ITMI20072079A1 - Valvola con una zona di tenuta in vetro metallico - Google Patents

Description

Descrizione

Stato della tecnica

La presente invenzione riguarda una valvola, comprendente una zona di tenuta la quale viene prodotta con un materiale metallico altamente elastico, ad esempio un vetro metallico chiamato anche Bulk Metallic Glass (BMG), oppure con altri materiali altamente elastici.

Le valvole sono note nello stato della tecnica secondo le più diverse forme di esecuzione. In particolare, nel caso delle valvole di iniezione di combustibile, in epoca recente a causa delle elevate pressioni dei sistemi vengono anche imposti requisiti più severi per quanto riguarda la tenuta di una valvola. Nel caso delle valvole note, la tenuta della valvola viene assicurata dal fatto che è necessaria un'elevata qualità dì produzione unitamente a complicate strutture di tenuta, il che comporta costi molto elevati e l'impiego di tecniche di produzione altamente precise e costose. Lo sviluppo dell'iniezione di combustibile tende ad avere sempre pressioni dei sistemi più elevate, laddove ciò comporta di conseguenza requisiti ancora più severi per quanto riguarda la tecnica di produzione.

Vantaggi dell'invenzione

La valvola secondo l'invenzione con le caratteristiche della rivendicazione 1 ha viceversa il vantaggio di avere una zona di tenuta metallica altamente elastica. La zona di tenuta quindi viene prodotta con un materiale di tenuta di alta resistenza e di elevata elasticità, il quale permette una migliore adesione tra i due elementi di una guarnizione che vengono reciprocamente in contatto, aumentando la tenuta. Grazie al comportamento elastico del materiale, si possono impiegare tecniche di produzione più semplici, per cui questi tipi di valvole si possono produrre in modo più economico. Ciò si ottiene secondo l'invenzione con l'impiego di materiali metallici altamente elastici, in particolare vetri metallici chiamati anche Bulk Metallic Glasses (BMG), laddove in particolare si impiegano leghe di vetro per le zone di tenuta di un elemento di chiusura della valvola e/o di una sede della valvola. Con l'impiego dì questi tipi di zone di tenuta, le valvole possono garantire la necessaria tenuta anche in presenza delle massime pressioni, in particolare quando vengono impiegate come valvole di iniezione di combustibile.

Le rivendicazioni subordinate mostrano ulteriori vantaggiosi sviluppi dell’invenzione.

Di preferenza, l'elemento di chiusura della valvola e/o la sede della valvola vengono prodotti completamente in un materiale di vetro metallico. In questo modo si può garantire una produzione particolarmente semplice della valvola.

In modo ulteriormente preferito, l'elemento di chiusura della valvola e/o la sede della valvola comprendono un elemento di tenuta formato da un materiale di vetro metallico. Ciò comporta il vantaggio che l'elemento di chiusura della valvola e la sede della valvola possono venire prodotti con un materiale molto economico, e soltanto il vero e proprio elemento di tenuta è formato dal materiale di vetro metallico, laddove l'elemento di tenuta si può fissare ad esempio in una cavità ricavata nell'elemento di chiusura della valvola oppure nella sede della valvola, ad esempio mediante un incollaggio.

L'elemento di tenuta formato da un materiale di vetro metallico viene realizzato di preferenza in modo tale, per cui esso presenta uno spigolo di tenuta. In questo modo diventa possìbile realizzare una chiusura a tenuta molto sicura.

In alternativa, l'elemento di chiusura della valvola può venire prodotto con un materiale dì vetro metallico, laddove l'elemento di chiusura della valvola però viene realizzato cavo e viene riempito con un gas, in particolare con aria. In questo modo si può aumentare notevolmente in particolare l'elasticità dell'elemento di chiusura della valvola. L'elemento di chiusura della valvola in tal caso viene realizzato in modo particolarmente preferito di forma sferica. In alternativa, l'elemento di chiusura della valvola può avere una forma sferica con una pluralità di parti spianate esterne. Le parti spianate sul lato esterno della sfera servono in particolare per alimentare un fluido fino alla zona di tenuta della valvola.

In modo ulteriormente preferito, l'elemento di chiusura della valvola comprende un attuatone, ad esempio un attuatore piezoelettrico ed un elemento di spinta, laddove l'attuatore piezoelettrico aziona l'elemento di spinta, e sull'estremità dell’elemento di spinta si trova una zona di tenuta, formata da un materiale di vetro metallico. In questo modo si può impiegare una valvola con una struttura particolarmente compatta, la quale presenta in particolare nella direzione di apertura della valvola un'altezza costruttiva molto ridotta, dal momento che si può evitare l'impiego di un ago o simili.

La presente invenzione riguarda inoltre l'impiego di un materiale di vetro metallico, quale elemento dì tenuta in una valvola. La valvola in modo particolarmente preferito è una valvola di iniezione dì combustibile.

Disegno

Nel seguito verranno descritti in dettaglio esempi di esecuzione preferiti dell'invenzione con riferimento al disegno allegato, nel quale:

la Figura 1 mostra una vista schematica in sezione di una valvola, in base ad un primo esempio dì esecuzione dell'invenzione,

la Figura 2 mostra viste schematiche in sezione le quali evidenziano il funzionamento della valvola illustrata nella Figura 1,

la Figura 3 mostra viste schematiche in sezione di una valvola, in base ad un secondo esempio di esecuzione dell'invenzione,

le Figure 4A, 4B, 4C mostrano viste schematiche in sezione di differenti dispositivi di iniezione in base alla presente invenzione,

la Figura 5 mostra una vista schematica in sezione di una valvola, in base ad un terzo esempio di esecuzione dell'invenzione,

la Figura 6 mostra una vista schematica in sezione dì una valvola, in base ad un quarto esempio di esecuzione dell'invenzione, e

la Figura 7 mostra una vista schematica in sezione di una valvola, in base ad un quinto esempio di esecuzione dell'invenzione.

Forme di esecuzione preferite dell'invenzione Nel seguito verrà descritta dettagliatamente, con riferimento alle Figure 1 e 2, una valvola 1 in base ad un primo esempio di esecuzione dell’invenzione .

La Figura 1 mostra una vista in sezione di una valvola 1 in base al primo esempio di esecuzione, la quale comprende un elemento di chiusura 2 ed una sede 3. L'elemento di chiusura 2 della valvola viene realizzato di forma sferica, e presenta zone spianate 2a. La Figura 1 mostra la posizione chiusa della valvola. L'elemento di chiusura 2 della valvola secondo questo esempio di esecuzione è prodotto con una lega di vetro metallico, e presenta quindi caratteristiche altamente elastiche. L'elemento di chiusura 2 della valvola è collegato con un elemento di spinta 5, il quale si può spostare in senso lineare nella direzione della doppia freccia A, al fine dì aprire o di chiudere la valvola.

La guarnizione di tenuta tra l'elemento di chiusura 2 e la sede 3 della valvola in questo esempio di esecuzione è costituito da una guarnizione di forma lineare e di forma anulare. La Figura 2 mostra schematicamente il funzionamento della valvola secondo l'invenzione in due forme di esecuzione. Quella indicata nella parte sinistra della Figura 2 mostra in tal caso una posizione aperta della valvola 1, nella quale un fluido può passare attraverso la sede aperta 3 della valvola, come viene accennato mediante le frecce. L'elemento di chiusura 2 della valvola in tal caso viene sollevato dalla sede 3 della valvola, come viene accennato dalla freccia B. Nella parte destra della Figura 2 viene rappresentata la condizione chiusa della valvola 1. Sull'elemento di chiusura 2 della valvola viene applicata in tal modo per mezzo dell'elemento di spinta una forza la quale provoca una deformazione dell'elemento di chiusura 2 della valvola. Questa forza viene accennata mediante la freccia C. Per effetto della deformazione dell'elemento di chiusura 2 della valvola, si può ottenere una chiusura fortemente a tenuta sulla zona di tenuta 4 tra l'elemento di chiusura 2 e la sede 3 della valvola.

Si fa rilevare che in alternativa oltre all'elemento di chiusura 2 della valvola, anche la sede 3 della valvola può venire prodotta da una lega di vetro metallico.

La Figura 3 mostra una valvola in base ad un secondo esempio di esecuzione dell'invenzione. Le parti uguali o funzionalmente uguali sono indicate con gli stessi numeri di riferimento del primo esempio di esecuzione.

Diversamente dal primo esempio di esecuzione, nel caso del secondo esempio di esecuzione l’elemento di chiusura 2 della valvola comprende un corpo cavo 6 con una parte cava interna, riempita con un gas 7 o con un liquido. La parte sinistra della Figura 3 mostra a questo proposito nuovamente la condizione aperta, e la parte destra della Figura 3 mostra la condizione chiusa della valvola 1.

Nella condizione aperta della valvola, l'elemento di chiusura della stessa non è deformato, per cui il corpo cavo ha una forma praticamente sferica. Nella condizione chiusa però come accennato per mezzo della freccia C, viene applicata una forza di chiusura sul corpo cavo 6, per cui ne deriva una forte deformazione dell'elemento di chiusura della valvola. In questo modo, si ottiene un'elevata chiusura sulla zona di tenuta 4 tra l'elemento di chiusura della valvola e la sede 3 della valvola. Un corpo cavo 6 di questo genere formato da una lega di vetro metallico sì può realizzare ad esempio in modo analogo ad una sfera, nel caso di una produzione di cuscinetti a sfere. Il corpo cavo 6 presenta in tal caso un'elasticità notevolmente superiore rispetto ad una sfera a sezione piena formata da una lega di vetro metallico. Per il resto, questo esempio di esecuzione corrisponde all'esempio di esecuzione precedente, per cui si può fare riferimento alla descrizione ivi fornita.

Nel seguito, con riferimento alle Figure 4a, 4b e 4c verrà descritto l'impiego di elementi di chiusura 2 impiegati in valvole di iniezione per combustibile da impiegare in un veicolo. La Figura 4a mostra una valvola 1 la quale comprende un comando piezoelettrico 8 il quale aziona un elemento di spinta 5, collegato con l'elemento di chiusura 2 della valvola. Per mezzo del comando piezoelettrico 8, la valvola si può così aprire e chiudere. La Figura 4b mostra una valvola 1, nella quale un comando piezoelettrico 8 aziona direttamente un corpo 9 della valvola, laddove il corpo 9 della valvola è collegato con l'elemento di chiusura 2 della valvola. Si può quindi formare un condotto di alimentazione di un fluido attraverso cavità ricavate in un elemento 10 dell'involucro e/o nel corpo 9 della valvola, le quali arrivano fino alla zona situata di fronte all'elemento di chiusura 2 della valvola. La valvola 1 illustrata nella Figura 4c presenta, diversamente dalla forma di esecuzione illustrata nella Figura 4a, un ulteriore riduttore dì pressione 11 per ridurre la corsa del comando piezoelettrico 8. Si fa rilevare che in tutte le forme di esecuzione rappresentate delle Figure da 4a a 4c l'elemento dì chiusura 2 della valvola si può realizzare come una sfera con un materiale a sezione piena, prodotta con una lega di vetro metallico di elevata elasticità, in conformità con il primo esempio di esecuzione, oppure sotto forma di una sfera cava in conformità con il secondo esempio di esecuzione.

La Figura 5 mostra una vista schematica in sezione di una valvola 1 in base ad un terzo esempio di esecuzione dell'invenzione. In questo esempio di esecuzione, l'elemento di chiusura 2 della valvola viene nuovamente prodotto come una sfera formata da una lega di vetro metallico di elevata elasticità. Inoltre, sulla sede 3 della valvola viene previsto un elemento di tenuta 13, formato da una lega di vetro metallico di elevata elasticità. Una zona di tenuta 4 si forma così tra l'elemento di chiusura 2 della valvola e l'elemento di tenuta 13. L'elemento di tenuta 13 viene fissato in una cavità 3a formata nella sede 3 della valvola. L'elemento di tenuta 13 secondo il terzo esempio di esecuzione in tal caso viene realizzato praticamente con una forma anulare, e presenta una superficie di tenuta di forma arcuata, rivolta nella direzione dell'elemento di chiusura 2 della valvola. La Figura 5 mostra in tal caso nuovamente la condizione chiusa della valvola 1. L'elemento di chiusura 2 della valvola e l'elemento di tenuta 13 possono in tal caso venire prodotti con lo stesso materiale, oppure anche con leghe di vetro metallico differenti. Ad esempio, in alternativa anche la sfera 2 può venire prodotta in acciaio, realizzando solamente l'elemento di tenuta 13 con una lega di vetro metallico .

La Figura 6 mostra una valvola 1 in base ad un quarto esempio di esecuzione dell'invenzione, laddove le partì uguali o funzionalmente uguali sono provviste degli stessi numeri di riferimento degli esempi dì esecuzione precedenti. Diversamente dagli esempi di esecuzione precedenti, la valvola 1 in base al quarto esempio di esecuzione presenta un elemento di tenuta 14 formato da una lega di vetro metallico, il quale è disposto sull'estremità di un ago 15 della valvola. L'ago 15 della valvola può venire sollevato dalla sede 3 della valvola, come viene accennato per mezzo della doppia freccia A e può venire spinto a pressione su questa, laddove ne deriva una chiusura a tenuta tra uno spigolo più esterno 14b dell'elemento di tenuta e la sede 3 della valvola. Lo spigolo dell'elemento di tenuta 14 si ottiene per il fatto che una superficie di tenuta 14a dell'elemento di tenuta 14 viene realizzata con una forma rastremata. La valvola dì questo esempio dì esecuzione comporta in particolare requisiti meno severi per quanto riguarda la coassialità, a confronto con una tradizionale sede di tenuta piana, in modo da rendere possibile una produzione più semplice ed economica della valvola 1. Si fa rilevare che in alternativa anche sulla sede 3 della valvola si può prevedere un altro elemento di tenuta formato da una lega di vetro metallico, il quale quindi effettua una chiusura a tenuta insieme all'elemento di tenuta 14 contro l'ago 15 della valvola. La Figura 6 mostra sempre la condizione chiusa della valvola 1.

La Figura 7 mostra una valvola 1 in base ad un quinto esempio di esecuzione dell’invenzione, laddove le parti uguali o funzionalmente uguali sono provviste degli stessi numeri di riferimento degli esempi di esecuzione precedenti.

In questo esempio di esecuzione, il comando piezoelettrico 8 è collegato con un elemento di spinta 17, sul quale è disposto un elemento di tenuta 16 di forma anulare. L'elemento di tenuta 16 effettua una chiusura contro una sede 3 della valvola, laddove nella condizione sollevata dell'elemento di chiusura 16 dalla sede 3 della valvola viene alimentato un fluido, in particolare un combustibile attraverso un'apertura di passaggio 3b, come viene accennato per mezzo della freccia D, In questo modo, in questo esempio di esecuzione si può evitare l'impiego di un ago della valvola. L'elemento di tenuta 16 in tal caso viene realizzato in modo analogo all'elemento di tenuta nel quarto esempio di esecuzione. Per il resto, questo esempio dì esecuzione corrisponde agli esempi di esecuzione precedenti, per cui si può fare riferimento alla descrizione relativa. Si fa rilevare che gli esempi di esecuzione illustrati non sono limitativi. Gli esempi dì esecuzione si possono impiegare secondo molteplici combinazioni oppure anche singolarmente, senza abbandonare l'ambito dell'invenzione definito nelle rivendicazioni che seguono.

Claims (9)

1. Rivendicazioni 1. Valvola, comprendente un elemento di chiusura (2, 6) ed una sede di tenuta (3), laddove una zona di tenuta (4) dell'elemento di chiusura (2, 6} della valvola e/o della sede (3) della valvola viene prodotta con un materiale formato da vetro metallico .
2. 2. Valvola secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto, che l'elemento di chiusura (2) della valvola e/o la sede (3) della valvola sono prodotti completamente con un vetro metallico,
3. 3. Valvola secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto, che l'elemento di chiusura (2, 6) della valvola e/o la sede (3) della valvola comprendono un elemento di tenuta (13, 14, 16) formato da vetro metallico,
4. 4. Valvola secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto, che l’elemento di tenuta (13, 14, 16) presenta uno spigolo di tenuta (14b).
5. 5. Valvola secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzata dal fatto, che l’elemento di chiusura (6) della valvola viene formato da un corpo cavo, riempito con un gas {7} o un liquido.
6. 6. Valvola secondo una delle precedenti rivendicazioni, caratterizzata dal fatto, che l'elemento dì chiusura (6) della valvola viene realizzato a forma di sfera.
7. 7 . Valvola secondo la rivendicazione 6 caratterizzata dal fatto, che l’elemento di chiusura della valvola realizzato a forma di sfera presenta zone spianate (2a).
8. 8. Valvola secondo una delle precedenti rivendicazioni, comprendente ulteriormente un attuatore, in particolare un attuatore piezoelettrico (8), per spostare un elemento di spìnta (17) collegato all'elemento dì chiusura (2) della valvola.
9. 9. Impiego di vetro metallico a guisa di elemento di tenuta in una valvola, in particolare in una valvola di iniezione di combustibile.