ITMI20091659A1 - Pompa di alta pressione - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

?POMPA DI ALTA PRESSIONE?

La presente invenzione ? relativa ad una pompa di alta pressione.

In particolare, la presente invenzione ? relativa ad una pompa di alta pressione per alimentare combustibile ad un motore a combustione interna, in particolare per alimentare combustibile ad alta pressione ad un collettore di alimentazione (non illustrato e comunemente noto come ?common rail?) collegato al motore tramite una pluralit? di iniettori (non illustrati).

La pompa di alta pressione della presente invenzione ? del tipo comprendente un corpo pompa; una valvola di mandata ricavata nel corpo pompa e comprendente una sede, la quale presenta un asse longitudinale ed ? provvista di un ingresso assiale per un fluido in pressione e di una uscita radiale per il detto fluido, ed un otturatore mobile assialmente lungo la sede tra una posizione chiusa, in cui l?otturatore chiude l?ingresso, ed una posizione aperta, in cui l?otturatore permette una comunicazione fra l?ingresso e l?uscita.

Una valvola di mandata del tipo sopra specificato soffre, in alcune particolari condizioni di lavoro, dell?inconveniente di tendere a rimanere aperta quando la pompa passa da una fase di compressione ad una fase di aspirazione. La tendenza della valvola di mandata a rimanere aperta durante la fase di aspirazione ? dovuta al fatto che, durante la fase di compressione, l?otturatore ? soggetto a delle forze idrauliche radiali elevate che lo fanno ruotare intorno al proprio asse, e il verso di tali forze non cambia con la direzione del flusso, per cui, in fase di aspirazione, tali forze in determinate condizioni di funzionamento sono tali da riuscire a impedirne la chiusura all?inizio della fase di aspirazione indipendentemente dalla direzione del flusso del combustibile.

Scopo della presente invenzione ? di fornire una pompa di alta pressione del tipo sopra specificato, la quale sia priva dell?inconveniente sopra descritto.

Secondo la presente invenzione viene fornita una pompa di alta pressione secondo quanto licitato nella rivendicazione 1 e, preferibilmente, in una qualsiasi delle rivendicazioni successive dipendenti direttamente o indirettamente dalla rivendicazione 1.

L?invenzione verr? ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano alcuni esempi di attuazione non limitativi, in cui:

- la figura 1 illustra schematicamente in sezione ed in maniera parziale una preferita forma di attuazione della pompa di alta pressione della presente invenzione;

- la figura 2 illustra schematicamente un diagramma di funzionamento della pompa della figura 1;

- la figura 3 illustra in scala ingrandita un particolare della figura 1; e

- la figura 4 illustra in scala ingrandita ed in sezione una variante del particolare della figura 3.

Nella figura 1, con 1 ? indicata, nel suo complesso, una pompa di alta pressione per alimentare combustibile ad un motore a combustione interna (non illustrato nelle figure allegate), in particolare per alimentare combustibile ad alta pressione ad un collettore di alimentazione (non illustrato e comunemente noto come ?common rail?) collegato al motore tramite una pluralit? di iniettori (non illustrati).

La pompa 1 comprende, in modo noto, un corpo pompa 2, in cui ? ricavata almeno una camera di compressione 3; un pistone 4, che ? alloggiato nella camera di compressione 3; ed un albero 5 a camme, il quale viene azionato, in uso, per spostare alternativamente il pistone 4 lungo la camera di compressione 3 tra un punto morto superiore, nel seguito indicato con la sigla TDC (fig. 2), ed un punto morto inferiore, nel seguito indicato con la sigla BDC (fig. 2), e fare compiere, in questo modo, al pistone 4 un ciclo operativo comprendente una corsa di aspirazione, dal TDC al BDC, ed una corsa di compressione, dal BDC al TDC.

Secondo quanto illustrato nella figura 1, la pompa 1 comprende, inoltre, un condotto 6 di mandata, il quale ? ricavato nel corpo pompa 2 ed ha la funzione di alimentare il combustibile dalla camera di compressione 3 ad un circuito di alta pressione (non illustrato) comprendente, in modo noto, il citato collettore di alimentazione (non illustrato).

Secondo quanto meglio illustrato nella figura 3, la pompa 1 comprende una valvola 7 di mandata ricavata nel corpo pompa 2 lungo il condotto 6 di mandata e comprendente una sede 8, la quale presenta un asse 9 longitudinale ed ? provvista di un ingresso 10 assiale e di una uscita 11 radiale.

La sede 8 ? di forma generalmente cilindrica e comprende due porzioni 12 e 13 coassiali fra loro ed all?asse 9, e di cui la porzione 12 comunica con l?uscita 11 radiale ed ? limitata, ad una propria estremit? opposta a quella comunicante con la porzione 13, da un cono 14 di battuta raccordante la porzione 12 all?ingresso 10, mentre la porzione 13 presenta un diametro superiore a quello della porzione 12 ed ? raccordata alla porzione 12 stessa tramite uno spallamento 15 anulare perpendicolare all?asse 9.

Secondo quanto illustrato nella figura 3, la valvola 7 di mandata comprende un cursore 16, il quale ? montato per scorrere assialmente lungo la sede 8 e comprende un puntone 17, il quale comprende, a sua volta, una porzione intermedia 18 allargata accoppiata in maniera scorrevole alla porzione 12 ed un?appendice 19 assiale, la quale sporge dalla porzione intermedia 18 verso il cono 14.

Il cursore 16 comprende, inoltre, un otturatore 20, il quale ? interposto fra il puntone 17 ed il cono 14 ed ? mobile tra una posizione chiusa (figura 3), in cui l?otturatore 20 chiude l?ingresso 10, ed una posizione aperta, in cui l?otturatore 20 permette la comunicazione dell?ingresso 10 e dell?uscita 11 fra loro.

L?otturatore 20 presenta, dalla parte rivolta verso il cono 14, un forma tale da cooperare, quando nella posizione chiusa, con il cono 14 per interrompere la comunicazione fra l?ingresso 10 e l?uscita 11. Nell?esempio illustrato, la citata forma ? una forma semisferica; alternativamente, secondo una variante non illustrata, la citata forma ? una forma tronco-conica.

Il cursore 16 comprende, infine, una molla 21, la quale ? coassiale all?asse 9, ? calzata da una parte sull?appendice 19 assiale del puntone 17 e dall?altra su una corrispondente appendice 22 assiale dell?otturatore 20 ed ? disposta in posizione sostanzialmente affacciata all?uscita 11, la cui distanza dall?ingresso 10 ? sostanzialmente pari alla lunghezza dell?otturatore 20 ed ?, in ogni caso, tale da non consentire che l?uscita 11 stessa venga chiusa dalla porzione intermedia 18 durante gli spostamenti del puntone 17 lungo la sede 8.

La valvola 7 di mandata comprende un dispositivo attuatore 23 atto ad impartire spostamenti alternativi al puntone 17 lungo la sede 8. Il dispositivo attuatore 23 comprende un albero 24 montato attraverso la porzione 13 della sede 8 per ruotare attorno ad un asse 25 perpendicolare all?asse 9. L?albero 24 ? comandato dall?albero 5 a camme tramite una trasmissione nota e non illustrata.

Secondo una variante non illustrata, il condotto 6 di mandata presenta una forma differente da quella illustrata nella figura 1 in modo da disporre la sede 8 in corrispondenza di un tratto dell?albero 5 a camme. In quest?ultimo caso, l?albero 24 coincide con l?albero 5 a camme.

L?albero 24 presenta una camma 26, la quale agisce su di un rullo 27 di punteria montato su una estremit? del puntone 17; allo scopo di garantire il costante contatto del rullo 27 di punteria con il profilo della camma 26, il puntone 17 presenta, alla propria estremit? portante il rullo 27 di punteria, una flangia 28 disposta lungo la porzione 13 della sede 8, affacciata allo spallamento 15 anulare ed accoppiata allo spallamento 15 anulare stesso tramite l?interposizione di una molla 29 coassiale all?asse 9.

In virt? dell?accoppiamento tra la camma 26 ed il rullo 27, la rotazione dell?albero 24 determina, in uso, lo spostamento assiale del puntone 17 tra una posizione avanzata (figura 3) ed una posizione arretrata e, di conseguenza, la variazione del pre-carico della molla 21 tra una configurazione di pre-carico massimo (figura 3), assunta quando il puntone 17 ? nella posizione avanzata, ed una configurazione di pre-carico minimo (non illustrata), assunta quando il puntone 17 ? nella posizione arretrata.

L?escursione del puntone 17, ossia la distanza tra la posizione avanzata e la posizione arretrata, ? pari ad un valore E massimo dell?eccentricit? della camma 26, il profilo della quale ? disegnato in modo tale da ridurre il pi? possibile il tempo di transizione da una all?altra delle citate posizioni.

Preferibilmente, il tempo di transizione sopra citato ? pari a quello impiegato dall?albero 5 a camme a compiere una rotazione di 5? e il valore E ? di 0,5-0,6 mm.

Il funzionamento della pompa 1 verr? nel seguito descritto con riferimento alle figure 2 e 3, a partire dalla condizione operativa in cui, al termine di una fase di aspirazione del combustibile, il pistone 4 ha raggiunto il punto morto inferiore (BDC), l?otturatore 20 ? nella posizione chiusa ed occlude l?ingresso 10, ed il puntone 17 ? nella posizione avanzata.

A questo proposito si precisa che, nella figura 2, lo spessore della linea del diagramma ? indicativo della posizione del solo puntone 17 e non di quella dell?otturatore 20; in particolare, la parte del diagramma tracciata con linea spessa indica il periodo nel quale il puntone 17 ? nella posizione avanzata e la parte del diagramma tracciata con linea sottile indica il periodo nel quale il puntone 17 ? nella posizione arretrata.

A questo punto il pistone 4 viene spostato dall?albero 5 a camme verso il TDC dando inizio alla fase di compressione del combustibile all?interno della camera di compressione 3. Poco dopo che il pistone 4 ha abbandonato il BDC, la camma 26 comanda lo spostamento del puntone 17 nella posizione arretrata facendo assumere, di conseguenza, alla molla 21 la configurazione di pre-carico minimo.

Non appena la pressione del combustibile all?ingresso 10 supera la somma dei valori del pre-carico minimo e della forza agente sull?otturatore per effetto della pressione nel circuito di mandata, l?otturatore 20 arretra verso il puntone 17 mettendo in comunicazione l?ingresso 10 con l?uscita 11 e consentendo la fuoriuscita del combustibile dalla camera di compressione 3. Pertanto, anche in condizioni di parziale riempimento della camera di compressione 3, ? possibile ottenere un perfetto controllo dell?emissione del combustibile dal momento che l?otturatore 20 rimane chiuso fino a quando la pressione all?ingresso 10 non sia in grado di vincere la forza opposta definita dalla risultante della forza esercitata dalla molla 21 e della pressione del circuito di mandata agente sull?otturatore 20. Pertanto, con riferimento al grafico della figura 2, l?apertura dell?otturatore 20 avverr? in un punto della linea sottile del grafico pi? o meno lontano dal BDC in funzione del riempimento della camera di compressione 3, e sar? tanto pi? vicino al BDC quanto maggiore sar? il riempimento.

Secondo quanto illustrato nel grafico della figura 2, poco prima che il pistone 4 raggiunga il TDC, la camma 26 comanda il ritorno del puntone 17 nella posizione avanzata con conseguente e sostanzialmente immediata chiusura dell?ingresso 10 ad opera dell?otturatore 20.

A tale proposito ? opportuno precisare che, come chiaramente illustrato nella figura 3, quando il puntone 17 ? nella posizione avanzata e l?otturatore 20 chiude l?ingresso 10, l?appendice 19 assiale del puntone 17 e l?appendice 22 assiale dell?otturatore 20 non sono a contatto, ma sono ad una distanza A di valore inferiore al summenzionato valore E e preferibilmente pari a 0,1-0,2 mm. L?esistenza di tale distanza A fa s? che lo spostamento del puntone 17 nella posizione avanzata abbia l?effetto di spingere, tramite la molla 21, l?otturatore 20 quanto pi? possibile vicino al cono 14, ma non arrivi a comprimere a tenuta l?otturatore 20 contro il cono 14 stesso, dal momento che la tenuta deve essere assicurata non dalla spinta della molla 21, ma dalla differenza di pressione che si crea tra l?ingresso 10 e l?uscita 11 durante la successiva fase di aspirazione.

Come illustrato nella figura 2, durante tutta la fase di aspirazione il puntone 17 permane nella posizione avanzata e la molla 21 ? soggetta al pre-carico massimo. Questa maggiore ?rigidit?? della molla 21 garantisce che l?otturatore 20 si chiuda e si mantenga stabilmente nella sua posizione di chiusura per tutta la fase di aspirazione; infatti, nella configurazione di pre-carico massimo, la molla 21 ? in grado di impartire all?otturatore 20 una forza diretta contro il cono 14 maggiore della risultante delle forze idrauliche che agiscono sull?otturatore 20 durante la fase di compressione e che, in condizioni normali, potrebbero impedirne la chiusura all?inizio della fase di aspirazione.

La valvola 7 di mandata illustrata nella figura 4 differisce dalla valvola 7 di mandata principalmente per il fatto che, in questo caso, non ? presente la molla 29 e la funzione di mantenere il contatto tra il rullo 27 e la camma 26 ? assolta dalla molla 21. Mancando la molla 29 e, pertanto, la necessit? della flangia 28 e dello spallamento 15 anulare, il puntone 17 ? limitato lateralmente da una parete laterale 30 cilindrica a diametro costante accoppiata in maniera scorrevole alla sede 8.

Dalla parte rivolta verso l?otturatore 20, il puntone 17 presenta una cavit? 31 assiale, la quale definisce una sede di alloggiamento per un?estremit? della molla 21 e porta rigidamente collegata, ad una propria superficie di fondo, un corpo cilindrico coassiale all?asse 9 e definente, per analogia con la valvola 7 di mandata della figura 3, l?appendice 19 assiale.

Il funzionamento della valvola 7 di mandata della figura 4 ? concettualmente identico al funzionamento della valvola 7 di mandata della figura 3 e non richiede, pertanto, ulteriori spiegazioni.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Pompa di alta pressione, in particolare per alimentare combustibile ad un motore a combustione interna, la pompa (1) comprendendo un corpo pompa (2); una valvola (7) di mandata ricavata nel corpo pompa (2) e comprendente una sede (8), la quale presenta un asse (9) longitudinale ed ? provvista di un ingresso (10) assiale per un fluido in pressione e di una uscita (11) radiale per il detto fluido, ed un otturatore (20) mobile assialmente lungo la sede (8) tra una posizione chiusa, in cui l?otturatore (20) chiude l?ingresso (10) assiale, ed una posizione aperta, in cui l?otturatore (20) permette una comunicazione fra l?ingresso (10) assiale e l?uscita (11) radiale; la pompa (1) essendo caratterizzata dal fatto che la valvola (7) di mandata comprende un cursore (16) definito, in parte, dall?otturatore (20) e comprendente, inoltre, un puntone (17) alloggiato scorrevole assialmente lungo la sede (8), e mezzi elastici (21) interposti fra l?otturatore (20) ed il puntone (17); mezzi attuatori (23) essendo accoppiati al puntone (17) per impartire ai mezzi elastici (21) un precarico variabile secondo una legge determinata.
2. 2. Pompa di alta pressione secondo la rivendicazione 1, in cui la sede (8) presenta una porzione (12) terminale comunicante con l?uscita (11) radiale e limitata, ad una estremit?, da un cono (14) di battuta raccordante la porzione (12) terminale all?ingresso (10) assiale; l?otturatore (20) presentando, dalla parte rivolta verso il cono (14) di battuta, un forma tale da cooperare a tenuta di fluido, quando nella posizione chiusa, con il cono (14) di battuta stesso per interrompere la comunicazione fra l?ingresso (10) assiale e l?uscita (11) radiale.
3. 3. Pompa di alta pressione secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui i mezzi attuatori (23) comprendono un albero (24) motorizzato trasversale all?asse (9) longitudinale e provvisto di una camma (26) definente la detta legge; la camma (26) presentando una eccentricit? (E) determinata ed essendo accoppiata al puntone (17) per impartire al puntone (17) stesso un moto alternativo, con corsa pari alla detta eccentricit? (E), lungo l?asse (9) longitudinale tra una posizione avanzata ed una posizione arretrata e, di conseguenza, per variare il pre-carico dei mezzi elastici (21) tra un valore massimo, assunto quando il puntone (17) ? nella posizione avanzata, ed un valore minimo, assunto quando il puntone (17) ? nella posizione arretrata.
4. 4. Pompa di alta pressione secondo la rivendicazione 3, in cui la camma (26) presenta un profilo disegnato in modo tale da minimizzare un tempo di transizione da una all?altra delle citate posizioni.
5. 5. Pompa di alta pressione secondo la rivendicazione 4, in cui il detto tempo di transizione ? pari a quello impiegato dall?albero (24) motorizzato a compiere una rotazione di 5?.
6. 6. Pompa di alta pressione secondo la rivendicazione 4 o 5, in cui la detta eccentricit? (E) presenta un valore di 0,5-0,6 mm.
7. 7. Pompa di alta pressione secondo una delle rivendicazioni da 3 a 6, in cui, quando il puntone (17) ? nella posizione avanzata e l?otturatore (20) chiude l?ingresso (10) assiale, il puntone (17) e l?otturatore (20) sono disposti ad una distanza (A) maggiore di zero.
8. 8. Pompa di alta pressione secondo la rivendicazione 7, in cui la detta distanza (A) ha un valore inferiore a quello della detta eccentricit? (E).
9. 9. Pompa di alta pressione secondo la rivendicazione 7 o 8, in cui la detta distanza (A) ha un valore pari a 0,1-0,2 mm.
10. 10. Pompa di alta pressione secondo una delle rivendicazioni da 3 a 9, in cui i mezzi attuatori (23) comprendono, inoltre, un rullo (27) di punteria parallelo all?albero (24) motorizzato, accoppiato in modo girevole al puntone (17) ed interposto fra il puntone (17) e la camma (26).