ITMI20120482A1 - Pompa ad acqua perfezionata per la regolazione della portata di un fluido di raffreddamento in un motore a combustione interna - Google Patents

Description

"Pompa ad acqua perfezionata per la regolazione della portata di un fluido di raffreddamento in un motore a combustione interna"

Descrizione

La presente invenzione si riferisce ad una pompa ad acqua perfezionata per la regolazione della portata di un fluido di raffreddamento in un motore a combustione interna.

Più in particolare, la presente invenzione si riferisce ad una pompa per motori a combustione interna atta a consentire la movimentazione e la circolazione dell'acqua o di un equivalente idoneo fluido internamente ad un circuito di raffreddamento per il raffreddamento del motore medesimo.

Come è noto generalmente, ma non esclusivamente, nel comparto dei motori a combustione interna, alcuni componenti e porzioni dei motori tendono, durante il normale funzionamento, a surriscaldarsi raggiungendo temperature molto elevate, pericolose e potenzialmente dannose tanto per la funzionalità dei componenti stessi oltre che del motore nel suo complesso quanto per la durata nel tempo o vita utile dei medesimi componenti e del motore intero. Per poter scongiurare tali gravosi oltre che pericolosi effetti, è necessario raffreddare il motore che, allo scopo, è provvisto di un impianto atto a realizzare la circolazione di fluidi refrigeranti (acqua o simili) tali da mantenere un valore di temperatura adeguato al corretto e durevole funzionamento dell'intero motore e dei suoi componenti.

La circolazione dei fluidi refrigeranti all'interno del circuito di raffreddamento è garantita da una pompa.

Le pompe utilizzate ed idonee allo scopo sono molteplici e caratterizzate dall'utilizzo di differenti tecnologie costruttivefunzionali.

Considerando specificatamente le pompe ad acqua e, più in generale, le pompe di tipo centrifugo, queste ultime sono caratterizzate dalla presenza di una girante inserita in una voluta, calettata su un albero di rotazione movimentato dall'azione del motore medesimo e mantenuta perennemente in rotazione; scopo della girante è di dare energia cinetica al fluido che viene convertita in pressione dalla voluta.

Tuttavia, tali tradizionali tipologie di pompe centrifughe presentano inconvenienti e limiti di rilievo legati al fatto che la girante, come specificato sopra, è perennemente collegata all'albero di rotazione azionato dal motore a combustione e, conseguentemente, è vincolata al regime di rotazione del motore medesimo che, per sua natura, è variabile.

Un ulteriore inconveniente è rappresentato dal fatto che, essendo la girante strettamente vincolata al regime di rotazione dell'albero azionato dal motore, non è possibile tenere conto delle inevitabili variazioni delle condizioni fluidodinamiche causate da un regime di rotazione non costante per la medesima.

Un altro inconveniente è rappresentato dal fatto che la girante, nelle pompe centrifughe tradizionali, è sempre in rotazione e, conseguentemente, la pompa è sempre operativa anche quando non risulta necessario, ad esempio quando la temperatura esterna è bassa o molto bassa; in conseguenza di ciò non risulta essere ottimale il funzionamento a regime termico per un controllo dei consumi e/o per una limitazione degli inquinanti emessi.

Un ulteriore inconveniente è rappresentato dal fatto che le pompe centrifughe tradizionali, per il fatto di presentare la girante sempre in rotazione, sono dimensionate sulla base dei massimi requisiti del motore a combustione interna in termini di raffreddamento e, di conseguenza, risultano essere sovradimensionate con un aggravio in termini di costi, consumi, ecc..

Scopo della presente invenzione è quello di ovviare agli inconvenienti sopra riportati.

Più in particolare, lo scopo della presente invenzione è quello di provvedere una pompa ad acqua atta a compensare le inevitabili variazioni delle condizioni fluidodinamiche allo scopo di ottimizzare il raffreddamento del motore.

Ulteriore scopo della presente invenzione è quello di provvedere una pompa ad acqua che entri in funzione solo quando è strettamente necessario.

Un ulteriore scopo della presente invenzione è quello di mettere a disposizione degli utilizzatori una pompa ad acqua per il raffreddamento dei motori a combustione interna atta a garantire un elevato valore di resistenza ed affidabilità nel tempo e tale da poter essere facilmente ed economicamente realizzata.

Questi ed altri scopi vengono raggiunti dalla pompa ad acqua perfezionata per la regolazione della portata di fluido di raffreddamento in un motore a combustione interna che comprende una voluta definita da una porzione interna e da una porzione esterna a sezione variabile, una girante provvista di una pluralità di pale, rotabilmente disposta internamente alla camera della voluta e calettata su un albero di rotazione che prende il moto direttamente da un motore a combustione interna, un elemento di tenuta calzato sull'albero di rotazione, inserito nel corpo della voluta inferiormente alla girante e atta a definire una tenuta al fluido, mezzi meccanici a geometria variabile per la parzializzazione della portata del fluido elaborato dalla girante ed in uscita al condotto della voluta.

Le caratteristiche costruttive e funzionali della pompa ad acqua per motori a combustione interna potranno essere meglio comprese dalla dettagliata descrizione che segue nella quale si fa riferimento alle allegate tavole di disegno che ne rappresentano una forma di realizzazione preferita è non limitativa in cui:

la figura 1 rappresenta schematicamente una vista in sezione longitudinale parziale della pompa ad acqua per motori a combustione interna dell'invenzione;

la figura 2 rappresenta schematicamente una vista in sezione trasversale all'asse di rotazione della girante della pompa dell'invenzione.

le figure 3 e 4 rappresentano una schematizzazione di una porzione della pompa ad acqua dell'invenzione secondo una prima ed una seconda configurazione operativa;

la figura 5 rappresenta a livello schematico una vista in sezione longitudinale parziale della pompa ad acqua dell'invenzione secondo una forma di realizzazione alternativa;

la figura 6 rappresenta a livello schematico una vista in sezione trasversale all'asse di rotazione della girante della pompa dell'invenzione secondo la forma di realizzazione alternativa di cui alla figura precedente.

Con riferimento alle citate figure, la pompa ad acqua per motori a combustione interna della presente invenzione, indicata complessivamente con 10, comprende una voluta 12 definita da una porzione interna 13, da una porzione esterna 13' a sezione variabile atta a convertire l'energia cinetica conferita ad un fluido a mezzo di una girante 14 in energia di pressione per il fluido medesimo e da un condotto 13" per la fuoriuscita del fluido.

La girante 14, provvista di una pluralità di pale 15 è rotabilmente disposta internamente alla porzione interna 13 della voluta 12 (elemento statico) ed è calettata su un albero di rotazione 16 che prende il moto direttamente da un motore a combustione interna (non rappresentato in figura) tramite, tipicamente una cinghia di trasmissione.

Una elemento di tenuta 18 definito da una tenuta meccanica o di altra nota tipologia, calzato sull'albero di rotazione 16 ed inserito nel corpo della voluta 12 inferiormente alla girante 14, definisce una tenuta statica tra la porzione interna 13 della voluta 12 entro la quale è movimentato il fluido e la porzione della pompa posta in collegamento con il motore a mezzo dell'albero di rotazione 16.

Internamente alla voluta 12, nella regione compresa tra la porzione interna 13 e la porzione esterna 13', è disposto uno statore 20 definito da una pluralità di palette 22 circolarmente disposte attorno alla girante 14 e angolarmente movimentabili rispetto ad un perno di rotazione 24 (uno per ciascuna paletta) secondo un asse parallelo a quello di rotazione della girante 14; tale perno 24, con asse parallelo a quello della girante, è centralmente disposto rispetto a ciascuna paletta.

Le palette 22, che hanno una posizione variabile come descritto in seguito, presentano ciascuna una conformazione secondo un profilo idrodinamico con una sezione trasversale variabile tra le due estremità (l'area della sezione trasversale decresce progressivamente a partire da una delle due estremità), sviluppata lungo un asse longitudinale tendenzialmente curvilineo e con sviluppo in altezza corrispondente a quello proprio della porzione esterna 13' della voluta 12 in corrispondenza della zona di alloggiamento delle palette medesime. La geometria di tali palette 22 è scelta in funzione delle specifiche caratteristiche richieste dalla pompa di raffreddamento. Coassialmente a ciascun perno di rotazione 24 è stabilizzata una ruota dentata 26 (schematizzata alle figure 1 e 2) cooperante in ingranamento con una corona dentata 28 disposta coassialmente alla girante 14 ed esternamente alle ruote dentate 26.

La corona dentata 28 e le ruote dentate 26 sono disposte esternamente alla voluta 12, sono azionate da un attuatore esterno (non rappresentato nelle figure) e definiscono i mezzi di attuazione del movimento delle palette 22 secondo le modalità descritte nel seguito; tale attuatore esterno può essere di tipo meccanico, pneumatico, elettrico o elettromagnetico.

Il funzionamento della pompa ad acqua secondo la forma di realizzazione di cui alle figure 1 e 2, dettagliatamente descritta con riferimento alle sue caratteristiche tecnico-strutturali, è di seguito descritto.

La girante 14 della pompa 10 è sempre in rotazione in quanto collegata con l'albero di rotazione 16 azionato a mezzo dell'apparato di trasmissione del motore.

Un attuatore esterno alla pompa 10 (non rappresentato nelle figure) impone la rotazione della corona dentata 28 che, avendo un contatto di ingranamento con le ruote dentate 26, determina una rotazione sincrona delle palette 22 rispetto ai corrispondenti perni di rotazione 24.

Una rotazione in senso antiorario della corona dentata 28 (indicata dalla freccia X in figura 2) determina un movimento di rotazione delle palette 22 che passano da una configurazione di completa apertura (schematizzate in figura 2 nella quale sono rappresentate le palette sia in completa apertura (palette chiare) che in completa chiusura (palette scure) - condizione di apertura schematizzata anche in figura 3) della porzione interna 13 della voluta 12 ad una di completa chiusura (figura 4) della medesima camera alla fuoriuscita del fluido o acqua di raffreddamento in uscita dalla girante; in tal modo viene creata una barriera alla fuoriuscita nella voluta 12 del fluido movimentato dalla girante 14.

Una rotazione della corona circolare 28 secondo un senso opposto determina un movimento di rotazione delle palette 22 che passano dalla configurazione di chiusura a quella di apertura consentendo, in tal modo lo scorrimento nella voluta del fluido movimentato dalla girante.

E' così possibile regolare la maggiore o minore apertura delle palette per regolare o parzializzare la portata del fluido elaborato dalla girante.

Con specifico riferimento alle figure 5 e 6 è schematizzata una forma di realizzazione alternativa, indicata con 10', della pompa ad acqua per motori a combustione interna della presente invenzione, complessivamente indicata con 10' alle citate figure; gli elementi comuni alla forma di realizzazione preferita di cui alle figure 1 e 2 verranno indicati con i medesimi riferimenti numerici.

Internamente alla voluta 12, nella regione compresa tra la porzione interna 13 e la porzione esterna 13', è disposto uno statore 30 definito da una pluralità di palette 32 circolarmente disposte attorno alla girante 14 e angolarmente movimentabili rispetto ad un perno di rotazione 34 (uno per ciascuna paletta) secondo un asse parallelo a quello di rotazione della girante 14; con asse parallelo a quello della girante, è centralmente disposto rispetto a ciascuna paletta.

Le palette 32, che come le palette 22 della forma di realizzazione preferita hanno una posizione variabile, presentano ciascuna una conformazione secondo un profilo idrodinamico con una sezione trasversale variabile tra le due estremità (l'area della sezione trasversale decresce progressivamente a partire da una delle due estremità) e sviluppata lungo un asse longitudinale tendenzialmente curvilineo e con sviluppo in altezza corrispondente a quello proprio della porzione esterna 13' della voluta 12 in corrispondenza della zona di alloggiamento delle palette medesime. La geometria di tali palette 32 è scelta in funzione delle specifiche caratteristiche richieste dalla pompa di raffreddamento.

Una corona circolare 36, disposta coassialmente alla girante 14 ed esternamente alla voluta 12, impone la rotazione delle palette 32 attorno al proprio perno 34 a mezzo di una pluralità di bielle 38 (una per ciascuna paletta) incernierate alla corona circolare 36 e alle singole palette 32 (in corrispondenza di una loro estremità) rispettivamente a mezzo di un perno 40 e di un ulteriore perno 42. La corona circolare 36 e le bielle 38, che sono disposte esternamente alla voluta 12, sono azionate da un attuatore esterno (non rappresentato nelle figure) e definiscono i mezzi di attuazione del movimento delle palette 32 secondo le modalità descritte nel seguito; tale attuatore esterno può essere di tipo meccanico, pneumatico, elettrico o elettromagnetico.

Il funzionamento della pompa ad acqua secondo la forma di realizzazione alternativa di cui alle figure 5 e 6, dettagliatamente descritta con riferimento alle sue caratteristiche tecnico-strutturali, è di seguito descritto.

Come già dettagliato con riferimento alla forma di realizzazione preferita, la girante 14 della pompa 10 è sempre in rotazione in quanto è collegata con l'albero di rotazione 16 azionato a mezzo dell'apparato di trasmissione del motore.

Un attuatore esterno alla pompa 10 (non rappresentato nelle figure) impone la rotazione della corona circolare 36 la quale, tramite le bielle 38, determina una rotazione sincrona delle palette 32 rispetto ai corrispondenti perni di rotazione 34.

La rotazione in senso antiorario della corona circolare 36 (indicata dalla freccia Y in figura 6) determina un movimento di rotazione delle palette 32 che passano da una configurazione di completa apertura (figura 6 nella quale sono schematizzate le palette in posizione aperta e chiusa - nella figura le palette 32 sono rappresentate sia in posizione di apertura (palette chiare) che in posizione di chiusura (palette scure)) della porzione interna 13 della voluta 12 ad una di completa chiusura della medesima porzione interna alla fuoriuscita del fluido o acqua di raffreddamento in pressione; in tal modo, come schematizzato in figura 6, viene creata una barriera alla fuoriuscita nella voluta 12 del fluido movimentato dalla girante 14.

La rotazione della corona circolare 36 secondo un senso opposto impone, tramite le bielle 38, un movimento di rotazione delle palette 32 (attorno al proprio perno di rotazione 34) che passano dalla configurazione di chiusura a quella di apertura consentendo, in tal modo lo scorrimento nella voluta del fluido movimentato dalla girante.

In tal modo è possibile regolare la maggiore o minore apertura delle palette così da regolare o parzializzare la portata del fluido elaborato dalla girante.

Come si può rilevare da quanto precede sono evidenti i vantaggi che la pompa ad acqua per motori a combustione interna della presente invenzione consegue.

La pompa ad acqua per motori a combustione interna della presente invenzione consente vantaggiosamente di tenere conto delle possibili variazioni fluidodinamiche allo scopo di ottimizzare il raffreddamento del motore; infatti, è opportuno tenere in considerazione il fatto che la direzione di uscita del fluido o acqua dai condotti della girante è dipendente anche dal regime di rotazione della girante medesima, i vettori velocità del fluido (componenti della velocità tangente alla traiettoria e alla palettatura della girante) dipendono direttamente dalla velocità di rotazione della girante (la componente della velocità del fluido tangente alla traiettoria della girante) e dalla portata (la componente della velocità del fluido tangente alle palettature), il vettore velocità assoluta del fluido (somma vettoriale delle due componenti di cui sopra) non risulta costante.

Ulteriormente vantaggioso è il fatto che la pompa ad acqua dell'invenzione, essendo provvista delle palettature atte a consentire o impedire il passaggio di fluido nella voluta, permette di regolare e parzializzare il passaggio del fluido o acqua agendo sul movimento delle palette e sagomando/dimensionando opportunamente le citate palette; in questo modo, l'efficienza della pompa di raffreddamento risulta ottimizzata all'interno di uno spetto di funzionamento molto ampio (ad esempio il numero di giri della girante).

Un ulteriore vantaggio è rappresentato dal fatto che la pompa ad acqua dell'invenzione, essendo provvista del descritto statore, consente avere il passaggio di fluido solo quando è necessario un raffreddamento dei circuiti del motore.

Benché l'invenzione sia stata sopra descritta con particolare riferimento a una sua forma di realizzazione data solo a scopo esemplificativo e non limitativo, numerose modifiche e varianti appariranno evidenti a un tecnico del ramo alla luce della descrizione sopra riportata. La presente invenzione, pertanto, intende abbracciare tutte le modifiche e le varianti che rientrano nello spirito e nell'ambito delle rivendicazioni che seguono.

Claims (7)

1. Rivendicazioni 1. Una pompa (10, 100 ad acqua perfezionata per la regolazione della portata di fluido di raffreddamento in un motore a combustione interna, atta a consentire la movimentazione e la circolazione dell'acqua o di un equivalente idoneo fluido internamente ad un circuito di raffreddamento per il raffreddamento del motore medesimo, comprendente una voluta (12) definita da una porzione interna (13) e da una porzione esterna (130 a sezione variabile, una girante (14) provvista di una pluralità di pale (15), rotabilmente disposta internamente alla porzione interna (13) della voluta (12) e calettata su un albero di rotazione (16) che prende il moto direttamente da un motore a combustione interna, un elemento di tenuta (18) calzato sull'albero di rotazione (16), inserito nel corpo della voluta (12) inferiormente alla girante (14) e atta a definire una tenuta al fluido, la pompa caratterizzata dal fatto di comprendere mezzi meccanici a geometria variabile per la parzializzazione della portata del fluido elaborato dalla girante (14) ed in uscita ad un condotto (13") della voluta (12).
2. 2. La pompa (10, 100 secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che i mezzi meccanici a geometria variabile sono definiti da uno statore (20, 30) palettate disposto internamente alla voluta (12) nella regione compresa tra la porzione interna (13) e la porzione esterna (130
3. 3. La pompa (10, 100 secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che lo statore (20, 30) comprende una pluralità di palette (22, 32) circolarmente disposte attorno alla girante (14) e angolarmente movimentabili rispetto ad un perno di rotazione (24, 34) secondo un asse parallelo a quello di rotazione della girante (14).
4. 4. La pompa (10, 100 secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che la palette (22, 32) presentano una conformazione secondo un profilo idrodinamico con una sezione trasversale a geometria variabile che si sviluppa, con area della sezione trasversale progressivamente decrescente a partire da una estremità in direzione di quella opposta, lungo un asse longitudinale tendenzialmente curvilineo e con sviluppo in altezza corrispondente a quello proprio del canale (130 della voluta (12) in corrispondenza della zona di alloggiamento delle palette medesime.
5. 5. La pompa (10) secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto di comprendere una ruota dentata (26) stabilizzata coassialmente a ciascun perno di rotazione (24) cooperante in ingranamento con una corona dentata (28) disposta coassialmente alla girante (14) ed esternamente alle ruote dentate (26), con dette corona dentata (28) e ruote dentate (26) disposte esternamente alla voluta (12) e azionate da un attuatore esterno.
6. 6. La pompa (100 secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto di comprendere una corona circolare (36) disposta coassialmente alla girante (14) ed esternamente alla voluta (12), una pluralità di bielle (38) disposte esternamente alla voluta (12) ciascuna incernierata alla corona circolare (36) e alle singole palette (32) rispettivamente a mezzo di un perno (40) e di un ulteriore perno (42) disposto in corrispondenza dell'estremità di ogni singola paletta, dette corona circolare (36) e bielle (38) azionate da un attuatore esterno.
7. 7. La pompa (10, 100 secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che l'attuatore esterno è di tipo meccanico, pneumatico, elettrico o elettromagnetico.