ITMI20010264A1

ITMI20010264A1 - Configurazione valvolare in una tubazione per il convogliamento di carburante da un serbatoio verso un motore a combustione interna

Info

Publication number: ITMI20010264A1
Application number: IT2001MI000264A
Authority: IT
Inventors: Eleftherios Rodousakis; Harald Kiowsky
Original assignee: Eurocopter Deutschland
Priority date: 2000-03-29
Filing date: 2001-02-09
Publication date: 2002-08-09
Also published as: US6668802B2; US20010025629A1; GB2360826B; DE10015576A1; FR2806974B1; GB0105920D0; FR2806974A1; JP2001304060A; ITMI20010264A0; GB2360826A; JP4546658B2; DE10015576B4

Description

Descrizione dell'invenzione industriale avente per titolo: "Configurazione valvolare in una tubazione per il convogliamento di carburante da un serbatoio verso un motore a combustione interna"

Riassunto del trovato

Il trovato riguarda una configurazione valvolare in una tubazione per rifornire di carburante, proveniente da un serbatoio, un motore a combustione interna, costituita da corpo con canale di ingresso e di scarico e da una valvola con un fungo traslabile per chiudere a tenuta il canale di scarico rispetto al canale di ingresso, e nella quale una pompa di alimentazione è associata alla tubazione di alimentazione e, in assenza di pressione di alimentazione da parte della pompa di alimentazione, il fungo valvolare è in posizione di chiusura.

Compito del trovato è quello di evitare il pericolo di fughe nella tubazione di alimentazione per un motore a combustione interna funzionante con carburante liquido. Fa parte del compito anche il fatto che, nel risolverlo, si deve evitare di occupare maggior spazio.

In base alla parte che caratterizza la rivendicazione 1, il compito viene risolto in quanto un'altra valvola (60) sostanzialmente coassiale nella valvola (50), è in posizione di apertura in senso opposto al senso di convogliamento qualora sul lato del canale di scarico (56) si abbia una pressione maggiore della pressione di alimentazione. La configurazione valvolare (12) conforme al trovato ha il vantaggio di lavorare, da un lato, durante il funzionamento del motore a combustione interna, come valvola di ritegno e, dall'altro lato, durante la fase di riposo del motore a combustione interna, di essere utilizzabile autonomamente come valvola di sovrapressione. La soluzione non richiede spazio supplementare e può essere integrata, senza significativi lavori di montaggio e quindi economicamente, in sistemi di carburante già esistenti.

Descrizione del trovato

Il trovato riguarda una configurazione valvolare in una tubazione per il convogliamento di carburante da un serbatoio ad un motore a combustione interna costituita da un corpo con canale di ingresso e di scarico e da una valvola con fungo traslabile per chiudere a tenuta il canale di scarico rispetto al canale di ingresso. Una pompa è associata alla tubazione di alimentazione e, in assenza della pressione fornita dalla pompa di alimentazione, il fungo della valvola è in posizione di chiusura.

L'impianto relativo al serbatoio di un veicolo per alimentarne il motore con carburante liquido è costituito da almeno un serbatoio riempibile con il carburante. Il veicolo può essere un autoveicolo (ad esempio automobile), un natante o un velivolo (ad esempio aereo, elicottero). L'azionamento avviene mediante una macchina a combustione interna. La macchina a combustione interna può essere quindi un motore a combustione interna o un motore a razzo. Comune a entrambi è una alimentazione con carburante liquido (benzina, cherosene) . Il carburante viene convogliato dal serbatoio mediante una pompa installata in una tubazione che conduce al motore. Nella tubazione di alimentazione fra la pompa e il motore a combustione interna è situata una configurazione valvolare. La configurazione valvolare, con motore a combustione interna a riposo, deve chiudere la tubazione di alimentazione e ritardare o evitare un rapido abbassamento del livello di combustibile nella tubazione di alimentazione. Questa configurazione valvolare è costituita, notoriamente, da una valvola di ritegno.

Quando il motore è a riposo dopo un periodo di funzionamento, il carburante nell'impianto contenente il serbatoio viene a dilatarsi in una zona a clima caldo. La dilatazione del carburante nella tubazione di alimentazione che collega il serbatoio al motore a combustione interna, è fonte di problemi. La tubazione di alimentazione è collegata, di solito, ad una pompa del carburante che si trova nel serbatoio e ad un gruppo di iniezione del motore a combustione interna. Dopo che il motore a combustione interna si è arrestato, il carburante si trova nella tubazione di alimentazione dappertutto. A causa di una elevata temperatura esterna il carburante si riscalda ulteriormente e pertanto la tubazione di alimentazione e i gruppi costruttivi ad essa collegati vengono assoggettati ad una sollecitazione di pressione inammissibilmente elevata. Vi è quindi il pericolo di perdite di carburante nelle immediate vicinanze del motore a combustione interna, perdite che possono essere innescate dall'aumento della sollecitazione di pressione nella tubazione di alimentazione. Le perdite di carburante avvengono, di solito, nei pressi dei punti di collegamento della tubazione di alimentazione. Qualora la tubazione di alimentazione presenti perdite di carburante vi è il pericolo di incendio.

Compito del trovato è quello di evitare il pericolo di perdite nella tubazione di alimentazione di un motore a combustione interna che consumi carburante liquido. Il compito comprende anche l'esigenza di evitare la necessità di ulteriore spazio per risolvere questo compito.

Il compito viene risolto dal fatto che, qualora sul lato del canale di scarico si abbia una pressione maggiore della pressione di alimentazione, un'altra valvola, installata sostanzialmente coassiale nella valvola, sia in posizione di apertura nel senso contrapposto alla direzione di alimentazione.

Un'altra configurazione della valvola conforme alla rivendicazione 2 consiste nel fatto che in senso assiale, attraverso il fungo della valvola e la sua asta, passa un foro passante rappresentante una guida e nel quale è ricavata una sede nell'imbocco in direzione del canale di scarico.

In questa guida può essere guidata l'altra valvola con la sua asta. Fra l'asta dell'altra valvola e la parete del foro passante si conserva un meato che si estende per tutta la lunghezza del foro passante. Quest'altra asta valvolare guidata nell'asta della valvola è configurata, in una estremità, in modo da formare un cono valvolare posizionabile, mediante un elemento di resistenza, e facendo tenuta, sulla sede valvolare del foro passante. Il cono valvolare può aprire in senso opposto al senso di convogliamento. Tutto ciò costituisce una configurazione costruttivamente semplice ed economica.

Una configurazione conforme alla rivendicazione 3 prevede che l'asta valvolare possa essere spostata nella guida in senso opposto alla forza dell'elemento resistente.

Secondo la rivendicazione 4 è previsto che l'elemento resistente sia costituito da un elemento elastico, ad esempio da una molla a spirale.

Nell'altra rivendicazione 5 si propone che l'elemento resistente per il cono valvolare possieda un valore limite regolabile per commutare l'altra valvola fra la posizione di chiusura e quella di apertura. Al superamento di un valore limite, ad esempio per una definita forza elastica dell'elemento resistente, avviene la commutazione dalla posizione di chiusura alla posizione di apertura. Il valore limite per la forza elastica è l'equivalente di una determinata pressione nella tubazione di alimentazione maggiore della pressione di alimentazione.

Il trovato permette di disporre vantaggiosamente nel fungo di una valvola di ritegno un cono di una valvola agente in senso contrapposto al senso di convogliamento originario. In tal modo non necessita, vantaggiosamente, spazio supplementare. In un corpo comune sono integrate due valvole coassiali a formare un'unica configurazione valvolare.

La configurazione valvolare conforme al trovato permette di lavorare come valvola di ritegno durante il funzionamento del motore a combustione interna e di lavorare invece, durante il riposo del motore a combustione interna, autonomamente come valvola di sovrapressione. La valvola conforme al trovato può essere integrata in sistemi già esistenti per il convogliamento di carburante senza significative operazioni di montaggio e quindi in maniera economica.

Un esempio di realizzazione del trovato è rappresentato nei disegni e descritto nel seguito più in dettaglio.

In essi:

la figura 1 mostra la sezione longitudinale schematica di un impianto contenente il serbatoio di un elicottero con mezzi per il convogliamento del carburante e con un motore a combustione interna,

la figura 2 mostra la composizione della configurazione valvolare conforme al trovato.

La configurazione valvolare conforme al trovato verrà descritta prendendo, come esempio, l'impianto per il carburante di un velivolo, ad esempio di un elicottero. L'impiego della configurazione valvolare conforme al trovato non è limitato a velivoli ma adatto anche per autoveicoli quali, ad esempio, automobili, che lavorano con carburante liquido o per natanti.

La figura 1 mostra, in una sezione longitudinale schematica, l'impianto contenente il serbatoio di un elicottero, i mezzi di convogliamento del carburante e un propulsore.

Nel guscio di fondo 1 di una cella di elicottero sono disposti, uno dopo l'altro, il serbatoio principale 3 e il serbatoio di prelievo 2. Il serbatoio principale 3 si trova verso il cockpit A, e il serbatoio di prelievo 2 verso la parte posteriore B della cella dell'elicottero. La bocca di riempimento 6 per i due serbatoi si trova nel serbatoio principale 3. Entrambi i serbatoi sono collegati tramite una tubazione di collegamento 4. La tubazione di collegamento 4 serve a equilibrare il carburante qualora il livello del carburante vari in funzione dell'assetto del velivolo .

Una pompa per il carburante 5 con tubazioni di collegamento collega ancora il serbatoio principale 3 con il serbatoio di prelievo 2. Ciò garantisce il fatto che il serbatoio di prelievo 2 rimanga sempre pieno e che si svuoti per primo il serbatoio principale 3.

Il serbatoio principale 3 e il serbatoio di prelievo 2 possiedono valvole di sfiato 7, 8 a chiusura automatica. Alle due valvole di sfiato 7, 8 sono collegati i canali di ventilazione e di sfiato 9 che sboccano fuoribordo.

Nel serbatoio di prelievo 2 è disposta una pompa di alimentazione 10 collegata idraulicamente ad una parte di una tubazione di alimentazione 11. Nella tubazione di alimentazione è installata la configurazione valvolare 12 conforme al trovato. Dal canale di scarico della configurazione valvolare 12 l'altra parte della tubazione di alimentazione 111 conduce all'impianto di iniezione 13 di un propulsore 14. Qualora l'elicottero poggi su una superficie 15, la superficie di fondo L dell'elicottero è sempre inclinata di un angolo α di circa 3° rispetto alla superficie di appoggio 15. Questo fatto viene reso visibile dal livello del combustibile 16.

Durante il funzionamento del propulsore 14, i mezzi di alimentazione, e cioè la pompa di alimentazione 10, convogliano carburante alla configurazione valvolare 12 mediante la tubazione di alimentazione 11. In questa fase la pompa di alimentazione 10 crea una pressione di alimentazione. In presenza della pressione di alimentazione la configurazione valvolare 12 apre nel senso del flusso e il carburante può venire convogliato all'impianto di iniezione 13 del propulsore 14 tramite la tubazione di alimentazione 111. È anche possibile che la pompa di alimentazione 10 sia installata nella tubazione di alimentazione 11.

La figura 2 mostra particolari relativi alla composizione e al funzionamento della configurazione valvolare 12 conforme al trovato. L'uscita premente dalla pompa di alimentazione 10, durante il funzionamento del propulsore 14 convoglia carburante 160 a pressione (pressione di alimentazione) relativamente bassa, tramite la tubazione di alimentazione li, verso una valvola 50 della configurazione valvolare 12. La pressione di alimentazione di elicotteri noti è anch'essa nota. Tramite la tubazione di alimentazione della pompa 10 la valvola 50 apre contro la resistenza di un elemento resistente 501. L'elemento resistente 501 può essere, ad esempio, una molla a spirale. Dal momento che, di regola, il propulsore 14 è situato al di sopra dell'impianto contenente il serbatoio, è possibile che la valvola 50 funzioni anche qualora l'elemento resistente 501 non sia presente come componente a sé stante. Questo fatto corrisponderebbe ad una alternativa non rappresentata nella figura 2. In un tale caso, con propulsore a riposo, la colonna di carburante tra la configurazione valvolare 12 e l'impianto di iniezione 13 svolgerebbe, col suo peso, la funzione di un elemento resistente la cui forza peso (la colonna di carburante) dovrebbe essere vinta all'avviamento del motore a combustione interna.

In questa situazione di apertura della valvola 50 il carburante 160 fluisce, attraverso la valvola 50 aperta, dalla posizione U verso la posizione V.

Il fungo valvolare 51 con guarnizione 510 si solleva, durante il funzionamento della pompa 10, dalla parete 511 interna del corpo della configurazione valvolare 12 e spinge l'asta valvolare 52, in una guida 520 collegata al fungo valvolare 51, lungo l'asse longitudinale LA della valvola 50. Il carburante fluisce dalla posizione U del canale di ingresso 53, tramite la camera 54 con canali 55, nel canale di scarico 56 verso la posizione V.

Con l'inizio dello stato di riposo del propulsore 14, la pompa di alimentazione 10 viene anch'essa arrestata da un comando (non rappresentato nella figura), e ciò significa che la pressione di alimentazione relativamente bassa cade. La valvola 50 chiude il passaggio nel senso che va da U a V. Il fungo valvolare 51 aderisce a tenuta, con la sua guarnizione 510, alla parete 511 interna del corpo. In tal modo rimane costante nella tubazione di alimentazione 111 la pressione al di sopra della configurazione valvolare 12, e cioè sul lato della posizione V della tubazione di alimentazione 111. Nella valvola 50 è stata integrata un'altra valvola 60, e cioè nel fungo valvolare 51 con asta valvolare 52 è stata integrata una valvola 60 che intercetta, ovvero che chiude, nel senso contrario. A questo scopo, nell'asta valvolare 52 è stato ricavato longitudinalmente (assialmente) un foro passante 57 che si allarga a gradini nel fungo valvolare 51 e che sbocca nel canale di ingresso 53. In questo foro passante 57 che collega il canale di ingresso 53 e il canale di scarico 56 è disposta la valvola 60. È da sottolineare il fatto che la parete nella zona di sbocco del foro passante 51 è conica. Questa zona di sbocco del foro passante sbocca nel canale di scarico 56. La valvola 60 è formata da un'asta valvolare 62 nella quale è ricavato, ad un'estremità, un cono valvolare 61.

Questo cono valvolare 61, in posizione di chiusura, fa tenuta, mediante un mezzo resistente 601, sulla parete conica nella zona di sbocco del foro passante 57. Il cono valvolare 61 apre contrastando la forza di un elemento resistente 601 nella zona di sbocco del foro passante 57. Quando il carburante (con pressione di alimentazione) attraversa la valvola 50 andando dalla posizione U alla posizione V, la valvola 60 è chiusa.

Con propulsore 14 a riposo e quindi con pompa 10 a riposo la valvola 50 resta chiusa. Quando la valvola 50 si trova in questa posizione di chiusura, a seguito del riscaldamento del carburante causato da elevata temperatura ambientale, si può creare un livello di pressione maggiore della pressione di alimentazione nel tratto della tubazione di alimentazione 111. La pressione della tubazione di alimentazione 111 fra la configurazione valvolare 12 e l'impianto di iniezione 13 cresce e raggiunge un valore limite definito e regolabile per la valvola 60. Al superamento del valore limite, il carburante spinge la valvola 60 in una posizione di apertura agendo contro la resistenza di un elemento resistente 601, per cui del carburante può fluire nel canale di ingresso 53, dal lato del canale di scarico 56, tramite un meato fra l'asta valvolare 62 e la parete del foro passante 57.

Il meato arriva, per tutta la lunghezza del foro passante 57, fino al di sotto del cono valvolare 61. Quando il cono valvolare 61 fa tenuta anche il meato è chiuso a tenuta. La creazione sulla valvola 60 di una pressione maggiore della pressione di alimentazione fa aprire la valvola 60 per cui può venire ridotta la pressione aumentata nel tratto della tubazione di alimentazione 111. Se viene superato il valore limite di pressione sul lato del canale di scarico 56, la valvola 60 viene riportata in posizione di chiusura, il che significa che il cono valvolare 61 chiude a tenuta la sede valvolare 570 nella parete conica che si trova nella zona di sbocco del foro 57. Il canale di scarico 56 è così separato dal canale di ingresso 53. Il valore limite può essere regolato variando opportunamente, ad esempio, la rigidità dell'elemento resistente 601. L'elemento resistente può essere, ad esempio, una molla a spirale con costante di molla definita. Si possono tuttavia impiegare anche altri elementi resistenti ad azione elettromeccanica. Il valore limite viene determinato o mediante calcolo o empiricamente e realizzato mediante un mezzo resistente.

Il livello di pressione anch'esso aumentato fra la configurazione valvolare 12 e la pompa 10 può essere regolato in quanto il carburante può ritornare al serbatoio in maniera nota.

Vantaggiosamente la soluzione conforme al trovato impedisce il danneggiamento di tubazioni e di gruppi costruttivi (pompa, impianto di iniezione) che possono venire sollecitati in modo inammissibile con una pressione troppo elevata. Viene in tal modo ridotto notevolmente il pericolo di fughe di carburante dovute alla sovrapressione nella zona della tubazione di alimentazione.

Dal momento che nel fungo di una valvola di ritegno è disposto il cono valvolare di una valvola di ritegno agente in senso contrapposto, non si occupa, vantaggiosamente, un ingombro maggiore. La rinuncia ad un ingombro ulteriore per il sistema del combustibile è un importante vantaggio ottenuto mediante l'integrazione di due valvole coassiali in un corpo comune a formare un'unica valvola. Questa configurazione valvolare 12 conforme al trovato, avente le due funzioni sopra illustrate, viene chiamata valvola di ritegno e di sovrapressione in quanto essa lavora, da un lato, ad esempio durante il volo, come valvola di ritegno e, dall'altro lato, a riposo, autonomamente come valvola di sovrapressione. La soluzione offre inoltre il vantaggio che la valvola di ritegno e di sovrapressione 12 può essere integrata in sistemi del carburante già esistenti senza dover spendere un significativo lavoro di montaggio e quindi a basso costo.

Claims

Rivendicazioni 1. Configurazione valvolare in una tubazione per l'alimentazione di carburante da un serbatoio verso un motore a combustione interna costituita da un corpo con canale di ingresso e di scarico e da una valvola avente un fungo traslabile per chiudere a tenuta il canale di scarico rispetto al canale di ingresso, nella quale alla tubazione di alimentazione è associata una pompa di alimentazione e, in assenza di pressione di alimentazione da parte della pompa, il fungo valvolare è in posizione di chiusura, caratterizzata dal fatto che nella valvola (50) un'altra valvola (60) posta sostanzialmente coassialmente alla prima, è in posizione di apertura in senso opposto a quello di alimentazione qualora sul lato del canale di scarico (56) esista una pressione maggiore della pressione di alimentazione.
2. Configurazione valvolare secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che nella valvola (50), vi è, in senso assiale, un foro passante (57) che attraversa il fungo valvolare (51) e la sua asta (52), che forma una guida e nel quale è ricavata una sede (570); nella guida, mantenendo un meato lungo il foro passante (57), può essere guidata, con la sua asta (62), l'altra valvola (60) e in questa asta (62) è ricavato, in un'estremità, un cono valvolare (61) posizionabile, mediante un elemento resistente (601), e facendo tenuta, sulla sede valvolare (570) e che può aprire in senso opposto al senso di convogl lamento contrastando la forza dell'elemento resistente (601).
3. Configurazione valvolare secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che l'asta valvolare (62) può essere traslata nella guida contrastando la forza dell'elemento resistente (601).
4. Configurazione valvolare secondo una delle rivendicazioni 2 o 3, caratterizzata dal fatto che l'elemento resistente (601) è una molla a spirale.
5. Configurazione valvolare secondo una delle rivendicazioni da 2 a 4, caratterizzata dal fatto che mediante un mezzo resistente (601) può essere regolato un valore limite per commutare la valvola (60) fra la posizione di chiusura e quella di apertura.