ITTO20130894A1 - Guarnizione per una valvola di un motore a combustione interna - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

“GUARNIZIONE PER UNA VALVOLA DI UN MOTORE A COMBUSTIONE INTERNA”

La presente invenzione è relativa ad una guarnizione per una valvola di un motore a combustione interna.

Sono noti motori a combustione interna per veicoli comprendenti una testata recante uno o più cilindri, all’interno dei quali viene svolto il ciclo motore, ed i quali sono posti in comunicazione con rispettive camere di combustione del motore stesso. Sulla citata testata sono inoltre ricavate opportune sedi destinate a far comunicare la camera di combustione con condotti atti ad apportare in detta camera una miscela di carburante incombusto e aria (“condotti di aspirazione”), e ad asportare da detta camera di combustione i gas combusti (“condotti di scarico”).

I flussi da e verso ciascuna camera di combustione sono controllati da opportune valvole agenti sulle citate sedi. In particolare, ciascuna valvola comprende essenzialmente un elemento di guida fissato all’interno di una cavità della testata del motore ed uno stelo mobile a scorrimento in direzioni opposte entro una sede passante definita dall’elemento di guida e portante ad una estremità una porzione di otturazione per chiudere il collegamento tra il relativo condotto di aspirazione o scarico e la corrispondente camera di combustione.

L’estremità opposta dello stelo della valvola sporge assialmente dal relativo elemento di guida ed è atta a ricevere forze di azionamento da un relativo dispositivo di comando, ad esempio un albero a camme.

Lo stelo della valvola è caricato assialmente da una molla ad elica cilindrica nella direzione di chiusura del collegamento tra il relativo condotto di aspirazione o scarico e la corrispondente camera di combustione.

In particolare, la molla è montata coassialmente intorno alla valvola ed è assialmente interposta tra una superficie fissa ricavata sulla testata del motore ed un piattello fissato allo stelo della valvola in prossimità o in corrispondenza dell’estremità dello stelo stesso cooperante con il dispositivo di comando.

Sulle valvole del tipo sopra descritto sono normalmente montate delle guarnizioni di tenuta per l’olio lubrificante normalmente circolante nei motori. Tali guarnizioni, in una delle forme più comunemente note, comprendono un organo di supporto o rinforzo, avente conformazione sostanzialmente tubolare e realizzato in un unico pezzo in materiale metallico, ed un elemento di tenuta anulare, realizzato in materiale elastomerico ed interposto tra l’organo di supporto e la valvola.

In particolare, l’elemento di tenuta comprende tipicamente una prima porzione atta a cooperare, tramite una propria superficie radiale interna, con la superficie radiale esterna della porzione dell’elemento di guida rivolta in uso verso il citato dispositivo di comando, ed una seconda porzione atta a cooperare direttamente con lo stelo della valvola.

Le guarnizioni del tipo sopra descritto sono largamente utilizzate su tutti i motori a combustione interna per controllare la quantità d’olio lubrificante che dalla zona distribuzione fluisce verso le camere di combustione. Un flusso eccessivo di olio lubrificante causa, oltre a un evidente consumo eccessivo dell’olio medesimo, un deperimento dell’efficienza del motore e un abbattimento delle prestazioni del catalizzatore del veicolo. D’altro canto, un flusso insufficiente determina un aumento dell’usura e della rumorosità delle valvole accompagnato alla presenza di picchi locali di temperatura. Questi fenomeni possono determinare un danneggiamento prematuro delle valvole conseguente al grippaggio dello stelo delle valvole stesse all’interno dell’elemento di guida.

Le guarnizioni note, consentono, tramite la prima porzione dell’elemento di tenuta agente sull’elemento di guida della relativa valvola, la realizzazione di una tenuta di tipo statico, e, tramite la seconda porzione dell’elemento di tenuta cooperante con lo stelo, la realizzazione di una tenuta di tipo dinamico. In particolare, la tenuta statica deve assicurare un certo grado di compressione radiale sull’elemento di guida al fine di evitare il trafilamento di olio lubrificante verso le camere di combustione e al contempo mantenere in posizione la guarnizione stessa, mentre la tenuta dinamica è progettata per consentire il minimo flusso di olio necessario alla lubrificazione dell’accoppiamento tra stelo ed elemento di guida.

L’organo di supporto comprende:

- una porzione principale sostanzialmente cilindrica; - una prima flangia anulare, estendentesi radialmente verso l’interno da un’estremità assiale della porzione principale ed in parte annegata in una sede anulare dell’elemento di tenuta; ed

- una seconda flangia anulare estendentesi radialmente verso l’esterno da un’estremità assiale opposta della porzione principale ed atta ad essere spinta contro la sopra menzionata superficie fissa della testata del motore dalla molla agente sullo stelo della valvola.

In pratica, la seconda flangia anulare dell’organo di supporto definisce una superficie di battuta per un’estremità assiale della molla e riceve da quest’ultima i normali carichi di funzionamento.

La seconda flangia anulare consente inoltre di portare in esercizio la guarnizione nella posizione desiderata sulla valvola.

E’ avvertita nel settore l’esigenza di disporre di guarnizioni in grado di controllare efficacemente il flusso di olio lubrificante verso le camere di combustione e che siano, al contempo, di minor costo, di minor peso e di maggiore semplicità costruttiva rispetto alle soluzioni di tipo noto, in particolare nel caso di impieghi su motori di grandi dimensioni.

Scopo della presente invenzione è la realizzazione di una guarnizione per una valvola di un motore a combustione interna, la quale consenta, in modo semplice ed economico, di soddisfare ad almeno una delle esigenze sopra specificate.

Il suddetto scopo è raggiunto dalla presente invenzione, in quanto essa è relativa ad una guarnizione per una valvola di un motore a combustione interna, secondo quanto definito nella rivendicazione 1.

Per una migliore comprensione della presente invenzione viene descritta nel seguito una preferita forma di realizzazione, a puro titolo di esempio non limitativo e con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

la figura 1 è una vista prospettica in parziale sezione di una porzione di un motore a combustione interna provvisto di una guarnizione a simmetria assiale per una valvola realizzata secondo i dettami della presente invenzione; e

la figura 2 è una vista prospettica esplosa in scala ingrandita della guarnizione di figura 1; e

le figure 3 e 4 sono sezioni condotte lungo piani diametrali diversi della guarnizione di figura 1.

Con riferimento alle figure allegate, è indicata nel suo complesso con 1 una guarnizione secondo la presente invenzione per una valvola 2 di un motore 3 a combustione interna, in sé noto ed illustrato in figura 1 solo per quanto necessario alla comprensione della presente invenzione.

In maggiore dettaglio, nella figura 1 il motore 3 è illustrato limitatamente ad una porzione 4 di una testata 5, la quale definisce in modo noto una camera di combustione (non visibile in figura 1 ma disposta inferiormente alla porzione 5 della testata 4 illustrata), all’interno della quale un combustibile viene ossidato in presenza di aria comburente in modo da trasformare l’energia chimica contenuta nel combustibile in energia di pressione.

La camera di combustione riceve in modo noto, attraverso una propria apertura, una miscela comprendente il combustibile e l’aria comburente e scarica, mediante un’altra apertura, il gas e l’aria combusti al termine del processo di combustione.

I flussi da e verso la camera di combustione sono controllati da rispettive valvole 2 del tipo sopra richiamato, agenti sulle menzionate aperture della camera di combustione stessa.

La descrizione che segue farà riferimento per semplicità ad una sola valvola 2, restando inteso che le medesime caratteristiche descritte sono presenti in ogni valvola di questo tipo utilizzata nel motore 3.

Con riferimento alle figure 1, 3 e 4, la valvola 2 è alloggiata in una sede 6 passante, la quale è ricavata nella porzione 5 della testata 4 e normalmente contiene olio lubrificante.

La valvola 2 comprende un elemento di guida 7 tubolare calzato per interferenza all’interno della sede 6, ed uno stelo 8 mobile a scorrimento secondo versi opposti lungo l’asse A entro l’elemento di guida 7.

In maggiore dettaglio, lo stelo 8 sporge da parti opposte dell’elemento di guida 7 ed è provvisto, in corrispondenza delle proprie estremità assiali opposte, rispettivamente di un elemento di otturazione 9, destinato ad impegnare a tenuta di fluido la relativa apertura nella camera di combustione, e di un elemento di azionamento o piattello 10 atto a ricevere forze di azionamento da un meccanismo di comando, in sé noto e non illustrato, ad esempio un albero a camme.

Sulla porzione di estremità assiale dell’elemento di guida 7, da cui sporge l’estremità dello stelo 8 provvista del piattello 10, è calzata esternamente una relativa guarnizione 1 secondo l’invenzione, circondante coassialmente sia l’elemento di guida 7 sia lo stelo 8.

La valvola 2 comprende, inoltre, una molla 11, nella fattispecie illustrata di tipo elicoidale, la quale coopera, in corrispondenza di proprie estremità assiali opposte tra loro, con il piattello 10 e con una parte della guarnizione 1 (descritta in maggiore dettaglio nel seguito) pressata assialmente contro una superficie fissa 4a anulare di asse A della porzione 4 della testata 5.

La molla 11 è atta a generare una forza elastica di richiamo sullo stelo 8 tale da mantenerlo sempre a contatto, in corrispondenza dell’elemento di otturazione 9, con il meccanismo di comando.

Con particolare riferimento alle figure da 2 a 4, la guarnizione 1 presenta una conformazione anulare rispetto ad un asse coincidente, in condizioni di montaggio, con l’asse A.

Più precisamente, la guarnizione 1 comprende essenzialmente un elemento di tenuta 12, avente forma anulare e realizzato in materiale elastomerico, ed un organo di supporto 13 disposto coassialmente sull’elemento di tenuta 12 per pressare quest’ultimo, in direzione radiale rispetto all’asse A, sull’elemento di guida 7 e sullo stelo 8 della valvola 2. In pratica, l’elemento di tenuta 12 risulta interposto coassialmente tra l’organo di supporto 13 e la valvola 2.

L’elemento di tenuta 12 definisce, procedendo lungo l’asse A verso l’elemento di otturazione 9 dello stelo 8, dapprima una tenuta 14 di tipo dinamico atta a consentire il passaggio di un minimo flusso di olio necessario alla lubrificazione dell’accoppiamento tra lo stelo 8 e l’elemento di guida 7, e successivamente una tenuta 15 di tipo statico per impedire il flusso di olio verso la camera di combustione.

In maggiore dettaglio, l’elemento di tenuta 12 è delimitato da due sezioni 16, 17 discoidali di estremità assiale, opposte tra loro, da una superficie circonferenziale interna 18 atta a cooperare in parte con lo stelo 8 ed in parte con l’elemento di guida 7 per realizzare le tenute 14 e 15, ed una superficie circonferenziale esterna 19 atta ad accoppiarsi con l’organo di supporto 13 e con un collare elastico 20 anulare in modo da pressare la superficie circonferenziale interna 18 sullo stelo 8.

La sezione 16, in condizioni di montaggio, è rivolta verso il meccanismo di comando ed è attraversata dallo stelo 8; la sezione 17, in condizioni di montaggio, è rivolta verso la camera di combustione, ed è attraversata sia dallo stelo 8 che dall’elemento di guida 7.

La superficie circonferenziale interna 18 dell’elemento di tenuta 12 comprende, in posizione adiacente alla sezione 16, una sezione 21 di diametro minimo, atta a essere pressata radialmente dal collare elastico 20 contro lo stelo 8 per definire una linea circonferenziale di tenuta di tipo dinamico (tenuta 14), la quale consente, grazie all’accoppiamento scorrevole con lo stelo 8 stesso, la fuoriuscita di un minimo flusso di olio.

La superficie circonferenziale interna 18 dell’elemento di tenuta 12 comprende, inoltre, in posizione adiacente alla sezione 17, una porzione 22 sostanzialmente cilindrica con piccole ondulazioni, atta a essere pressata radialmente dall’organo di supporto 13 contro l’elemento di guida 7 in modo da definire un’area cilindrica di tenuta di tipo statico (tenuta 15).

La superficie circonferenziale esterna 19 comprende una prima porzione 23 sostanzialmente cilindrica, opposta alla porzione 22 della superficie circonferenziale interna 18 ed atta a cooperare con l’organo di supporto 13, ed una seconda porzione 24, fuoriuscente dall’organo di supporto 13 e cooperante con il collare elastico 20.

L’organo di supporto 13 è vantaggiosamente formato da due componenti 25, 26 anulari distinti, montati coassialmente tra loro mediante mezzi di accoppiamento a scatto 27.

In particolare, il componente 25, radialmente più interno, coopera in uso con l’elemento di tenuta 12 per pressarlo radialmente sull’elemento di guida 7 della valvola 2, mentre il componente 26 è montato in posizione radialmente più esterna sul componente 25 ed è atto ad essere posizionato in uso sulla superficie fissa 4a della porzione 4 della testata 5 del motore 3 mediante l’azione della molla 11 della valvola 2.

In pratica, il componente 25 definisce una porzione di interazione dell’organo di supporto 13 con l’elemento di tenuta 12, mentre il componente 26 definisce una porzione di posizionamento dell’organo di supporto 13 stesso sulla porzione 4 della testata 5 del motore 3 e rispetto all’elemento di guida 7 della valvola 2. Il componente 26 è atto a ricevere in uso carichi di funzionamento dalla molla 11 della valvola 2 ed a portare la guarnizione 1 nella posizione desiderata sulla valvola 2.

Il componente 25 è preferibilmente realizzato in materiale metallico e presenta forma sostanzialmente cilindrica allungata secondo l’asse A; in particolare, il componente 25 coopera con la porzione 23 della superficie circonferenziale esterna 19 dell’elemento di tenuta 12 e comprende essenzialmente:

- un tratto di estremità assiale 28, il quale è leggermente ripiegato radialmente verso l’eterno rispetto all’asse A e dal quale sporge la porzione 24 della superficie circonferenziale esterna 19 dell’elemento di tenuta 12;

- un tratto di estremità assiale 29 opposto, ripiegato verso l’asse A in modo da trattenere assialmente l’elemento di tenuta 12 in corrispondenza della sezione 17 di quest’ultimo;

- un primo tratto cilindrico 30 estendentesi a partire dal tratto di estremità assiale 28; ed

- un secondo tratto cilindrico 31 estendentesi a partire dal tratto di estremità assiale 29, avente diametro esterno minore rispetto al diametro esterno del tratto cilindrico 30 e raccordato a quest’ultimo mediante un tratto di collegamento 32 conico.

In pratica, il componente 25 presenta ingombri radiali crescenti rispetto all’asse A, procedendo dal proprio tratto di estremità assiale 29 verso il proprio tratto di estremità assiale 28 opposto.

Il componente 26 è realizzato in materiale plastico; preferibilmente, il componente 26 può essere realizzato in materiale termoplastico ad elevata performance con ottime proprietà meccaniche e di resistenza termica, in grado di sostituire le funzioni dei materiali metallici in applicazioni di tipo statico e dinamico; il materiale termoplastico costituente il componente 26 può essere o meno rinforzato con opportuni agenti, ad esempio di tipo organico o inorganico.

Il componente 26 comprende essenzialmente un corpo principale 33 cilindrico, atto a definire una sede 34 di ricevimento del componente 25, ed una flangia 35 anulare piana di estremità, sporgente radialmente verso l’esterno dal corpo principale 33 ed atta a cooperare in battuta contro la superficie fissa 4a della porzione 4 della testata 5 del motore 3 sotto la spinta assiale della molla 11 della valvola 2.

Il corpo principale 33 presenta una pluralità di risalti 36 sporgenti radialmente verso l’interno e presentanti, in prossimità di un bordo di estremità 37 del corpo principale 33 stesso opposto alla flangia 35, rispettivi spallamenti 38 atti a definire rispettive superfici di battuta per il tratto di estremità assiale 29 del componente 25.

I mezzi di accoppiamento a scatto 27 sono definiti da una pluralità di lance di aggancio 40, nella fattispecie illustrata tre, sporgenti, in posizione indeformata, in direzione parallela all’asse A dal bordo di estremità 37 del corpo principale 33, angolarmente equispaziate tra loro intorno all’asse A stesso ed elasticamente flessibili da e verso il componente 25 per agganciarlo o eventualmente rilasciarlo.

In particolare, ciascuna lancia di aggancio 40 porta, in corrispondenza della propria estremità libera, un dente 41 atto ad accopparsi a scatto con il tratto di estremità assiale 28 del componente 25.

Il componente 26 comprende, infine, mezzi di posizionamento 42 del componente 25 nella propria sede 34. I mezzi di posizionamento 42 comprendono essenzialmente una pluralità di risalti 43, nella fattispecie illustrata tre, sporgenti dal corpo principale 33 sia radialmente verso l’interno del corpo 33 stesso sia in direzione parallela all’asse A a partire dal bordo di estremità 37; i risalti 43 hanno altezza assiale inferiore a quella delle lance di aggancio 40 e sono angolarmente equispaziati tra loro intorno all’asse A; ciascun risalto 43 risulta, inoltre, angolarmente interposto tra due lance di aggancio 40 con riferimento all’asse A.

I risalti 43 sono atti a cooperare in uso con il tratto cilindrico 31 del componente 25.

Da un esame delle caratteristiche della guarnizione 1 realizzata secondo i dettami della presente invenzione sono evidenti i vantaggi che essa consente di ottenere.

In particolare, grazie al fatto che le due funzioni principali dell’organo di supporto 13 - ossia la funzione di interazione con l’elemento di tenuta 12 e di pressione sullo stesso e la funzione di posizionamento sulla testata 4 del motore 3 - sono svolte da componenti 25, 26 distinti, è possibile realizzare il componente 26 che svolge la funzione di fissaggio in materiale plastico.

In questo modo, si ottengono, rispetto alle guarnizioni di tipo noto, una considerevole riduzione di peso complessivo e di costo della guarnizione 1 ed una maggiore flessibilità nella configurazione geometrica del componente 26 in materiale plastico.

In maggiore dettaglio, si potrebbe ipotizzare di utilizzare sostanzialmente il medesimo componente 25 agente sull’elemento di tenuta 12 per le diverse tipologie di motori 3 e di variare, invece, a seconda della geometria specifica del motore 3 su cui la guarnizione 1 deve essere montata, la configurazione dell’altro componente 26 in materiale plastico; proprio il fatto di utilizzare un materiale plastico consente una notevole facilità di stampaggio di quest’ultimo componente in svariate forme, solitamente non possibili nel caso di materiali metallici. Si ottiene quindi una elevata adattabilità ai diversi motori, soprattutto quelli di grandi dimensioni.

Inoltre, la realizzazione del fissaggio tra i componenti 25 e 26 mediante mezzi di accoppiamento a scatto 27 permette di evitare indesiderati strisciamenti tra materiali metallici in fase di montaggio con possibile generazione di sfridi.

Infine, i mezzi di accoppiamento a scatto 27 consentono elevate forze di ritenzione con bassi carichi di assemblaggio.

Risulta infine chiaro che alla guarnizione 1 qui descritta ed illustrata possono essere apportate modifiche e varianti che non escono dall'ambito di protezione definito dalle rivendicazioni.

In particolare, anche il componente 25 potrebbe essere realizzato in materiale plastico.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1.- Guarnizione (1) per una valvola (2) di un motore a combustione interna (3); la detta valvola (2) comprendendo un elemento di guida (7) definente una sede passante, ed uno stelo (8) mobile a scorrimento in tale sede; la detta guarnizione (1) comprendendo: - un elemento di tenuta (12) elasticamente deformabile, avente conformazione anulare rispetto ad un asse (A) ed atto ad essere disposto esternamente sulla detta valvola (2) per cooperare sia con il detto elemento di guida (7) sia con il detto stelo (8); ed - un organo di supporto (13) avente conformazione anulare, disposto coassialmente su almeno parte del detto elemento di tenuta (12) in modo tale che quest’ultimo sia premuto radialmente tra il detto organo di supporto (13) e la detta valvola (2); in cui il detto organo di supporto (13) comprende una prima porzione (25) di interazione con il detto elemento di tenuta (12) ed una seconda porzione (26) di posizionamento in uso della detta guarnizione (1) sul detto motore (3); caratterizzata dal fatto che le dette prima e seconda porzione del detto organo di supporto (13) sono parte rispettivamente di un primo e di un secondo componente (25, 26) tra loro distinti e montati coassialmente mediante mezzi di accoppiamento a scatto (27). 2.- Guarnizione secondo la rivendicazione 1, in cui almeno uno dei detti primo e secondo componente (25, 26) è realizzato in materiale plastico. 3.- Guarnizione secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui il detto secondo componente (26) è realizzato in materiale plastico ed è atto a ricevere in uso carichi di funzionamento della detta valvola (2) ed a portare la detta guarnizione (1) nella posizione desiderata rispetto alla valvola (2) stessa. 4.- Guarnizione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il detto secondo componente (26) è disposto in posizione radialmente più esterna rispetto al detto primo componente (25) e definisce una sede (34) di ricevimento del primo componente (25) stesso. 5.- Guarnizione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il detto primo componente (25) presenta una conformazione sostanzialmente cilindrica e coopera interamente con almeno una porzione (23) del detto elemento di tenuta (12). 6.- Guarnizione secondo la rivendicazione 5, in cui il detto primo componente (25) è realizzato in materiale metallico. 7.- Guarnizione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 4 a 6, in cui i detti mezzi di accoppiamento a scatto (27) comprendono una pluralità di lance di aggancio (40) portate dal detto secondo componente (26), estendentisi, in posizione indeformata, parallelamente al detto asse (A) ed elasticamente flessibili da e verso il detto primo componente (25) per accoppiarsi a scatto con una porzione di riscontro (28) del primo componente (25) stesso. 8.- Guarnizione secondo la rivendicazione 7, in cui il detto secondo componente (26) comprende un corpo principale (33) sostanzialmente cilindrico, definente internamente almeno una superficie di battuta assiale per un tratto di estremità assiale (29) del detto primo componente (25), ed una flangia (35) anulare sporgente radialmente verso l’esterno da un’estremità del detto corpo principale (33) ed atta ad essere montata in posizione fissa rispetto alla detta valvola (2); le dette lance di aggancio (40) estendendosi a sbalzo da un bordo di estremità (37) del detto corpo principale (33) opposto a detta flangia (35) ed essendo angolarmente distribuite intorno al detto asse (A). 9.- Guarnizione secondo la rivendicazione 7 o 8, in cui le dette lance di aggancio (40) sono provviste di denti (41) di ritenzione sulle proprie estremità libere, ed in cui la detta porzione di riscontro è definita da un bordo in rilievo (28) verso l’esterno del detto primo componente (25). 10.- Guarnizione secondo la rivendicazione 9, in cui il detto bordo in rilievo definisce un tratto di estremità assiale (28) del detto primo componente (25), opposto al tratto di estremità assiale (29) in battuta sul detto corpo principale (33) del detto secondo componente (26). 11.- Guarnizione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 4 a 10, in cui il detto secondo componente (26) comprende mezzi di posizionamento (42) del detto primo componente (25) all’interno del secondo componente (26) stesso. 12.- Guarnizione secondo la rivendicazione 11, in cui i detti mezzi di posizionamento (42) comprendono una pluralità di risalti (43) angolarmente distribuiti intorno al detto asse (A) e sporgenti dal detto corpo principale (33) del detto secondo componente (26) sia radialmente verso l’interno del corpo principale (33) stesso sia in direzione parallela al detto asse (A) per cooperare esternamente con il detto primo componente (25). 13.- Guarnizione secondo la rivendicazione 12, in cui ciascun detto risalto (43) è angolarmente interposto tra due dette lance di aggancio (40) rispetto al detto asse (A). 14.- Guarnizione secondo la rivendicazione 12 o 13, in cui i detti risalti (43) presentano, in direzione parallela al detto asse (A), lunghezze inferiori rispetto alle lunghezze delle dette lance di aggancio (40).