IT202100010568A1 - Gruppo pompa per alimentare carburante ad un motore a combustione interna - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE
del brevetto per invenzione industriale dal titolo:
?GRUPPO POMPA PER ALIMENTARE CARBURANTE AD UN MOTORE A COMBUSTIONE INTERNA?
Campo tecnico
Il campo tecnico di riferimento per la presente invenzione ? quello delle pompe, in particolare delle pompe di alta pressione configurate per alimentare carburante, preferibilmente gasolio, ad un motore a combustione interna. In tale contesto la presente invenzione affronter? il problema di come garantire la corretta lubrificazione di alcuni componenti indipendentemente dalla posizione/orientamento nello spazio della pompa durante l?esercizio.
Stato dell?arte
Come noto, un gruppo pompa di alimentazione di carburante, preferibilmente gasolio, ad un motore a combustione interna comprende una testata all?interno della quale ? ricavato almeno un cilindro di alloggiamento di un corrispondente pistone pompante scorrevole. Un?estremit? del pistone pompante, in particolare l?estremit? interna rispetto al gruppo pompa e nota come ?piede? del pistone, ? accoppiata ad un albero a camme ad asse ortogonale all?asse del cilindro. Viene prevista un?apposita molla per mantenere premuto il piede del pistone contro l?albero a camme. La testata nella quale ? ricavato il cilindro ? quindi alloggiabile in un corpo pompa che contiene la sede per l?albero a camme o ? direttamente realizzata di pezzo con tale corpo pompa. In corrispondenza di ogni estremit? dell?albero ? previsto un apposito cuscinetto frapposto fra l?albero e il corpo pompa per permettere la rotazione dell?albero. ? inoltre prevista almeno una flangia di serraggio dell?albero nella sua sede. Per effetto della geometria della camma, la rotazione dell?albero imprime al pistone un moto alternato nel cilindro. In particolare, il pistone compie una corsa di aspirazione, nella quale si abbassa verso l?asse dell?albero a camme e richiama carburante nel cilindro, e una corsa di compressione nella quale si allontana dall?asse dell?albero a camme e comprime il carburante imprigionato nel cilindro. La porzione del cilindro ove avviene la compressione ? chiamata camera di compressione nella quale agisce l?estremit? del pistone nota come testa del pistone. Generalmente, l?alimentazione di carburante nel cilindro avviene attraverso un foro di aspirazione mentre lo scarico del carburante compresso avviene lungo un condotto di mandata. La parte esterna della testata di raccolta del carburante che deve essere alimentato al cilindro ? chiamata camera di aspirazione. Tale camera ? alimentata da un condotto chiamato condotto di aspirazione ed ? chiusa all?esterno da un apposito tappo vincolato a tenuta, per esempio con una ghiera, contro la testata. Esternamente alla testata, il condotto di mandata ? connesso al motore, preferibilmente per mezzo di un collettore comune dal quale si sviluppa una pluralit? di iniettori.
Sono presenti opportune valvole per regolare il corretto flusso del carburante dalla camera di aspirazione al cilindro e dal cilindro al collettore esterno. La camera di aspirazione ? connessa al cilindro per mezzo di una valvola chiamata valvola di aspirazione, solitamente in forma di un otturatore a stelo alloggiato a cavallo di un foro di guida ricavato della testata e assiale all?asse A del cilindro. Tale otturatore presenta una prima estremit? a fungo interna al cilindro in corrispondenza della camera di compressione, nota come piede dell?otturatore, e una seconda, estremit?, o testa dell?otturatore, esterna alla testata. La valvola di aspirazione pone selettivamente in comunicazione la camera di aspirazione con la camera di compressione per alimentare nel cilindro il carburante prelevato dal serbatoio per mezzo di una pompa di bassa pressione, solitamente ad ingranaggi.
Come descritto in precedenza il pistone pompante comprende un?estremit? maggiormente all?interno nel corpo pompa, nota come ?piede? del pistone, che ? mantenuta premuta in modo molleggiato contro l?albero a camme. Nel dettaglio il piede del pistone ? alloggiato in un corpo sagomato a bicchiere, noto come punteria a rullo, che a sua volta ? premuto in modo molleggiato contro la camma dell?albero a camme. Tale punteria a rullo comprende appunto un corpo di punteria in forma di un bicchiere avete un asse centrato nell?asse del cilindro. Internamente il fondo del corpo di punteria ? accoppiato con il piede del pistone mentre le pareti laterali del corpo di punteria contengono almeno parzialmente la molla a spirale con asse coincidente con l?asse del cilindro e configurata per spingere la punteria contro la camma. Esternamente le pareti sono affacciate a corrispondenti porzioni del corpo pompa e scorrono lunghe quest?ultime. Dalla parte opposta del fondo del bicchiere, parte che ? affacciata verso l?albero a camme, la punteria a rullo comprende un rullo avente un asse ortogonale all?asse del pistone e parallelo all?asse dell?albero a camme.
In tale configurazione il corpo pompa identifica al proprio interno una camera di alloggiamento per l?albero a camme, in particolare per la porzione dell?albero provvista delle camme che azionano i pistoni. Tale camera, nota come camera delle camme, ? quindi cos? delimitata. Lungo l?asse dell?albero ? delimitata da parti opposte dai cuscinetti che supportano l?albero stesso mentre lungo la direzione circonferenziale a tale asse dal corpo pompa e, localmente, dalle punterie che alloggiano i piedi dei pistoni. Per mantenere la corretta lubrificazione e raffreddamento dei componenti in movimento, in particolare i cuscinetti e le punterie, la camera delle camme ? solitamente a bagno d?olio.
A seconda delle differenti configurazioni di esercizio o di montaggio del gruppo pompa nel corrispondente gruppo motore, l?asse dell?albero a camme pu? essere disposto nello spazio in differenti orientamenti. Solitamente, l?asse dell?albero ? orizzontale, ossia ortogonale alla direzione di gravit?. In questa configurazione non vi ? una zona particolare di accumulo di olio sul fondo della camera delle camme e la rotazione dell?albero provvede spontaneamente alla corretta lubrificazione, ossia alla corretta distribuzione dell?olio in tutta la camera anche se per gravit? l?olio tenderebbe ad accumularsi nella sola porzione inferiore della camera. Quindi, in questa configurazione ? garantita la corretta lubrificazione sia dei cuscinetti che supportano l?albero sia delle punterie che supportano i piedi dei pistoni. Sfortunatamente tale lubrificazione non ? ottimale nel caso in cui l?asse dell?albero a camme non sia orizzontale ma inclinato ad indentificare una prima estremit? ribassata e una seconda estremit? rialzata. In questa configurazione l?olio per gravit? si accumula in corrispondenza dell?estremit? ribassata lasciando l?altra sostanzialmente a secco. Quindi la rotazione dell?albero non riesce a garantire la corretta lubrificazione (distribuzione dell?olio) in tutta la camera delle camme. La zona in corrispondenza dell?estremit? rialzata risulta meno lubrificata con conseguente maggior rischio di danneggiamenti del corrispondente cuscinetto e della punteria prossimale.
Descrizione dell?invenzione
A partire da tale tecnica nota vi ? oggi l?esigenza di realizzare una nuova ed innovativa soluzione in cui, in uno specifico gruppo pompa che sar? dettagliato nel seguito, la lubrificazione della camera delle camme, ossia la corretta distribuzione dell?olio in tutta la camera, sia garantita anche nel caso in cui l?asse dell?albero a camme non sia orizzontale ma inclinato.
Un gruppo pompa per alimentare combustibile ad un motore a combustione interna idoneo ad essere perfezionato secondo la presente invenzione ? un il gruppo pompa del tipo comprendente:
- almeno una testata all?interno della quale ? ricavato un cilindro avente un asse A1 di alloggiamento per un pistone pompante scorrevole;
- un corpo pompa di alloggiamento per la testata e per un albero con almeno una camma avente un asse di rotazione A2 ortogonale all?asse A1 del cilindro;
- almeno una punteria a rullo premuta in modo molleggiato contro l?albero a camme di alloggiamento di un?estremit? del pistone.
La struttura di una pompa di questo tipo e il suo funzionamento sono ben noti al tecnico del ramo e quindi ulteriori dettagli possono essere tralasciati senza generare problemi di chiarezza nell?attuazione dell?invenzione. In tale struttura la sede di alloggiamento dell?albero a camme all?interno del corpo pompa ? nota come ?camera delle camme? ed ? una camera delimitata assialmente dai due cuscinetti frapposti fra le estremit? dell?albero e il corpo pompa e, lungo la direzione circonferenziale, dal corpo pompa e dalla punteria. Tale camera della camme ? a bagno d?olio, infatti sia i cuscinetti sia le punterie, come noto, necessitano di lubrificazione. Come indicato nella descrizione della tecnica nota, pu? capitare che in uso l?asse dell?albero a camme sia inclinato e quindi l?olio si accumuli per gravit? solo in una zona della camera esponendo la restante parte, ossia le parti in movimento ivi presenti, a danneggiamenti o surriscaldamenti per mancanza di lubrificazione. Secondo l?aspetto generale della presente invenzione, per risolvere tale problema il gruppo pompa comprende almeno una valvola di riempimento da un lato connessa ad un circuito di alimentazione di olio e dall?altro lato alla camera delle camme in cui tale valvola ? configurata per selettivamente aprirsi per erogare olio nella camera al verificarsi della condizione albero inclinato e di accumulo di olio solo in una porzione della camera stessa. In tal modo, quando richiesto, si introduce extra olio nella camera andando cos? a raggiungere anche le zone che altrimenti sarebbero a secco ed esposte a danneggiamento.
Preferibilmente, il parametro che viene misurato per controllare l?apertura della valvola e il conseguente fluire di olio, ? pressione presente nella camera, o meglio la pressione a cavallo della valvola. Per esempio la valvola di riempimento pu? essere configurata per selettivamente aprirsi per erogare olio nella camera quando dal lato della camera agisce sulla valvola di riempimento una pressione inferiore ad un valore soglia.
Preferibilmente, la valvola di riempimento ? alloggiata nel corpo pompa in prossimit? di un cuscinetto.
Preferibilmente, ? prevista una pluralit? di valvole di riempimento alloggiate nel corpo pompa in prossimit? di un cuscinetto.
Preferibilmente, ? prevista una pluralit? di valvole di riempimento alloggiate nel corpo pompa in prossimit? di entrambi i cuscinetti.
Secondo una forma di attuazione, ? previsto almeno un sensore di monitoraggio della pressione nella camera della camma ed ? prevista una centralina di ricezione del valore misurato dal sensore e configurata per azionare l?apertura della valvola se il valore di pressione misurato ? inferiore a un valore soglia.
Secondo una forma di attuazione la valvola comprende una molla configurata per forzare la valvola di riempimento in apertura e per consentire meccanicamente l?apertura della valvola di riempimento quando dal lato della camera agisce sulla valvola di riempimento una pressione inferiore ad un valore soglia, ossia una forza non in grado di vincere la forza della molla.
Descrizione di una forma di attuazione dell?invenzione Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno chiari dalla descrizione che segue di un suo esempio non limitativo di attuazione, con riferimento alle figure dei disegni annessi, in cui:
- la figura 1 ? una vista semplificata di uno schema idraulico di un gruppo pompa di alimentazione di carburante, preferibilmente gasolio, da un serbatoio a un motore a combustione interna, in cui sono presenti in serie una pompa di bassa pressione e una pompa di alta pressione;
- la figura 2 ? una vista schematica di una pompa di alta pressione secondo la tecnica nota provvista di due pistoni pompanti in linea azionati da un comune albero a camme;
- la figura 3 mostra la pompa di figura 2 in cui ? evidenziata la distribuzione dell?olio nella camera delle camme in una prima configurazione di utilizzo;
- la figura 4 mostra la pompa di figura 2 in cui ? evidenziata la distribuzione dell?olio nella camera delle camme in una seconda configurazione di utilizzo, in tale configurazione non ? garantita la distribuzione dell?olio in tutta la camera delle camme;
- la figura 5 mostra una pompa secondo la presente invenzione nella seconda configurazione di esercizio in cui, grazie alla presente invenzione, la distribuzione dell?olio ? garantita in tutta la camera delle camme.
Facendo quindi riferimento alle figure, la figura 1 ? una vista schematica di un esempio di uno schema idraulico di un gruppo pompa configurato per alimentare carburante, preferibilmente gasolio, da un serbatoio a un motore a combustione interna. In tale gruppo pompa sono presenti in serie una pompa di bassa pressione e una pompa di alta pressione. In particolare la figura 1 mostra un gruppo pompa 1 comprendente:
- una pompa di bassa pressione 4 configurata per prelevare carburante da un serbatoio 2;
- una pompa di alta pressione 5 alimentata dalla pompa di bassa pressione 4;
- un condotto di aspirazione 6 per alimentare il carburante dalla pompa di bassa pressione 4 alla pompa di alta pressione 5;
- condotti di mandata di alta pressione 13 per alimentare il carburante dalla pompa di alta pressione 5 al motore a combustione interna 3.
In tale esempio il motore a combustione interna 3 ? riportato solo in forma schematizzata e comprendente un collettore comune 12 alimentato dai condotti di mandata di alta pressione 13 e una pluralit? di iniettori 14, configurati per nebulizzare ed iniettare il carburante ad alta pressione nei cilindri del motore a combustione interna 3 (non mostrati). In figura 1 la pompa di alta pressione 5 ? riportata solo in forma schematizzata e comprende due pistoni pompanti 8 in linea, ossia ad assi paralleli. Tali pistoni pompanti 8 sono alloggiati in relativi cilindri 9 ricavati in una testata 10 e alimentati dal carburante a bassa pressione per mezzo di valvole di aspirazione 11. I cilindri 9 sono a loro volta connessi a valvole di mandata 16 per alimentare il carburante ad alta pressione al motore 3. La figura 1 mostra inoltre schematicamente un albero a camme 15 che imprime ai pistoni 8 il moto alternato nei cilindri 9. Lungo il condotto di aspirazione 6, in particolare fra la pompa di bassa pressione 4 e le valvole di aspirazione 11, il gruppo pompa comprende una valvola di dosaggio 7.
La figura 2 mostra una vista schematica in parziale sezione di un esempio di una pompa di alta pressione 5 del tipo come schematizzato in figura 1 per alimentare carburante ad un motore a combustione interna 3. Naturalmente la presente invenzione non si limita al numero dei pistoni mostrati nonch? alla loro reciproca disposizione nello spazio. Come menzionato in precedenza, la pompa di alta pressione 5 mostrata ? una pompa a due pistoni 8 aventi assi paralleli A1 e comprende un corpo pompa 17 di alloggiamento per due testate 10. All?interno di ogni testata ? ricavato un cilindro 9 di alloggiamento per un corrispondente pistone 8. In alternativa le testate possono anche essere di pezzo con il corpo pompa. Il corpo pompa 17 alloggia un albero a camme 15 avente asse A2 ortogonale all?asse A1 dei cilindri. In modo noto, il piede di ogni pistone 8 ? mantenuto premuto da una relativa molla elicoidale 18 assiale all?asse A1 contro una camma 26 dell?albero a camme 15. L?accoppiamento molleggiato fra il piede del pistone 8 e l?albero a camme 15 ? mediato da una punteria a rullo 19 che, come noto, comprende un corpo di punteria 20 sagomato a bicchiere di ricezione del piede del pistone 8 e della molla 18. Dalla parte opposta rispetto al pistone 8, la punteria a rullo 19 comprende un rullo 21 a contatto con l?albero a camme 15 avente asse A3 parallelo all?asse A2 dell?albero a camme 15.
Tale punteria a rullo 19 trasforma il moto rotatorio dell?albero a camme 15 nel moto traslato alternato del pistone 8 lungo l?asse A1. Come noto, il corpo della punteria comprende un fondo o piattello 22 sul quale internamente preme la molla 18 e una parete cilindrica 23 in contatto con una corrispondente superficie del corpo pompa 17 che definisce una sede 24 cilindrica con asse A1 ricavata nel corpo pompa 17. Come mostrato il corpo pompa identifica una sede 27 di alloggiamento di una porzione dell?albero a camme 15, ossia la porzione provvista delle camme 26, la quale ? delimitata lungo l?asse A2 da parti opposte da due cuscinetti 25 di supporto per l?albero 15 e radialmente all?asse A2 dal corpo pompa e dalle punterie 22. Infine, una prima estremit? dell?albero 15 ? supportata da una flangia 28 fissata al corpo pompa 17 mentre l?estremit? opposta ? accoppiata alla pompa di bassa pressione (visibile nelle figure successive).
La figura 3 mostra la pompa nota di figura 2 in una prima configurazione di esercizio in cui ? evidenziata la distribuzione dell?olio nella camera delle camme per la lubrificazione e il raffreddamento di alcuni componenti della pompa. In questa figura 3 sono presenti i medesimi componenti di figura 2 e quindi per semplicit? si eviter? di riportare anche in figura 3 tutti i riferimenti numeri gi? presenti in figura 2 limitandosi a segnalare solo nuovi aspetti peculiari o elementi rilevanti ai fini della descrizione. Come menzionato nel capito relativo alla tecnica anteriore, il corpo pompa 17 comprende una sede di alloggiamento per l?albero a camme 15, in particolare una sede 27 per la porzione dell?albero 15 provvista delle camme 27. Tale sede ? nota come camera delle camme ed ? una camera limitata lungo l?asse A2 dai cuscinetti 25 e lungo la direzione circonferenziale dal corpo pompa 17 stesso e dalle punterie 19 che supportano i piedi dei pistoni. La prima configurazione di esercizio mostrata ? una configurazione in cui l?asse A2 dell?albero 15 ? ortogonale alla direzione di gravit? G (riferimento di per s? assoluto e che non si presta a problemi di chiarezza). In tale configurazione l?olio di lubrificazione e raffreddamento inserito nella camera viene uniformemente distribuito in tutta la camera per effetto della rotazione dell?albero. Infatti non ci sono per gravit? accumuli locali e zone prive di olio e quindi la lubrificazione sia di entrambi i cuscinetti 25 sia delle punterie 19 ? garantita.
La figura 4 mostra la pompa di figura 3 in una seconda configurazione di esercizio in cui, secondo la tecnica nota, la lubrificazione non ? garantita in tutta la camera della camma. In tale seconda configurazione l?asse A2 dell?albero 15 non ? pi? orizzontale o ortogonale alla direzione G ma si trova in una posizione inclinata. Per effetto di tale inclinazione una prima estremit? dell?albero 15 si trova ad una quota inferiore o posizione ribassata mentre l?estremit? opposta ad una quota superiore o posizione rialzata. In tale configurazione l?olio introdotto nella camera spontaneamente per gravit? si accumula in corrispondenza dell?estremit? ribassata dell?albero lascando la restante parte rialzata della camera sprovvista di olio. Il riferimento 28 indentifica tale accumulo locale. Conseguentemente la rotazione dell?albero non consente di distribuire l?olio in tutta la camera ma solo in corrispondenza del cuscinetto ribassato e della punteria ad esso prossimale. Gli organi in movimento nella zona rialzata (cuscinetto e punteria) sono quindi non lubrificati e quindi esposti a danneggiamenti e surriscaldamenti (schematizzati in figura 4 con il riferimento D).
La figura 5 mostra una pompa secondo la presente invenzione nella seconda configurazione di esercizio sopra descritta in cui, proprio grazie alla presente invenzione, la lubrificazione ? garantita in tutta la camera della camma anche con albero inclinato. In particolare, secondo questo esempio dell?invenzione il corpo pompa ? provvisto di una valvola 30 da un lato connessa ad un circuito di alimentazione di olio 29 e dall?alto lato connessa alla camera delle camme 27. Tale valvola 30 pu? essere automatica o comandata da un apposito sensore ma in ogni caso ? configurata per selettivamente aprirsi e introdurre olio nella camera quando nella camera medesima in corrispondenza della valvola 30 viene a crearsi una pressione al di sotto di un valore soglia. Nell?esempio mostrato sulla valvola 30 agisce una pressione P dalla parte del circuito di alimentazione di olio e P? maggiore di P dalla parte della camera. La valvola di questo esempio ? del tipo a molla e si apre quando la pressione P? scende sotto un valore soglia e si richiude al ripristino della pressione P? originale. Poich? nella camera la pressione P? viene ad abbassarsi localmente (ossia a cavallo della valvola) solo nel caso in cui nella zona osservata vi ? carenza di olio, proprio in questo caso si provvede ad iniettare olio nella camera fino al ripristino della pressione locale P? desiderata. In tale condizione necessariamente l?olio presente nella camera ? maggiore e uniformemente raggiuge anche le porzioni a quota maggiore prevenendo danneggiamenti o surriscaldamenti anche in tale seconda configurazione. Naturalmente si possono prevedere pi? valvole ed eventualmente pi? sensori per garantire il medesimo risultato in una pluralit? di differenti disposizioni inclinate dell?albero a camme.
Risulta evidente che all?invenzione qui descritta possono essere apportate modifiche e varianti senza uscire dall?ambito di protezione delle rivendicazioni allegate.
Claims (8)
1. Un gruppo pompa per alimentare combustibile ad un motore a combustione interna; il gruppo pompa (1) comprendendo:
- almeno una testata (10) all?interno della quale ? ricavato un cilindro (9) avente un asse (A1) di alloggiamento per un pistone pompante (8) scorrevole;
- un corpo pompa (17) di alloggiamento per la testata (10) e per un albero (15) con almeno una camma (26) avente un asse di rotazione (A2) ortogonale all?asse (A1) del cilindro (9);
- almeno una punteria a rullo (19) premuta in modo molleggiato contro l?albero a camme (15) di alloggiamento di un?estremit? del pistone (8);
- due cuscinetti (25) frapposti fra le estremit? dell?albero e il corpo pompa (17);
- una camera di camma (28) limitata lungo l?asse A2 dai cuscinetti (25) e lungo la direzione circonferenziale all?asse A2 dal corpo pompa (17) e dalla punteria (19) per l?alloggiamento a bagno d?olio della porzione dell?albero (15) provvista della camma (26);
caratterizzato dal fatto che
il gruppo pompa (1) comprende almeno una valvola di riempimento (30) da un lato connessa ad un circuito (29) di alimentazione di olio e dall?altro lato alla camera di camma (28); la valvola essendo configurata in modo tale da selettivamente aprirsi per erogare olio nella camera (28).
2. Gruppo pompa come rivendicato nella rivendicazione 1, in cui in valvola di riempimento (30) ? configurata per selettivamente aprirsi per erogare olio nella camera (28) in funzione della pressione presente nella camera (28).
3. Gruppo pompa come rivendicato nella rivendicazione 2, in cui in valvola di riempimento (30) ? configurata per selettivamente aprirsi per erogare olio nella camera (28) quando dal lato della camera (28) agisce sulla valvola di riempimento (30) una pressione inferiore ad un valore soglia.
4. Gruppo pompa come rivendicato in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la valvola di riempimento (30) ? alloggiata nel corpo pompa (17) in prossimit? di un cuscinetto (25).
5. Gruppo pompa come rivendicato nella rivendicazione 4, in cui ? prevista una pluralit? di valvole di riempimento (30) alloggiate nel corpo pompa (17) in prossimit? di un cuscinetto (25).
6. Gruppo pompa come rivendicato nella rivendicazione 5, in cui ? prevista una pluralit? di valvole di riempimento (30) alloggiate nel corpo pompa (17) in prossimit? di entrambi i cuscinetti (25).
7. Gruppo pompa come rivendicato in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui ? previsto almeno un sensore di monitoraggio della pressione nella camera della camma (27), una centralina di ricezione del valore misurato dal sensore e configurata per azionare l?apertura della valvola (30) se il valore di pressione misurato ? inferiore a un valore soglia.
8. Gruppo pompa come rivendicato in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti da 1 a 6, in cui la valvola (30) comprende una molla configurata per forzare la valvola di riempimento (30) in apertura quando dal lato della camera (28) agisce sulla valvola di riempimento (30) una forza inferiore al quella della molla.
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