ITMO20100215A1 - Macchina a pistoni assiali - Google Patents

Description

MACCHINA A PISTONI ASSIALI

Background dell’invenzione

[0001] L’invenzione concerne una macchina a pistoni assiali a cilindrata variabile.

[0002] In modo specifico, ma non esclusivo, l’invenzione può essere utilizzata in un motore/pompa a pistoni assiali a cilindrata variabile del tipo a corpo inclinato, ad esempio del tipo a disco inclinato o a blocco cilindri inclinato.

[0003] In particolare l’invenzione riguarda una macchina secondo il preambolo della prima rivendicazione.

[0004] È già nota una macchina di questo tipo, ad esempio dalla pubblicazione brevettuale US 2010/0107865.

[0005] Nelle macchine (ad esempio pompe o motori) a pistoni a corpo inclinato (ad esempio a disco o blocco cilindri inclinato) a cilindrata variabile, vi à ̈ il problema di monitorare la cilindrata che, come noto, à ̈ una funzione del diametro e del numero di pistoni, dell’interasse tra gli snodi sferici (che in genere servono per accoppiare l’albero e il blocco cilindri) e dell’angolo di inclinazione tra il corpo inclinato e l’asse dell’albero. La determinazione in tempo reale dell’angolo di inclinazione, che può variare nel corso del funzionamento della macchina, à ̈ quindi fondamentale per il monitoraggio della macchina stessa, in particolare per la misurazione della cilindrata istantanea.

[0006] Un sistema noto per misurare l’angolo di inclinazione del corpo inclinato comprende un sensore rotativo fulcrato sul piano dei nodi sferici accoppiati all’albero rotante.

[0007] Un altro sistema noto prevede l’impiego di sensori collegati meccanicamente (tipicamente tramite leve e/o rinvii) al pistone attuatore che muove il corpo inclinato.

[0008] I sistemi noti per il monitoraggio della cilindrata sono tuttavia migliorabili per vari aspetti.

[0009] In primo luogo à ̈ auspicabile migliorare la precisione nel monitoraggio della cilindrata.

[0010] È inoltre desiderabile rendere disponibile un sistema costruttivamente economico e di semplice assemblaggio.

[0011] Un altro aspetto migliorabile à ̈ aumentare la durata di funzionamento del sistema di monitoraggio.

Sommario dell’invenzione

[0012] Uno scopo dell’invenzione à ̈ di fornire una macchina a pistoni a cilindrata variabile in grado di migliorare la tecnica nota in uno o più degli aspetti sopra indicati.

[0013] Un vantaggio à ̈ di aumentare la durata di funzionamento del sistema di monitoraggio della cilindrata, in particolare grazie al fatto che non vi sono parti operative di sensore in strisciamento reciproco, evitando così la possibilità di usura da strisciamento. Inoltre la durata di funzionamento può essere elevata per il fatto che non vi sono parti operative di sensore comunicanti con zone della macchina a pressione relativamente elevata.

[0014] Un vantaggio à ̈ di rendere disponibile un sistema di monitoraggio della cilindrata di semplice assemblaggio. In particolare il sistema può essere di facile montaggio nel caso in cui il sensore utilizzato comprenda due parti che comunicano tra loro a distanza, senza contatto reciproco, in cui una prima parte viene inserita in una prima sede ricavata su un corpo a inclinazione variabile rispetto all’albero motore (in cui la cilindrata della macchina dipende dalla suddetta inclinazione), e una seconda parte viene inserita in una seconda sede ricavata su un corpo a inclinazione fissa.

[0015] Un vantaggio à ̈ di non modificare sostanzialmente l’inerzia di masse in movimento nell’ambito della macchina a pistoni (ad esempio motore), per cui à ̈ possibile ottenere la stessa velocità di risposta della macchina durante la variazione della cilindrata. In particolare il sistema di monitoraggio sostanzialmente non presenta parti di sensore che sono collegate ad elementi rotanti della macchina.

[0016] Un vantaggio à ̈ realizzare un sistema di monitoraggio particolarmente preciso. In particolare il sistema di monitoraggio à ̈ in grado di rilevare direttamente e senza contatto lo spostamento e/o la posizione del corpo inclinato (in particolare del distributore operativamente associato al/i pistone/i del blocco cilindri). In particolare il sistema di monitoraggio non richiede necessita l’impiego di collegamenti meccanici (ad esempio rinvii o simili) per il rilevamento della posizione (angolare) del corpo inclinato, evitando quindi errori di misurazione dovuti, ad esempio, a deformazioni di parti meccaniche.

[0017] Un vantaggio à ̈ di

[0018] Tali scopi e vantaggi, ed altri ancora, sono raggiunti dalla macchina a pistoni assiali secondo una o più delle rivendicazioni sotto riportate.

Breve descrizione dei disegni

[0019] L’invenzione potrà essere meglio compresa ed attuata con riferimento agli allegati disegni che ne illustrano un esempio non limitativo di attuazione.

[0020] La figura 1 à ̈ una sezione di una macchina realizzata secondo l’invenzione.

[0021] La figura 2 Ã ̈ una vista prospettica di una parte della macchina di figura 1, con il sensore di posizione del corpo inclinato, in una prima configurazione operativa.

[0022] La figura 3 à ̈ una vista dall’alto della suddetta parte di macchina nella prima configurazione operativa.

[0023] La figura 4 Ã ̈ una vista prospettica della suddetta parte di macchina in una seconda configurazione operativa.

[0024] La figura 5 à ̈ una vista dall’alto della suddetta parte di macchina nella seconda configurazione operativa.

[0025] La figura 6 Ã ̈ una vista prospettica della suddetta parte di macchina in una terza configurazione operativa.

[0026] La figura 7 à ̈ una vista dall’alto della suddetta parte di macchina nella terza configurazione operativa.

[0027] Le figure da 8 a 10 sono tre viste laterali della suddetta parte di macchina, rispettivamente, nella prima, seconda e terza configurazione.

Descrizione dettagliata

[0028] Facendo riferimento alle suddette figure, Ã ̈ stato indicato nel suo complesso con 1 una macchina a pistoni assiali, in particolare un motore a pistoni a cilindrata variabile del tipo a corpo inclinato.

[0029] Con 2 à ̈ stato indicato un albero rotante e con 3 un blocco cilindri rotante collegato meccanicamente all’albero rotante 2 mediante un giunto meccanico 4 (ad esempio un giunto a snodo sferico). Con 5 à ̈ stato indicato un pistone scorrevole con moto alternato nel blocco cilindri 3. È possibile prevedere un blocco cilindri con due o più pistoni scorrevoli al suo interno. Ogni pistone 5 sarà collegato meccanicamente all’albero rotante 2 mediante un ulteriore giunto meccanico 6 (ad esempio un giunto a snodo sferico). Come noto, nel funzionamento della macchina come motore, il moto alternato del pistone 5 provocherà la rotazione dell’albero rotante 2; viceversa in caso di funzionamento della macchina come pompa. Il blocco cilindri rotante 3 può avere una certa inclinazione rispetto all’albero rotante 2. Da questa inclinazione, che à ̈ variabile, dipende la cilindrata di ogni pistone 5 e quindi della macchina.

[0030] La macchina 1 comprende un distributore 7 avente una prima faccia accoppiata al blocco cilindri 3 rotante. Il distributore 7 può avere una inclinazione (rispetto all’albero rotante 2). L’inclinazione del distributore 7 (rispetto all’albero rotante 2) sarà uguale all’inclinazione del blocco cilindri rotante 3 (rispetto all’albero rotante 2). La prima faccia ha una prima luce 8 di ingresso (alimentazione o aspirazione) e una seconda luce 9 di uscita (scarico o mandata) per un fluido operativo (liquido, ad esempio olio) operativamente associato ad ogni pistone 5 scorrevole. In uso, il blocco cilindri 3 ruoterà sul distributore 7 fisso. Per effetto della rotazione del blocco cilindri 3, il pistone 5 (che ruota con il blocco cilindri 3) sarà messo in comunicazione con la prima luce 8 e con la seconda luce 9 in modo alternato.

[0031] Il blocco cilindri 3 e il distributore 7 sono accoppiati tra loro in modo da consentire la rotazione del blocco cilindri 3 rispetto al distributore 7. Inoltre, il blocco cilindri 3 e il distributore 7 sono accoppiati tra loro in modo che ad ogni variazione di inclinazione del distributore 7 (rispetto all’albero rotante 2) corrisponda la medesima variazione di inclinazione del blocco cilindri 3 (rispetto all’albero rotante 2).

[0032] La cilindrata del pistone 5 scorrevole, e quindi della macchina, dipenderà dall’inclinazione del blocco cilindri 3 e del distributore 7 (rispetto all’albero rotante 2). Il distributore 7 à ̈ accoppiato scorrevolmente su una guida 10 di scorrimento che guida il distributore 7 lungo un percorso ad arco circolare. La guida 10 à ̈ disposta su una parte fissa di macchina. Il distributore 7 dà quindi luogo ad un corpo inclinato accoppiato ad una parte fissa di macchina in modo da variare la propria inclinazione e quindi la cilindrata del pistone 5 scorrevole.

[0033] Con 11 à ̈ stato indicato un attuatore per comandare la variazione di inclinazione del distributore 7. L’attuatore 11 può comprendere, come nel caso specifico, un attuatore lineare meccanicamente accoppiato ad una seconda faccia del distributore 7 opposta alla prima faccia. Uno spostamento (lineare) dell’elemento mobile (pistone) dell’attuatore 11 provoca una variazione dell’inclinazione del distributore 7 e quindi del blocco cilindri 3.

[0034] È stata indicata con 12 una carcassa di contenimento di almeno una parte dell’albero rotante 2 e di almeno una parte del blocco cilindri 3. Un’estremità di connessione dell’albero rotante 2 fuoriesce da un lato della carcassa 12 per consentire il collegamento (di tipo noto) ad un utilizzatore (in caso di funzionamento della macchina come motore). È stato indicato con 13 un coperchio di chiusura di un ulteriore lato della carcassa 12 (opposto al lato che

1100669 Descrizione.doc

presenta l’estremità di connessione dell’albero 2). In sostanza il coperchio 13 chiude il lato di carcassa ove à ̈ disposto il distributore 7. Il coperchio 13 reca la guida 10 a cui à ̈ accoppiato scorrevolmente il distributore 7. Il coperchio 13 reca internamente l’attuatore 11 lineare, ad esempio di tipo idraulico.

[0035] La macchina à ̈ provvista di un sensore di posizione configurato per rilevare la posizione, e quindi l’inclinazione rispetto all’asse dell’albero rotante 2, del corpo inclinato (distributore 7 e/o blocco cilindri 3 che presentano la medesima inclinazione). Il sensore potrà comprendere, come nel caso specifico, una prima parte 14 e una seconda parte 15, in cui la prima parte 14 può essere montata sul distributore 7 e la seconda parte 15 può essere montata sulla parte fissa di macchina, ovvero su una parte di macchina che non modifica la propria posizione (in particolare l’inclinazione o l’orientamento) rispetto all’asse del l’albero motore 2. La seconda parte 15 di sensore potrà essere montata, in particolare, sul coperchio 13. La seconda parte 15 di sensore può essere, come nel caso specifico, collegata con la prima parte 14 con una modalità senza contatto, con la possibilità di rilevare la posizione della prima parte 14. La modalità senza contatto potrà essere realizzata, ad esempio, con sensori di posizione di tipo induttivo, di tipo capacitivo, di tipo magnetico, del tipo a ultrasuoni, di tipo ottico, eccetera.

[0036] In particolare il sensore di posizione può comprendere, come nel caso specifico, un sensore di tipo magnetostrittivo, ad esempio di tipo lineare. La prima parte 14 di sensore potrà allora comprendere un magnete e la seconda parte 15 potrà comprendere un’asta sensore sensibile alla posizione del magnete.

[0037] Il distributore 7 ha almeno un fianco che si estende da un bordo laterale della prima faccia e/o della seconda faccia. In particolare tale fianco del distributore 7 potrà essere un lato del distributore che unisce la prima faccia con la seconda faccia. Il fianco del distributore 7 può essere, come nel caso specifico, sostanzialmente parallelo all’asse dell’attuatore 11 lineare. Il suddetto fianco sarà, in particolare, il fianco del distributore 7 più vicino all’attuatore 11 lineare. Tale fianco ha una rientranza in cui à ̈ alloggiato il magnete del sensore magnetostrittivo. In particolare la prima parte 14 di sensore (magnete) potrà essere collegato in modo solidale con il distributore 7, ad esempio mediante un accoppiamento con interferenza per mezzo di un forzamento del magnete all’interno della rientranza.

[0038] L’attuatore 11 lineare può essere, come nel caso specifico, parallelo all’asta sensore (seconda parte 15 di sensore). L’asta sensore può essere, come nel caso specifico, parallela al fianco del distributore 7 che reca il magnete. Il coperchio 13 può avere un foro in cui à ̈ alloggiata la seconda parte 15 di sensore (asta sensore).

[0039] La prima parte e la seconda parte 14 e 15 di sensore sono tra loro affacciate e distanziate da un’intercapedine di separazione riempita da un fluido (ad esempio un liquido, come olio). L’intercapedine può essere, come nel caso specifico, ad una pressione relativamente bassa, in particolare rispetto alle pressioni di funzionamento del pistone 5 e dell’attuatore 11. In particolare l’intercapedine può essere a isolata a tenuta di fluido rispetto a zone comunicanti con il fluido operativo del pistone 5. In particolare l’intercapedine può essere isolata a tenuta di fluido rispetto a zone ad elevata pressione del fluido operativo dell’attuatore 11. Le due parti di sensore 14 e 15 potranno essere disposte, ad esempio, ad una distanza reciproca compresa tra 1 e 20 mm, ad esempio a circa 8 mm. La seconda parte 15 di sensore sarà sensibile alla posizione della prima parte 14 di sensore lungo l’intera corsa del distributore 7 (gli estremi della corsa del distributore 7 corrispondono alla seconda e terza configurazione delle figure allegate). In particolare l’asta sensore potrà emettere un segnale indicativo della distanza del magnete dalla base dell’asta sensore. Una volta determinata la suddetta distanza, potrà essere calcolato l’angolo di inclinazione del distributore 7 rispetto all’albero 2, essendo quest’angolo una funzione nota di tale distanza.

[0040] Nelle figure da 8 a 10 sono visibili tre posizioni relative assunte dalle due parti di sensore 14 e 15 (magnete e asta sensore) in tre configurazioni operative diverse, che corrispondono a tre diverse inclinazioni del distributore 7 (e del blocco cilindri 3). Le due parti di sensore 14 e 15 sono in comunicazione tra loro (senza contatto), per cui la seconda parte 15 (asta sensore) à ̈ in grado di rilevare la posizione della prima parte 14 solidale al distributore 7 (e al blocco cilindri almeno per quanto riguarda l’inclinazione rispetto all’asse dell’albero 2). Il sensore (in particolare la seconda parte 15 di sensore) à ̈ quindi in grado di inviare un segnale ad un’unità di controllo della macchina. Questo segnale sarà indicativo della posizione della prima parte 14 di sensore. L’unità di controllo sarà programmata in modo da determinare l’inclinazione del distributore 7 in funzione del segnale di posizione della prima parte 14 di sensore (magnete). In base a tale inclinazione l’unità di controllo potrà quindi determinare, in tempo reale, la effettiva cilindrata del pistone 5 e quindi della macchina.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Macchina a pistoni assiali, comprendente: - un albero (2) rotante, un blocco cilindri (3) rotante collegato meccanicamente a detto albero (2), e almeno un pistone (5) scorrevole con moto alternato in detto blocco cilindri (3); il moto alternato di detto almeno un pistone (5) essendo generato da, o generando, la rotazione di detto albero (2); - un corpo inclinato (7) accoppiato a detto blocco cilindri (3) o a detto almeno un pistone (5), in cui la cilindrata di detto almeno un pistone (5) dipende dall’inclinazione di detto corpo inclinato (7); detto corpo inclinato (7) essendo accoppiato ad una parte fissa (13) di detta macchina in modo da variare la propria inclinazione e da variare quindi la cilindrata di detto almeno un pistone (5); caratterizzata dal fatto di comprendere un sensore di posizione per rilevare la posizione di detto corpo inclinato (7), detto sensore avendo una prima parte (14) e una seconda parte (15), in cui detta prima parte (14) à ̈ montata su detto corpo inclinato (7) e detta seconda parte (15) à ̈ montata su detta parte fissa (13) di macchina, detta seconda parte (15) essendo collegata senza contatto a detta prima parte (14) in modo da rilevare la posizione di detta prima parte (14).
2. 2. Macchina secondo la rivendicazione 1, detto sensore di posizione comprendendo un sensore magnetostrittivo lineare in cui detta prima parte (14) comprende un magnete e detta seconda parte (15) comprende un’asta sensore sensibile alla posizione di detto magnete.
3. 3. Macchina secondo la rivendicazione 2, detto corpo inclinato (7) comprendendo un distributore avente una prima faccia accoppiata a detto blocco cilindri (3), detta prima faccia avendo almeno una prima luce (8) di ingresso e una seconda luce (9) di uscita per un fluido operativo operativamente associato a detto almeno un pistone (5), detto distributore (7) avendo un fianco su un bordo laterale di detta prima faccia, detto fianco avendo una rientranza in cui à ̈ alloggiato detto magnete.
4. 4. Macchina secondo la rivendicazione 3, comprendente un attuatore (11) configurato per variare l’inclinazione di detto corpo inclinato (7), detto attuatore (11) comprendendo un attuatore lineare meccanicamente accoppiato ad una seconda faccia di detto distributore opposta a detta prima faccia, detto attuatore lineare essendo parallelo a detta asta sensore.
5. 5. Macchina secondo la rivendicazione 4, comprendente una carcassa (12) di contenimento di almeno una parte di detto albero (2) e di detto blocco cilindri (3), e comprendente inoltre un coperchio di chiusura di detta carcassa, detta parte fissa (13) di macchina comprendendo detto coperchio di chiusura.
6. 6. Macchina secondo la rivendicazione 5, in cui a detto coperchio à ̈ accoppiato scorrevolmente detto distributore (7), detto coperchio avendo inoltre un foro in cui à ̈ alloggiata detta asta sensore, detto coperchio recando internamente detto attuatore lineare.
7. 7. Macchina secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente un attuatore (11) configurato per variare l’inclinazione di detto corpo inclinato (7).
8. 8. Macchina secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta prima parte (14) e detta seconda parte (15) sono tra loro affacciate e distanziate da un’intercapedine di separazione riempita da un fluido.
9. 9. Macchina secondo la rivendicazione 8, in cui detta intercapedine à ̈ isolata a tenuta di fluido rispetto a zone comunicanti con un fluido operativo operativamente associato a detto almeno un pistone (5).
10. 10. Macchina secondo la rivendicazione 8 o 9, comprendente un attuatore (11) configurato per variare l’inclinazione di detto corpo inclinato (7), e in cui detta intercapedine à ̈ isolata a tenuta di fluido rispetto a zone comunicanti con un fluido operativo operativamente associato a detto attuatore (11).