ITBS20110150A1 - Pompa di raffreddamento regolabile per motore a combustione interna - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda una pompa di raffreddamento regolabile per il circuito di raffreddamento di un motore a combustione interna.

La pompa comprende un corpo pompa in cui una girante comprendente pale a orientamento sostanzialmente radiale viene azionata tramite un albero cavo montato per la rotazione intorno a un asse di rotazione. In condizioni di funzionamento, la girante manda un liquido refrigerante attraverso uno spazio di aspirazione in un canale a spirale della pompa. Il flusso di liquido refrigerante à ̈ influenzabile da un corpo guida spostabile assialmente tra due posizioni terminali mediante un’asta di spinta guidata all’interno dell’albero cavo.

Come liquido refrigerante per il raffreddamento dei motori a combustione interna viene usata preferibilmente dell’acqua di raffreddamento, che viene pompata da una pompa refrigerante attraverso canali di raffreddamento del basamento e della testa del cilindro del motore a combustione interna e quindi preferibilmente mandata ad uno scambiatore di calore ad acqua in cui il refrigerante riscaldato viene di nuovo raffreddato. La pompa refrigerante che consente la circolazione del refrigerante à ̈ normalmente movimentata in maniera non regolata dal motore a combustione interna. Di conseguenza, il refrigerante circola già all’avviamento a freddo del motore a combustione interna, e il motore a combustione interna non si riscalda con la rapidità desiderata.

Per questo motivo, vengono usate pompe refrigeranti controllabili, che consentono di adattare il volume del flusso pompato a seconda del raffreddamento necessario per il motore a combustione interna. In questo modo, avviando il motore a freddo, la temperatura di esercizio può essere raggiunta più rapidamente, riducendo nel contempo le perdite per attrito in quanto aumentando la temperatura dell’olio l’attrito si riduce, con effetti vantaggiosi sul consumo di carburante. Contemporaneamente migliora anche l’emissione dei gas di scarico in quanto, per essere efficace, il catalizzatore richiede una temperatura minima dei gas di scarico. I produttori di veicoli richiedono quindi, per la fase di funzionamento a freddo del motore a combustione interna, ove possibile, un flusso del volume ≤ 0.5 l/h, detto anche “flusso a dispersione zero†, della pompa refrigerante. Un esempio di sistema per influire sul volume del flusso della pompa refrigerante à ̈ noto dal brevetto DE 199 01 123 A1 che associa alla girante una slitta che si sovrappone alle pale influenzandone lo spessore effettivo. La regolazione della slitta tra una posizione di apertura e una posizione di chiusura à ̈ possibile operando su un collegamento a vite.

Inoltre, i documenti DE 102005 004 315 A1 e DE 102005 062 A1 descrivono pompe refrigeranti in cui la capacità di erogazione à ̈ influenzata da una slitta a valvola anulare installata nel corpo pompa e montata per spostarsi in direzione dell’asse dell’albero e comprendenti un cilindro esterno sovrapposto in modo variabile alla zona di uscita flusso del girante.

Lo scopo della presente invenzione à ̈ di realizzare, in maniera efficiente, una pompa refrigerante in grado di non erogare alcun flusso.

Per raggiungere questo scopo, l’invenzione propone una pompa refrigerante con le caratteristiche descritte nella rivendicazione 1.

L’invenzione consente di combinare una girante ottimizzata per quanto riguarda il grado di efficienza e la capacità di evitare cavitazioni con un corpo guida con cui la pompa refrigerante non eroga alcun flusso in condizioni di funzionamento specifiche, in modo da raggiungere in modo efficace e permanente un flusso a dispersione zero. Secondo l’invenzione, tutto questo à ̈ possibile grazie a un corpo guida che à ̈ disaccoppiabile dalla rotazione della girante e che à ̈ spostabile solo in direzione assiale, essendo un campo di spostamento del corpo guida definito su un lato da una parete del girante e sull’altro lato da una copertura della girante o di una struttura fissa circostante della pompa refrigerante.

Dato che il corpo guida à ̈ rotabilmente disaccoppiabile e spostabile tramite l’asta di spinta solo in direzione assiale, il corpo guida può essere supportato in una posizione terminale, con la pompa refrigerante chiusa, da un componente fisso. Ne consegue una migliore tenuta tra i componenti che interagiscono direttamente, in modo da evitare un’azione di erogazione della pompa refrigerante.

Un’ulteriore configurazione strutturale dell’invenzione comprende un corpo guida circondato esternamente dalle pale del girante con la formazione di uno spazio anulare. Vantaggiosamente, il concetto del corpo guida secondo l’invenzione può essere così applicato indipendentemente dalla configurazione geometrica delle pale della girante e può essere combinato con una girante progettata in modo ottimale, per esempio per quanto riguarda il grado di efficienza, la stabilità della curva caratteristica e la tendenza alla cavitazione.

Secondo una configurazione preferita dell’invenzione, un cuscinetto liscio viene preferibilmente disposto tra l’asta di spinta spostabile solo assialmente del corpo guida e l’albero cavo rotante. In una ulteriore variante, à ̈ utilizzato un cuscinetto a rotolamento.

Per consentire il disaccoppiamento dalla rotazione, l’asta di spinta à ̈ provvista, esternamente all’albero cavo, di un profilo pluriangolare che, per esempio, à ̈ rotabilmente fisso in un cuscinetto a rotolamento lineare disposto nel corpo pompa ed à ̈ guidato per uno spostamento assiale a basso attrito. Alternativamente, per raggiungere il disaccoppiamento dalla rotazione, l’asta di spinta à ̈ guidata tramite guide supplementari o si prevede una guida idraulica in cui l’asta di spinta possa scorrere rotabilmente fissa.

Secondo un ulteriore aspetto dell’invenzione, il corpo guida forma una zona di tenuta, definita anche zona di contatto, con il corpo pompa fisso o con una parte fissa del motore associata alla pompa refrigerante. Alternativamente, si prevede una zona di tenuta tra il corpo guida e la copertura rotante della girante.

Per migliorare la qualità della tenuta, un elemento elastico di tenuta à ̈ di preferenza associato al corpo guida nella zona di tenuta o zona di contatto; l'elemento di tenuta à ̈ supportato in una posizione terminale con effetto di tenuta sul contro-contorno corrispondente, cioà ̈ sulla copertura della pompa refrigerante, sul corpo pompa o su una parte del motore associata alla pompa refrigerante. Secondo una configurazione alternativa, l’elemento elastico di tenuta à ̈ disposto nella parte della zona di tenuta sulla copertura della pompa refrigerante, sul corpo pompa o su una parte del motore che in una posizione terminale interagisce con effetto di tenuta con un contro-contorno corrispondente del corpo guida.

Come elementi di tenuta sono utilizzabili guarnizioni di diversi tipi, per esempio guarnizioni compatte, guarnizioni tonde, O-ring o guarnizioni scanalate, fissate in posizione in una scanalatura anulare o fissate mediante una fusione di materiali.

Vantaggiosamente, un elemento di azionamento, in particolare un azionatore a funzionamento idraulico o elettrico, à ̈ utilizzabile per lo spostamento assiale dell’asta di spinta insieme al corpo guida associato. Per garantire il funzionamento della pompa refrigerante, e quindi anche il raffreddamento del motore a combustione interna, in caso di guasto all’azionatore, l’azionatore comprende un dispositivo di sicurezza o una frizione di sicurezza. Esso comprende, per esempio, un elemento a molla che circonda parzialmente l’asta di spinta ed à ̈ supportato, ad un’estremità, dall’asta di spinta e all’altra estremità dal componente fisso della pompa refrigerante. In caso di guasto all’azionatore, l’elemento a molla causa uno spostamento automatico dell’asta di spinta e insieme del corpo guida in una posizione che corrisponde all’apertura massima del girante.

Secondo la presente invenzione, l’azionatore come anche il dispositivo previsto per effettuare il disaccoppiamento dalla rotazione, sono ottimizzati in termini di spazio per essere integrati entro i limiti assiali di imballo delle pompe refrigeranti di tipo convenzionale. Il concetto dell’invenzione consente quindi un assemblaggio integrativo di tutti i componenti nonché una forma compatta semplice e robusta dal punto di vista della produzione e dell’assemblaggio, e può essere standardizzato per pompe refrigeranti di diverse misure strutturali.

L’invenzione, studiata per un controllo attivo del volume del flusso di refrigerante, à ̈ inoltre caratterizzata da un’alta sicurezza di funzionamento e affidabilità, nonché da un alto grado di efficienza volumetrica.

Inoltre, una pompa refrigerante convenzionale à ̈ direttamente sostituibile con una pompa refrigerante che integra quanto previsto dalla presente invenzione. L’invenzione sarà descritta più dettagliatamente in seguito, con riferimento ad esempi di configurazioni preferenziali e alle figure allegate, che mostrano:

Fig. 1: vista in sezione trasversale di una pompa refrigerante regolabile secondo una forma di realizzazione della presente invenzione, in cui il corpo guida appoggia contro la parete posteriore del girante;

Fig.2: vista in sezione trasversale della pompa refrigerante secondo la Fig. 1 con un corpo guida posizionato in una posizione terminale sulla copertura;

Fig. 3: vista in sezione trasversale della pompa refrigerante secondo la Fig. 1 con un corpo guida supportato da una parte fissa del motore.

La Fig. 1 mostra schematicamente i componenti fondamentali di una pompa refrigerante regolabile 1 secondo una forma di realizzazione della presente invenzione. La pompa 1 comprende una girante 3 montata per ruotare in un corpo pompa 2 che include pale a orientamento sostanzialmente radiale 4. La girante 3 à ̈ collegata ad un albero cavo 5 azionato mediante movimento di trazione di un motore a combustione interna, non rappresentato, tramite una puleggia motrice collegata all’albero cavo 5.

In condizioni di funzionamento della pompa refrigerante 1, un liquido refrigerante, in particolare acqua, viene pompato dalla rotazione del girante 3 con copertura associata 6 da uno spazio di aspirazione 7 in un canale a spirale, non rappresentato, del corpo pompa 2 e da lì in canali di raffreddamento di una testa di cilindro e del basamento di un motore a combustione interna, non rappresentato. Per consentire di influenzare o regolare il volume del flusso di refrigerante della pompa refrigerante 1, l’invenzione prevede un corpo guida 9, chiamato anche lamina di deflessione, che à ̈ spostabile assialmente tra una parete 8 del girante e la copertura 6. Il corpo guida 9 à ̈ fissato rotabilmente fermo a un’asta di spinta 10 che à ̈ guidata centralmente ed esclusivamente per spostamento assiale nell’albero cavo 5 e montata con un cuscinetto liscio comprendente due boccole per cuscinetti lisci 11 inserite sfalsate l’una rispetto all’altra.

La girante 3 à ̈ configurata in modo che il corpo guida 9 à ̈ circondato esternamente dalle pale 4 della girante 3 con la formazione di uno spazio anulare. L’asta di spinta 10 comprendente il corpo guida 9 à ̈ spostabile mediante un azionamento 12, per esempio un elettromagnete, illustrato dettagliatamente nella Fig. 3, lungo un asse di rotazione 13 da una posizione definita dal supporto del corpo guida 9 sulla parete 8 del girante in direzione della freccia all’interno dello spazio di aspirazione 7.

Iniziando dalla posizione del corpo guida 9 illustrata in Fig. 1, che consente il volume massimo del flusso di refrigerante dalla pompa refrigerante 1, il corpo guida 9 può essere spostato fino ad essere supportato dalla copertura 6 per interrompere il flusso.

Un elemento di tenuta 14 disposto sul bordo periferico del corpo guida 9 produce, nella posizione terminale sulla copertura 6, la tenuta di una zona di contatto o di tenuta tra il corpo guida 9 e la copertura 6. L’azionamento 12 consente inoltre il posizionamento continuo del corpo guida 9 in una posizione intermedia. Per raggiungere il disaccoppiamento dalla rotazione o evitare in modo sicuro la rotazione dell’asta di spinta 10 spostabile solo in direzione assiale relativamente all’albero cavo rotante 5, l’asta di spinta 10 à ̈ configurata sull’estremità opposta al corpo guida 9 con un profilo multiangolare 15 che à ̈ guidato in un cuscinetto a rotolamento lineare 16.

Le Figure 2 e 3 illustrano esempi alternativi di configurazioni di pompe refrigeranti secondo l’invenzione, e i componenti corrispondenti in entrambe sono identificati con gli stessi numeri di riferimento. Nella Fig. 2, per interrompere il flusso, il corpo guida 9 à ̈ stato spostato per creare un contatto con una parte fissa del motore 19, per esempio un alloggiamento del motore a combustione interna. Per la tenuta di una zona di tenuta 18, l’invenzione prevede un elemento di tenuta 17 associato alla parte del motore 19, il quale elemento di tenuta circonda un’apertura 20 che collega la pompa refrigerante 1, essendo il corpo guida 9 assialmente supportato da questo elemento di tenuta. Nell’esempio di configurazione secondo la Fig. 3, la zona di tenuta 25 à ̈ formata dal corpo guida 9 e dalla copertura 6 della girante 3. A tale scopo, la copertura 6 forma su un’estremità anteriore, un bordo 22 diretto radialmente verso l’interno come contro-contorno 24 per il corpo guida 9. Per migliorare la tenuta della zona di tenuta 25, l’invenzione prevede un elemento di tenuta 21 inserito in una scanalatura anulare 23 del corpo guida 9 e supportato con bloccaggio forzato dal bordo 22 della copertura 6. Lo spostamento del corpo guida 9 nella direzione della freccia avviene insieme all’azionamento 12, azionato per esempio elettricamente. Preferibilmente l’azionamento 12 à ̈ costituito da un elettromagnete che, dopo un’interruzione di corrente, sposta il corpo guida 9 attraverso una molla di reset finché il corpo guida 9 viene ad essere supportato dalla parete 8 della girante. Questo dispositivo può essere usato nel contempo come dispositivo di sicurezza grazie al quale, in caso di guasto dell’azionamento 12, l’asta di spinta 10 comprendente il corpo guida 9 viene automaticamente spostata in una posizione che assicura il flusso massimo di refrigerante.

Lista dei numeri di riferimento

1 Pompa refrigerante

2 Corpo pompa

3 Girante

4 Pala

5 Albero cavo

6 Copertura

7 Spazio di aspirazione

8 Parete del girante

9 Corpo guida

10 Asta di spinta

11 Boccola di cuscinetto liscio

12 Azionatore

13 Asse di rotazione

14 Elemento di tenuta

15 Profilo pluriangolare

16 Cuscinetto a rotolamento lineare 17 Elemento di tenuta

18 Zona di tenuta

19 Parte del motore

20 Apertura

21 Elemento di tenuta

22 Bordo

23 Scanalatura anulare

24 Contro-contorno

25 Zona di tenuta

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Pompa di raffreddamento regolabile (1) per il circuito di raffreddamento di un motore a combustione interna, comprendente un corpo pompa (2) in cui una girante (3) azionata tramite un albero cavo (5) à ̈ montata per la rotazione intorno a un asse di rotazione (13) e comprendente pale a orientamento sostanzialmente radiale (4), in cui detta girante (3) à ̈ adatta a mandare un liquido refrigerante attraverso uno spazio di aspirazione (7) in un canale a spirale e il volume del flusso di refrigerante à ̈ influenzabile da un corpo guida (9) spostabile assialmente tra due posizioni terminali mediante un’asta di spinta (10) guidata all’interno dell’albero cavo (5), caratterizzata dal fatto che il corpo guida (9) à ̈ disaccoppiabile dalla rotazione della girante (3) ed à ̈ circondato esternamente dalle pale (4) della girante (3), essendo un campo di spostamento del corpo guida (9) definito su un lato da una parete (8) della girante e sull’altro lato da una copertura (6) della girante (3) o da una struttura fissa circostante della pompa refrigerante (1).
2. 2. Pompa secondo la rivendicazione 1, in cui, per raggiungere il disaccoppiamento dalla rotazione, l’asta di spinta (10) collegata al corpo guida (9) à ̈ fissata in modo da essere impedita a ruotare in un componente separato dall’albero cavo (5).
3. 3. Pompa secondo la rivendicazione 2, in cui l’asta di spinta (10) à ̈ rotabilmente fissa e guidata per lo spostamento assiale da un profilo pluriangolare (15) in un cuscinetto a rotolamento lineare (16) fuori dall’albero cavo rotante (5).
4. 4. Pompa secondo una delle rivendicazioni da 1 a 3, in cui l’asta di spinta (10) à ̈ spostabile nell’albero cavo (5) mediante un cuscinetto liscio comprendente almeno una boccola di cuscinetto liscio (11) o mediante un cuscinetto a rotolamento.
5. 5. Pompa secondo una delle rivendicazioni da 1 a 4, in cui il corpo guida (9) forma una zona di tenuta (18) con il corpo pompa fisso (2) o con una parte fissa del motore (19) associata alla pompa refrigerante (1).
6. 6. Pompa secondo una delle rivendicazioni da 1 a 4, in cui si forma una zona di tenuta (25) tra il corpo guida (9) e la copertura rotante (6) del girante (3).
7. 7. Pompa secondo la rivendicazione 5 o la rivendicazio-ne 6, in cui un elemento elastico di tenuta (17, 21) à ̈ associato a un componente nella parte della zona di tenuta (18, 25), mentre l’altro componente associato à ̈ supportato da questo elemento di tenuta in una posizione terminale del corpo guida (9) per la realizzazione della tenuta.
8. 8. Pompa secondo la rivendicazione 7, in cui, come elemento di tenuta (21), Ã ̈ prevista una guarnizione compatta, una guarnizione tonda o una guarnizione scanalata fissata in posizione in una scanalatura anulare (23).
9. 9. Pompa secondo una delle rivendicazioni da 1 a 4, in cui l’asta di spinta (10) insieme al corpo guida (9) à ̈ spostabile assialmente mediante un elemento di azionamento, in particolare un azionamento funzionante elettricamente o idraulicamente (12).
10. 10. Pompa secondo la rivendicazione 9, in cui l’azionamento (12) comprende un dispositivo di sicurezza.