ITBO980263A1 - VOLUMETRIC PUMP. - Google Patents
VOLUMETRIC PUMP.Info
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Description
D E S C R I Z I O N E DESCRIPTION
del brevetto per invenzione industriale of the patent for industrial invention
La presente invenzione è relativa ad una pompa volumetrica . The present invention relates to a volumetric pump.
In particolare, la presente invenzione è relativa ad una pompa volumetrica adatta a garantire la circolazione di olio lubrificante in un motore a scoppio a due tempi di tipo noto; impiego a cui la trattazione che segue farà esplicito riferimento senza per questo perdere in generalità. In particular, the present invention relates to a volumetric pump suitable for ensuring the circulation of lubricating oil in a two-stroke internal combustion engine of a known type; use to which the following discussion will explicitly refer without losing generality.
Come è noto, nei motori a scoppio a due tempi l'alimentazione di olio lubrificante al collettore di aspirazione del motore, e ad ogni altra parte del motore che richieda una continua lubrificazione, viene attualmente realizzata da pompe volumetriche ad ingranaggi e pistoni azionate dall'albero del motore. As is known, in two-stroke internal combustion engines the supply of lubricating oil to the intake manifold of the engine, and to any other part of the engine that requires continuous lubrication, is currently carried out by volumetric gear and piston pumps operated by the motor shaft.
Normalmente, tali pompe forniscono un portata proporzionale al regime di rotazione del motore, e sono sovente in grado di correggere tale portata in funzione della strozzatura nell'ammissione motore, in modo tale da mantenere ad un valore determinato il rapporto tra olio lubrificante inviato al collettore di aspirazione del motore ed aria spirata attraverso il collettore di aspirazione stesso. Normally, these pumps provide a flow rate proportional to the engine rotation speed, and are often able to correct this flow rate according to the throttling in the engine intake, in such a way as to maintain the ratio between the lubricating oil sent to the manifold at a determined value. engine intake and air blown through the intake manifold itself.
Purtroppo, le pompe olio attualmente impiegate non riescono a soddisfare a costi contenuti le normative antinquinamento di prossima introduzione. Unfortunately, the oil pumps currently used are unable to meet the forthcoming anti-pollution regulations at low cost.
Per rientrare nei limiti stabiliti da tali norme, i motori a scoppio a due tempi devono infatti avere un consumo di olio lubrificante sensibilmente inferiore a quello attuale, e questo si può realizzare solamente utilizzando pompe olio in grado di permettere un controllo estremamente preciso della portata dell'olio lubrificante circolante nel motore. Nelle attuali pompe volumetriche tale controllo sarebbe realizzabile solamente riducendo ad alcuni micron le tolleranze di accoppiamento dei diversi pistoni della pompa; riduzione realizzabile unicamente con complicati processi di produzione che farebbero lievitare enormemente i costi finali di produzione. To be within the limits established by these standards, two-stroke internal combustion engines must in fact have a consumption of lubricating oil significantly lower than the current one, and this can only be achieved by using oil pumps capable of allowing an extremely precise control of the flow rate. 'lubricating oil circulating in the engine. In current volumetric pumps, this control would be achievable only by reducing the coupling tolerances of the different pump pistons to a few microns; reduction achievable only with complicated production processes that would greatly increase the final production costs.
Scopo della presente invenzione è quello di realizzare una pompa olio in grado di garantire un controllo estremamente preciso della portata, con costi di produzione relativamente bassi. The object of the present invention is that of realizing an oil pump capable of guaranteeing an extremely precise control of the flow rate, with relatively low production costs.
Secondo la presente invenzione viene realizzata una pompa volumetrica comprendente un corpo valvolare, ed almeno un pistone montato assialmente scorrevole all'interno di una sede ricavata nel corpo valvolare stesso; il detto pistone definendo all'interno della detta sede almeno una camera di pompaggio a volume variabile; il corpo valvolare presentando inoltre un condotto di mandata ed un -condotto di aspirazione colleganti la detta sede con l'esterno; la detta pompa volumetrica comprendendo inoltre almeno una valvola di aspirazione ed una valvola di scarico atte a regolare l'afflusso di fluido rispettivamente in ingresso ed in uscita dalla detta camera di pompaggio, ed essendo caratterizzata dal fatto di comprendere una bobina di materiale elettricamente conduttore atta a produrre, se alimentata, un campo magnetico in grado di provocare uno spostamento assiale del pistone all'interno della detta sede per produrre una variazione del volume della detta camera di pompaggio. According to the present invention, a volumetric pump is provided comprising a valve body, and at least one piston mounted axially sliding inside a seat formed in the valve body itself; said piston defining inside said seat at least one variable volume pumping chamber; the valve body also having a delivery duct and an intake duct connecting said seat to the outside; said volumetric pump further comprising at least one intake valve and one discharge valve adapted to regulate the flow of fluid respectively into and out of said pumping chamber, and being characterized in that it comprises a coil of electrically conductive material suitable to produce, if powered, a magnetic field capable of causing an axial displacement of the piston inside said seat to produce a variation in the volume of said pumping chamber.
La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui: The present invention will now be described with reference to the attached drawings, which illustrate a non-limiting example of embodiment, in which:
la figura 1 è una vista in sezione di una pompa volumetrica realizzata secondo i dettami della presente invenzione; Figure 1 is a sectional view of a volumetric pump made according to the dictates of the present invention;
le figure 2 e 3 sono viste in sezione di altrettante varianti della pompa volumetrica illustrata in figura 1.. Figures 2 and 3 are sectional views of as many variants of the volumetric pump illustrated in Figure 1 ..
Con riferimento alla figura 1, con 1 è indicata nel suo complesso una pompa volumetrica atta ad essere impiegata preferibilmente, ma non necessariamente, per far circolare dell'olio lubrificante in un motore a scoppio a due tempi. With reference to Figure 1, the number 1 indicates as a whole a volumetric pump adapted to be used preferably, but not necessarily, to circulate lubricating oil in a two-stroke internal combustion engine.
La pompa volumetrica 1 comprende un corpo valvolare 2 di forma sostanzialmente cilindrica, il quale si estende coassiale ad un asse A longitudinale, e presenta internamente una sede 3 che si estende preferibilmente, ma non necessariamente, coassiale all'asse A, ed una coppia di condotti 4 e 5 atti a mettere in comunicazione le due estremità assiali della sede 3 stessa con l'ambiente esterno. La pompa volumetrica 1 comprende inoltre un pistone 6 realizzato in materiale ferromagnetico, il quale è disposto assialmente mobile all'interno della sede 3 ricavata nel corpo valvolare 2, e definisce all'interno della sede 3 stessa una camera 8 di pompaggio a volume variabile. Ovviamente, l'accoppiamento tra pistone 6 e sede 3 è a tenuta di fluido. The volumetric pump 1 comprises a substantially cylindrical valve body 2, which extends coaxially to a longitudinal axis A, and internally has a seat 3 which extends preferably, but not necessarily, coaxial to the axis A, and a pair of conduits 4 and 5 adapted to put the two axial ends of the seat 3 in communication with the external environment. The volumetric pump 1 further comprises a piston 6 made of ferromagnetic material, which is axially movable inside the seat 3 obtained in the valve body 2, and defines a variable volume pumping chamber 8 inside the seat 3 itself. Obviously, the coupling between piston 6 and seat 3 is fluid-tight.
Il condotto 4 comunica direttamente con la camera 8, e definisce il condotto di mandata della pompa volumetrica 1, mentre il condotto 5 comunica con la sede 3 dalla parte opposta della camera 8 rispetto al pistone 6, e definisce il condotto di aspirazione della pompa volumetrica 1. The duct 4 communicates directly with the chamber 8, and defines the delivery duct of the volumetric pump 1, while the duct 5 communicates with the seat 3 on the opposite side of the chamber 8 with respect to the piston 6, and defines the suction duct of the positive displacement pump 1.
Nell'esempio illustrato, in particolare i condotti 4 e 5 si estendono coassiali all'asse A da bande opposte della sede 3 in modo da terminare ciascuno in corrispondenza di una rispettiva estremità del- corpo valvolare 2. Tali estremità sono conformate in modo tale da essere accoppiate alle tubazioni in cui circola l'olio lubrificante. In the illustrated example, in particular the ducts 4 and 5 extend coaxially to the axis A from opposite bands of the seat 3 so as to each terminate at a respective end of the valve body 2. These ends are shaped in such a way as to be coupled to the pipes in which the lubricating oil circulates.
Il pistone 6 presenta invece un foro passante 9, il quale si estende coassiale all'asse A per l'intera lunghezza del pistone 6 stesso, in modo tale da mettere in comunicazione la camera 8 con il condotto 5. The piston 6, on the other hand, has a through hole 9, which extends coaxially to the axis A for the entire length of the piston 6 itself, so as to put the chamber 8 in communication with the duct 5.
La pompa volumetrica 1 comprende infine una molla 10 di contrasto atta mantenere il pistone 6 in posizione di riposo in cui, il pistone 6 minimizza il volume della camera 8, ed una bobina 11 di materiale elettricamente conduttore disposta coassiale all'asse A, all'esterno del corpo valvolare 2. Tale bobina 11 è atta a generare, se percorsa da corrente elettrica, un campo magnetico, ed è disposta sul corpo valvolare 2 in modo tale che il campo magnetico da essa prodotto provochi uno spostamento assiale del pistone 6 tale da allontanare il pistone 6 stesso dalla posizione di riposo, aumentando quindi il volume della camera 8. Ovviamente, tale spostamento avviene contro l'azione della molla 10. Finally, the volumetric pump 1 comprises a contrast spring 10 able to keep the piston 6 in the rest position in which the piston 6 minimizes the volume of the chamber 8, and a coil 11 of electrically conductive material arranged coaxial to the axis A, to the outside of the valve body 2. Said coil 11 is able to generate, if an electric current flows, a magnetic field, and is arranged on the valve body 2 in such a way that the magnetic field produced by it causes an axial displacement of the piston 6 such as to move the piston 6 itself away from the rest position, thus increasing the volume of the chamber 8. Obviously, this movement occurs against the action of the spring 10.
Nell'esempio illustrato, in particolare la sede 3 è suddivisa in due porzioni 3a e 3b di diametro diverso, il pistone 6 è montato scorrevole nella porzione 3a a diametro maggiore, mentre la camera 8 comprende la porzione 3b della sede 3 e, come verrà meglio chiarito in seguito, parte della porzione 3a, quando raggiunge il suo massimo volume. La molla 10 è invece disposta coassiale all'asse A all'interno della porzione 3a dalla parte opposta della camera 8 rispetto al pistone 6,.e presenta una prima estremità in battuta sul pistone 6 ed una seconda estremità in battuta sulla fondo della sede 3, in modo tale da mantenere il pistone 6 in battuta sullo spallamento 7 che raccorda tra loro le porzioni 3a e 3b della sede 3, ovvero in posizione di riposo. In the illustrated example, in particular the seat 3 is divided into two portions 3a and 3b of different diameters, the piston 6 is mounted slidingly in the portion 3a with a larger diameter, while the chamber 8 comprises the portion 3b of the seat 3 and, as will be better clarified later, part of the portion 3a, when it reaches its maximum volume. The spring 10 is instead arranged coaxial to the axis A inside the portion 3a on the opposite side of the chamber 8 with respect to the piston 6, and has a first end abutting the piston 6 and a second end abutting the bottom of the seat 3 , in such a way as to keep the piston 6 abutting the shoulder 7 which connects the portions 3a and 3b of the seat 3 to each other, ie in the rest position.
In corrispondenza dell'estremità assiale della sede 3 dove si dispone in battuta la molla 10, ovvero in corrispondenza dell'ingresso al condotto 5, la pompa volumetrica 1 è provvista inoltre di un disco 12 con foro centrale calibrato, il quale è disposto coassiale all'asse A in modo tale da presentare il proprio foro calibrato allineato al condotto 5. In correspondence with the axial end of the seat 3 where the spring 10 is arranged in abutment, or in correspondence with the inlet to the duct 5, the volumetric pump 1 is also provided with a disc 12 with a calibrated central hole, which is arranged coaxial to the axis A in such a way as to have its own calibrated hole aligned with duct 5.
La pompa volumetrica 1 comprende inoltre un valvola 13 di aspirazione disposta in corrispondenza del foro passante 9 del pistone 6 per regolare l'ingresso dell'olio lubrificante all'interno della camera 8, ed una valvola 14 di scarico disposta nel condotto 4 immediatamente a valle della camera 8 per regolare l'uscita dell'olio lubrificante dalla camera 8 stessa. The volumetric pump 1 also comprises a suction valve 13 arranged in correspondence with the through hole 9 of the piston 6 to regulate the entry of the lubricating oil into the chamber 8, and a discharge valve 14 arranged in the duct 4 immediately downstream. chamber 8 to regulate the lubricating oil output from chamber 8 itself.
Nell'esempio illustrato, in particolare la valvola 13 comprende un otturatore 15 di forma sostanzialmente sferica, disposto assialmente scorrevole all'interno della camera 8, ed una molla antagonista 16 disposta all'interno della camera 8 coassiale all'asse A, con una prima estremità in battuta sull'otturatore 15 ed una seconda estremità in battuta sulla parete del corpo valvolare 2, in modo tale da mantenere l'otturatore 15 in battuta sul pistone 6 così da impegnare a tenuta di fluido l'ingresso del foro passante 9. In the illustrated example, in particular the valve 13 comprises a substantially spherical obturator 15, arranged axially sliding inside the chamber 8, and an antagonist spring 16 arranged inside the chamber 8 coaxial to the axis A, with a first one end abuts against the obturator 15 and a second end abuts the wall of the valve body 2, in such a way as to keep the obturator 15 abutment against the piston 6 so as to engage the inlet of the through hole 9 in a fluid-tight manner.
La valvola 14 comprende invece un otturatore 17 di forma sostanzialmente sferica, disposto assialmente scorrevole all'interno del condotto 4, ed una molla antagonista 18 disposta all'interno del condotto 4 coassiale all'asse A, con una prima estremità in battuta sull'otturatore 15 ed una seconda estremità in battuta su di un risalto anulare 19 presente all'interno del condotto 5, in modo tale da mantenere l'otturatore 17 in battuta su di una strozzatura 20 ricavata in corrispondenza dell'ingresso al condotto 5. The valve 14 instead comprises a substantially spherical obturator 17, arranged axially sliding inside the duct 4, and an antagonist spring 18 arranged inside the duct 4 coaxial to the axis A, with a first end abutting the obturator. 15 and a second end abutting on an annular projection 19 present inside the duct 5, in such a way as to keep the shutter 17 abutting on a narrowing 20 obtained at the entrance to the duct 5.
Infine, la pompa volumetrica 1 è preferibilmente, ma non necessariamente, provvista di un elemento filtrante 21 disposto all'interno del condotto 5. Finally, the volumetric pump 1 is preferably, but not necessarily, provided with a filtering element 21 arranged inside the duct 5.
Con riferimento alla figura 1, per facilitare l'assemblaggio della pompa volumetrica 1, il corpo valvolare 2 è composto da tre porzioni cilindriche, indicate rispettivamente con 2a, 2b, 2c, allineate lungo l'asse A, e rese solidali tra loro da una carcassa esterna 22 che si estende coassiale all'asse A a protezione della bobina 11. Nella fattispecie, il condotto 5 è ricavato all'interno della porzione cilindrica 2a, la sede 3 è ricavata all'interno della porzione cilindrica 2b, mentre il condotto 4 è ricavato all'interno della porzione cilindrica 2c. With reference to Figure 1, to facilitate the assembly of the volumetric pump 1, the valve body 2 is composed of three cylindrical portions, indicated respectively with 2a, 2b, 2c, aligned along the axis A, and made integral with each other by a external casing 22 which extends coaxially to the axis A to protect the coil 11. In this case, the duct 5 is obtained inside the cylindrical portion 2a, the seat 3 is obtained inside the cylindrical portion 2b, while the duct 4 it is obtained inside the cylindrical portion 2c.
Ovviamente, sono possibili altre soluzioni strutturali per facilitare l'assemblaggio del corpo tubolare 2. Obviously, other structural solutions are possible to facilitate the assembly of the tubular body 2.
Il funzionamento della pompa volumetrica 1 verrà ora descritto supponendo che la pompa sia disposta lungo un condotto di circolazione dell'olio lubrificante. The operation of the volumetric pump 1 will now be described assuming that the pump is arranged along a lubricating oil circulation duct.
In uso, quando la bobina 11 viene percorsa da corrente elettrica, il campo magnetico da essa prodotto provoca lo spostamento assiale del pistone 6 ed il conseguente incremento del volume della camera 8. In use, when the coil 11 is crossed by an electric current, the magnetic field produced by it causes the axial displacement of the piston 6 and the consequent increase in the volume of the chamber 8.
Durante lo spostamento del pistone 6, la molla antagonista 16 non riesce però a mantenere l'otturatore 15 in battuta sul pistone 6, a causa sia dell'inerzia dell'otturatore 15 che dell'olio lubrificante in deflusso forzato attraverso il foro passante 9. L'olio lubrificante che occupava la porzione 3a della sede 3 unitamente al pistone 6, defluisce infatti più facilmente attraverso il foro passante 9 praticato nel pistone 6 che non attraverso il foro calibrato del disco 12, in ciò facilitato anche dalla depressione che si forma all'interno della camera 8 a causa del rapido incremento di volume. During the displacement of the piston 6, the antagonist spring 16, however, is unable to keep the obturator 15 abutting the piston 6, due to both the inertia of the obturator 15 and the lubricating oil in forced outflow through the through hole 9. The lubricating oil which occupied the portion 3a of the seat 3 together with the piston 6, in fact, flows more easily through the through hole 9 made in the piston 6 than through the calibrated hole of the disc 12, in this also facilitated by the depression that forms at the interior of chamber 8 due to the rapid increase in volume.
.Data l'entità dello spostamento e dei volumi in gioco, quando la molla antagonista 16 riesce a riportare l'otturatore 15 a chiusura dell'imboccatura del foro passante 9 del pistone 6, l'olio lubrificante ha già riempito totalmente la camera 8 che adesso comprende, oltre alla porzione 3b della sede 3, anche parte della porzione 3a della sede 3 stessa. Given the extent of the displacement and the volumes involved, when the antagonist spring 16 manages to bring the shutter 15 back to close the opening of the through hole 9 of the piston 6, the lubricating oil has already completely filled the chamber 8 which now it includes, in addition to the portion 3b of the seat 3, also part of the portion 3a of the seat 3 itself.
Alla cessazione del campo magnetico, ovvero quando non circola più corrente nella bobina 11, la molla di contrasto 10 riporta il pistone 6 nella posizione di riposo, riducendo rapidamente il volume della camera 8. Essendo però l'olio lubrificante incomprimibile, la parte di olio lubrificante in eccesso fuoriesce dalla camera 8 attraverso il condotto 4, spostando dell'otturatore 17. When the magnetic field ceases, i.e. when no more current circulates in the coil 11, the contrast spring 10 returns the piston 6 to the rest position, rapidly reducing the volume of the chamber 8. However, since the lubricating oil is incompressible, the oil part Excess lubricant escapes from the chamber 8 through the duct 4, displacing the shutter 17.
Quando è fuoriuscito tutto l'olio lubrificante in eccesso, la molla antagonista 18 provvede a riportare l'otturatore 17 in battuta sulla strozzatura 20 ricavata in corrispondenza dell'ingresso al condotto 5. When all the excess lubricating oil has escaped, the antagonist spring 18 returns the obturator 17 to abutment on the throat 20 obtained in correspondence with the inlet to the duct 5.
È ovvio che la portata della pompa volumetrica 1 è funzione della frequenza con cui il pistone 6 viene spostato all'interno della sede 3, ovvero della frequenza con cui viene fatta circolare la corrente elettrica nella bobina 11. It is obvious that the flow rate of the volumetric pump 1 is a function of the frequency with which the piston 6 is moved inside the seat 3, that is, the frequency with which the electric current is circulated in the coil 11.
Secondo una variante·non illustrata, il pistone 6 è realizzato in materiale magnetico permanente. According to a variant not shown, the piston 6 is made of permanent magnetic material.
Secondo la variante illustrata in figura 2, il pistone 6 è un pistone a doppio effetto, e definisce all'interno della sede due camere 9 di pompaggio a volume variabile complementari tra loro. Ciascuna camera 8 è collegata con l'esterno attraverso un condotto 4 di mandata che si estende coassiale all'asse A, ed è provvista di una valvola 13 di aspirazione e di una valvola 14 di scarico, mentre il condotto 5 di aspirazione è in comune ad entrambe le camere 9, e si estende all'interno del corpo valvolare 2 perpendicolarmente all'asse A, lungo un'appendice del corpo valvolare 2 che si estende, a sua volta, perpendicolarmente all'asse A. In questo caso, il condotto 5 risulta affacciato ad una derivazione 9a del foro passante 9 che si estende nel pistone 6 perpendicolarmente all'asse A, ed il disco 12 è disposto lungo il condotto 5, immediatamente a monte della sede 3. According to the variant illustrated in Figure 2, the piston 6 is a double-acting piston, and defines inside the seat two variable-volume pumping chambers 9 complementary to each other. Each chamber 8 is connected to the outside through a delivery duct 4 which extends coaxially to the axis A, and is provided with an intake valve 13 and an exhaust valve 14, while the intake duct 5 is in common to both chambers 9, and extends inside the valve body 2 perpendicular to the axis A, along an appendage of the valve body 2 which in turn extends perpendicular to the axis A. In this case, the duct 5 faces a branch 9a of the through hole 9 which extends into the piston 6 perpendicular to the axis A, and the disc 12 is arranged along the duct 5, immediately upstream of the seat 3.
Secondo la variante illustrata in figura 3, il corpo valvolare 2 presenta due sedi ·3 ciascun delle quali è impegnata in modo scorrevole da un rispettivo pistone 6, che vi definisce una camera 8 di pompaggio. Similmente alla variabile precedente, ciascun camera 8 è collegata con l'esterno attraverso un condotto 4 di mandata che si estende coassiale all'asse A, ed è provvista della propria valvola 13 di aspirazione e della propria valvola 14 di scarico. In questo caso, il condotto 5- di aspirazione è in comunicazione con entrambe le sedi 3, ed una sua porzione terminale si estende nel corpo valvolare 2 coassialmente all'asse A, lungo un'appendice del corpo valvolare 2 che si estende, a sua volta, perpendicolarmente all'asse A. According to the variant illustrated in Figure 3, the valve body 2 has two seats 3, each of which is engaged in a sliding manner by a respective piston 6, which defines a pumping chamber 8 therein. Similarly to the previous variable, each chamber 8 is connected to the outside through a delivery duct 4 which extends coaxially to the axis A, and is provided with its own intake valve 13 and its own exhaust valve 14. In this case, the intake duct 5- is in communication with both seats 3, and an end portion thereof extends into the valve body 2 coaxially with the axis A, along an appendage of the valve body 2 which extends, in its vault, perpendicular to axis A.
Il principale vantaggio della pompa volumetrica 1 sopra descritta ed illustrata è quello di avere una strutturalmente molto semplice, con un numero esiguo di parti in movimento relativo. Inoltre, tale pompa si presta ad essere pilotata direttamente da una centralina elettronica che, variando la frequenza con cui la bobina 11 viene alimentata, può controllare in tempo reale e con estrema precisione la portata erogata. The main advantage of the volumetric pump 1 described and illustrated above is that of having a structurally very simple one, with a small number of parts in relative movement. Furthermore, this pump lends itself to be piloted directly by an electronic control unit which, by varying the frequency with which the coil 11 is powered, can control the delivered flow rate in real time and with extreme precision.
Risulta infine chiaro che alla pompa volumetrica 1 qui descritta ed illustrata possono essere apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dall'ambito della presente invenzione. Finally, it is clear that modifications and variations can be made to the volumetric pump 1 described and illustrated here without thereby departing from the scope of the present invention.
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