenore di carbonio disposto intorno alla porzione di guida assiale (120).
5. La valvola secondo una qualsiasi rivendicazione precedente, in cui i mezzi di generazione di campo magnetico comprendono un magnete permanente, un materiale magnetizzato o un elettromagnete.
6. Uso della valvola (100) come rivendicata in una qualsiasi rivendicazione precedente per la generazione di energia elettrica in veicoli, macchine/macchinari industriali/agricoli, sistemi meccanici, meccatronici, idraulici, pneumatici e simili.
7. Motore a combustione interna comprendente la valvola (100) come rivendicata in una qualsiasi rivendicazione 1-5.
8. Pompa a pistoni comprendente la valvola (100) come rivendicata in una qualsiasi rivendicazione 1-5.
9. Veicolo comprendente il motore a combustione interna come rivendicato nella rivendicazione 7 e/o la pompa a pistoni come rivendicata nella rivendicazione 8.