ITMI20090821A1

ITMI20090821A1 - MONOPAL PUMP

Info

Publication number: ITMI20090821A1
Application number: IT000821A
Authority: IT
Inventors: Rango Alessandra De; Biundo Giuseppe Lo; Carlo Pachetti; Angelo Pancotti
Original assignee: O M P Officine Mazzocco Pagnoni S R L
Priority date: 2009-05-13
Filing date: 2009-05-13
Publication date: 2010-11-14
Also published as: WO2010131103A2; EP2430290B1; EP2430290A2; WO2010131103A3; IT1399349B1

Description

Titolo: Pompa monopaletta Title: Single vane pump

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DESCRIZIONE DESCRIPTION

La presente invenzione riguarda una pompa monopaletta. The present invention relates to a single vane pump.

In particolare, l'invenzione riguarda una pompa a vuoto (depressore) monopaletta per un motore per autoveicoli, tale pompa a vuoto essendo destinata a creare una determinata depressione per l'attivazione ed il funzionamento di particolari utenze previste nell'autoveicolo, quale ad esempio il servofreno di un impianto frenante. In particular, the invention relates to a single vane vacuum pump (depressor) for a motor vehicle engine, this vacuum pump being designed to create a certain depression for the activation and operation of particular utilities provided in the motor vehicle, such as for example the brake booster of a braking system.

Nel seguito della presente descrizione si farÃ riferimento, in particolare, ad un depressore, essendo comunque inteso che quanto detto vale piÃ¹ in generale anche per pompe di tipo differente. In the following of the present description reference will be made, in particular, to a vacuum pump, it being understood however that what has been said more generally also applies to pumps of different types.

Generalmente, un depressore monopaletta comprende uno statore, una camera definita all'interno dello statore, un rotore montato all'interno della camera ed una paletta montata su una scanalatura diametrale di detto rotore e libera di scorrere in tale scanalatura. Generally, a single-blade depressor comprises a stator, a chamber defined inside the stator, a rotor mounted inside the chamber and a blade mounted on a diametrical groove of said rotor and free to slide in said groove.

Il rotore Ã ̈ montato eccentrico nella camera ed Ã ̈ tangente in un punto alla superficie perimetrale della camera. Tale superficie perimetrale ha - in un piano perpendicolare all'asse di rotazione del rotore - una forma sostanzialmente ellittica. The rotor is mounted eccentrically in the chamber and is tangent at one point to the perimeter surface of the chamber. This perimeter surface has - in a plane perpendicular to the rotation axis of the rotor - a substantially elliptical shape.

La rotazione del rotore impone alla paletta un moto di rotazione attorno all'asse di rotazione del rotore ed un moto di traslazione all'interno della scanalatura diametrale, in modo tale che le contrapposte estremitÃ libere della paletta risultano in contatto strisciante sulla superficie perimetrale della camera, tipicamente con un fattore di carico molto elevato. Il valore del fattore di carico risulta elevato sin da valori bassi di velocitÃ di rotazione del rotore, a causa dell'elevato valore del raggio istantaneo di lavoro della paletta. The rotation of the rotor imposes a rotational motion on the blade around the rotor rotation axis and a translation motion inside the diametral groove, so that the opposing free ends of the blade are in sliding contact on the perimeter surface of the chamber. , typically with a very high load factor. The value of the load factor is high even from low values of rotor rotation speed, due to the high value of the instantaneous working radius of the blade.

Pertanto, un depressore monopaletta strutturato nel modo piÃ¹ sopra schematicamente descritto presenta l'inconveniente di essere poco adatto ad operare a velocitÃ di rotazione elevate, a causa della eccessiva usura in corrispondenza delle contrapposte estremitÃ libere della paletta. In altre parole, l'affidabilitÃ del depressore monopaletta descritto sopra diventa critica quando il rotore viene fatto girare ad una velocitÃ di La Richiedente ha riscontrato che il suddetto inconveniente si ha in particolare nei depressori monopaletta in cui il rotore Ã ̈ trascinato direttamente dall'albero motore del motore dell'autoveicolo. Tale inconveniente impedisce sostanzialmente che il rotore del suddetto depressore monopaletta possa essere trascinato da un albero controrotante di equilibramento del motore dell'<â€™>autoveicolo, dove si verificherebbe una ulteriore moltiplicazione del numero di giri del motore. Therefore, a single-blade depressor structured in the manner schematically described above has the drawback of being unsuitable for operating at high rotation speeds, due to excessive wear at the opposite free ends of the blade. In other words, the reliability of the single-blade depressor described above becomes critical when the rotor is rotated at a speed of The Applicant has found that the aforementioned drawback occurs in particular in single-blade depressors in which the rotor is driven directly by the shaft. motor vehicle engine. This drawback substantially prevents the rotor of the aforesaid single-blade depressor from being driven by a counter-rotating balancing shaft of the motor vehicle engine, where a further multiplication of the number of engine revolutions would occur.

II problema tecnico che sta alla base della presente invenzione Ã ̈ quello di superare, o quanto meno attenuare, gli inconvenienti piÃ¹ sopra menzionati con riferimento alla tecnica nota. The technical problem underlying the present invention is that of overcoming, or at least mitigating, the drawbacks mentioned above with reference to the known art.

La presente invenzione riguarda pertanto una pompa monopaletta, in particolare un depressore per un motore per autoveicoli, avente le caratteristiche recitate nella rivendicazione 1. The present invention therefore relates to a single vane pump, in particular a depressor for a motor vehicle engine, having the characteristics recited in claim 1.

Caratteristiche preferite sono recitate nelle altre rivendicazioni . Preferred features are recited in the other claims.

Nella presente domanda di brevetto, per cardioide si intende la curva matematica descritta da un punto di una circonferenza che rotola senza scivolamenti all'esterno di una seconda circonferenza avente lo stesso raggio. Detto R il raggio della circonferenza, l'equazione in coordinate polari (p, Î ̃) della cardioide Ã ̈ : In the present patent application, by cardioid is meant the mathematical curve described by a point of a circumference that rolls without slipping outside a second circumference having the same radius. Given R the radius of the circumference, the equation in polar coordinates (p, Î ̃) of the cardioid is:

p = 2R (1 cos Î ̃). p = 2R (1 cos Î ̃).

Vantaggiosamente, la Richiedente ha riscontrato che la pompa monopaletta secondo l'invenzione puÃ² essere utilizzata senza inconvenienti nelle applicazioni in cui il rotore Ã ̈ trascinato ad una velocitÃ di rotazione elevata, perchÃ ̈ le contrapposte estremitÃ libere della paletta rimangono sempre tangenti alla superficie perimetrale della camera senza che si abbia strisciamento. Di conseguenza sono estremamente limitati i problemi di usura delle estremitÃ della paletta, che viceversa sono sempre presenti nei depressori monopaletta della tecnica nota, in misura piÃ¹ o meno elevata a seconda delle soluzioni. Advantageously, the Applicant has found that the single vane pump according to the invention can be used without drawbacks in applications in which the rotor is driven at a high rotation speed, because the opposite free ends of the vane always remain tangent to the perimeter surface of the room without creep. Consequently, the problems of wear of the ends of the blade are extremely limited, which vice versa are always present in single-blade depressors of the known art, to a greater or lesser extent depending on the solutions.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno meglio dalla seguente descrizione dettagliata di una sua forma di realizzazione preferita, fatta con riferimento ai disegni allegati e data a titolo indicativo e non limitativo. In tali disegni: Further characteristics and advantages of the present invention will become clearer from the following detailed description of a preferred embodiment thereof, made with reference to the attached drawings and given by way of non-limiting example. In such drawings:

- la figura 1 Ã ̈ una vista schematica in pianta dall'alto di un depressore monopaletta secondo la presente invenzione, sprovvisto di un coperchio superiore per mostrare la camera dello statore; - figure 1 is a schematic top plan view of a single-blade depressor according to the present invention, without an upper cover to show the stator chamber;

- la figura 2 Ã ̈ una vista schematica in alzata laterale di una sezione, presa secondo il piano di traccia II - II, del depressore della figura 1, provvisto del suddetto coperchio superiore; - figure 2 is a schematic side elevation view of a section, taken along the plane of line II - II, of the depressor of figure 1, provided with the aforesaid upper cover;

- la figura 3 Ã ̈ uno schema di un segmento AB le cui estremitÃ descrivono una cardioide; - figure 3 is a diagram of an AB segment whose ends describe a cardioid;

- la figura 4 Ã ̈ una vista schematica in pianta dall'alto del depressore monopaletta di figura 1, in cui Ã ̈ evidenziato un confronto tra la cilindrata di un depressore monopaletta secondo la tecnica nota (zona a singolo tratteggio) e della cilindrata del depressore dell'invenzione (zona a singolo tratteggio e zona a doppio tratteggio); - figure 4 is a schematic top plan view of the single-flap depressor of figure 1, which shows a comparison between the displacement of a single-flap depressor according to the known technique (single-hatched area) and the displacement of the depressor of the invention (single-hatched area and double-hatched area);

- la figura 5 Ã ̈ una vista schematica prospettica, in esploso, del depressore monopaletta della figura 1. - figure 5 is an exploded perspective schematic view of the single-blade depressor of figure 1.

Con riferimento iniziale alle figure 1, 2, 4 e 5, viene mostrato un depressore monopaletta, in particolare per un motore per autoveicoli, in accordo con l'invenzione ed indicato complessivamente con 10. With initial reference to figures 1, 2, 4 and 5, a single-blade depressor is shown, in particular for an engine for motor vehicles, in accordance with the invention and indicated as a whole with 10.

Il depressore 10 comprende uno statore 11 in cui Ã ̈ definita una camera 20. Un rotore 14 Ã ̈ montato nella camera 20 ed Ã ̈ girevole attorno ad un primo asse di rotazione 0-0. Una paletta 12 Ã ̈ montata sul rotore 14 e ha contrapposte estremitÃ libere 22, 24 a contatto con una superficie perimetrale llb di detta camera 20. The depressor 10 comprises a stator 11 in which a chamber 20 is defined. A rotor 14 is mounted in the chamber 20 and is rotatable about a first axis of rotation 0-0. A vane 12 is mounted on the rotor 14 and has opposite free ends 22, 24 in contact with a perimeter surface 11b of said chamber 20.

La superficie perimetrale llb ha, in un piano perpendicolare al primo asse di rotazione 0-0, sostanzialmente la forma di una cardioide definita come descritto piÃ¹ sotto. The perimeter surface 11b has, in a plane perpendicular to the first axis of rotation 0-0, substantially the shape of a cardioid defined as described below.

La paletta 12 comprende una porzione rettilinea 26 di prefissata lunghezza L (tratto A-B in figura 1) e contrapposte porzioni di estremitÃ 27, 28 a sezione sostanzialmente semicircolare, aventi un prefissato raggio r e rispettivi centri in A e B. Nell'esempio delle figure, la porzione rettilinea 26 della paletta 12 ha spessore uguale al doppio del prefissato raggio r delle porzioni 27, 28. The vane 12 comprises a rectilinear portion 26 of predetermined length L (section A-B in Figure 1) and opposing end portions 27, 28 with a substantially semicircular section, having a predetermined radius r and respective centers at A and B. In the example of the figures, the rectilinear portion 26 of the blade 12 has a thickness equal to twice the predetermined radius r of the portions 27, 28.

La paletta 12 Ã ̈ girevolmente collegata al rotore 14 in corrispondenza della sua mezzeria longitudinale tramite un perno 15 che ha asse di infulcramento P-P parallelo all'asse di rotazione 0-0. La distanza tra l'asse di infulcramento P-P e l'asse di rotazione 0-0 definisce una eccentricitÃ uguale ad un quarto della lunghezza L della porzione rettilinea 26 della paletta 12. The vane 12 is rotatably connected to the rotor 14 at its longitudinal centerline by means of a pin 15 which has a pivoting axis P-P parallel to the rotation axis 0-0. The distance between the pivoting axis P-P and the rotation axis 0-0 defines an eccentricity equal to one quarter of the length L of the rectilinear portion 26 of the vane 12.

Il depressore 10 comprende un ulteriore rotore 13 alloggiato anch'esso all'interno della camera 20 ed avente una incavatura diametrale 30 di scorrimento della paletta 12. Il rotore 13 Ã ̈ girevole attorno ad un asse di rotazione M-M parallelo all'asse di rotazione 0-0. La distanza tra l'asse di rotazione 0-0 e l'asse di rotazione M-M Ã ̈ uguale alla suddetta eccentricitÃ , cioÃ ̈ uguale ad un quarto della lunghezza L della porzione rettilinea 26 della paletta 12. The depressor 10 comprises a further rotor 13 also housed inside the chamber 20 and having a diametrical groove 30 for sliding the blade 12. The rotor 13 is rotatable around an axis of rotation M-M parallel to the axis of rotation 0 -0. The distance between the rotation axis 0-0 and the rotation axis M-M is equal to the aforementioned eccentricity, that is, equal to a quarter of the length L of the rectilinear portion 26 of the vane 12.

Il rotore 14 e il rotore 13 sono selettivamente comandabili in rotazione. Il rotore che Ã ̈ comandato in rotazione trascina in rotazione l'altro rotore. The rotor 14 and the rotor 13 are selectively controllable in rotation. The rotor which is controlled in rotation drives the other rotor in rotation.

Il cinematismo del depressore monopaletta 10 appena descritto Ã ̈ schematizzato nella figura 3. In tale figura, il segmento AB (che corrisponde alla porzione rettilinea 26 di lunghezza L della paletta 12) Ã ̈ incernierato nel punto P, mezzeria del segmento AB, ed Ã ̈ obbligato a scorrere all'interno di una slitta S (che corrisponde all'incavatura diametrale 30 del rotore 13) ruotante intorno a M (corrispondente all'asse di rotazione M-M del rotore 13). The kinematics of the single-blade depressor 10 just described is schematized in figure 3. In this figure, the segment AB (which corresponds to the rectilinear portion 26 of length L of the blade 12) is hinged in the point P, center line of the segment AB, and Ã It is forced to slide inside a slide S (which corresponds to the diametrical recess 30 of the rotor 13) rotating around M (corresponding to the axis of rotation M-M of the rotor 13).

Se il punto P (corrispondente all'asse di infulcramento P-P del depressore 10) viene posto in rotazione intorno a 0 (corrispondente all'asse di rotazione 0-0 del rotore 14) su una circonferenza di raggio OP, Ã ̈ geometricamente dimostrato che le due estremitÃ del segmento AB descrivono una cardioide Ila quando sono rispettati i seguenti rapporti dimensionali: If the point P (corresponding to the pivoting axis P-P of the depressor 10) is rotated around 0 (corresponding to the rotation axis 0-0 of the rotor 14) on a circumference with radius OP, it is geometrically proved that the two ends of the segment AB describe a cardioid Ila when the following dimensional ratios are respected:

L = AB L = AB

OM = OP = L/4 OM = OP = L / 4

PA = PB = L/2 PA = PB = L / 2

Detto p = MP PA = MA e Î ̃ l'angolo formato tra un asse verticale Y e il segmento MA, si ha che: Said p = MP PA = MA and Î ̃ the angle formed between a vertical axis Y and the segment MA, we have that:

p = L/2 (1 cos0) p = L / 2 (1 cos0)

che risulta essere proprio l'espressione matematica di una cardioide in coordinate polari (p, Î ̃). which turns out to be the mathematical expression of a cardioid in polar coordinates (p, Î ̃).

Le porzioni di estremitÃ 27, 28 a sezione sostanzialmente semicircolare della paletta 12 corrispondono, nello schema della figura 3, alle due circonferenze di raggio r e centro A e B. Quando i punti A e B descrivono la cardioide Ila, le suddette circonferenze di raggio r e centro A e B rimangono tangenti, in tutti i punti, ad una cardioide omotetica piÃ¹ esterna. La superficie periferica llb della camera 20 del depressore 10 ha il profilo di quest'ultima cardioide omotetica. In figura 1 Ã ̈ indicata, insieme alla cardioide della superficie periferica llb, anche la cardioide Ila. The end portions 27, 28 with a substantially semicircular section of the blade 12 correspond, in the diagram of Figure 3, to the two circumferences of radius r and center A and B. When points A and B describe the cardioid 11a, the aforementioned circumferences of radius r and center A and B remain tangent, at all points, to an outermost homothetic cardioid. The peripheral surface 11b of the chamber 20 of the depressor 10 has the profile of the latter homothetic cardioid. Figure 1 shows, together with the cardioid of the peripheral surface llb, also the cardioid Ila.

In altre parole, le due circonferenze di raggio r e centro A e B, nella rotazione del segmento AB con i vincoli geometrici sopra indicati in riferimento alla figura 3, restano sempre tangenti ad una cardioide (indicata con llb nella figura 1) che Ã ̈ ottenuta traslando omoteticamente la cardioide Ila di una entitÃ uguale ad r, tale entitÃ essendo presa sulla normale alla tangente in ogni punto della cardioide Ila. In other words, the two circumferences of radius r and center A and B, in the rotation of the segment AB with the geometric constraints indicated above with reference to Figure 3, always remain tangent to a cardioid (indicated with llb in Figure 1) which is obtained homothetically translating the cardioid Ila by an entity equal to r, this entity being taken on the normal to the tangent at each point of the cardioid Ila.

Per quanto riguarda i rotori 13, 14 del depressore 10, lo schema del cinematismo della figura 3 mostra che, imponendo al segmento OP (che corrisponde al raggio del rotore 14 del depressore 10) una velocitÃ di rotazione di n giri, la slitta S (che corrisponde all'incavatura diametrale 30 del rotore 13 del depressore 10) Ã ̈ posta in rotazione - attraverso il segmento AB - con una velocitÃ di rotazione uguale a n/2. As regards the rotors 13, 14 of the depressor 10, the diagram of the kinematics of Figure 3 shows that, by imposing on the segment OP (which corresponds to the radius of the rotor 14 of the depressor 10) a rotation speed of n revolutions, the slide S ( which corresponds to the diametrical recess 30 of the rotor 13 of the depressor 10) is set in rotation - through the segment AB - with a rotation speed equal to n / 2.

Viceversa, imponendo alla slitta S una velocitÃ di rotazione di n giri, il segmento AB viene posto in rotazione e il segmento OP ruota con una velocitÃ uguale a 2n. Vice versa, by imposing on the slide S a rotation speed of n revolutions, the segment AB is set in rotation and the segment OP rotates with a speed equal to 2n.

Inoltre, nel depressore 10 secondo l'invenzione, la paletta 12 genera - nella sua rotazione - un volume variabile di prefissata cilindrata, nel caso in cui il moto sia imposto dal rotore 14, e di cilindrata doppia, nel caso in cui il moto sia imposto dal rotore 13. Furthermore, in the depressor 10 according to the invention, the vane 12 generates - in its rotation - a variable volume of predetermined displacement, in the case in which the motion is imposed by the rotor 14, and of double displacement, in the case in which the motion is imposed by the rotor 13.

La cilindrata specifica (ossia la cilindrata per unitÃ di altezza) del depressore 10 secondo l'invenzione, a paritÃ di ingombro esterno, Ã ̈ superiore di circa il 50% rispetto alla cilindrata specifica di un depressore monopaletta della tecnica nota. The specific displacement (ie the displacement per unit of height) of the depressor 10 according to the invention, with the same external dimensions, is about 50% higher than the specific displacement of a single-vane depressor of the known art.

Il confronto tra la cilindrata del depressore dell'invenzione e quella di un depressore monopaletta della tecnica nota, avente uguale ingombro esterno, viene rappresentato in figura 4, in cui la zona J con doppio tratteggio indica il guadagno (circa il 50% in piÃ¹) di cilindrata specifica del depressore dell'invenzione rispetto a quella del depressore della tecnica nota (che corrisponde alla zona K indicata in tratteggio singolo). The comparison between the displacement of the depressor of the invention and that of a single-blade depressor of the known art, having the same external dimensions, is shown in figure 4, in which the zone J with double hatching indicates the gain (about 50% more) of specific displacement of the depressor of the invention with respect to that of the depressor of the known art (which corresponds to the zone K indicated in single dashed line).

Come si vede in figura 4, un importante vantaggio del depressore dell'invenzione Ã ̈ legato al fatto che il secondo rotore 13 Ã ̈ estremamente piÃ¹ piccolo rispetto all'unico rotore del depressore monopaletta della tecnica nota, rendendo disponibile ai fini della cilindrata quasi la totalitÃ della camera del depressore. As can be seen in Figure 4, an important advantage of the depressor of the invention is linked to the fact that the second rotor 13 is extremely smaller than the single rotor of the single-vane depressor of the known art, making available for the purposes of displacement almost the totality of the depressor chamber.

Un altro vantaggio del depressore dell'invenzione Ã ̈ che, nel funzionamento, essendo la velocitÃ periferica di strisciamento perno-paletta estremamente bassa (il diametro del perno 15 Ã ̈ infatti molto piccolo), tutti i carichi dinamici si scaricano sulla coppia cinematica formata da perno 15 e paletta 12 con un fattore di carico estremamente basso. Another advantage of the depressor of the invention is that, in operation, being the peripheral pin-blade sliding speed extremely low (the diameter of the pin 15 is in fact very small), all the dynamic loads are discharged on the kinematic pair formed by pin 15 and vane 12 with an extremely low load factor.

Inoltre, il depressore dell'invenzione puÃ² vantaggiosamente ricevere il moto sia dal rotore 14 che dal rotore 13, generando rispettivamente la prefissata cilindrata o una cilindrata doppia, e quindi si adatta ottimamente sia nelle applicazioni ad alto numero di giri sia in quelle a basso numero di giri, rispettivamente prendendo il moto dal rotore 14 o dal rotore 13. Furthermore, the depressor of the invention can advantageously receive the motion both from the rotor 14 and from the rotor 13, generating respectively the predetermined displacement or a double displacement, and therefore is optimally suited to both high-speed and low-speed applications. of revolutions, respectively taking the motion from the rotor 14 or from the rotor 13.

Un ulteriore vantaggio del depressore dell'invenzione Ã ̈ legato al fatto che, avendo una cilindrata specifica piÃ¹ grande di quella dei depressori tradizionali, quando il moto Ã ̈ sul secondo rotore 13, il depressore puÃ² avere un ingombro piÃ¹ piccolo a paritÃ di cilindrata . A further advantage of the vacuum pump of the invention is linked to the fact that, having a larger specific displacement than that of traditional vacuum pumps, when the motion is on the second rotor 13, the vacuum pump can have a smaller overall dimensions for the same displacement.

Ovviamente un tecnico del ramo, allo scopo di soddisfare specifiche e contingenti esigenze, potrÃ apportare numerose modifiche e varianti al depressore monopaletta sopra descritto, tutte peraltro contenute nell'ambito di protezione della presente invenzione quale definito dalle seguenti rivendicazioni. Obviously, a person skilled in the art, in order to satisfy specific and contingent needs, can make numerous modifications and variations to the single-flap depressor described above, all of which are however contained within the scope of protection of the present invention as defined by the following claims.

Claims

CLAIMS 1. Single vane pump (10), in particular for a motor vehicle engine, comprising: - a stator (11) in which a chamber (20) is defined; - a first rotor (13) mounted in said chamber (20) and rotatable about a first rotation axis (M-M); - a blade (12) mounted slidingly in a diametrical recess (30) of said first rotor (13) and having a rectilinear portion (26) of predetermined length (L) and opposite free ends (22, 24) in contact with a surface perimeter (11b) of said chamber (20); characterized in that it comprises a second rotor (14) mounted in said chamber (20) and rotatable around a second axis of rotation (0-0) parallel to the first axis of rotation (M-M), the blade (12) being connected to the second rotor (14) at its longitudinal centerline and being rotatable around a pivoting axis (P-P) parallel to the first rotation axis (M-M), the distance between the first rotation axis (M-M) and the second axis of rotation rotation (0-0) and between the pivoting axis (P-P) and the first rotation axis (M-M) being equal to a quarter of the predetermined length (L) of the rectilinear portion (26) of the vane (12), the surface perimeter (11b) of said chamber (20) having, in a plane perpendicular to the first axis of rotation (M-M), a cardioid shape which substantially coincides with the cardioid defined by the opposite free ends (22, 24) of the blade (12) during the rotation of the first rotor (13) and of the second rot hours (14).

2. Single vane pump (10) according to claim 1, in which the opposite free ends (22, 24) of the vane (12) are defined on opposite end portions (27, 28) having a substantially semicircular section with a predetermined radius (r) .

Single vane pump (10) according to claim 1 or 2, wherein the first (13) and the second rotor (14) are selectively controllable in rotation, the rotor driven into rotation by driving the non-driven rotor into rotation.

Single vane pump (10) according to any one of the preceding claims, wherein said pump is a depressor (10).