ITBO20100009A1 - Attuatore elettrico per una valvola di un motore termico a combustione interna - Google Patents

Description

“ATTUATORE ELETTRICO PER UNA VALVOLA DI UN MOTORE TERMICO A COMBUSTIONE INTERNAâ€

SETTORE DELLA TECNICA

La presente invenzione à ̈ relativa ad un attuatore elettrico per una valvola di un motore termico a combustione interna.

ARTE ANTERIORE

Nei motori a combustione interna può essere prevista una valvola a farfalla, la quale à ̈ disposta a monte di un collettore di aspirazione e regola la portata dell’aria che viene alimentata ai cilindri. Una tipica valvola a farfalla attualmente in commercio presenta un corpo valvola provvisto di un condotto di alimentazione tubolare attraverso cui fluisce l’aria aspirata dal motore a combustione interna; all’interno del condotto di alimentazione à ̈ alloggiato un piattello a farfalla, il quale à ̈ calettato su di un albero girevole per ruotare tra una posizione di apertura e una posizione di chiusura del condotto di alimentazione. La rotazione del piattello a farfalla à ̈ comandata da un dispositivo attuatore comprendente un motore elettrico a corrente continua accoppiato all’albero girevole del piattello a farfalla mediante una trasmissione ad ingranaggi ed almeno una molla che spinge l’albero girevole del piattello a farfalla verso la posizione di chiusura.

Il motore elettrico à ̈ tipicamente disposto all’interno di un alloggiamento tubolare cieco (cioà ̈ presentante una estremità aperta ed una estremità opposta chiusa) e viene mantenuto all’interno dell’alloggiamento tubolare da una piastra di chiusura fissata in corrispondenza di una apertura dell’alloggiamento tubolare stesso. Per evitare che in uso il motore elettrico possa compiere spostamenti assiali (cioà ̈ possa vibrare assialmente sottoponendo le parti meccaniche a piccole sollecitazioni assiali ripetute che possono determinare a lungo andare rotture per fatica), tra una parete di fondo dell’alloggiamento tubolare ed una parete di fondo del motore elettrico viene disposta una molla a tazza che viene compressa quando la piastra di chiusura viene fissata in posizione.

Tuttavia, la molla a tazza riesce a limitare l’ampiezza degli spostamenti assiali del motore elettrico, ma non riesce ad eliminare completamente gli spostamenti assiali stessi (cioà ̈ in uso il motore elettrico può ancora vibrare assialmente anche se con una ampiezza di vibrazione ridotta). Inoltre, la molla a tazza non ha sostanzialmente alcun effetto limitativo sugli spostamenti radiali del motore elettrico, il quale, quindi, à ̈ sostanzialmente libero di vibrare radialmente (sottoponendo le parti meccaniche a piccole sollecitazioni radiali ripetute che possono determinare a lungo andare rotture per fatica).

DESCRIZIONE DELLA INVENZIONE

Scopo della presente invenzione à ̈ fornire un attuatore elettrico per una valvola di un motore termico a combustione interna, il quale attuatore elettrico sia privo degli inconvenienti sopra descritti e, in particolare, sia di facile ed economica realizzazione.

Secondo la presente invenzione viene fornito un attuatore elettrico per una valvola di un motore termico a combustione interna secondo quanto rivendicato dalle rivendicazioni allegate.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui:

· la figura 1 Ã ̈ una vista prospettica, parzialmente esplosa e con parti asportate per chiarezza di una valvola a farfalla provvista di un motore elettrico pilotato in accordo con la presente invenzione;

· la figura 2 Ã ̈ una vista frontale e con parti asportate per chiarezza della valvola a farfalla della figura 1; · la figura 3 Ã ̈ una vista prospettica di un motore elettrico della valvola a farfalla della figura 1;

· la figura 4 Ã ̈ una vista in sezione trasversale di un alloggiamento del motore elettrico della figura 3;

· la figura 5 Ã ̈ una vista prospettica di una fascia di bloccaggio che avvolge il motore elettrico della figura 3; e

· la figura 6 Ã ̈ una vista laterale della fascia di bloccaggio della figura 5.

FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE DELL’INVENZIONE

Nella figura 1, con il numero 1 à ̈ indicata nel suo complesso una valvola a farfalla a controllo elettronico per un motore a combustione interna (non illustrato). La valvola 1 a farfalla comprende un corpo 2 valvola alloggiante un dispositivo attuatore provvisto di un motore 3 elettrico a corrente continua (illustrato nelle figure 2, 3 e 4), un condotto 4 di alimentazione tubolare a sezione circolare attraverso cui fluisce l’aria aspirata dal motore a combustione interna, ed un piattello 5 a farfalla (illustrato schematicamente in tratteggio), il quale à ̈ di forma circolare, impegna il condotto 4 di alimentazione e ruota tra una posizione di apertura e una posizione di chiusura del condotto 4 di alimentazione per effetto dell’azione di un dispositivo attuatore. Il piattello 5 a farfalla à ̈ calettato su di un albero 6 girevole presentante un asse 7 di rotazione longitudinale per ruotare sotto il controllo del dispositivo attuatore tra la posizione di apertura e la posizione di chiusura per effetto dell’azione del dispositivo attuatore.

Secondo quanto illustrato nella figura 2, il dispositivo attuatore comprende il motore 3 elettrico che à ̈ accoppiato all’albero 6 girevole mediante una trasmissione 8 ad ingranaggi, una molla di ritorno (non illustrata ed accoppiata all’albero 6 girevole) atta a ruotare il piattello 5 a farfalla verso la posizione di chiusura, ed eventualmente una molla di contrasto (non illustrata ed accoppiata all’albero 6 girevole) atta a ruotare il piattello 5 a farfalla verso una posizione di parziale apertura o posizione di limp-home contro l’azione della molla di ritorno.

Il motore 3 elettrico ha una forma cilindrica ed à ̈ disposto in un alloggiamento 9 tubolare di forma cilindrica e di sezione circolare (illustrato nelle figure 1 e 4) che à ̈ disposto a fianco del condotto 4 di alimentazione ed à ̈ cieco (cioà ̈ presenta una estremità aperta ed una estremità opposta chiusa); à ̈ importante osservare che l’alloggiamento 9 tubolare ha una forma sostanzialmente cilindrica e per effetto dello sformo di fonderia presenta inferiormente (cioà ̈ in corrispondenza dell’estremità chiusa) una porzione conica che non à ̈ impegnata dal motore 3 elettrico. Il motore 3 elettrico à ̈ mantenuto all’interno dell’alloggiamento 9 tubolare da una piastra 10 di chiusura metallica; cioà ̈, la piastra 10 di chiusura à ̈ fissata in corrispondenza di una apertura dell’alloggiamento 9 tubolare per mantenere il motore 3 elettrico all’interno dell’alloggiamento 9 tubolare stesso. La piastra 10 di chiusura comprende una coppia di connettori 11 elettrici femmina, i quali sono elettricamente collegati al motore 3 elettrico e sono atti a venire impegnati da una coppia di rispettivi connettori 12 elettrici maschio (illustrati nelle figure 1 e 3). Per assicurare un corretto fissaggio del motore 3 elettrico al corpo 2 valvola, la piastra 10 di chiusura presenta tre appendici 13 radiali forate, attraverso le quali vengono inserite rispettive viti 14 di fissaggio al corpo 2 valvola.

Il motore 3 elettrico presenta un albero 15 terminante con una ruota 16 dentata, la quale à ̈ meccanicamente collegata all’albero 6 girevole mediante una ruota 17 dentata folle interposta tra la ruota 16 dentata ed un ingranaggio 18 finale calettato sull’albero 6 girevole. La ruota 17 dentata presenta una prima serie di denti 19 accoppiati alla ruota 16 dentata ed una seconda serie di denti 20 accoppiati all’ingranaggio 18 finale; il diametro della prima serie di denti 19 à ̈ diverso dal diametro della seconda serie di denti 20, quindi la ruota 17 dentata determina una rapporto di trasmissione non unitario. L’ingranaggio 18 finale à ̈ definito da un corpo 21 cilindrico centrale pieno calettato sull’albero 6 girevole e provvisto di una porzione 22 di corona circolare provvista di una serie di denti accoppiati alla ruota 17 dentata.

La trasmissione 8 ad ingranaggi e la piastra 10 di chiusura sono disposte in una camera 23 del corpo 2 valvola, la quale viene chiusa da un coperchio 24 asportabile (illustrato nella figura 1).

Secondo quanto illustrato nella figura 4, il dispositivo attuatore comprende una fascia 25 di bloccaggio, la quale à ̈ inserita nell’alloggiamento 9 tubolare ed à ̈ disposta tra una parete 26 dell’alloggiamento 9 tubolare ed una parete 27 del motore 3 elettrico.

Secondo quanto illustrato nelle figure 4, 5 e 6, la fascia 25 di bloccaggio presenta una forma tubolare cilindrica ed à ̈ deformabile elasticamente in direzione radiale. In particolare, la fascia 25 di bloccaggio ha una apertura 28 assiale che interrompe la continuità della sezione per consentire una deformazione elastica radiale.

Secondo una preferita forma di attuazione, la fascia 25 di bloccaggio à ̈ realizzata in materiale ferromagnetico avente una elevata permeabilità; in altre parole, il flusso magnetico disperso che fuoriesce dal motore 3 elettrico viene “intercettato†dalla fascia 25 di bloccaggio e tende a richiudersi all’interno della fascia 25 di bloccaggio stessa. In questo modo, la fascia 25 di bloccaggio contribuisce a mantenere il flusso magnetico prodotto dagli avvolgimenti statorici del motore 3 elettrico all’interno del motore 3 elettrico riducendo la percentuale di flusso magnetico disperso e quindi aumentando le prestazioni del motore 3 elettrico stesso.

La fascia 25 di bloccaggio presenta una serie di nervature 29 esterne che sporgono verso l’esterno ed una serie di nervature 30 interne che sporgono verso l’interno e sono alternate, cioà ̈ intercalate, alle nervature 29 esterne. Secondo una preferita forma di attuazione, le nervature 29 e 30 presentano una sezione semicircolare, si sviluppano lungo linee rette e sono orientate assialmente (cioà ̈ sono parallele ad un asse centrale di simmetria della fascia 25 di bloccaggio); in alternativa le nervature 29 e 30 potrebbero essere inclinate rispetto all’asse centrale di simmetria della fascia 25 di bloccaggio oppure potrebbero essere orientate trasversalmente e quindi avere una forma circolare.

Secondo una preferita forma di attuazione, le nervature 29 e 30 sono realizzate mediante deformazione plastica localizzata (tipicamente ottenuta per stampaggio) del materiale componente la fascia 25 di bloccaggio.

Preferibilmente, la fascia 25 di bloccaggio presenta uno spessore di circa 0.2 mm e ciascuna nervatura 29 o 30 presenta una dimensione radiale di circa 0.5 mm (cioà ̈ sporge internamente o esternamente dalla fascia 25 di bloccaggio per circa 0.5 mm).

Il motore 3 elettrico, l’alloggiamento 9 tubolare e la fascia 25 di bloccaggio vengono dimensionati in modo tale che la fascia 25 di bloccaggio sia sottoposta ad una deformazione radiale elastica quando si trova attorno al motore 3 elettrico e all’interno dell’alloggiamento 9 tubolare; in questo modo, la fascia 25 di bloccaggio ha la duplice funzione di trattenere assialmente il motore 3 elettrico all’interno dell’alloggiamento 9 tubolare per attrito e di trattenere radialmente il motore 3 elettrico all’interno dell’alloggiamento 9 tubolare mediante compressione elastica. In altre parole, per poter compiere uno spostamento assiale la parete 27 esterna del motore 3 elettrico deve strisciare sulle nervature 30 interne della fascia 25 di bloccaggio (o, in alternativa, le nervature 29 esterne della fascia 25 di bloccaggio devono strisciare sulla parete 26 interna dell’alloggiamento 9 tubolare); tale strisciamento deve vincere un attrito di strisciamento elevato per effetto della deformazione radiale elastica a cui à ̈ sottoposta la fascia 25 di bloccaggio. Inoltre, per potere compiere un movimento radiale il motore 3 elettrico deve deformare ulteriormente la fascia 25 di bloccaggio e tale deformazione comporta l’applicazione di una forza radiale elevata.

Per montare l’attuatore elettrico vi sono due possibilità. Una prima possibilità prevede che la fascia 25 di bloccaggio venga infilata nell’alloggiamento 9 tubolare da sola (quindi senza alcun tipo di sforzo) e quindi il motore 3 elettrico venga “piantato ad interferenza†(cioà ̈ spinto applicando una spinta relativamente elevata) all’interno dell’alloggiamento 9 tubolare rivestito dalla fascia 25 di bloccaggio; con questa modalità si verifica uno “strisciamento†tra le nervature 30 interne della fascia 25 di bloccaggio e la parete 27 esterna del motore 3 elettrico quando il motore 3 elettrico viene “piantato†all’interno dell’alloggiamento 9 tubolare rivestito dalla fascia 25 di bloccaggio. Una seconda possibilità prevede che la fascia 25 di bloccaggio venga disposta preventivamente attorno al motore 3 elettrico e quindi la fascia 25 di bloccaggio assieme al motore 3 elettrico vengano “piantati ad interferenza†(cioà ̈ spinti applicando una spinta relativamente elevata) all’interno dell’alloggiamento 9 tubolare; con questa modalità si verifica uno “strisciamento†tra le nervature 29 esterne della fascia 25 di bloccaggio e la parete 26 interna dell’alloggiamento 9 tubolare.

Secondo una possibile forma di attuazione, la fascia 25 di bloccaggio à ̈ realizzata in materiale a memoria di forma in modo tale che quando viene sottoposta ad una adeguata sollecitazione fisica (tipicamente un riscaldamento oltre ad una temperatura di soglia predeterminata) le nervature 29 e 30 si appiattiscano ed una volta terminata la sollecitazione fisica riacquistino la forma originale. In questo caso, per effettuare il montaggio dell’attuatore elettrico la fascia 25 di bloccaggio viene sottoposta alla sollecitazione fisica (cioà ̈ viene riscaldata oltre alla temperatura di soglia predeterminata) per appiattire almeno parzialmente le nervature 29 e 30 e quindi ridurre la forza necessaria a piantare per interferenza il motore 3 elettrico e la fascia 25 di bloccaggio nell’alloggiamento 9 tubolare.

L’attuatore elettrico sopra descritto presenta numerosi vantaggi.

In primo luogo, l’attuatore elettrico sopra descritto à ̈ di facile ed economica realizzazione rispetto ad un analogo attuatore elettrico noto in cui la fascia 25 di bloccaggio à ̈ sostituita da una molla a tazza interposta tra una parete di fondo del motore 3 elettrico ed una parete di fondo dell’alloggiamento 9 tubolare; infatti, i costi di produzione e di montaggio della fascia 25 di bloccaggio sono simili ai costi di produzione e di montaggio della molla a tazza.

Inoltre, grazie al fatto che la fascia 25 di bloccaggio trattiene assialmente il motore 3 elettrico per attrito (e l’attrito di primo distacco à ̈ superiore all’attrito in movimento), il motore 3 elettrico non compie alcuno spostamento assiale e quindi in uso non presenta alcuna vibrazione assiale (cioà ̈ le vibrazioni assiali del motore 3 elettrico sono completamente annullate e non solo limitate).

Infine, la fascia 25 di bloccaggio trattiene radialmente il motore 3 elettrico determinano una elevata riduzione degli spostamenti radiali del motore 3 elettrico stesso (cioà ̈ le cioà ̈ le vibrazioni radiali del motore 3 elettrico vengono fortemente limitate).

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1) Attuatore elettrico per una valvola (1) di un motore termico a combustione interna; l’attuatore elettrico comprende: un motore elettrico (3) di forma cilindrica; un alloggiamento (9) tubolare in cui à ̈ disposto il motore (3)elettrico; ed una piastra (10) di chiusura che à ̈ fissata in corrispondenza di una apertura dell’alloggiamento tubolare per mantenere il motore (3) elettrico all’interno dell’alloggiamento (9) tubolare stesso; l’attuatore elettrico à ̈ caratterizzato dal fatto di comprendere una fascia (25) di bloccaggio, la quale à ̈ inserita nell’alloggiamento (9) tubolare ed à ̈ disposta tra una parete (26) dell’alloggiamento (9) tubolare ed una parete (27) del motore (3) elettrico. 2)Attuatore elettrico secondo la rivendicazione 1, in cui la fascia (25) di bloccaggio à ̈ deformabile elasticamente in direzione radiale. 3) Attuatore elettrico secondo la rivendicazione 1, in cui la fascia (25) di bloccaggio presenta una forma tubolare ed ha una apertura (28) assiale che interrompe la continuità della sezione per consentire una deformazione elastica radiale. 4) Attuatore elettrico secondo la rivendicazione 1, 2 o 3, in cui la fascia (25) di bloccaggio presenta una forma tubolare cilindrica. 5) Attuatore elettrico secondo una delle rivendicazioni da 1 a 4, in cui la fascia (25) di bloccaggio à ̈ realizzata in materiale ferromagnetico. 6) Attuatore elettrico secondo una delle rivendicazioni da 1 a 5, in cui il motore (3) elettrico e la fascia (25) di bloccaggio sono inseriti ad interferenza nell’alloggiamento (9) tubolare. 7) Attuatore elettrico secondo una delle rivendicazioni da 1 a 6, in cui la fascia (25) di bloccaggio presenta una serie di nervature (29) esterne che sporgono verso l’esterno. 8) Attuatore elettrico secondo una delle rivendicazioni da 1 a 7, in cui la fascia (25) di bloccaggio presenta una serie di nervature (30) interne che sporgono verso l’interno. 9) Attuatore elettrico secondo una delle rivendicazioni da 1 a 8, in cui la fascia (25) di bloccaggio presenta una serie di nervature (29) esterne che sporgono verso l’esterno alternata ad una serie di nervature (30) interne che sporgono verso l’interno. 10) Attuatore elettrico secondo una delle rivendicazioni da 1 a 9 in cui le nervature (29, 30) presentano una sezione semicircolare. 11) Attuatore elettrico secondo una delle rivendicazioni da 1 a 10, in cui le nervature (29, 30) sono orientate assialmente. 12) Attuatore elettrico secondo una delle rivendicazioni da 7 a 11, in cui le nervature (29, 30) sono realizzate mediante deformazione plastica localizzata del materiale componente la fascia (25) di bloccaggio. 13) Attuatore elettrico secondo una delle rivendicazioni da 7 a 12, in cui la fascia (25) di bloccaggio à ̈ realizzata in materiale a memoria di forma in modo tale che quando viene sottoposta ad una adeguata sollecitazione fisica le nervature (29, 30) tendano ad appiattirsi e una volta terminata la sollecitazione fisica tendano a riacquistare la forma originale. 14) Metodo di montaggio dell’attuatore elettrico secondo la rivendicazione 13; il metodo di montaggio comprende le fasi di: sottoporre la fascia (25) di bloccaggio alla sollecitazione fisica per appiattire almeno parzialmente le nervature (29, 30); infilare la fascia (25) di bloccaggio nell’alloggiamento (9) tubolare; infilare il motore (3) elettrico nell’alloggiamento (9) tubolare; ed interrompere la sollecitazione fisica dopo avere infilato la fascia (25) di bloccaggio ed il motore (3) elettrico nell’alloggiamento (9) tubolare. 15) Metodo di montaggio secondo la rivendicazione 14 e comprendente le ulteriori fasi di: avvolgere preventivamente la fascia (25) di bloccaggio attorno al motore (3) elettrico; ed infilare il motore (3) elettrico circondato dalla fascia (25) di bloccaggio nell’alloggiamento (9) tubolare. 16) Metodo di montaggio secondo la rivendicazione 14 e comprendente le ulteriori fasi di: infilare preventivamente la fascia (25) di bloccaggio nell’alloggiamento (9) tubolare; ed infilare il motore (3) elettrico nell’alloggiamento (9) tubolare rivestito internamente dalla fascia (25) di bloccaggio.