ITMI20061991A1 - VALVE FOR MANAGING GASEOUS FLUIDS - Google Patents

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ITMI20061991A1
ITMI20061991A1 IT001991A ITMI20061991A ITMI20061991A1 IT MI20061991 A1 ITMI20061991 A1 IT MI20061991A1 IT 001991 A IT001991 A IT 001991A IT MI20061991 A ITMI20061991 A IT MI20061991A IT MI20061991 A1 ITMI20061991 A1 IT MI20061991A1
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Italy
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valve
liner
coating
ptfe
sealing element
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Manfred Hauser
Frank Miller
Elmar Okrent
Bruno Seidner
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Bosch Gmbh Robert
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Description

TZU04/Ub/B TZU04 / Ub / B

STUDIO BREVETTI JAUMANN JAUMANN PATENT STUDY

di Jaumann P. & C. Sas by Jaumann P. & C. Sas

Via San Giovanni sul Muro, 13 Via San Giovanni sul Muro, 13

20121 MILANO 20121 MILAN

Ditta: ROBERT BOSCH GMBH Company: ROBERT BOSCH GMBH

Sede: Stoccarda (Germania) Headquarters: Stuttgart (Germany)

DESCRIZIONE DESCRIPTION

Stato dell'arte State of the art

La presente invenzione concerne una valvola per gestire fluidi gassosi, che presenta un organo di chiusura mobile della valvola, una sede della valvola ed un elemento valvolare elastico che serve a realizzare una tenuta ermetica nella sede della valvola. The present invention relates to a valve for managing gaseous fluids, which has a movable valve closure member, a valve seat and an elastic valve element which serves to provide a hermetic seal in the valve seat.

In tempi recenti sono state effettuate intense ricerche riguardo all'utilizzo di autoveicoli, oppure di impianti stazionari per la generazione di corrente, contemplanti, come sorgente di azionamento, una pila a combustione oppure un motore a gas per combustibili gassosi. Nei motori a combustione interna al riguardo utilizzati si sono finora utilizzati i motori a combustione interna sostanzialmente invariati per carburanti liquidi. Quando si utilizzano valvole per la gestione di fluidi gassosi si ha tuttavia, a motivo dei gas secchi, fondamentalmente il problema che le superfici di guida e di battuta dell'organo di chiusura della valvola, rispettivamente della sede della valvola non l<'>i^U54/Ub/b In recent times, intense research has been carried out regarding the use of motor vehicles, or stationary plants for the generation of current, contemplating, as a drive source, a combustion cell or a gas engine for gaseous fuels. In the internal combustion engines used for this purpose, substantially unchanged internal combustion engines for liquid fuels have hitherto been used. However, when valves are used for the management of gaseous fluids, due to dry gases, there is basically the problem that the guiding and abutment surfaces of the valve closing member, respectively of the valve seat, are not the same. ^ U54 / Ub / b

vengono lubrificate dal carburante stesso, come nel caso delle valvole per gestire carburanti liquidi. Ciò può portare in queste zone ad un'aumentata usura, la quale può portare ad un pregiudicamento del funzionamento della valvola per gas. Le valvole per gas, contemplanti un elastomero come elemento di tenuta, tendono inoltre ad incollarsi sulla sede della valvola tanto alle alte temperature, però soprattutto anche a temperature inferiori a 0° Celsius. Specialmente durante l'inverno, all'atto di un avviamento a freddo, si vengono perciò ad avere problemi corrispondenti. Per l'azionamento della valvola per gas durante l'avviamento a freddo una corrente di attrazione viene pertanto nettamente aumentata rispetto alla normale condizione di funzionamento nel caso delle valvole per gas realizzate sotto forma di valvole elettromagnetiche. Allo scopo sono necessari speciali stadi finali ed un supplementare apparecchio di comando oneroso, al fine di rendere possibile un azionamento della valvola per gas durante l'avviamento a freddo. they are lubricated by the fuel itself, as in the case of valves for managing liquid fuels. This can lead to increased wear in these areas, which can lead to impaired functioning of the gas valve. Gas valves, which include an elastomer as a sealing element, also tend to stick to the valve seat both at high temperatures, but above all also at temperatures below 0 ° Celsius. Especially during the winter, when starting from cold, corresponding problems are therefore encountered. For the actuation of the gas valve during cold start, an attraction current is therefore significantly increased compared to the normal operating condition in the case of gas valves made in the form of solenoid valves. For this, special final stages and an additional costly control unit are required in order to make it possible to actuate the gas valve during cold start.

Vantaggi dell'invenzione Advantages of the invention

La valvola conforme all'invenzione per gestire IXZ UM / U b/tì The valve according to the invention to manage IXZ UM / U b / tì

fluidi gassosi avente le caratteristiche di cui alla rivendicazione 1 può invece assicurare una capacità di avviamento a freddo della valvola per gas. Conformemente all'invenzione non è in proposito necessaria alcuna forza significativamente più elevata per l'azionamento dell'organo di chiusura della valvola. Se la valvola è realizzata sotto forma di elettrovalvola non è qui di necessario alcun supplementare amplificatore od alcun oneroso apparecchio di comando per aumentare una corrente elettrica per l'azionamento della valvola. La valvola per gas conforme all'invenzione può in proposito essere strutturata in maniera semplice ed economica. La valvola conforme all'invenzione presenta inoltre un'usura significativamente ridotta e perciò una miglior stabilità permanente durante il funzionamento. Ciò viene ottenuto conformemente all'invenzione per il fatto che l'elemento di tenuta e/oppure la sede della valvola presentano un rivestimento. Conformemente all'invenzione, al riguardo, per un rivestimento si intende il riporto di uno strato che aderisce stabilmente, consistente in un materiale lavorabile, informe, sull'elemento di tenuta e/oppure sulla sede della lTZUb4/U6/B gaseous fluids having the characteristics of claim 1 can instead ensure a cold start capability of the gas valve. According to the invention, no significantly higher force is required in this regard for the actuation of the valve closing member. If the valve is made in the form of a solenoid valve, no additional amplifier or costly control apparatus is required here to increase an electric current for actuating the valve. The gas valve according to the invention can be structured in a simple and economical manner for this purpose. The valve according to the invention also exhibits significantly reduced wear and therefore improved permanent stability during operation. This is achieved in accordance with the invention in that the sealing element and / or the valve seat have a coating. According to the invention, in this regard, a coating is understood to mean the coating of a layer that adheres stably, consisting of a workable, shapeless material, on the sealing element and / or on the seat of the LTZUb4 / U6 / B

valvola . valve.

Le rivendicazioni subordinate indicano preferiti sviluppi dell'invenzione. The subordinate claims indicate preferred developments of the invention.

Il rivestimento è preferibilmente scelto in proposito in modo che il componente, dopo il rivestimento, presenti un rivestimento non polare. Per effetto del rivestimento non polare viene fatto sì che non sussista più un legame che nelle valvole convenzionali, specialmente si basa su legami polari di valenza secondaria, legami chimici e/oppure su un aggrappaggio dell'elastomero nella sede della valvola. Per effetto del rivestimento non polare o dell'elemento di tenuta, oppure della sede della valvola, conformemente all'invenzione viene perciò realizzata una copia di contatto polare-non polare, oppure, in caso di rivestimento tanto dell'elemento di tenuta come anche della sede della valvola, si ottiene una coppia di contatto non polare-non polare. Conformemente all'invenzione, sull'intero intervallo di temperature di un motore, specialmente anche durante l'avviamento a freddo, viene in seguito a ciò reso possibile un funzionamento senza problemi. The coating is preferably selected for this purpose so that the component, after the coating, has a non-polar coating. As a result of the non-polar coating it is ensured that there is no longer a bond than in conventional valves, especially it is based on polar bonds of secondary valence, chemical bonds and / or on an adhesion of the elastomer in the valve seat. As a result of the non-polar coating or the sealing element, or the valve seat, a polar-non-polar contact copy is therefore produced according to the invention, or, in the case of coating both the sealing element and the valve seat, a non-polar-non-polar contact pair is obtained. According to the invention, trouble-free operation is thereby made possible over the entire temperature range of an engine, especially also during cold start.

IT^UM /Ub/B IT ^ UM / Ub / B

In modo ulteriormente preferito, il rivestimento attorno alla sede della valvola e/oppure sull'elemento di tenuta viene realizzato con oppure senza interruzioni. Se il rivestimento è realizzato senza interruzioni esso è preferibilmente previsto a forma di anello. Further preferably, the coating around the valve seat and / or on the sealing element is made with or without interruptions. If the coating is made without interruptions, it is preferably provided in the form of a ring.

In nodo ulteriormente preferito il rivestimento sulla sede della valvola è formato da un primo e da unse con do rivestimento. Il primo ed il secondo rivestimento sono di volta in volta realizzati concentricamente rispetto ad un asse di mezzeria della valvola. Un'apertura della valvola è in proposito disposta tra il primo ed il secondo rivestimento. Il primo ed il secondo rivestimento sono preferibilmente realizzati a forma di anello. Una realizzazione particolarmente semplice ed economica è possibile conformemente all'invenzione quando il rivestimento consiste preferibilmente in politetrafluoroetilene (PTFE). Il rivestimento di PTFE viene preferibilmente riportato sottoforma di vernice oppure, conformemente ad un'altra preferita configurazione dell'invenzione, il rivestimento di PTFE viene riportato a partire da una fase gassosa, a titolo di esempio per mezzo di un processo del tipo CVD. Anche altri processi al TZU04/Ub/B In a further preferred knot the liner on the valve seat is formed of a first and a grease with a liner. The first and second cladding are in each case made concentrically with respect to a central axis of the valve. An opening of the valve is accordingly arranged between the first and the second lining. The first and second coatings are preferably made in the form of a ring. A particularly simple and economical embodiment is possible according to the invention when the coating preferably consists of polytetrafluoroethylene (PTFE). The PTFE coating is preferably reported in the form of paint or, according to another preferred configuration of the invention, the PTFE coating is reported starting from a gas phase, by way of example by means of a CVD-type process. Also other processes at TZU04 / Ub / B

plasma, come per esempio un riporto di silicone oppure di carbonio, raggiungono lo scopo. Conformemente ad un'altra configurazione preferita dell'invenzione il rivestimento può anche consistere in materiali contenenti PTFE. plasmas, such as for example a silicone or carbon coating, achieve the purpose. According to another preferred configuration of the invention, the coating can also consist of materials containing PTFE.

Per mettere inoltre a disposizione un elemento di tenuta particolarmente economico, l'elemento di tenuta è preferibilmente un elastomero. In order to further provide a particularly economical sealing element, the sealing element is preferably an elastomer.

La valvola conforme all'invenzione, per gestire fluidi gassosi, viene preferibilmente utilizzata in motori a combustione interna di autoveicoli che vengono fatti funzionare con un gas. Il gas per l'azionamento del motore può in special modo essere anche prodotto per mezzo di una pila a combustione, oppure per mezzo di gas naturale. The valve according to the invention, for managing gaseous fluids, is preferably used in internal combustion engines of motor vehicles which are operated with a gas. The gas for driving the engine can in particular also be produced by means of a combustion cell or by means of natural gas.

Disegno Drawing

Con riferimento al disegno allegato, esempi di realizzazione preferiti dell'invenzione vengono in appresso descritti nel dettaglio. Nel disegno sono: With reference to the attached drawing, preferred embodiments of the invention are described in detail below. In the drawing they are:

Figura 1 una vista in sezione schematica di una valvola conforme ad un primo esempio di realizzazione della presente invenzione, Figure 1 a schematic sectional view of a valve according to a first embodiment of the present invention,

Figura 2 una vista in sezione schematica di IT2U54/06/B Figure 2 a schematic sectional view of IT2U54 / 06 / B

una valvola conforme ad un secondo esempio di realizzazione della presente invenzione e a valve according to a second embodiment of the present invention e

Figura 3 una vista in sezione schematica di una valvola conforme ad un terzo esempio di realizzazione dell'invenzione . Figure 3 is a schematic sectional view of a valve according to a third embodiment of the invention.

Descrizione degli esempi di realizzazione. Description of the examples of realization.

In appresso, con riferimento alla figura 1, viene descritta una valvola 1 conforme ad un primo esempio di realizzazione dell'invenzione. La valvola 1 per gestire un fluido gassoso è una valvola a solenoide, laddove la valvola 1 contempla un organo di chiusura 2 della valvola, accoppiato con l'armatura, ed una sede 3 della valvola. Per ermetizzare la condizione chiusa della valvola 1, sull'organo di chiusura 2 della valvola è disposto un elemento di tenuta 4 che, nello stato chiuso, poggia sulla sede 3 della valvola. La figura 1 fa tuttavia vedere lo stato aperto della valvola 1. Si osservi che l'invenzione può anche essere adottata nel caso di una valvola con azionatore piezoelettrico in qualità di dispositivo di azionamento. Hereinafter, with reference to Figure 1, a valve 1 according to a first embodiment of the invention is described. The valve 1 for managing a gaseous fluid is a solenoid valve, where the valve 1 comprises a closing member 2 of the valve, coupled with the armature, and a seat 3 of the valve. To seal the closed condition of the valve 1, a sealing element 4 is arranged on the closing member 2 of the valve which, in the closed state, rests on the valve seat 3. Figure 1, however, shows the open state of valve 1. It should be noted that the invention can also be adopted in the case of a valve with a piezoelectric actuator as an actuating device.

Nella sede 3 della valvola è inoltre prevista IiYUÒ4/Db/B IiYUÒ4 / Db / B is also provided in seat 3 of the valve

almeno un'apertura 6 della valvola, la quale stabilisce un collegamento con una camera di scoppio 7 di un motore. at least one valve opening 6, which establishes a connection with a combustion chamber 7 of an engine.

L'elemento di tenuta 4 del primo esempio di realizzazione è un elastomero, sul quale è riportato un rivestimento 5. Il rivestimento 5 è di PTFE ed è previsto sull'intero lato dell'elemento di tenuta 4 rivolto verso la sede 3 della valvola (si veda la figura 1) . Il rivestimento 5 può per esempio essere riportato prima di montare l'organo di chiusura 2 della valvola in un corpo 8 della valvola, laddove sull'organo di chiusura 2 della valvola già è fissato l'elemento di tenuta 4. The sealing element 4 of the first embodiment is an elastomer, on which a coating 5 is applied. The coating 5 is of PTFE and is provided on the entire side of the sealing element 4 facing the valve seat 3 ( see figure 1). The liner 5 can for example be inserted before mounting the closing member 2 of the valve in a valve body 8, where the sealing element 4 is already fixed to the closing member 2 of the valve.

Il rivestimento 5 conforme all'invenzione può in proposito essere realizzato in maniera semplice ed economica. Per effetto del rivestimento la superficie dell'elemento di tenuta 4 viene resa non polare, così che non sussiste più un legame con la sede polare 3 della valvola. Possono quindi essere evitati i fenomeni divincolamento dell'elemento di tenuta 4 sulla sede 3 della valvola che specialmente si verificano a temperature inferiori a 0° C. Per effetto del rivestimento 5 conforme all'invenzione viene IT2054/06/B The coating 5 according to the invention can in this regard be produced in a simple and economical way. As a result of the coating, the surface of the sealing element 4 is made non-polar, so that there is no longer a bond with the polar seat 3 of the valve. It is therefore possible to avoid the slipping phenomena of the sealing element 4 on the valve seat 3 which especially occur at temperatures below 0 ° C. Due to the coating 5 according to the invention, IT2054 / 06 / B

inoltre ridotta un'usura ed il rivestimento rende possibili vantaggi funzionali sotto forma di una minore deriva dinamica del flusso massa. Grazie all'utilizzo dell'elemento di tenuta 4 rivestito può inoltre essere ridotta una tensione elettrica che è necessaria per aprire l'elettrovalvola. Possibile è inoltre che nella sede 3 della valvola vengano realizzati fianchi più ripidi, dato che il rivestimento evita una possibile presellatura meccanica di un'armatura dell'elettrovalvola nella sua guida, in quanto nella valvola 1 conforme all'invenzione sono presenti forze di apertura nettamente inferiori. Viene in seguito a ciò specialmente migliorata la mobilità trasversale dell'armatura sulla sede 3 della valvola. Per il fatto di prevedere fianchi più ripidi nella sede 3 della valvola possono inoltre essere ottenuti anche tempi di apertura più rapidi. furthermore, reduced wear and the coating makes possible functional advantages in the form of a lower dynamic drift of the mass flow. Thanks to the use of the coated sealing element 4, an electrical voltage which is necessary to open the solenoid valve can also be reduced. It is also possible that steeper flanks are formed in the valve seat 3, since the coating avoids a possible mechanical pre-drilling of a solenoid valve armature in its guide, since in the valve 1 according to the invention there are clearly opening forces lower. As a result, the transverse mobility of the armature on the valve seat 3 is especially improved. By providing steeper flanks in the valve seat 3, faster opening times can also be obtained.

In appresso, con riferimento alla figura 2, viene descritta una valvola 1 conforme ad un secondo esempio di realizzazione dell'invenzione, laddove parti uguali, rispettivamente funzionalmente uguali sono identificati con i medesimi contrassegni utilizzati nel primo esempio di realizzazione. Hereinafter, with reference to Figure 2, a valve 1 is described according to a second embodiment of the invention, where equal parts, respectively functionally identical are identified with the same marks used in the first embodiment.

IT2054/06/B IT2054 / 06 / B

A differenza del primo esempio di realizzazione, nel secondo esempio di realizzazione un rivestimento 9 non è più realizzato sull'elemento di tenuta 4, bensì sulla sede 3 della valvola. Il rivestimento 9 è in proposito previsto immediatamente vicino all'apertura 6 della valvola. Come si evince dalla figura 2, il rivestimento 9 può essere formato da un rivestimento a forma di anello direttamente tutto attorno all'apertura 6 della valvola. In alternativa, il rivestimento potrà anche essere costituito da due rivestimenti a forma di anello, realizzati concentricamente rispetto all'asse di mezzeria X-X, tra i quali sono previste una o più aperture 6 della valvola. Unlike the first embodiment, in the second embodiment a liner 9 is no longer formed on the sealing element 4, but on the valve seat 3. The liner 9 is provided in this regard immediately next to the valve opening 6. As can be seen from Figure 2, the liner 9 can be formed by a ring-shaped liner directly all around the valve opening 6. Alternatively, the lining may also consist of two ring-shaped linings, made concentrically with respect to the center line axis X-X, between which one or more valve openings 6 are provided.

Per il resto, questo esempio dì realizzazione corrisponde al primo esempio di realizzazione, così che è possibile rimandare alla descrizione qui data. For the rest, this example of embodiment corresponds to the first example of embodiment, so that it is possible to refer to the description given here.

La figura 3 fa vedere una valvola 1 conforme ad un terzo esempio di realizzazione dell'invenzione, laddove parti uguali, rispettivamente funzionalmente uguali sono identificate con i medesimi contrassegni utilizzati negli esempi di realizzazione che precedono. Figure 3 shows a valve 1 according to a third example of embodiment of the invention, where equal parts, respectively functionally the same are identified with the same marks used in the preceding embodiments.

IT2054/06/B IT2054 / 06 / B

Come fatto vedere nella figura 3, la valvola 1 per gestire fluidi gassosi conforme al terzo esempio di realizzazione presenta un primo rivestimento 5 sull'elemento di tenuta 4 ed un secondo rivestimento 6 sulla sede 3 della valvola. Pertanto, nello stato chiuso della valvola 1, il primo rivestimento 5 ed il secondo rivestimento 9 sono reciprocamente in contatto. Viene in seguito a ciò realizzato un accoppiamento per contato tra due rivestimenti non polari, che presentano una tendenza all'incollamento ancora minore. Per il resto questo esempio dì realizzazione corrisponde agli esempi di realizzazione che precedono, per cui è possibile rinviare alla descrizione qui data. As shown in Figure 3, the valve 1 for managing gaseous fluids according to the third example of embodiment has a first coating 5 on the sealing element 4 and a second coating 6 on the valve seat 3. Therefore, in the closed state of the valve 1, the first lining 5 and the second lining 9 are mutually in contact. As a result, a contact coupling is achieved between two non-polar coatings, which have an even less tendency to sticking. For the rest, this example of embodiment corresponds to the previous examples of embodiment, so it is possible to refer to the description given here.

Claims (9)

TZU04/Ufo/B RIVENDICAZIONI 1. Valvola per gestire fluidi gassosi, contemplante un organo di chiusura (2) della valvola mobile, una sede (3) della valvola ed un elemento di tenuta (4) elastico, il quale è disposto sull'organo di chiusura (2) della valvola ed interagisce con la sede (3) della valvola in modo che sia gestibile il flusso di un fluido attraverso almeno un'apertura (6) della valvola, laddove l'elemento di tenuta (4) e/oppure la sede (3) della valvola presentano un rivestimento (5, 9). TZU04 / Ufo / B CLAIMS 1. Valve for managing gaseous fluids, comprising a closing member (2) of the mobile valve, a valve seat (3) and an elastic sealing element (4), which is arranged on the closing member (2) of the valve and interacts with the valve seat (3) so that the flow of a fluid through at least one opening (6) of the valve can be managed, where the sealing element (4) and / or the seat (3) of the valve valve have a coating (5, 9). 2. Valvola secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che il rivestimento (5, 9) è un rivestimento non polare. 2. Valve according to claim 1, characterized in that the liner (5, 9) is a non-polar liner. 3. Valvola secondo una delle rivendicazioni che precedono, caratterizzata di fatto che il rivestimento (9) sulla sede (3) della valvola è disposto, con oppure senza interruzioni, tutto attorno all'apertura (6) della valvola. Valve according to one of the preceding claims, characterized in that the liner (9) on the valve seat (3) is arranged, with or without interruptions, all around the valve opening (6). 4. Valvola secondo la rivendicazione 1 oppure 2, caratterizzata dal fatto che il rivestimento (9) sulla sede (3) della valvola contempla un primo rivestimento ed un secondo rivestimento, i quali sono disposti concentricamente rispetto ad IT2054/06/B un asse di mezzeria (X—X) della valvola (1), laddove l'apertura (6) della valvola è disposta tra il primo ed il secondo rivestimento. 4. Valve according to claim 1 or 2, characterized in that the liner (9) on the valve seat (3) comprises a first liner and a second liner, which are arranged concentrically with respect to IT2054 / 06 / B a center line axis (X-X) of the valve (1), where the opening (6) of the valve is arranged between the first and the second lining. 5. Valvola secondo una delle rivendicazioni che precedono, caratterizzata dal fatto che il rivestimento (5, 9) consìste in PTFE oppure in materiale contenente PTFE. 5. Valve according to one of the preceding claims, characterized in that the lining (5, 9) consists of PTFE or of a material containing PTFE. 6. Valvola secondo la rivendicazione 5, caratterizzata dal fatto che il rivestimento di PTFE oppure il rivestimento contenente PTFE sono riportati sotto forma di vernice. 6. Valve according to claim 5, characterized in that the PTFE liner or the PTFE-containing liner is applied in the form of paint. 7. Valvola secondo la rivendicazione 5, caratterizzata dal fatto che il rivestimento di PTFE oppure il rivestimento contenente PTFE sono riportati a partire da una fase gassosa. 7. Valve according to claim 5, characterized in that the PTFE coating or the PTFE-containing coating are carried over from a gas phase. 8. Valvola secondo una delle rivendicazioni che precedono, caratterizzata dal fatto che l'elemento di tenuta (4) è un elastomero. Valve according to one of the preceding claims, characterized in that the sealing element (4) is an elastomer. 9. Motore a combustione interna atto a bruciare un fluido gassoso, contemplante una valvola (1) secondo una delle rivendicazioni che precedono . Il Mandatario (Paolo Jaumann) dello 9. Internal combustion engine adapted to burn a gaseous fluid, comprising a valve (1) according to one of the preceding claims. The Agent (Paolo Jaumann) of &&
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