ITMI20090606A1 - Pompa a pistoni per alimentare combustibile, preferibilmente gasolio, a un motore a combustione interna e metodo di accoppiamento di un albero della stessa con le rispettive sedi di rotazione - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

“POMPA A PISTONI PER ALIMENTARE COMBUSTIBILE, PREFERIBILMENTE GASOLIO, A UN MOTORE A COMBUSTIONE INTERNA E METODO DI ACCOPPIAMENTO DI UN ALBERO DELLA STESSA CON LE RISPETTIVE SEDI DI ROTAZIONE”

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

Generalmente, una pompa a pistoni comprende un corpo pompa realizzato mediante assemblaggio a pacco di più elementi; una camera di compressione ricavata nel corpo pompa, in particolare in una testata serrata a pacco tra una coppia di opposti elementi a flangia; un pistone mobile di moto alternato nella camera di compressione lungo un primo asse; e un meccanismo di trasmissione per azionare il pistone e comprendente un albero girevole attorno ad un secondo asse. L’albero è portato girevole dal corpo pompa, in particolare dagli elementi a flangia, mediante cuscinetti interposti fra l’albero e il corpo pompa; inoltre, l’albero presenta una porzione intermedia, eccentrica, portante girevole, mediante l’interposizione di un ulteriore cuscinetto, un anello poligonale, ovvero un anello avente la superficie cilindrica esterna provvista di spianature tangenziali, operativamente associato con il pistone per trasformare il moto rotatorio eccentrico della porzione intermedia dell’albero nel moto alternativo del pistone.

I cuscinetti utilizzati attualmente sono cuscinetti a strisciamento, ovvero boccole piantate solidali entro rispettive sedi del corpo pompa e internamente all’anello poligonale e provviste di superfici di strisciamento, in uso in contatto con le superfici laterali dell’albero; le superfici di strisciamento delle boccole sono in genere rivestite di materiale a basso coefficiente di attrito, ad esempio PTFE (PoliTetraFluoroEtilene) ed in uso lubrificate da un flusso di combustibile guidato in loco da appositi canali.

Tuttavia, a causa delle inevitabili tolleranze di lavorazione, si possono creare dei microscopici disallineamenti tra albero e relative sedi di rotazione nel corpo pompa e nell’anello poligonale, che possono in uso creare dei sovraccarichi che vanno ad erodere per usura i bordi dei cuscinetti. Una ulteriore fonte di erosione dei cuscinetti è il flusso di combustibile di lubrificazione, quando questo è particolarmente elevato. Infine, si è riscontrato che in fase di montaggio, i cuscinetti, che devono venire piantati ad interferenza nelle loro sedi, si possono danneggiare o comunque causano un incremento di quelle micro-difettosità che producono poi in uso un disallineamento eccessivo dell’albero rispetto alle sedi di rotazione che porta ai fenomeni di erosione a fatica dei cuscinetti prima descritti.

In definitiva, tutti i fenomeni sopra descritti portano ad una precoce usura della pompa.

È uno scopo della presente invenzione quello di superare tale inconveniente dello stato della tecnica fornendo una pompa a pistoni per alimentare combustibile, preferibilmente gasolio, a un motore a combustione interna, di struttura semplice e compatta, nella quale sia possibile ridurre i giochi e gli eventuali disallineamenti tra albero e sue sedi di rotazione, il tutto migliorando le prestazioni e, soprattutto, la vita utile della pompa.

La presente invenzione è dunque relativa ad una pompa a pistoni per alimentare combustibile, preferibilmente gasolio, a un motore a combustione interna , come definita nella rivendicazione 1.

In particolare, la pompa secondo il trovato 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 per azionare il pistone e comprendente un albero girevole attorno ad un secondo asse, accoppiato in rotazione con rispettive sedi del corpo pompa e presentante una porzione intermedia, eccentrica, accoppiata in rotazione in una sede passante, radialmente interna, di un anello poligonale operativamente associato con il pistone.

Secondo la principale caratteristica del trovato, l’albero è direttamente accoppiato con le sedi di rotazione del corpo pompa e dell’anello poligonale mediante rispettive superfici di strisciamento portate angolarmente solidali dall’albero stesso e rivestite, ciascuna, di uno strato di copertura realizzato in un materiale a basso coefficiente di attrito ancorato solidale alla rispettiva superficie di strisciamento.

In particolare, le superfici di strisciamento sono rivestite con uno strato di copertura ad esse solidale costituito da lubrificanti solidi (SLC) e, più in particolare realizzato in un materiale scelto nel gruppo costituito da: solfuro di molibdeno, grafite, PTFE, silani o silossani funzionalizzati e loro combinazioni.

Secondo un altro aspetto del trovato, almeno una prima delle superfici di strisciamento portate angolarmente solidali dall’albero e destinata ad accoppiarsi con una sede di rotazione del corpo pompa è costituita dalla superficie laterale esterna, cilindrica, di una boccola piantata ad interferenza su una prima porzione dell’albero, angolarmente solidale al medesimo, la superficie esterna della boccola essendo rivestita di uno strato di copertura realizzato in un materiale a basso coefficiente di attrito.

In questo modo, vengono completamente eliminati i tradizionali cuscinetti di strisciamento da introdurre nelle sedi di rotazione dell’albero nel corpo pompa e nell’anello poligonale, tant’è che la principale caratteristica della pompa secondo la presente invenzione è proprio quella di essere priva di cuscinetti di strisciamento calettati nelle sedi di rotazione dell’albero; i cuscinetti eliminati vengono sostituiti, allo scopo di assicurare una rotazione con basso attrito dell’albero, con strati di riporto realizzati in materiale a basso attrito direttamente portati angolarmente solidali dall’albero.

Sorprendentemente, come dimostrato dai tecnici della Richiedente, una tale configurazione porta alla sensibile riduzione, quando non alla totale scomparsa, dei fenomeni di erosione delle superfici di strisciamento in rotazione relativa. In particolare, l’eliminazione dei cuscinetti, come elementi indipendenti da montare nelle sedi di rotazione dell’albero comporta un pezzo in meno da considerare nelle catena di tolleranze di accoppiamento e comporta pertanto una riduzione “naturale” della possibilità che si verifichi un micro-disallineamento dell’albero rispetto alle sue sedi di rotazione. Inoltre, essendo gli strati a basso coefficiente di attrito portati direttamente dall’albero non si possono verificare in fase di montaggio (l’albero venendo accoppiato con le sue sedi di rotazione con gioco, seppur minimo) quei microdanneggiamenti degli strati stessi che si verifica invece durante la fase di montaggio ad interferenza dei tradizionali cuscinetti di strisciamento nelle sedi di rotazione. Anche l’usura dovuta ad alti flussi di combustibile di lubrificazione che attraversano le sedi di rotazione viene sensibilmente ridotta dal fatto di posizionare gli strati di strisciamento a basso attrito solidali sull’albero, anziché solidali ai cuscinetti di strisciamento posizionati nelle sedi, che vengono di conseguenza eliminati, probabilmente a causa dei fenomeni idro-dinamici che accompagnano il funzionamento della pompa.

Gli innovativi e sorprendenti risultati ottenuti si mantengono anche nel caso in cui una sede di rotazione o una porzione di supporto dell’albero debbano essere rinforzate tramite il montaggio nella/sulla stessa di boccole di acciaio, purché, appunto, lo strato di strisciamento a basso coefficiente di attrito risulti ricavato angolarmente solidale all’albero e non alle relative sedi di rotazione del corpo pompa e/o dell’anello poligonale.

In base a quanto descritto, l’invenzione è infine relativa anche ad un metodo per effettuare l’accoppiamento in rotazione di un albero di una pompa a pistoni per alimentare combustibile, preferibilmente gasolio, a un motore a combustione interna, con rispettive sedi di rotazione per l’albero ricavate in un anello poligonale operativamente accoppiato con un pistone mobile lungo un primo asse e in un corpo pompa per il supporto dell’albero su un secondo asse, secondo la rivendicazione 8.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno chiari dalla descrizione che viene di seguito fornita di una sua preferita forma di realizzazione, a puro titolo di esempio non limitativo e con riferimento alla figura del disegno allegato, che illustra una vista in elevazione, sezionata in senso longitudinale e con parti asportate per chiarezza, di una pompa a pistoni realizzata in accordo con la presente invenzione.

Con riferimento alla figura del disegno annesso, è indicata nel suo complesso con 1 una pompa a pistoni per alimentare combustibile a un motore a combustione interna, noto e non illustrato.

Nella fattispecie illustrata, la pompa a pistoni 1 ha la funzione di alimentare gasolio a una pressione uguale a quella di esercizio, generalmente di 2.000 bar e comprende un corpo pompa 2; tre camere di compressione 3 (una sola illustrata nella figura 1); tre pistoni 4 (uno solo mostrato nella figura 1); 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 1); tre condotti di alimentazione (noti e non illustrati) per alimentare il combustibile alle rispettive camere di compressione 3, dotati ciascuno di una rispettiva valvola di alimentazione (nota e non illustrata) per regolare l’alimentazione del combustibile alla rispettiva camera di compressione 3; tre condotti di mandata (noti e non illustrati) per alimentare il combustibile compresso da una rispettiva camera di compressione 3 al motore a combustione interna non illustrato. La pompa a pistoni 1 comprende anche tre valvole di mandata, non illustrate nella figura, e disposte lungo i condotti di mandata.

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 6, generalmente conformato a flangia e generalmente realizzato in allumino o una lega leggera, un elemento 7, e tre elementi 8 (uno solo dei quali è mostrato nella figura annessa) assemblati l’uno all’altro a pacco e di cui gli elementi 6 e 7 sono dei blocchi metallici che supportano il meccanismo di trasmissione 5, mentre ciascun elemento 8 o “testata” è un blocco metallico che alloggia una rispettiva camera di compressione 3 e la relativa valvola di alimentazione.

Il meccanismo di trasmissione 5 comprende un albero 9, il quale è girevole attorno ad un asse A2 entro rispettive sedi passanti cilindriche 10,11 del corpo pompa 2 coassiali con l’asse A2 e comprende una porzione eccentrica 12 di forma cilindrica, la quale si estende attorno ad un asse A3 parallelo e sfalsato rispetto all’asse A2. La porzione eccentrica 12, intermedia, dell’albero 9 impegna in modo relativamente girevole una sede 13 cilindrica radialmente interna di un anello poligonale 14; quest’ultimo è operativamente associato ai pistoni 4 tramite: tre elementi intermedi 15 (uno solo mostrato nella figura), ciascuno dei quali è interposto fra un rispettivo pistone 4 e l’anello poligonale 14; tre molle 16 (una sola mostrata nella figura), ciascuna delle quali è disposta fra l’elemento 8 e un anello 17 (uno solo mostrato nella figura), ciascuno dei quali è interposto a sua volta fra la molla 16 e il pistone 4. Ciascuna molla 16 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 15 e il rispettivo elemento intermedio 15 a contatto dell’anello poligonale 14 tramite il rispettivo pistone 4.

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

L’anello poligonale 14 è, di fatto, un manicotto attraversato, coassialmente all’asse A3, dalla sede 13 interna circolare e provvisto radialmente sull’esterno di tre facce piane 18 (una sola mostrata nella figura), ciascuna delle quali è affacciata a una rispettiva camera di compressione 3 e si muove parallelamente a se stessa lungo un’orbita circolare attorno all’asse A2.

Secondo una delle principali caratteristiche del trovato, l’albero 9 è direttamente accoppiato con le sedi 10,11 di rotazione del corpo pompa 2 e 13 dell’anello poligonale 14 mediante rispettive superfici 19,20 e 21 di strisciamento portate angolarmente solidali (ovvero in modo da ruotare solidalmente) dall’albero 9 stesso e rivestite, ciascuna, di uno strato di copertura o rivestimento 22 realizzato in un materiale a basso coefficiente di attrito, che è stato ancorato solidale alla rispettiva superficie di strisciamento 19,20,21 con qualsiasi metodo noto ai tecnici del ramo (deposizione al plasma, electron sputtering, eccetera).

In particolare, le superfici 19,20 e 21, che sono superfici laterali cilindriche esterne di rispettive porzioni di supporto 23 e 24 e della porzione intermedia eccentrica 12 dell’albero 9, rispettivamente, sono interamente rivestite, ciascuna, con uno strato di copertura (rivestimento) 22 ad esse solidale costituito da lubrificanti solidi (SLC) di qualsiasi tipo noto nella tecnica.

Più in dettaglio i rivestimenti o strati di copertura 22 sono realizzati, ciascuno, in un materiale scelto nel gruppo costituito da: solfuro di molibdeno, grafite, PTFE (politetrafluoroetilene), materiali a basso attrito a base di silicio quali silani o silossani funzionalizzati; e loro combinazioni. Ovviamente, l’elenco di preferiti materiali sopra fornito non è limitativo e qualsiasi altro materiale, ancorché diverso ma di caratteristiche fisico-chimiche equivalenti, può essere utilizzato nell’ambito della presente invenzione.

Come indicato in precedenza, il corpo pompa 2 è realizzato mediante assemblaggio a pacco di più elementi 6,7,8, in cui l’elemento 8 è definito da almeno una testata nella quale è ricavata la camera di compressione 3, ed è serrato a pacco tra una coppia di opposti elementi 6,7, dei quali almeno l’elemento 6 dotato della sede 10 impegnata dalla porzione 23 dell’albero 9 è conformato a flangia ed è realizzato di preferenza in alluminio o lega di alluminio o, più in generale, in una lega leggera.

Le sedi 10,11 ricavate negli elementi 6 e 7 per ricevere in rotazione le opposte porzioni di supporto 23,24, rispettivamente, dell’albero 9 comprendendo rispettivi fori 25,26, coassiali con l’asse A2, ricavati attraverso gli elementi 6,7 che serrano a pacco la testata 8. Essendo l’elemento 6 ricavato in un materiale tenero, quale l’alluminio, la sede di rotazione 10 per l’albero 9 è definita da una superficie laterale interna, cilindrica, di una boccola 27 in acciaio piantata ad interferenza nel foro 25, passante, dell’elemento 6, per cui la sede 10 comprende il foro 25 e la boccola 27, mentre la sede 11 comprende solo il foro 26.

Inoltre, secondo un altro aspetto del trovato, almeno la superficie di strisciamento 20 portata angolarmente solidale dall’albero 9 e destinata ad accoppiarsi con la sede 11 di rotazione del corpo pompa 2 è costituita dalla superficie laterale esterna, cilindrica, di una boccola 28, di rinforzo, piantata ad interferenza sulla porzione 24 dell’albero 9, angolarmente solidale al medesimo e rivestita di uno strato di copertura 22 realizzato in un materiale a basso coefficiente di attrito.

Viceversa, la superficie di strisciamento 19 è costituita direttamente dalla superficie laterale esterna cilindrica dell’albero 9, nella fattispecie della porzione 23 dello stesso, direttamente rivestita per la sua interezza da un rivestimento o strato di copertura 22 realizzato in un materiale a basso coefficiente di attrito; pertanto la superficie laterale esterna 19 dell’albero 9 risulta direttamente accoppiata con la rispettiva sede 10 di rotazione del corpo pompa 2. Similmente, anche la superficie di strisciamento 21 è costituita direttamente dalla superficie laterale esterna cilindrica della porzione intermedia eccentrica 12 dell’albero 9, rivestita con uno strato o rivestimento 22 e risulta pertanto direttamente accoppiata con la sede 13 dell’anello poligonale 14 attraverso il relativo strato 22.

Sulla base di quanto descritto risulta evidente che la presente invenzione si estende anche ad un metodo per effettuare l’accoppiamento in rotazione di un albero, quale l’albero 9, di una pompa a pistoni 1 quale quella illustrata con le rispettive sedi di rotazione 10,11 e 13 per l’albero 9 ricavate nel corpo pompa 2 e nell’anello poligonale 14, comprendente le fasi di:

- rivestire rispettive superfici di strisciamento 19,20,21 portate angolarmente solidali dall’albero 9 e costituite indifferentemente dalle superfici laterali esterne dello stesso o da superfici laterali di boccole (quale la 28) montate sull’albero 9, purché calettate solidali allo stesso, con uno strato di copertura 22 realizzato in un materiale a basso coefficiente di attrito ancorato solidale alla rispettiva superficie di strisciamento 19,20 e 21, a sua volta destinata ad accoppiare con la sede 10,11 e 13, rispettivamente; e

- accoppiare direttamente gli strati 22 di copertura realizzati in un materiale a basso coefficiente di attrito con le sedi di rotazione 10,11 e 13, di modo che queste cooperino a strisciamento, in uso, con le superfici 19,20 e 21 con l’interposizione di uno strato 22 per ciascuna superficie 19,20 e 21.

Claims (8)

1. RIVENDICAZIONI 1. Pompa a pistoni (1) per alimentare combustibile, preferibilmente gasolio, a un motore a combustione interna, comprendente un corpo pompa (2); una camera di compressione (3) ricavata nel corpo pompa; un pistone (4) mobile di moto alternato nella camera di compressione lungo un primo asse (A1); e un meccanismo di trasmissione (5) per azionare il pistone e comprendente un albero girevole (9) attorno ad un secondo asse (A2), accoppiato in rotazione con rispettive sedi (10,11) del corpo pompa e presentante una porzione intermedia (12), eccentrica, accoppiata in rotazione in una sede passante (13), radialmente interna, di un anello poligonale (14) operativamente associato con il pistone; caratterizzata dal fatto che l’albero (9) è direttamente accoppiato con le sedi di rotazione (10,11; 13) del corpo pompa (2) e dell’anello poligonale (14) mediante rispettive superfici di strisciamento (19,20; 21) portate angolarmente solidali dallo stesso e rivestite, ciascuna, di un rivestimento o strato (22) di copertura realizzato in un materiale a basso coefficiente di attrito ancorato solidale alla rispettiva superficie di strisciamento.
2. 2. Pompa secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che dette superfici di strisciamento (19,20;21) sono rivestite con uno strato di copertura (22) ad esse solidale costituito da lubrificanti solidi (SLC).
3. 3. Pompa secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzata dal fatto che detti strati di copertura (22) sono realizzati in un materiale scelto nel gruppo costituito da: solfuro di molibdeno, grafite, PTFE, silani o silossani funzionalizzati e loro combinazioni.
4. 4. Pompa secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che il corpo pompa (2) è realizzato mediante assemblaggio a pacco di più elementi, in particolare almeno una testata (8) nella quale è ricavata la camera di compressione, serrata a pacco tra una coppia di opposti elementi (6,7), dei quali almeno un primo (6) conformato a flangia; dette sedi di rotazione (10,11) per rispettive opposte porzioni di supporto (23,24) dell’albero comprendendo rispettivi fori (25,26), coassiali con detto secondo asse (A2), ricavati attraverso detti elementi (6,7) che serrano a pacco la testata (8).
5. 5. Pompa secondo la rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto che detto primo elemento (6) conformato a flangia è realizzato in una lega leggera e dal fatto che la rispettiva sua sede di rotazione (10) per l’albero è definita da una superficie laterale interna, cilindrica, di una boccola (27) in acciaio piantata in un foro passante (25) del primo elemento.
6. 6. Pompa secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che almeno una prima (20) di dette superfici di strisciamento portate angolarmente solidali dall’albero (9) e destinata ad accoppiarsi con una detta sede di rotazione (11) del corpo pompa è costituita dalla superficie laterale esterna, cilindrica, di una boccola (28) piantata ad interferenza su una prima porzione (24) dell’albero, angolarmente solidale al medesimo e rivestita di un detto strato (22) di copertura realizzato in un materiale a basso coefficiente di attrito.
7. 7. Pompa secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che almeno una seconda (19;21) di dette superfici di strisciamento portate angolarmente solidali dall’albero (9) è costituita da una superficie laterale esterna cilindrica dell’albero, direttamente rivestita per la sua interezza da un detto strato di copertura (22) realizzato in un materiale a basso coefficiente di attrito e direttamente accoppiata con la rispettiva sede (10;13) di rotazione del corpo pompa (2) e/o dell’anello poligonale (14).
8. 8. Metodo per effettuare l’accoppiamento in rotazione di un albero (9) di una pompa a pistoni (1) per alimentare combustibile, preferibilmente gasolio, a un motore a combustione interna, con rispettive sedi di rotazione (13; 10,11) per l’albero ricavate in un anello poligonale (14) operativamente associato con un pistone mobile lungo un primo asse (A1) e in un corpo pompa (2) per il supporto dell’albero su un secondo asse (A2); caratterizzato dal fatto che di comprendere le fasi di: - rivestire rispettive superfici di strisciamento (19,20; 21) portate angolarmente solidali dall’albero ed adatte ad accoppiare con dette sedi di rotazione (10,11; 13) del corpo pompa (2) e dell’anello poligonale (14) con uno strato di copertura (22) realizzato in un materiale a basso coefficiente di attrito ancorato solidale alla rispettiva superficie di strisciamento; e - accoppiare direttamente detti strati di copertura (22) realizzati in un materiale a basso coefficiente di attrito con le sedi (10,11;13) di rotazione.