ITBO20010145A1 - Valvola a tre vie a comando elettrico - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione è relativa ad una valvola a tre vie a comando elettrico.

In particolare, la presente invenzione è relativa ad valvola a tre vie a comando elettrico da utilizzare nella realizzazione dei dispositivi elettroidraulici per la movimentazione delle valvole di aspirazione e di scarico dei motore a scoppio di ultima generazione; impiego a cui la trattazione che segue farà esplicito riferimento senza per guesto perdere in generalità.

Come è noto, negli ultimi anni sono stati sviluppati dei dispositivi elettroidraulici in grado di azionare le valvole di aspirazione e di scarico dei motore a scoppio in sostituzione degli alberi a camme. Nei dispositivi elettroidraulici attualmente in fase di sperimentazione, l'afflusso di olio in pressione agli attuatori idraulici che comandano lo spostamento delle valvole del motore a scoppio viene regolato attraverso una serie di elettrovalvole ad alta velocità che, prese a coppie, simulano il funzionamento di valvole a tre vie a comando elettrico di tipo tradizionale.

Le valvole a tre vie attualmente conosciute hanno infatti il grosso inconveniente di avere ingombri notevoli e, cosa ancora più importante, non offrono tempi di commutazione sufficientemente ridotti da soddisfare alle specifiche di funzionamento richieste per essere montate nei dispositivi elettroidraulici che sovrintendono alla movimentazione delle valvole di aspirazione e di scarico dei motore a scoppio.

Come noto, infatti, le valvole a tre vie attualmente conosciute sono composte da un corpo valvola, all'interno del quale sono ricavati una cavità centrale e tre condotti di collegamento ciascuno dei quali mette in comunicazione la suddetta cavità con l'esterno, e da un organo otturatore il quale è montato mobile all'interno della cavità centrale in modo tale da poter chiudere alternativamente l'ingresso di due dei tre condotti di collegamento in modo tale da mettere il terzo condotto di collegamento in comunicazione esclusiva con l'uno o l'altro dei primi due.

Nella fattispecie, due dei tre condotti di collegamento si affacciano alla cavità centrale da bande opposte dell'organo otturatore, mentre l'organo otturatore è fissato all'estremità di un'asta di supporto che è montata assialmente mobile attraverso il corpo della valvola in una direzione intersecante gli ingressi dei due condotti di collegamento che si affacciano all'interno della cavità centrale da bande opposte dell'organo otturatore, in modo tale da poter posizionare l'organo otturatore a chiusura alternativamente dell'ingresso di uno o l'altro dei suddetti due condotti di collegamento.

É evidente che, a causa della propria inerzia, l'insieme composto dall'asta di supporto e dall'organo otturatore non permette di raggiungere tempi di commutazione particolarmente ridotti, ne tanto meno è in grado di garantire una affidabilità ed una durata compatibili con un impiego automobilistico.

Scopo della presente invenzione è quindi quello di realizzare una valvola a tre vie a comando elettrico, esente dagli inconvenienti sopra descritti.

Secondo la presente invenzione viene realizzata una valvola a tre vie a comando elettrico comprendente un corpo valvola, all'interno del quale sono ricavati una cavità centrale e rispettivamente un primo, un secondo ed un terzo condotto di collegamento atti a mette in comunicazione la cavità centrale con l'esterno, ed un organo otturatore il quale è montato mobile all'interno della cavità centrale tra una prima posizione operativa, in cui l'organo otturatore si dispone a chiusura dell'ingresso del primo condotto in modo tale da ostruire a tenuta di fluido il detto primo condotto e mettere il secondo condotto in comunicazione esclusiva con il terzo condotto, ed una seconda posizione operativa, in cui l'organo otturatore si dispone a chiusura dell'ingresso del terzo condotto in modo tale da ostruire a tenuta di fluido il detto terzo condotto e mettere il secondo condotto in comunicazione esclusiva con il primo condotto; la detta valvola a tre vie essendo caratterizzata dal fatto che il detto organo otturatore è svincolato da qualsiasi altro elemento della valvola ed è montato liberamente mobile all'interno della cavità centrale, e che la detta cavità centrale è sagomata in modo tale che l'organo otturatore sia costretto ad impegnare contemporaneamente gli ingressi del detto primo e del detto terzo condotto di collegamento, riuscendo però ad ostruire a tenuta di fluido uno solo dei detti primo e terzo condotto di collegamento .

La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui:

- la figura 1 è una vista in sezione, con parti asportate per chiarezza, di una valvola a tre vie a comando elettrico realizzata secondo i dettami della presente invenzione; mentre

- la figura 2 è una vista in scala ingrandita di un particolare della valvola a tre vie illustrata in figura 1.

Con riferimento alle figure 1 e 2, con il numero 1 è indicata nel suo complesso una valvola a tre vie a comando elettrico particolarmente indicata per essere utilizzata nei dispositivi elettroidraulici che sovrintendono alla movimentazione delle valvole di aspirazione e di scarico dei motore a scoppio di ultima generazione .

La valvola 1 comprende un corpo valvola 2, all'interno del quale sono ricavati una cavità centrale 3 e tre condotti 4, 5 e 6 di collegamento ciascuno dei quali mette in comunicazione la cavità centrale 3 con 1'esterno, ed un organo otturatore 7 il quale è montato mobile all'interno della cavità centrale 3 tra una prima posizione operativa (vedi figura 2), in cui l'organo otturatore 7 si dispone a chiusura dell'ingresso del condotto 4 in modo tale da ostruire a tenuta di fluido il condotto 4 stesso e mettere il condotto 5 in comunicazione esclusiva con il condotto 6, ed una seconda posizione operativa, in cui l'organo otturatore 7 si dispone a chiusura dell'ingresso del condotto 6 in modo tale da ostruire a tenuta di fluido il condotto 6 stesso e mettere il condotto 5 in comunicazione esclusiva con il condotto 4.

Più in dettaglio, gli ingressi dei condotti 4 e 6 si affacciano alla cavità centrale 3 allineati tra loro da bande opposte dell'organo otturatore 7, mentre l'organo otturatore 7 è definito da un corpo sferico o di forma sostanzialmente sferica realizzato preferibilmente, ma non necessariamente, in materiale metallico, il quale è montato liberamente mobile all'interno della cavità centrale 3 ed è dimensionato in modo tale da poter ostruire a tenuta di fluido alternativamente l'ingresso del condotto 4 o l'ingresso del condotto 6 così da impedire il passaggio di fluidi da e verso la cavità centrale 3.

É opportuno sottolineare che, diversamente dalle valvole a tre vie attualmente conosciute, il corpo sferico 7 è svincolato da qualsiasi altro elemento della valvola 1 ed è quindi in grado di muoversi liberamente all'interno della cavità centrale 3 in qualsiasi direzione, compatibilmente ovviamente con lo spazio libero disponibile all'interno della cavità centrale 3.

Per quanto riguarda invece la cavità centrale 3, essa è sagomata in modo tale che l'organo otturatore 7, ossia il corpo sferico 7, sia costretto ad impegnare contemporaneamente gli ingressi di entrambi i condotti 4 e 6, riuscendo però ad ostruire a tenuta di fluido uno solo dei due condotti 4 e 6.

Nell'esempio illustrato, in particolare, l'ingresso del condotto 4 e l'ingresso del condotto 6 sono entrambi definiti da una superficie svasata 4a, 6a di forma sostanzialmente troncoconica o ad imbuto, sulla quale è atto a disporsi in battuta l'organo otturatore 7, ossia il corpo sferico 7, impegnando parzialmente lo spazio all'interno della superficie svasata 4a, 6a stessa. Le superfici svasata 4a e 6a sono affacciate e coassiali una all'altra, e la cavità centrale 3 è sagomata in modo tale che la distanza d tra il bordo perimetrale esterno dell'ingresso del condotto 4 ed il bordo perimetrale esterno dell'ingresso del condotto 6 sia inferiore al diametro del corpo sferico 7, in modo tale che il corpo sferico 7 sia costretto ad impegnare con due porzioni sferiche diametralmente opposte lo spazio all'interno della superficie svasata 4a e lo spazio all'interno della superficie svasata 6a. La distanza d tra l'ingresso del condotto 4 e l'ingresso del condotto 6 è inoltre leggermente superiore alla distanza minima necessaria per bloccare il corpo sferico 7 in battuta contemporaneamente su entrambe le superfici svasate 4a e 6a, in modo tale da lasciare al corpo sferico 7 libertà di movimento all'interno della cavità centrale 3.

In altre parole, il corpo sferico 7 può muoversi liberamente all'interno della cavità centrale 3, ma lo spazio disponibile per gli spostamenti è talmente ridotto da consentire al corpo sferico 7 solamente spostamenti di ridottissima entità.

Ovviamente, la forma delle due superfici svasate 4a e 6a, ossia l'apertura a del cono che definisce le due superfici svasate 4a e 6a, deve essere sufficientemente ampia da poter accogliere almeno parzialmente il corpo sferico 7 al proprio interno. In altre parole, il cono che definisce le due superfici svasate 4a e 6a deve avere una ampiezza tale che il contatto tra il corpo sferico 7 e la superficie svasata 4a, 6a avvenga lungo una circonferenza posizionata all'interno della superficie svasata 4a, 6a. La siffatta geometria delle due superfici svasate 4a e 6a permette infatti al corpo sferico 7 di autocentrarsi all'interno della superficie svasata 4a o 6a, quando va a chiudere a tenuta di fluido l'ingresso del condotto 4 o 6.

Con riferimento alle figure 1 e 2, la valvola 1 è infine provvista di un organo pressore retrattile 8, il quale è in grado, a comando, di sporgere temporaneamente all'interno della cavità centrale 3 attraverso l'ingresso del condotto 6 e di disporsi in battuta sull'organo otturatore 7, ossia sul corpo sferico 7, in modo tale da allontanarlo dalla superficie svasata 6a e spingerlo in battuta contro la superficie svasata 4a così da chiudere a tenuta di fluido l'ingresso del condotto 4.

Nella fattispecie, la valvola 1 è provvista di un'asta o puntone 8 retrattile che si estende coassialmente all'asse delle due superfici svasate 4a e 6a, immediatamente a valle dell'ingresso del condotto 6, ed è in grado di effettuare a comando uno spostamento assiale temporaneo verso 1'interno della cavità centrale 3, in modo tale da sporgere con la punta temporaneamente all'interno della superficie svasata 4a per spingere e mantenere l'organo otturatore 7 nella prima posizione operativa.

É opportuno sottolineare che l'asta o puntone retrattile 8 non deve necessariamente estendersi coassialmente alle due superfici svasate 4a e 6a, ma è sufficiente che, nel suo movimento assiale alternato, sia in grado di spingere e mantenere l'organo otturatore 7 in battuta contro la superficie svasata 4a così da chiudere a tenuta di fluido l'ingresso del condotto 4.

Lo spostamento dalla prima alla seconda posizione operativa avviene invece per effetto della pressione esercitata dal fluido presente nel condotto 4: quando l'organo pressore retrattile 8 non è più in battuta sull'organo otturatore 7, ossia sul corpo sferico 7, il fluido in pressione presente all'interno del condotto 4 nel fluire all'interno della cavità centrale 3 sposta l'organo otturatore 7 dalla prima posizione operativa e, visto il ridotto spazio a disposizione, non può fare altro che spingerlo in battuta contro la superficie svasata 6a così da chiudere a tenuta di fluido l'ingresso del condotto 6, ossia nella seconda posizione operativa, per poi fuoriuscire dalla cavità centrale 3 attraverso il condotto 5.

Con riferimento alle figure 1 e 2, vista la particolare geometria della cavità centrale 3 e la ridotta entità degli spostamenti che l'organo otturatore 7 può liberamente compiere all'interno della cavità centrale 3 stessa, la corsa assiale richiesta all'organo pressore retrattile 8 è particolarmente ridotta ed è paragonabile alla corsa assiale richiesta allo spillo otturatore di un qualsiasi iniettore carburante, per cui risulta particolarmente conveniente adottare per la valvola 1 una geometria costruttiva simile a quella degli iniettore carburante attualmente conosciuti.

Per quanto detto sopra, il corpo valvola 2 comprende un elemento tubolare allungato 10 che presenta un condotto passante 10a a diametro variabile, il quale si estende coassiale all'asse A longitudinale dell'elemento tubolare allungato 2 per l'intera lunghezza dell'elemento tubolare 2 stesso, ed un tappo di chiusura 11 di forma sostanzialmente cilindrica, fissato in modo inamovibile ad una estremità assiale dell'elemento tubolare allungato 10 in modo tale da chiudere a tenuta di fluido il condotto passante IOa.

La cavità centrale 3 ed i condotti 4, 5 e 6 sono ricavati all'interno del tappo di chiusura 11 in modo tale che la cavità centrale 3 ed i condotti 4 e 6 risultino coassiali all'asse A dell'elemento tubolare allungato 10, con il condotto 4 rivolto verso l'esterno ed il condotto 6 affacciato al, ed in comunicazione diretta con il condotto passante IOa dell'elemento tubolare allungato 10. Il condotto 5 si estende invece attraverso il corpo del tappo di chiusura 11 ed attraverso la parete laterale dell'elemento tubolare allungato 10 in una direzione preferibilmente, ma non necessariamente, perpendicolare all'asse A, per mettere in comunicazione la cavità centrale 3 con l'esterno. L'organo otturatore 7, ossia il corpo sferico 7, è ovviamente montato liberamente mobile all'interno della cavità centrale 3 ed è dimensionato in modo tale da poter ostruire a tenuta di fluido alternativamente l'ingresso del condotto 4, ossia la superficie svasata 4a, o l'ingresso del condotto 6, ossia la superficie svasata 6a, così da impedire il passaggio di fluidi da e verso la cavità centrale 3.

Con riferimento alla figura 1, è opportuno precisare che l'elemento tubolare allungato 10 nell'esempio illustrato è composto da una serie di segmenti tubolari opportunamente accoppiati tra loro.

L'organo pressore retrattile 8 è invece costituito da una boccola 12 in materiale ferromagnetico montata assialmente mobile all'interno del tratto del condotto passante 10a a diametro maggiore, e da un'ago o spillo 13 estendentesi a sbalzo dalla boccola 6 verso il tappo di chiusura 11 coassialmente all'asse A.

Quando l'organo pressore retrattile 8 è in posizione avanzata o estratta, la punta dello spillo 13 attraversa il condotto 6 e, sporgendo all'interno della superficie svasata 6a, si pone in battuta sull'organo otturatore 7, ossia sul corpo sferico 7, staccandolo dalla superficie svasata 6a e spingerlo in battuta contro la superficie svasata 4a così da chiudere a tenuta di fluido l'ingresso del condotto 4.

La movimentazione assiale dell'organo pressore retrattile 8, ossia dell'insieme composto dalla boccola 12 e dall'ago o spillo 13, è invece realizzata tramite un elemento elastico 14 di contrasto, il quale è atto a mantenere l'organo pressore retrattile 8 nella citata posizione avanzata o estratta, e tramite una bobina 15 in materiale elettricamente conduttore calzata sull'elemento tubolare allungato 10, in modo tale da essere coassiale all'asse A longitudinale dell'elemento tubolare allungato 10 stesso.

Quando è percorsa dalla corrente elettrica, la bobina 15 è atta a generare un campo magnetico in grado di vincere la forza elastica dell'elemento elastico 14 e muovere assialmente l'organo pressore retrattile 8 verso la bobina 15 stessa, in modo tale da spostare la punta dall'ago o spillo 13 all'esterno della cavità centrale 3, o meglio della superficie svasata 6a.

In altre parole, l'organo pressore retrattile 8 è mobile assialmente sotto la spinta di forze elastiche ed elettromagnetiche contrapposte, generate rispettivamente dalla elemento elastico 14 e dalla bobina 15.

Per quanto riguarda l'elemento elastico 14, esso è definito da una molla elicoidale 14 disposta all'interno del condotto passante IOa coassiale all'asse A, con una prima estremità in battuta sulla boccola 12 e con una seconda estremità in battuta su di uno spallamento ricavato all'interno del condotto passante IOa.

Nell'esempio illustrato, tale spallamento è definito dall'estremità assiale di un corpo spingimolla 16 inserito all'interno del condotto passante IOa, dalla parte opposta dell'ago o spillo 13 rispetto alla boccola 6. Il corpo spingimolla 16 costituisce parte integrante dell'elemento tubolare allungato 10, presenta forma tubolare cilindrica, ed è realizzato preferibilmente, ma non necessariamente, in materiale ferromagnetico.

Il funzionamento della valvola 1 a tre vie a comando elettrico è facilmente desumibile da quanto sopra descritto, e non necessita quindi di ulteriori spiegazioni .

I vantaggi della valvola 1 sono evidenti: vista la massa estremamente ridotta del corpo otturatore 7 e vista la ridotta entità degli spostamenti necessari per passare dalla prima alla seconda posizione operativa e viceversa, i tempi di commutazione della valvola 1 a tre vie sono di alcuni ordini di grandezza inferiori alle valvola a tre vie attualmente conosciute, rendendone possibile l'utilizzo nei dispositivi elettroidraulici che sovrintendono alla movimentazione delle valvole di aspirazione e di scarico dei motore a scoppio di ultima realizzazione .

Un ulteriore vantaggio della valvola 1 a tre vie a comando elettrico sopra descritta è quello di avere costi di produzione particolarmente ridotti: la sua struttura è infatti molto simile a quella degli iniettori carburante, per cui per la sua costruzione possono essere utilizzati i macchinari impiegati per realizzare gli iniettori carburante.

Di fatto, infatti, le maggiori differenze strutturali tra la valvola 1 ed un iniettore carburante sono concentrate nel tappo di chiusura 11 che negli iniettori carburante è sostituito da un ugello nebulizzatore, ossia da un disco con foro centrale calibrato posizionato a chiusura del condotto passante 10a dell'elemento tubolare allungato 10.

Risulta infine chiaro che alla valvola 1 a tre vie a comando elettrico sopra descritta ed illustrata possono essere apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dall'ambito della presente invenzione.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1. Valvola a tre vie (1) a comando elettrico comprendente un corpo valvola (2), all'interno del quale sono ricavati una cavità centrale (3) e rispettivamente un primo (4), un secondo (5) ed un terzo condotto (6) di collegamento atti a mette in comunicazione la cavità centrale (3) con l'esterno, ed un organo otturatore (7) il quale è montato mobile all'interno della cavità centrale (3) tra una prima posizione operativa, in cui l'organo otturatore (7) si dispone a chiusura dell'ingresso del primo condotto (4) in modo tale da ostruire a tenuta di fluido il detto primo condotto (4) e mettere il secondo condotto (5) in comunicazione esclusiva con il terzo condotto (6), ed una seconda posizione operativa, in cui l'organo otturatore (7) si dispone a chiusura dell'ingresso del terzo condotto (6) in modo tale da ostruire a tenuta di fluido il detto terzo condotto (6) e mettere il secondo condotto (5) in comunicazione esclusiva con il primo condotto (4); la detta valvola a tre vie (1) essendo caratterizzata dal fatto che il detto organo otturatore (7) è svincolato da qualsiasi altro elemento della valvola (1) ed è montato liberamente mobile all'interno della cavità centrale (3), e che la detta cavità centrale (3) è sagomata in modo tale che l'organo otturatore (7) sia costretto ad impegnare contemporaneamente gli ingressi (4a, 6a) del detto primo (4) e del detto terzo condotto (5) di collegamento, riuscendo però ad ostruire a tenuta di fluido uno solo dei detti primo (4) e terzo condotto (6) di collegamento.
2. 2. Valvola a tre vie secondo la rivendicazione (1), caratterizzata dal fatto che l'ingresso (4a) del primo condotto (4) di collegamento e l'ingresso (6a) del terzo condotto (6) di collegamento si affacciano alla cavità centrale (3) da bande opposte dell'organo otturatore (7); la detta valvola (1) comprendendo inoltre un organo pressore retrattile (8) il quale è in grado di sporgere, a comando, all'interno della cavità centrale (3) attraverso l'ingresso (6a) del detto terzo condotto (6) di collegamento per disporsi in battuta sull'organo otturatore (7), in modo tale da spingerlo in battuta contro l'ingresso (4a) del detto primo condotto (4) di collegamento così da chiuderlo a tenuta di fluido.
3. 3. Valvola a tre vie secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che l'ingresso (4a) del detto primo condotto (4) di collegamento è definito da una superficie svasata (4a), sulla quale è atto a disporsi in battuta il detto organo otturatore (7) impegnando parzialmente lo spazio all'interno della superficie svasata (4a) stessa.
4. 4. Valvola a tre vie secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che l'ingresso (6a) del detto terzo condotto (6) di collegamento è definito da una superficie svasata (6a), sulla quale è atto a disporsi in battuta il detto organo otturatore (7) impegnando parzialmente lo spazio all'interno della superficie svasata (6a) stessa.
5. 5. Valvola a tre vie secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che il detto organo otturatore (7) ha forma sostanzialmente sferica.
6. 6. Valvola a tre vie secondo la rivendicazione 6, caratterizzata dal fatto che la detta cavità centrale (3) è sagomata in modo tale che la distanza (d) esistente tra il bordo perimetrale esterno dell'ingresso (4a) del detto primo condotto (4) ed il bordo perimetrale esterno dell'ingresso (6a) del detto terzo condotto (6) sia inferiore al diametro dell'organo otturatore (7).
7. 7. Valvola a tre vie secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 2 a 6, caratterizzata dal fatto che il detto organo pressore retrattile (8) comprende un'asta o puntone (8) il quale è posizionato immediatamente a valle dell'ingresso (6a) del detto terzo condotto (6), ed è in grado di effettuare a comando uno spostamento assiale verso l'interno della cavità centrale (3), in modo tale da sporgere temporaneamente all'interno della detta cavità centrale (3) per disporsi con la punta in battuta sul detto organo otturatore (7).
8. 8. Valvola a tre vie secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che il detto corpo valvola (2) comprende un elemento tubolare allungato (10) presentante un condotto passante (IOa) che si estende per l'intera lunghezza dell'elemento tubolare (2) stesso, ed un tappo di chiusura (11) fissato in modo inamovibile ad una estremità assiale dell'elemento tubolare allungato (10) in modo tale da chiudere a tenuta di fluido il detto condotto passante (IOa); la cavità centrale (3) ed il primo (4), secondo (5) e terzo condotto (6) di collegamento essendo ricavati all'interno del tappo di chiusura (11) in modo tale che la cavità centrale (3), il primo (4) ed terzo condotto risultino coassiali all'asse longitudinale (A) dell'elemento tubolare allungato (10), con il primo condotto (4) rivolto verso l'esterno ed il terzo condotto (6) affacciato al, ed in comunicazione diretta con il condotto passante (IOa) dell'elemento tubolare allungato (10).
9. 9. Valvola a tre vie secondo la rivendicazione 8, caratterizzata dal fatto che il detto organo pressore retrattile (8) è montato assialmente mobile all'interno del condotto passante (IOa) del detto elemento tubolare allungato (10).
10. 10 . Valvola a tre vie secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 2 a 9, caratterizzata dal fatto che il detto organo pressore retrattile (8) è assialmente mobile sotto la spinta di forze elastiche ed elettromagnetiche .
11. 11 . Valvola a tre vie secondo la rivendicazione 10, caratterizzata dal fatto che il detto organo pressore retrattile (8) comprende una boccola (12) in materiale ferromagnetico montata assialmente mobile all'interno del condotto passante (IOa), ed un ago o spillo (13) estendentesi a sbalzo dalla boccola (6) verso il tappo di chiusura (11) coassialmente all'asse longitudinale (A) dell'elemento tubolare allungato (10).