ITMI20090112A1 - Pompa a pistoni per alimentare combustibile, preferibilmente gasolio, a un motore a combustione interna - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

“POMPA A PISTONI PER ALIMENTARE COMBUSTIBILE, PREFERIBILMENTE GASOLIO, A UN MOTORE A COMBUSTIONE INTERNAâ€

La presente invenzione riguarda una pompa a pistoni per alimentare combustibile, preferibilmente gasolio, a un motore a combustione interna.

Generalmente, una pompa a pistoni comprende un corpo pompa; una camera di compressione ricavata nel corpo pompa; un pistone mobile di moto alternato nella camera di compressione lungo un primo asse; e un meccanismo di trasmissione, il quale comprende un albero girevole attorno a un secondo asse, un anello poligonale montato sull’albero in modo girevole attorno a un terzo asse parallelo e sfalsato rispetto al secondo asse e un elemento intermedio, il quale à ̈ disposto fra l’anello poligonale e il pistone.

L’albero à ̈ azionato in rotazione tramite il motore a combustione interna e l’anello poligonale compie delle rivoluzioni attorno al secondo asse. L’anello poligonale comprende delle facce piane, ciascuna delle quali si mantiene sostanzialmente parallela a se stessa durante il moto di rivoluzione ad eccezione di piccole oscillazioni attorno al terzo asse.

Il meccanismo di trasmissione comprende anche una molla che preme il pistone e indirettamente l’elemento intermedio contro l’anello poligonale. Anche il pistone trasmette all’elemento intermedio e all’anello poligonale una forza di compressione variabile in funzione della pressione all’interno della camera di compressione. La forza esercitata dalla molla ha la funzione di garantire la corsa di ritorno del pistone nella fase di aspirazione e di mantenere il pistone costantemente a contatto dell’elemento intermedio e l’elemento intermedio costantemente a contatto dell’anello poligonale durante qualsiasi fase del ciclo del pistone.

Durante la rotazione dell’albero l’elemento intermedio striscia rispetto all’anello poligonale lungo una delle facce piane trasversalmente al primo asse e, nello stesso tempo, varia ciclicamente la propria distanza dal secondo asse muovendosi lungo la direzione del primo asse. In altre parole, il meccanismo di trasmissione trasforma il moto rotatorio attorno al secondo asse in un moto alternato lungo il primo asse. Questa trasformazione del moto avviene unicamente per via meccanica e genera concentrazioni di sforzi in alcune zone del meccanismo di trasmissione stesso e, inevitabilmente, attriti. Una zona particolarmente critica della trasmissione del moto à ̈ l’interfaccia fra l’elemento intermedio e il pistone: infatti, l’elemento intermedio à ̈ soggetto a una forza di attrito nella zona di contatto con l’anello poligonale, il quale scorre rispetto all’elemento intermedio in una direzione trasversale al primo asse, mentre l’elemento intermedio si mantiene sostanzialmente allineato al pistone grazie alle forze di compressione che il pistone esercita sull’elemento intermedio e alla reazione tra la sede dell’elemento intermedio e il pistone.

Di conseguenza, l’elemento intermedio e il pistone sono particolarmente soggetti a usura nelle zone di reciproco contatto. Inoltre, l’elemento intermedio potrebbe trasmettere al pistone delle forze trasversali al primo asse che potrebbero assumere valori eccesivi e generare delle usure anomale nel corpo pompa.

In generale, uno scopo della presente invenzione à ̈ quello di realizzare una pompa a pistoni che sia in grado di ottimizzare il funzionamento del meccanismo di trasmissione.

Un altro scopo della presente invenzione à ̈ quello di realizzare una pompa a pistoni in grado di minimizzare l’usura dell’elemento intermedio e del pistone.

Secondo la presente invenzione à ̈ realizzata una pompa a pistoni per alimentare combustibile, preferibilmente gasolio, a un motore a combustione interna; la pompa a pistoni comprendendo un corpo pompa; una camera di compressione ricavata nel corpo pompa; un pistone mobile di moto alternato nella camera di compressione lungo un primo asse; e un meccanismo di trasmissione, il quale comprende un albero girevole attorno a un secondo asse, un anello poligonale montato sull’albero in modo girevole attorno a un terzo asse parallelo e sfalsato rispetto al secondo asse e un elemento intermedio, il quale à ̈ disposto fra l’anello poligonale e il pistone e presenta una sede, la quale à ̈ atta ad alloggiare il pistone e ha una faccia concava a contato del pistone.

La presente invenzione permette di garantire simultaneamente un corretto posizionamento del punto di contatto fra l’elemento intermedio e il pistone, e di limitare l’usura dell’elemento intermedio e del pistone.

Secondo una preferita forma di attuazione della presente invenzione il pistone comprende un piede di pistone alloggiato nella detta sede dell’elemento intermedio; il piede di pistone presentando una faccia convessa tangente alla faccia concava dell’elemento intermedio.

Altre caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno chiari dalla descrizione che segue di un suo esempio non limitativo di attuazione con riferimento alla figura allegata, la quale à ̈ una vista in sezione, con parti asportate per chiarezza, di una pompa a pistoni realizzata in accordo con la presente invenzione.

Nella figura allegata con il numero di riferimento 1 Ã ̈ indicata nel suo complesso una pompa a pistoni per alimentare combustibile a un motore a combustione interna non illustrato nella figura allegata.

Nella fattispecie illustrata, la pompa a pistoni 1 ha la funzione di alimentare gasolio a una pressione uguale a quella di esercizio (generalmente superiore a 2.000 bar) e comprende un corpo pompa 2; tre camere di compressione 3 (una sola illustrata nella figura allegata); tre pistoni 4 (uno solo mostrato nella figura allegata); un meccanismo di trasmissione 5 per muovere di moto alternato i pistoni 4 nelle rispettive camere di compressione 3 lungo rispettivi assi A1 (uno solo mostrato nella figura allegata); tre condotti di alimentazione 6 (uno solo mostrato nella figura allegata) per alimentare il combustibile alla rispettiva camera di compressione 3; tre valvole di alimentazione 7 (una sola mostrata nella figura allegata) per regolare l’alimentazione del combustibile alla rispettiva camera di compressione 3; tre condotti di mandata 8 (uno solo mostrato nella figura allegata) per alimentare il combustibile compresso da una rispettiva camera di compressione 3 al motore a combustione interna, non illustrato nella figura allegata. La pompa a pistoni 1 comprende anche tre valvole di mandata, non illustrate nella figura allegata, e disposte lungo i condotti di mandata 8.

La definizione “corpo pompa†si riferisce alla struttura portante che supporta i pistoni 4 e il meccanismo di trasmissione 5. Nella fattispecie illustrata, il corpo pompa 2 comprende un elemento 9, un elemento 10, e tre elementi 11 (uno solo dei quali à ̈ mostrato nella figura allegata) assemblati l’uno all’altro e di cui gli elementi 9 e 10 sono dei blocchi metallici che supportano il meccanismo di trasmissione 5, mentre ciascun elemento 11 à ̈ un blocco metallico che alloggia una rispettiva camera di compressione 3 e una rispettiva valvola di alimentazione 7.

Il meccanismo di trasmissione 5 comprende un albero 12, il quale à ̈ girevole attorno a un asse A2, à ̈ supportato da due cuscinetti 13, e comprende una porzione eccentrica 14 cilindrica, la quale si estende attorno ad un asse A3 parallelo e sfalsato rispetto all’asse A2; un anello poligonale 15 montato in modo girevole attorno alla porzione eccentrica 14 tramite l’interposizione di un cuscinetto 16; tre elementi intermedi 17 (uno solo mostrato nella figura allegata), ciascuno dei quali à ̈ interposto fra un rispettivo pistone 4 e l’anello poligonale 15; tre molle 18 (una sola mostrata nella figura allegata), ciascuna delle quali à ̈ disposta fra l’elemento 11 e l’anello 19 (uno solo mostrato nella figura allegata), ciascuno dei quali à ̈ interposto fra la molla 18 e il pistone 4. Ciascuna molla 18 ha la funzione di garantire la corsa di aspirazione del rispettivo pistone 4 e di mantenere il rispettivo pistone 4 a contatto del rispettivo elemento intermedio 17 e il rispettivo elemento intermedio 17 a contatto dell’anello poligonale 15 tramite il rispettivo pistone 4.

In maggiore dettaglio, la pompa a pistoni 1 comprende tre camere di compressione 3 (una sola mostrata nella figura allegata) uniformemente distribuite attorno all’asse A1 e tre pistoni 4 (uno solo mostrato nella figura allegata), ciascuno dei quali opera in una rispettiva camera di compressione 3.

L’anello poligonale 15 à ̈, di fatto, un manicotto avente una sede interna circolare e tre facce piane 20 esterne (una sola mostrata nella figura allegata), ciascuna delle quali à ̈ affacciata a una rispettiva camera di compressione 3 e si muove parallelamente a se stessa lungo un’orbita circolare.

Ciascun pistone 4 si estende lungo l’asse A1 e comprende un piede di pistone 21 che à ̈ alloggiato in una sede 22 dell’elemento intermedio 17.

Ciascun elemento intermedio 17 comprende una faccia piana 23 disposta a contatto della faccia piana 20 dell’anello poligonale 15 e una faccia concava 24 e una faccia cilindrica 24C, la quale à ̈ adiacente alla faccia concava 24 e serve a limitare i movimenti trasversali dell’elemento 17 relativamente all’asse A1. La faccia concava 24 e la faccia cilindrica 24c definiscono la sede 22.

Il piede di pistone 21 comprende una faccia convessa 25, la quale à ̈ disposta in tangenza con la faccia concava 24.

Secondo una preferita forma di attuazione la faccia concava 24 e la faccia convessa 25 sono definite da rispettive calotte sferiche rispettivamente di raggio R1 e R2, in cui R1 à ̈ maggiore di R2. In altre parole, il piede di pistone 21 ha una curvatura C2 maggiore della curvatura C1 dell’elemento intermedio 7 in modo tale per cui la sede 22 dell’elemento intermedio 17 ha la forma di una scodella, mentre il piede di pistone 21 ha una forma emisferica di dimensioni inferiori della scodella. In questo modo, l’accoppiamento fra ciascun pistone 4 e il rispettivo elemento intermedio 17 non à ̈ un accoppiamento di forma, ma in linea teorica un accoppiamento che avviene nel punto di tangenza fra la faccia concava 24 e la faccia convessa 25. In generale, forme di realizzazione alternative prevedono che ciascun punto della faccia concava 24 e ciascun punto della faccia convessa 25 abbiano rispettive curvature totali K1 e K2 positive dove la curvature totale K2 à ̈ maggiore della curvatura totale K1. Questa condizione à ̈ valida per ciascuna coppia di punti della faccia concava 24 e della faccia convessa 25 che potenzialmente possono venire in reciproco contatto.

La definizione di curvatura totale à ̈ stata introdotta da Gauss per indicare matematicamente la curvatura complessiva in un punto di una superficie ed à ̈ anche nota come curvatura Gaussiana. Secondo tale definizione la curvatura totale K in un punto di una generica superficie à ̈ uguale a 1/(Rmax *Rmin) dove Rmaxe Rminsono rispettivamente il raggio massimo di curvatura e il raggio minimo di curvatura del punto di cui si calcola la curvatura totale. I valori di Rmaxe di Rminhanno segno concorde quando sono equiversi. Una curvatura totale di segno positivo à ̈ caratteristica di una superficie a forma di scodella; una curvatura totale di segno negativo à ̈ caratteristica di una forma a sella, mentre una curvatura totale pari a zero à ̈ caratteristica di una forma cilindrica.

Di fatto, ai fini della presente invenzione la forma emisferica della sede 22 e del piede di pistone 21 non à ̈ strettamente necessaria.

In uso, il meccanismo di trasmissione trasforma il moto di rotazione dell’albero 12 attorno all’asse A2 in un moto alternato del pistone 4 lungo l’asse A1. La molla 18 comprime l’anello 19 sul piede di pistone 21 per mantenere il piede di pistone 21 nella rispettiva sede 22 dell’elemento intermedio 17 e garantire la corsa di aspirazione del pistone 4 lungo l’asse A1.

L’elemento intermedio 17 scorre rispetto all’anello poligonale 15 lungo la faccia 20 dell’anello poligonale 15 in una direzione perpendicolare al piano del foglio della figura allegata, mentre il pistone 4 à ̈ in parte inserito nella sede 22 dell’elemento intermedio 17 o meglio il piede di pistone 21 à ̈ disposto nella sede 22 dell’elemento intermedio.

Durante il funzionamento le forze esercitate dal pistone 4 determinano delle piccole oscillazioni dell’anello poligonale 15 e, di conseguenza, anche delle piccole oscillazioni dell’elemento intermedio 17.

A causa delle forze di attrito agenti sull’elemento intermedio 17 e alle citate piccole oscillazioni indotte all’elemento intermedio 17 il punto, o meglio la zona, di contatto fra la superficie concava 25 e la superficie convessa varia.

Nella fattispecie illustrata nella figura allegata, l’elemento intermedio 17 à ̈ definito da un piastra in cui à ̈ ricavata la sede 22. In accordo con una variante non illustrata nella figura allegata, l’elemento intermedio à ̈ definito da un bicchierino comprendente una parete di fondo nella quale à ̈ ricavata la sede in accordo con la presente invenzione per realizzare l’accoppiamento con il pistone, e una parete laterale cilindrica, la quale à ̈ accoppiata in modo scorrevole lungo il primo asse al corpo pompa.

È inoltre evidente che la presente invenzione copre anche forme di attuazione non descritte nella descrizione dettagliata e forme di attuazione equivalenti che rientrano nell’ambito di protezione delle rivendicazioni allegate.

Claims (7)

1. RIVENDICAZIONI 1. Pompa a pistoni per alimentare combustibile, preferibilmente gasolio, a un motore a combustione interna; la pompa a pistoni (1) comprendendo un corpo pompa (2); una camera di compressione (3) ricavata nel corpo pompa (2); un pistone (4) mobile di moto alternato nella camera di compressione (3) lungo un primo asse (A1); e un meccanismo di trasmissione (5), il quale comprende un albero (12) girevole attorno a un secondo asse (A2), un anello poligonale (15) montato sull’albero (12) in modo girevole attorno a un terzo asse (A3) parallelo e sfalsato rispetto al secondo asse (A2) e un elemento intermedio (17), il quale à ̈ disposto fra l’anello poligonale (15) e il pistone (4) e presenta una sede (22), la quale à ̈ atta ad alloggiare il pistone (4) e ha una faccia concava (24) a contato del pistone (4).
2. 2. Pompa a pistoni secondo la rivendicazione 1, in cui il pistone (4) comprende un piede di pistone (21) alloggiato nella detta sede (22) dell’elemento intermedio (17); il piede di pistone (21) presentando una faccia convessa (25) tangente alla faccia concava (24) dell’elemento intermedio (17).
3. 3. Pompa a pistoni secondo la rivendicazione 1, in cui la detta faccia concava (24) Ã ̈ definita da un numero di primi punti ciascuno dei quali presenta una prima curvatura totale (K1) positiva.
4. 4. Pompa a pistoni secondo la rivendicazione 2, in cui la faccia convessa (25) Ã ̈ definita da un numero di secondi punti ciascuno dei quali presenta una seconda curvatura totale (K2) positiva.
5. 5. Pompa a pistoni secondo le rivendicazioni 3 e 4, in cui ciascun primo punto a contatto con un secondo punto ha una prima curvatura totale (K1) positiva inferiore alla seconda curvatura totale (K2) positiva del secondo punto.
6. 6. Pompa a pistoni secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 2 a 5, in cui la faccia concava (24) ha una forma emisferica caratterizzata da un primo raggio (R1).
7. 7. Pompa a pistoni secondo la rivendicazione 6, in cui la faccia convessa (24) ha una forma emisferica caratterizzata da un secondo raggio (R2) minore del primo raggio (R1).