ITBO20100551A1 - Valvola per la regolazione della portata di un gas in un motore a combustione interna provvista di una valvola di compensazione della pressione - Google Patents

Valvola per la regolazione della portata di un gas in un motore a combustione interna provvista di una valvola di compensazione della pressione Download PDF

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ITBO20100551A1
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Marcello Colli
Michele Garofalo
Stefano Matrullo
Lisa Zibordi
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Magneti Marelli Spa
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    • F02D9/105—Details of the valve housing having a throttle position sensor

Description

D E S C R I Z I O N E
del brevetto per Invenzione Industriale dal titolo:
“VALVOLA PER LA REGOLAZIONE DELLA PORTATA DI UN GAS IN UN MOTORE A COMBUSTIONE INTERNA PROVVISTA DI UNA VALVOLA DI COMPENSAZIONE DELLA PRESSIONEâ€
SETTORE DELLA TECNICA
La presente invenzione à ̈ relativa ad una valvola per la regolazione della portata di un gas in un motore a combustione interna.
La presente invenzione trova vantaggiosa applicazione in una valvola a farfalla per la regolazione della portata di aria fresca aspirata da un motore a combustione interna, cui la trattazione che segue farà esplicito riferimento senza per questo perdere di generalità.
ARTE ANTERIORE
Nei motori a combustione interna à ̈ normalmente prevista una valvola a farfalla, la quale à ̈ disposta a monte di un collettore di aspirazione e regola la portata dell’aria che viene alimentata ai cilindri. Una tipica valvola a farfalla attualmente in commercio presenta un corpo valvola provvisto di un condotto di alimentazione tubolare attraverso cui fluisce l’aria aspirata dal motore a combustione interna; all’interno del condotto di alimentazione à ̈ alloggiato un piattello a farfalla, il quale à ̈ calettato su di un albero girevole per ruotare tra una posizione di apertura e una posizione di chiusura del condotto di alimentazione. La rotazione del piattello a farfalla à ̈ comandata da un dispositivo attuatore che comprende un motore elettrico accoppiato all’albero del piattello a farfalla mediante una trasmissione ad ingranaggi ed à ̈ pilotato in retroazione utilizzando la misura di un sensore di posizione angolare.
Il motore elettrico, la trasmissione ad ingranaggi ed il sensore di posizione angolare sono disposti in una camera del corpo valvola, la quale viene chiusa da un coperchio asportabile che sigilla a tenuta la camera per evitare l’infiltrazione di umidità che può provocare corrosione nelle componenti metalliche e può provocare malfunzionamenti nelle componenti elettriche ed elettroniche. Le variazioni di temperatura che si verificano sia per effetto del cambiamento della temperatura ambientale, sia per effetto del calore prodotto dal motore a combustione interna determinano delle variazioni di pressione all’interno della camera che essendo stagna non presenta scambi gassosi con l’ambiente esterno; tali variazioni di pressione possono determinare un abbassamento della pressione all’interno della camera rispetto all’ambiente esterno, quindi portando la camera in depressione. La depressione all’interno della camera potrebbe favorire il richiamo e la penetrazione di acqua dall’ambiente esterno attraverso le superfici di tenuta tra il corpo valvola ed il coperchio e il richiamo e la penetrazione di acqua dal condotto di aspirazione attraverso le superfici di tenuta tra i cuscinetti e l’albero del piattello a farfalla; questa indesiderata penetrazione di acqua all’interno della camera tende a verificarsi per effetto della depressione quando la valvola a farfalla à ̈ relativamente “anziana†e quindi le parti in gomma delle tenute perdono parte della loro elasticità per invecchiamento.
DESCRIZIONE DELLA INVENZIONE
Scopo della presente invenzione à ̈ di realizzare una valvola per la regolazione della portata di un gas in un motore a combustione interna, la quale sia priva degli inconvenienti sopra descritti e sia nel contempo di facile ed economica realizzazione.
Secondo la presente invenzione viene realizzata una valvola per la regolazione della portata di un gas in un motore a combustione interna secondo quanto rivendicato dalle rivendicazioni allegate.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI
La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano alcuni esempi di attuazione non limitativi, in cui:
· la figura 1 Ã ̈ una vista prospettica di una valvola a farfalla realizzata secondo la presente invenzione; · la figura 2 Ã ̈ vista frontale e con parti asportate per chiarezza della valvola a farfalla della figura 1;
· la figura 3 Ã ̈ vista prospettica ed esplosa della valvola a farfalla della figura 1;
· la figura 4 Ã ̈ vista prospettica e parzialmente sezionata della valvola a farfalla della figura 1;
· la figura 5 Ã ̈ una vista prospettica di una alternativa valvola a farfalla realizzata secondo la presente invenzione;
· la figura 6 Ã ̈ una vista prospettica di un coperchio della valvola a farfalla della figura 5;
· la figura 7 Ã ̈ una vista prospettica ed esplosa del coperchio della figura 6;
· la figura 8 Ã ̈ una vista frontale ed in scala ingrandita di un foro ricavato attraverso il coperchio della figura 6;
· la figura 9 à ̈ una vista prospettica, in scala ingrandita e con l’asportazione di particolari per chiarezza di un castello di protezione esterno del coperchio della figura 6;
· la figura 10 Ã ̈ una vista in pianta del castello (17) di protezione esterno della figura 9;
· la figura 11 Ã ̈ una vista in sezione lungo la linea XI-XI del castello di protezione esterno della figura 9; · la figura 12 Ã ̈ una vista in sezione lungo la linea XII-XII del castello di protezione esterno della figura 9;
· la figura 13 Ã ̈ una vista prospettica di una ulteriore valvola a farfalla realizzata secondo la presente invenzione;
· la figura 14 à ̈ una vista prospettica e con l’asportazione di particolari per chiarezza della valvola a farfalla della figura 13; e
· la figura 15 à ̈ una vista prospettica, esplosa e con l’asportazione di particolari per chiarezza della valvola a farfalla della figura 13.
FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE DELL’INVENZIONE
Nella figura 1, con il numero 1 à ̈ indicata nel suo complesso una valvola a farfalla a controllo elettronico per un motore a combustione interna (non illustrato). La valvola 1 a farfalla comprende un corpo 2 valvola che à ̈ normalmente realizzato in metallo (tipicamente alluminio).
Il corpo 2 valvola alloggia un motore 3 elettrico (illustrato nella figura 4), un condotto 4 di alimentazione tubolare a sezione circolare attraverso cui fluisce l’aria aspirata dal motore a combustione interna, ed un otturatore 5 (illustrato schematicamente in tratteggio nella figura 2) avente la forma di un piattello a farfalla. L’otturatore 5 impegna il condotto 4 di alimentazione e ruota tra una posizione di massima apertura e una posizione di chiusura del condotto 4 di alimentazione per effetto dell’azione del motore 3 elettrico.
Secondo quanto illustrato nella figura 2, l’otturatore 5 à ̈ calettato su di un albero 6 (illustrato schematicamente in tratteggio) presentante un asse di rotazione longitudinale per ruotare tra la posizione di apertura e la posizione di chiusura per effetto dell’azione del motore 3. Il motore 3 elettrico à ̈ accoppiato all’albero 6 dell’otturatore 5 mediante una trasmissione 7 ad ingranaggi che trasmette il moto dall’albero del motore 3 elettrico all’albero 6 dell’otturatore 5. Secondo una preferita forma di attuazione, il motore 3 elettrico di forma cilindrica à ̈ disposto in un alloggiamento 8 tubolare (illustrato nella figura 1) disposto a fianco del condotto 4 di alimentazione. La valvola 1 a farfalla comprende anche un sensore di posizione angolare di tipo senza contatto che rileva la posizione angolare dell’albero 6 portante l’otturatore 5; tale misura della posizione angolare dell’albero 6 viene utilizzata per controllare in retroazione il motore 3 elettrico. Il motore 3 elettrico, la trasmissione 7 ad ingranaggi, ed il sensore di posizione angolare sono disposti in una camera 9 cinematica, la quale à ̈ ricavata nel corpo 2 valvola ed à ̈ chiusa da un coperchio 10 asportabile (illustrato nelle figure 1, 3 e 4) che à ̈ normalmente realizzato in plastica stampata e sigilla a tenuta la camera 9 cinematica stessa.
La valvola 1 a farfalla comprende un condotto 11 di compensazione (parzialmente illustrato nelle figure 3 e 4) che mette in comunicazione la camera 9 cinematica con l’ambiente esterno, ed una valvola 12 di compensazione che à ̈ traspirante (cioà ̈ lascia passare l’aria), idrofobica (cioà ̈ non lascia passare l’acqua), ed oleofobica (cioà ̈ non lascia passare l’olio) ed à ̈ disposta lungo il condotto 11 di compensazione. Grazie alla presenza della valvola 12 di compensazione si verifica costantemente uno scambio gassoso (cioà ̈ di aria) tra la camera 9 cinematica e l’ambiente esterno ed in questo modo la pressione all’interno della camera 9 cinematica à ̈ sempre uguale alla pressione dell’ambiente esterno; inoltre, grazie alla presenza della valvola 12 di compensazione viene impedito l’ingresso di acqua oppure olio dall’ambiente esterno alla camera 9 cinematica preservando quindi la camera 9 cinematica da indesiderate e pericolose contaminazioni esterne.
La valvola 12 di compensazione comprende una membrana 13 che à ̈ traspirante, idrofobica ed oleofobica e chiude completamente il condotto 11 di compensazione; secondo una preferita forma di attuazione, la membrana 13 à ̈ costituita di un tessuto traspirante, idrofobico ed oleofobico, quale ad esempio il Gore-tex<®>che presenta una trama sufficientemente ampia da permettere il passaggio dell’aria e nel contempo sufficientemente stretta da impedire il passaggio delle molecole di acqua e di olio.
Nella forma di attuazione illustrata nelle figure 1-4, il condotto 11 di compensazione presenta una sezione circolare e la valvola 12 di compensazione comprende un corpo 14 di supporto (illustrato nelle figure 3 e 4) che à ̈ normalmente realizzato in materiale plastico stampato, presenta una simmetria cilindrica, supporta la membrana 13 (che à ̈ incollata al corpo 14 di supporto), ed à ̈ fissato ad incastro (ritenuta “snap-fit†) all’interno del condotto 11 di compensazione in corrispondenza di una apertura di uscita del condotto 11 di compensazione verso l’ambiente esterno. Tra il corpo 14 di supporto ed il condotto 11 di compensazione realizzato nel corpo 2 valvola à ̈ preferibilmente interposta almeno una guarnizione di tenuta anulare (“O-ring†) che garantisce la tenuta.
Inoltre, nella forma di attuazione illustrata nelle figure 1-4, il condotto 11 di compensazione à ̈ ricavato attraverso una parete del corpo 2 valvola ed in particolare à ̈ ricavato attraverso una parete di fondo dell’alloggiamento 8 tubolare del motore 3 elettrico.
Secondo una preferita forma di attuazione, à ̈ previsto un sistema di protezione meccanico che à ̈ disposto in corrispondenza della apertura di uscita del condotto 11 di compensazione verso l’ambiente esterno e scherma l’apertura di uscita da getti d’acqua diretti (che possono verificarsi sia in caso di lavaggio ad acqua del motore, sia in caso di schizzi generati dall’attraversamento in velocità di pozzanghere); infatti, la membrana 13 à ̈ idrofobica in condizioni normali (cioà ̈ quando l’acqua viene a contatto della membrana 13 in condizioni stazionarie o quasi stazionarie), ma non à ̈ completamente impermeabile e quindi potrebbe venire parzialmente attraversata da un getto di acqua che impatta contro la membrana 13 a velocità relativamente elevata. Nella forma di attuazione illustrata nelle figure 1-4, il sistema di protezione meccanico comprende una parete 15 di protezione anulare che si eleva a sbalzo da una parete del corpo 2 valvola e circonda completamente l’apertura di uscita del condotto 11 di compensazione verso l’ambiente esterno. Preferibilmente, la parete 15 di protezione anulare presenta nella parte più bassa uno scasso di scolo per lo scolo dell’acqua per gravità (cioà ̈ per evitare che l’acqua ristagni nella parte inferiore della parete 15 di protezione).
La forma di attuazione della valvola 1 a farfalla illustrata nelle figure 5-7 si differenzia dalla valvola 1 a farfalla illustrata nelle figure 1-4 per la conformazione della valvola 12 di compensazione, per la posizione del condotto 11 di compensazione, per la forma del condotto 11 di compensazione, e per la forma del sistema di protezione meccanico. Nella forma di attuazione della valvola 1 a farfalla illustrata nelle figure 5-7, il condotto 11 di compensazione à ̈ ricavato attraverso una parete 16 del coperchio 10 e presenta una sezione a croce (come meglio illustrato nella figura 8). Inoltre, nella forma di attuazione della valvola 1 a farfalla illustrata nelle figure 5-7 la membrana 13 presenta una area maggiore rispetto al condotto 11 di compensazione ed à ̈ incollata alla parete 16 del coperchio 10 (attraverso la quale à ̈ ricavato il condotto 11 di compensazione); in particolare, la membrana 13 à ̈ incollata alla superficie della parete 16 che delimita una apertura di ingresso del condotto 11 di compensazione verso la camera 9 cinematica (come illustrato nelle figure 7 e 8). Infine, nella forma di attuazione della valvola 1 a farfalla illustrata nelle figure 5-7 il sistema di protezione meccanico comprende un castello 17 di protezione che circonda l’apertura di uscita del condotto 11 di compensazione verso l’ambiente esterno ed una protuberanza 18 di forma parallelepipeda che si eleva a sbalzo dalla parete 16 del coperchio 10 (attraverso la quale à ̈ ricavata l’apertura di uscita del condotto 11 di compensazione verso l’ambiente esterno).
Secondo quanto meglio illustrato nelle figure 9-12, l’apertura di uscita del condotto 11 di compensazione verso l’ambiente esterno à ̈ disposta perpendicolarmente alla parete 16 del coperchio 10 ed à ̈ costituita da quattro fori 19 che sono tra loro separati, sono disposti a croce, e sono ricavati attraverso corrispondenti pareti 20 della protuberanza 18 che sono disposte perpendicolarmente alla parete 16. Il castello 17 di protezione comprende quattro elementi 21 di protezione che sono separati uno dall’altro, sono disposti a croce, e sono affacciati ai corrispondenti quattro fori 19 che costituiscono l’apertura di uscita del condotto 11 di compensazione verso l’ambiente esterno.
Il sistema di protezione illustrato nelle figure 5-12 offre una elevata protezione contro i getti di acqua che non riescono mai a raggiungere direttamente i fori 19 che costituiscono l’apertura di uscita del condotto 11 di compensazione verso l’ambiente esterno; inoltre, la membrana 13 à ̈ relativamente lontana dai fori 19 (come illustrato nelle figure 11 e 12) e quindi in ogni caso l’acqua che giunge a contatto con la membrana 13 ha completamente perso la propria energia cinetica. Inoltre, il sistema di protezione illustrato nelle figure 5-12 non presenta alcun sottosquadro per cui à ̈ facilmente realizzabile a stampo mediante una sola coppia di stampi (cioà ̈ un singolo stampo ed un singolo controstampo); in questo modo, il coperchio 10 che porta il condotto 11 di compensazione à ̈ realizzabile in plastica stampata a costi contenuti.
La forma di attuazione della valvola 1 a farfalla illustrata nelle figure 13-15 si differenzia dalla valvola 1 a farfalla illustrata nelle figure 5-12 unicamente per la posizione del condotto 11 di compensazione. Nella valvola 1 a farfalla illustrata nelle figure 5-12 il condotto 11 di compensazione à ̈ ricavato attraverso la parete 16 del coperchio 10, mentre nella forma di attuazione della valvola 1 a farfalla illustrata nelle figure 13-15 il condotto 11 di compensazione à ̈ ricavato attraverso una parete 22 del corpo 2 valvola (la parete 22 del corpo 2 valvola à ̈ parallela ed affacciata alla parete 16 del coperchio 10). Invece, la conformazione della valvola 12 di compensazione la forma del condotto 11 di compensazione, e la forma del sistema di protezione meccanico della forma di attuazione della valvola 1 a farfalla illustrata nelle figure 13-15 sono identiche a quelle della forma di attuazione della valvola 1 a farfalla illustrata nelle figure 5-12.
La forma di attuazione della valvola 1 a farfalla illustrata nelle figure 1-4 à ̈ adatta ad un corpo 2 valvola realizzato in metallo (alluminio), in quanto prevede l’utilizzo di un corpo 14 di supporto in materiale plastico al quale à ̈ incollata la membrana 13 (la membrana 13 non può venire incollata direttamente al metallo) ed in quanto prevede un sistema di protezione meccanico di forma semplice che può venire realizzato con facilità anche in metallo.
La forma di attuazione della valvola 1 a farfalla illustrata nelle figure 5-12 Ã ̈ adatta ad un corpo 2 valvola realizzato in metallo (alluminio) accoppiato ad un coperchio 10 realizzato in plastica stampata, in quanto la membrana 13 Ã ̈ direttamente incollata alla parete 16 del coperchio 10 in quanto il condotto 11 di compensazione ed il sistema di protezione meccanico sono disposti nel coperchio 10 e possono venire semplicemente realizzati direttamente nello stampaggio.
La forma di attuazione della valvola 1 a farfalla illustrata nelle figure 13-15 à ̈ adatta ad un corpo 2 valvola realizzato almeno parzialmente in plastica stampata (cioà ̈ almeno la parete 22 del corpo 2 valvola deve essere realizzata in plastica stampata), in quanto la membrana 13 à ̈ direttamente incollata alla parete 22 del corpo 2 valvola ed in quanto il condotto 11 di compensazione ed il sistema di protezione meccanico sono realizzati nella parete 22 e possono venire semplicemente realizzati direttamente nello stampaggio.
La valvola 1 a farfalla sopra descritta sopra descritta presenta numerosi vantaggi.
In primo luogo, il condotto 11 di compensazione accoppiato alla valvola 12 di compensazione mettono in comunicazione la camera 9 cinematica (che altrimenti sarebbe stagna) con l’ambiente esterno; in questo modo si verifica un passaggio di aria nelle due direzione tra la camera 9 cinematica e l’ambiente esterno ogni qual volta che nella camera 9 cinematica avviene una variazione di pressione per effetto di una corrispondente variazione di temperatura (cioà ̈ avviene una costante compensazione delle variazioni di pressione tra la camera 9 cinematica e l’ambiente esterno). Avendo la camera 9 cinematica sempre la stessa pressione dell’ambiente esterno non avviene mai una depressione nella camera 9 cinematica che possa attirare dell’umidità all’interno della camera 9 cinematica stessa.
Inoltre, la valvola 1 a farfalla sopra descritta à ̈ di semplice ed economica realizzazione anche partendo da una valvola 1 a farfalla esistente.
Chiaramente la presente invenzione che prevede la presenza del condotto 11 di compensazione e della valvola 12 di compensazione (che à ̈ traspirante, idrofobica ed oleofobica) trova vantaggiosa applicazione in qualunque tipo di valvola per la regolazione della portata di un gas in un motore a combustione interna. Oltre alla sopra descritta applicazione ad una valvola 1 a farfalla per la regolazione della portata di aria fresca aspirata da un motore a combustione interna, à ̈ possibile, ad esempio, una applicazione ad una valvola per un sistema EGR che regola la portata dei gas di scarico ricircolati.

Claims (17)

  1. R I V E N D I C A Z I O N I 1) Valvola (1) per la regolazione della portata di un gas in un motore a combustione interna; la valvola (1) comprende: un corpo (2) valvola; un condotto (4) di alimentazione tubolare definito nel corpo (2) valvola per il passaggio del gas; un otturatore (5), il quale à ̈ disposto all’interno del condotto (4) di alimentazione e si muove tra una posizione di massima apertura ed una posizione di chiusura del condotto (4) di alimentazione; un attuatore (3) che muove l’otturatore (5); una trasmissione (7) che collega meccanicamente l’attuatore (3) all’otturatore (5); una camera (9) cinematica che à ̈ ricavata nel corpo (2) valvola ed alloggia l’attuatore (3) e la trasmissione (7); ed un coperchio (10) che chiude la camera (9) cinematica sigillando a tenuta la camera (9) cinematica stessa; la valvola (1) a farfalla à ̈ caratterizzata dal fatto di comprendere: un condotto (11) di compensazione che mette in comunicazione la camera (9) cinematica con l’ambiente esterno; ed una valvola (12) di compensazione che à ̈ traspirante ed idrofobica ed à ̈ disposta lungo il condotto (11) di compensazione per rendere la pressione all’interno della camera (9) cinematica sempre uguale alla pressione dell’ambiente esterno impendendo nel contempo l’ingresso di acqua dall’ambiente esterno alla camera (9) cinematica.
  2. 2) Valvola (1) secondo la rivendicazione 1, in cui la valvola (12) di compensazione comprende una membrana (13) che à ̈ traspirante ed idrofobica e chiude completamente il condotto (11) di compensazione.
  3. 3) Valvola (1) secondo la rivendicazione 2, in cui la membrana (13) Ã ̈ costituita di un tessuto traspirante ed idrofobico.
  4. 4) Valvola (1) secondo la rivendicazione 2 o 3, in cui la valvola (12) di compensazione comprende un corpo (14) di supporto che supporta la membrana (13) ed à ̈ fissato ad incastro all’interno del condotto (11) di compensazione in corrispondenza di una apertura di uscita del condotto (11) di compensazione verso l’ambiente esterno.
  5. 5) Valvola (1) secondo la rivendicazione 2 o 3, in cui la membrana (13) presenta una area maggiore rispetto al condotto (11) di compensazione ed à ̈ incollata ad una parete (16; 22) attraverso la quale à ̈ ricavato il condotto 11 di compensazione.
  6. 6) Valvola (1) secondo una delle rivendicazioni da 2 a 5 e comprendente un sistema di protezione meccanico che à ̈ disposto in corrispondenza di una apertura di uscita del condotto (11) di compensazione verso l’ambiente esterno e scherma l’apertura di uscita da getti d’acqua diretti.
  7. 7) Valvola (1) secondo la rivendicazione 6, in cui il sistema di protezione meccanico comprende una parete (15) di protezione anulare che circonda completamente l’apertura di uscita del condotto (11) di compensazione verso l’ambiente esterno.
  8. 8) Valvola (1) secondo la rivendicazione 7, in cui il la parete (15) di protezione anulare presenta nella parte più bassa uno scasso di scolo per lo scolo dell’acqua.
  9. 9) Valvola (1) secondo la rivendicazione 6, in cui il sistema di protezione meccanico comprende un castello (17) di protezione che circonda l’apertura di uscita del condotto (11) di compensazione verso l’ambiente esterno.
  10. 10) Valvola (1) secondo la rivendicazione 9, in cui il castello (17) di protezione comprende quattro elementi (21) di protezione che sono separati uno dall’altro, sono disposti a croce, e sono affacciati alla apertura di uscita.
  11. 11) Valvola (1) secondo la rivendicazione 9 o 10, in cui l’apertura di uscita del condotto (11) di compensazione verso l’ambiente esterno à ̈ disposta perpendicolarmente ad una parete (16; 22) attraverso la quale à ̈ ricavato il condotto (11) di compensazione stesso.
  12. 12) Valvola (1) secondo la rivendicazione 11, in cui l’apertura di uscita à ̈ ricavata attraverso una protuberanza (18) che si eleva a sbalzo dalla parete (16; 22) attraverso la quale à ̈ ricavato il condotto (11) di compensazione.
  13. 13) Valvola (1) secondo la rivendicazione 12, in cui l’apertura di uscita comprende una pluralità di fori (19) che sono tra loro separati e sono ricavati attraverso corrispondenti pareti (20) della protuberanza (18).
  14. 14) Valvola (1) secondo la rivendicazione 13, in cui il castello (17) di protezione comprende una pluralità di elementi (21) di protezione che sono separati uno dall’altro e sono affacciati a corrispondenti fori (19) della apertura di uscita.
  15. 15) Valvola (1) secondo una delle rivendicazioni da 1 a 14, in cui il condotto (11) di compensazione à ̈ ricavato attraverso una parete del corpo (2) valvola.
  16. 16) Valvola (1) secondo la rivendicazione 15, in cui il condotto (11) di compensazione à ̈ ricavato attraverso una parete di fondo di un alloggiamento (8) tubolare dell’attuatore (3).
  17. 17) Valvola (1) secondo una delle rivendicazioni da 1 a 15, in cui il condotto (11) di compensazione à ̈ ricavato attraverso una parete (16) del coperchio (10).
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