ITTO20131056A1 - Guarnizione per una valvola di un motore a combustione interna - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

“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 è costituito da un corpo tubolare metallico di spessore costante e 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 vengono descritte nel seguito due preferite forme di realizzazione, a puro titolo di esempi non limitativi 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;

la figura 2 è una sezione assiale in scala ingrandita della guarnizione di figura 1; e

la figura 3 è una sezione assiale di una diversa forma di realizzazione di una guarnizione secondo la presente invenzione.

Con riferimento alle figure 1 e 2, 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 e 2, 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 presenta un asse A e 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 alla figura 2, 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 realizzato in un unico pezzo e comprende:

- una porzione principale 25 sostanzialmente tubolare cilindrica;

- una prima flangia 26 anulare, estendentesi radialmente verso l’interno da un’estremità assiale della porzione principale 25 ed in parte annegata in una sede 27 anulare dell’elemento di tenuta 12 nella zona di transizione tra le porzioni 23 e 24; ed

- una seconda flangia 28 anulare estendentesi radialmente verso l’esterno da un’estremità assiale opposta della porzione principale 25 ed atta ad essere posizionata 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, la porzione principale 25 e la flangia 26 definiscono nel loro complesso la parte dell’organo di supporto 13 che interagisce con l’elemento di tenuta 12, mentre la flangia 28 definisce la parte dell’organo di supporto 13 stesso atto a consentire il posizionamento della guarnizione 1 sulla porzione 4 della testata 5 del motore 3 e rispetto all’elemento di guida 7 della valvola 2. La flangia 28 è atta 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.

La porzione principale 25 coopera con la porzione 23 della superficie circonferenziale esterna 19 dell’elemento di tenuta 12 e comprende essenzialmente:

- un primo tratto cilindrico 32 adiacente alla flangia 26; ed

- un secondo tratto cilindrico 33 adiacente alla flangia 28, avente diametro esterno maggiore rispetto al diametro esterno del tratto cilindrico 32 e raccordato a quest’ultimo mediante un tratto di collegamento 34 conico.

In pratica, la porzione principale 25 presenta ingombri radiali crescenti rispetto all’asse A, procedendo dal proprio tratto cilindrico 32 verso il proprio tratto cilindrico 33.

Vantaggiosamente, l’organo di supporto 13 è realizzato interamente in materiale plastico; preferibilmente, l’organo di supporto 13 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 l’organo di supporto 13 può essere o meno rinforzato con opportuni agenti, ad esempio di tipo organico o inorganico.

La flangia 28 presenta uno spessore S1, in direzione parallela all’asse A, diverso dallo spessore S2 radiale della porzione principale 25 e dallo spessore S3, in direzione parallela all’asse A stesso, della flangia 26.

Nella forma di realizzazione di figura 2l, lo spessore S1 della flangia 28 in direzione parallela all’asse A è maggiore rispetto allo spessore S2 radiale della porzione principale 25 ed allo spessore S3, in direzione parallela all’asse A stesso, della flangia 26.

Nella fattispecie illustrata, lo spessore S2 radiale della porzione principale 25 è identico allo spessore S3, in direzione parallela all’asse A, della flangia 26.

Nella figura 3, è indicata nel suo complesso con 1’ una guarnizione secondo un diverso esempio di realizzazione della presente invenzione; la guarnizione 1’ viene descritta nel seguito soltanto per quanto differisce dalla guarnizione 1, indicando con gli stessi numeri di riferimento parti uguali o equivalenti a parti già descritte.

In particolare, la guarnizione 1’ differisce dalla guarnizione 1 essenzialmente per il fatto che l’organo di supporto 13 comprende una flangia 28’ avente, in direzione parallela all’asse A, uno spessore S1’ minore rispetto allo spessore S2 radiale della porzione principale 25, e per il fatto di comprendere, inoltre, un inserto anulare 35 rigido, realizzato in un materiale diverso dal materiale plastico e disposto sul lato della flangia 28’ destinato a ricevere i carichi di funzionamento della valvola 2.

In pratica, l’inserto anulare 35 coopera direttamente con un’estremità assiale della molla 11 della valvola 2.

Nella fattispecie illustrata in figura 3, l’inserto anulare 35 è costituito da una rondella.

Nella forma di attuazione preferita, l’inserto anulare 35 è realizzato in materiale metallico.

Da un esame delle caratteristiche delle guarnizioni 1, 1’ realizzate secondo i dettami della presente invenzione sono evidenti i vantaggi che essa consente di ottenere.

In particolare, la realizzazione dell’organo di supporto 13 in materiale plastico permette di ottenere, rispetto alle guarnizioni di tipo noto, una riduzione di peso complessivo e di costo della guarnizione 1.

Inoltre, il fatto di utilizzare un materiale plastico consente una notevole facilità di stampaggio dell’organo di supporto 13 in configurazioni diverse, solitamente non possibili nel caso di materiali metallici; in particolare, è possibile variare lo spessore di alcune parti, ad esempio la flangia 28, 28’, che è quella soggetta in uso al carico della molla 11.

Tale flangia (28), nel caso della guarnizione 1, viene realizzata con uno spessore S1 maggiore rispetto agli spessori S2, S3 delle altre parti (25, 26) della guarnizione 1 stessa.

Nel caso invece della guarnizione 1’, la flangia 28’ viene realizzata con uno spessore S1’ minore rispetto agli spessori S2, S3 delle altre parti (25, 26) della guarnizione 1’ stessa, e viene configurata per ricevere un inserto anulare 35 in materiale metallico destinato a cooperare direttamente con la molla 11 della valvola 2.

Risulta infine chiaro che alle guarnizioni 1, 1’ qui descritte ed illustrate possono essere apportate modifiche e varianti che non escono dall'ambito di protezione definito dalle rivendicazioni.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1.- Guarnizione (1, 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, 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) in un unico pezzo, avente conformazione anulare e 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 porzione principale (25) tubolare, cooperante con il detto elemento di tenuta (12), ed una flangia (28, 28’) anulare, sporgente radialmente verso l’esterno dalla detta porzione principale (25), ed atta sia a consentire il posizionamento della detta guarnizione (1, 1’) sul detto motore (3) sia a ricevere carichi di funzionamento della detta valvola (2); caratterizzata dal fatto che il detto organo di supporto (13) è realizzato in materiale plastico, e dal fatto che la detta flangia (28, 28’) presenta uno spessore (S1, S1’), in direzione parallela al detto asse (A), diverso dallo spessore radiale (S2) della detta porzione principale (25). 2.- Guarnizione secondo la rivendicazione 1, in cui il detto spessore (S1) della detta flangia (28) in direzione parallela al detto asse (A) è maggiore rispetto al detto spessore radiale (S2) della detta porzione principale (25). 3.- Guarnizione secondo la rivendicazione 1, in cui il detto spessore (S1’) della detta flangia (28’) in direzione parallela al detto asse (A) è minore rispetto al detto spessore radiale (S2) della detta porzione principale (25), ed in cui la detta guarnizione (1’) comprende un inserto anulare (35) rigido, realizzato in un materiale diverso dal detto materiale plastico e disposto sul lato della detta flangia (28’) destinato a ricevere i carichi di funzionamento della detta valvola (2). 4.- Guarnizione secondo la rivendicazione 3, in cui il detto inserto anulare (35) è costituito da una rondella. 5.- Guarnizione secondo la rivendicazione 3 o 4, in cui il detto inserto anulare (35) è realizzato in materiale metallico. 6.- Guarnizione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la detta flangia (28, 28’) si estende da un’estremità assiale della detta porzione principale (25).