ITPD970198A1 - Dispositivo meccanico per variare la fase fra albero motore ed un albero a camme di un motore a combustione interna - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo meccanico per variare la fase fra un albero motore ed un albero a camme di un motore a combustione interna secondo il preambolo della rivendicazione principale.

Un dispositivo avente le caratteristiche anzidette è noto dalla domanda di brevetto italiana n.PD95A000094 della stessa Richiedente.

Nei dispositivi del tipo indicato è previsto che, in corrispondenza delle posizioni di fine corsa, l ' organo a pistone sia arrestato per impuntamento nelle dentature dei componenti coassiali così da eliminare il gioco esistente tra le dentature in reciproco accoppiamento e conseguentemente limitare la rumorosità indotta dal movimento relativo delle dentature accoppiate. Tale movimento è causato dall'inversione del carico reagente sull'albero a camme dovuta principalmente alla dinamica della distribuzione.

Con l'aumentare delle ore di funzionamento di questi dispositivi si genera una certa usura delle dentature accoppiate e conseguentemente, per recuperare il gioco fra le dentature, l'organo a pistone è chiamato ad assumere posizioni più avanzate in corrispondenza delle posizioni di fine corsa. In aggiunta, le forze di pressione tra i fianchi delle dentature in reciproco contatto, generate dall'azione di impuntamento dell'organo a pistone, possono provocare la formazione di piccole impronte localizzate sui fianchi delle dentature dei componenti coassiali. Con l'aumentare dell'usura queste impronte possono raggiungere profondità tali da formare un gradino sui fianchi delle dentature il quale ostacola, sino ad impedire, lo scorrimento dell'organo a pistone relativamente al componente coassiale accoppiato. Nel caso in cui l'avanzamento dell'organo a pistone venga impedito, il gioco fra le dentature non può più essere recuperato attraverso il movimento dell'organo a pistone stesso e si ha di conseguenza un indesiderato aumento della rumorosità del dispositivo.

Il problema alla base della presente invenzione è quello di mettere a disposizione un dispositivo meccanico per variare la fase fra albero motore ed un albero a camme di un motore a combustione interna, il quale presenti caratteristiche strutturali e funzionali tali da consentire il superamento degli inconvenienti lamentati con riferimento alla tecnica nota citata.

Tale problema è risolto dall'invenzione con un dispositivo meccanico per variare la fase fra albero motore ed un albero a camme di un motore a combustione interna realizzato in accordo con le rivendicazioni che seguono.

Le caratteristiche ed i vantaggi dell'invenzione meglio risulteranno dalla descrizione dettagliata che segue di alcuni suoi preferiti esempi di realizzazione illustrati, a titolo indicativo e non limitativo, con riferimento agli uniti disegni in cui:

- le figure 1 e 2 sono viste schematiche in sezione trasversale di un dispositivo meccanico secondo la presente invenzione in due differenti posizioni operative,

- la figura 3 è una vista parziale in sezione ed in scala ingrandita di un particolare del dispositivo delle figure precedenti,

- la figura 4 è una vista schematica ed in parziale sezione secondo la linea IV-IV di figura 3,

- la figura 5 è una vista parziale di un particolare del dispositivo delle figure precedenti in una variante realizzativa dell'invenzione,

- la figura 6 è una vista schematica in sezione trasversale di una ulteriore variante di realizzazione del dispositivo dell 'invenzione.

Con riferimento alla figura 1, con 1 è complessivamente indicato un dispositivo meccanico secondo l'invenzione per variare la fase fra l'albero motore ed un albero a camme 3 di un motore a combustione interna.

Il dispositivo 1 è del tipo descritto nella domanda di brevetto n. PD95A000094, il cui contenuto è considerato incorporato nella presente descrizione a titolo di riferimento. La presente invenzione verrà descritta con riferimento ad uno degli esempi realizzativi riportati nella domanda di brevetto anzidetta, restando inteso che essa si possa comunque riferire, in linea di principio, anche agli altri esempi di realizzazione descritti.

Il dispositivo meccanico 1 comprende un primo componente costituito da un corpo anulare 5 cavo, un secondo componente costituito da un albero 2 cavo girevolmente supportato in modo coassiale nel corpo 5, ed un organo a pistone 4 anulare interposto tra il corpo 5 e l'albero 2, anch'esso coassiale al corpo 5.

Il corpo 5 è formato da un semicorpo interno e da un semicorpo esterno, rispettivamente indicati con 5a e 5b, resi solidali fra loro mediante un accoppiamento vite/madrevite. Sul semicorpo esterno 5b è formata una flangia 7 destinata al fissaggio, mediante viti, di una ruota dentata, non rappresentata in figura, predisposta per essere collegata all'albero motore mediante una trasmissione a cinghia dentata.

Il corpo 5 presenta ad una sua estremità 8a uno spallamento interno 9 ed all'estremità opposta 8b un fondo 10 saldato al corpo 5. Il fondo 10 comprende un coperchio 11 ad esso collegato mediante accoppiamento vite/madrevite.

L'albero 2 comprende ad una sua prima estremità 2a una flangia 12 in appoggio contro lo spallamento 9, mentre la contrapposta estremità 2b è in appoggio sul fondo 10 del corpo 5.

Un tirante 13 collega assialmente l’albero 2 con l'albero a camme 3 rendendoli solidali in rotazione. Il tirante 13 comprende uno stelo inserito nel foro centrale dell'albero 2 ed in un foro centrale dell'albero a camme, una testa alloggiata in una sede cilindrica dell'albero 2 ed una estremità filettata 13a accoppiata con una corrispondente porzione filettata del foro centrale dell'albero a camme 3. Lo stelo del tirante 13 ha diametro minore di quello dei fori nei quali è inserito, cosicché all’interno dell'albero a camme 3 e dell'albero 2 risulta definito un condotto anulare 14.

L'organo a pistone 4 comprende esternamente una dentatura elicoidale 15 in impegno con una corrispondente dentatura interna 16 del semicorpo interno 5a, ed internamente una dentatura 17, preferibilmente di tipo rettilineo, in impegno con una corrispondente dentatura esterna 18 dell'albero 2. Le dentature 15,17 sono definite tra spigoli 19,20 di estremità assialmente contrapposti del pistone 4 (con riferimento ad una ipotetica sezione assiale del pistone).

Il pistone 4 presenta, in corrispondenza di una estremità rivolta verso l'estremità 8a del corpo 5, una testa 21 avente una superficie frontale di diametro maggiore rispetto alla restante parte con dentatura elicoidale 15. La testa 21 costituisce un setto, assialmente mobile, che divide una camera anulare 22, definita all'interno del dispositivo meccanico 1 dal semicorpo interno 5a, dal semicorpo esterno 5b e dall'albero 2, in una prima ed una seconda semicamera rivolte verso il fondo 10 e verso l'estremità 8a del corpo 5 rispettivamente. Il volume delle suddette semicamere è funzione della posizione della testa 21 nella camera anulare 22.

Una molla ad elica cilindrica 24 è accolta nella suddetta prima semicamera ed agisce sulla testa 21 del pistone, spingendo il pistone verso l'estremità 2a dell'albero 2.

Una pluralità di condotti radiali 25, ricavati nell'albero 2, mette in comunicazione di fluido la prima semicamera con il condotto anulare 14, il quale è a sua volta in comunicazione di fluido con un primo circuito idraulico di fluido in pressione dell’albero a camme 3.

Un ulteriore condotto 26, ricavato nell'albero 2, mette in comunicazione di fluido la seconda semicamera con un condotto 27, il quale è a sua volta in comunicazione di fluido con un secondo circuito idraulico di fluido in pressione dell'albero a camme 3.

Una valvola a solenoide, in sè nota e non rappresentata in figura, è comandabile da una centralina elettronica per passare da una prima posizione di funzionamento in cui mette in comunicazione di fluido il primo circuito idraulico con un circuito principale di fluido in pressione del motore e contemporaneamente collega a scarico il secondo circuito idraulico, ad una seconda posizione di funzionamento in cui collega a scarico il primo circuito idraulico e contemporaneamente mette il secondo circuito idraulico in comunicazione di fluido con il circuito principale.

Il dispositivo meccanico 1 comprende altresì un elemento anulare ausiliario 30 coassialmente interposto fra il corpo 5 e l'albero 2, avente, come il pistone 4, una dentatura elicoidale esterna 31 in impegno con la corrispondente dentatura 16 del semicorpo interno 5a ed una dentatura rettilinea interna 32 in impegno con la corrispondente dentatura 18 dell'albero 2. L'elemento anulare ausiliario 30 è posizionato assialmente fra il fondo 10 ed il pistone 4, ad una prefissata distanza da quest'ultimo. Il dispositivo meccanico 1 comprende inoltre una pluralità di spine 33 interposte tra l'elemento anulare ausiliario 30 ed il pistone 4 e disposte circonferenzialmente a passo attorno all'albero 2. Le spine 33 sono preferibilmente alloggiate in sedi ricavate assialmente nel pistone 4. Nell’albero 2 è ricavato uno spallamento assiale 34 che limita lo scorrimento assiale delle spine 33 verso l'estremità 2a dell'albero 2.

Quando la valvola a solenoide è nella sua prima posizione di funzionamento, il fluido in pressione affluisce nella seconda semicamera provocando uno scorrimento del pistone 4 e dell'elemento anulare ausiliario 30 verso il fondo 10 in contrasto all'azione della molla 24 nonché una rotazione angolare relativa dei componenti 2,5. Questo scorrimento porta l'elemento anulare ausiliario 30 ad attestarsi a battuta contro il fondo 10 in una prima posizione di fine corsa (fig. 1), determinando l'arresto per impuntamento del pistone 4 nelle dentature 16 e 18, impedendo una ulteriore rotazione relativa dei componenti 2,5. In questa prima posizione di fine corsa le spine 33 sono assialmente libere di muoversi tra il pistone 4 e l'elemento ausiliario 30.

Quando viceversa, la valvola a solenoide è nella sua seconda posizione di funzionamento, l’azione del fluido in pressione che affluisce nella prima semicamera unitamente alla forza elastica della molla 24 e all’azione di scarico del fluido dalla seconda semicamera provocano uno scorrimento del pistone 4 e dell'elemento anulare ausiliario 30 verso l'estremità 2a dell'albero 2. Durante questo scorrimento le spine 33 sono spinte dall'elemento anulare ausiliario 30 a scorrere verso l'estremità 2a dell'albero 2 fino ad attestarsi a battuta contro lo spallamento assiale 34 dell'albero 2 (fig. 2). Ciò determina l'arresto dell'elemento anulare ausiliario 30 contro le spine 33 in una seconda posizione di fine corsa e l'arresto del pistone 4 per impuntamento nelle dentature 16 e 18. Nel passaggio dall'una all'altra delle posizioni di fine corsa anzidette, ad uno scorrimento assiale del pistone 4 sulla dentatura rettilinea 18 dell'albero 2 corrisponde una rotazione relativa del corpo 5 rispetto all'albero 2, la quale è dovuta all’accoppiamento a dentature elicoidali tra pistone 4 e corpo 5, che determina la variazione di fasatura nella distribuzione. Tale rotazione relativa comporta a sua volta uno scorrimento assiale dell'elemento anulare ausiliario 30 sulla dentatura rettilinea 18 dell'albero 2. Questo scorrimento è pari a quello del pistone 4, dal momento che l'elemento anulare è anch'esso in impegno con la dentatura elicoidale 16 del corpo 2.

In entrambe le posizioni di fine corsa anzidette, 1'impuntamento del pistone 4 permette di mantenere a stretto contatto le dentature accoppiate, eliminando il continuo movimento alternato tra esse e di conseguenza riducendo la rumorosità del dispositivo.

Secondo una ulteriore caratteristica della presente invenzione è prevista una interruzione del profilo assiale dei fianchi delle dentature 16 e 18 rispettivamente del corpo 5 e dell’albero 2. In accordo con una prima forma realizzativa dell'invenzione, l'interruzione anzidetta comprende una prima ed una seconda gola 36, 38. Dette gole sono praticate circonferenzialmente sul corpo 5 e sull’albero 2 così da interessare ciascun dente delle dentature 16 e 18. Con riferimento alla figura 3, la prima e la seconda gola 36,38 sono formate in una posizione tale da risultare disposte a cavallo dello spigolo 19 del pistone 4 quando quest'ultimo si trova nella prima posizione di fine corsa. Riferendosi a tale posizione, ciascun gola 36,38 è estesa assialmente per un tratto a ridosso della rispettiva dentatura 15,17 del pistone e per un ulteriore tratto oltre la dentatura 15,17 nella direzione di ulteriore corsa oltre la prima posizione di fine corsa (in direzione del fondo 10).

Le gole 36,38 sono definite, per ciascun dente delle rispettive dentature 16 e 18, da superfici 36a,b e 38a,b affacciate, estese dal fondo della corrispondente gola. Preferibilmente ciascuna superficie 36b,38b, vale a dire quella a ridosso della dentatura del pistone nella prima posizione di fine corsa, si estende dal fondo gola divergendo dall'altra superficie 36a,38a. Le superfici 36b,38b inclinate servono a facilitare l'imbocco delle dentature 31,32 dell'elemento ausiliario 30 nelle rispettive dentature 16,18 durante la corsa di attuazione di quest'ultimo.

L'interruzione delle dentature anzidetta comprende inoltre una terza gola 40 formata in una posizione tale da risultare disposta a cavallo dello spigolo 20 del pistone quando quest'ultimo si trova nella seconda posizione di fine corsa. Convenientemente la terza gola 40 può essere costituita dalla gola di scarico prevista per l'operazione di dentatura dell'albero 2 in corrispondenza dello spallamento 34. In modo analogo a quanto descritto per la prima e la seconda gola 36,38, anche la terza gola 40 si estende, con riferimento alla seconda posizione di fine corsa del pistone, per un tratto a ridosso della dentatura 17 del pistone e per un ulteriore tratto oltre detta dentatura 17 nella direzione di ulteriore corsa oltre la seconda posizione di fine corsa (in direzione dello spallamento 34).

Nel funzionamento, in ciascuna posizione di fine corsa il pistone è bloccato per impuntamento nelle dentature 16 e 18, come più sopra descritto. Le forze di pressione esercitate tra i fianchi delle dentature in reciproco contatto sono tali che possono provocare, con l'aumento delle ore di funzionamento, un'usura dei fianchi di dentatura con la formazione di piccole scavature o impronte, in particolare lungo i fianchi delle dentature 16 e 18. Ne consegue che il gioco tra le dentature in accoppiamento tende ad aumentare a seguito dell'usura ed il pistone 4 è sollecitato a muoversi assialmente oltre la corrispondente posizione di fine corsa così da recuperare il gioco anzidetto. Tale spostamento assiale non è ostacolato da eventuali scavature o gradini, dovuti all'usura e presenti sul fianco delle dentature 16, 18 poiché il corrispondente spigolo 19,20 del pistone non è in contatto con il fianco delle dentature 16,18, ma si trova bensì a cavallo della corrispondente gola 36,38,40. Detto spigolo 19,20 non risulta perciò ostacolato nel movimento assiale ed il pistone 4 può essere spostato assialmente, sotto l'azione del fluido in pressione (e della molla 24 nella seconda posizione di fine corsa), oltre la corrispondente posizione di fine corsa così da recuperare i giochi e bloccarsi nuovamente per impuntamento nelle dentature 16 e 18.

In accordo con una seconda forma realizzativa dell’invenzione, l'interruzione del profilo assiale dei fianchi delle dentature 16 e 18 è realizzata in forma di un impronta 41 ottenuta attraverso un ribasso del fianco di dentatura, come mostrato in figura 5.

Si noti che sia in presenza delle gole 36,38,40 che delle impronte 41 di abbassamento del profilo assiale di dentatura, l'estensione assiale del tratto di interruzione esteso a ridosso delle dentature 15,17 del pistone (riferendosi alle posizioni di fine corsa) è minore dell'estensione assiale delle dentature stesse del pistone, così che i fianchi delle dentatura 15,17 del pistone siano sempre in contatto con i rispettivi fianchi delle dentature 16,18 accoppiate senza cadere mai all'interno delle gole 36,38,40 ovvero delle impronte 41.

In figura 6 è rappresentata una ulteriore variante di realizzazione dell'invenzione, che si differenzia dagli esempi precedenti per il fatto che la terza gola 40 non è prevista quale gola di scarico nella lavorazione della dentatura 18 dell'albero 2. Detto albero 2 in questo caso è realizzato in due parti 2c,2d delle quali la parte 2c recante la dentatura 18 è forzata sulla parte a flangia 2d e l'operazione di dentatura è eseguita prima dell'operazione di forzamento delle parti 2c,2d, non richiedendo pertanto la previsione di alcuna gola di scarico. Di conseguenza la gola 40 deve essere appositamente formata per gli scopi del trovato.

Claims (4)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo meccanico per variare la fase fra albero motore ed un albero a camme di un motore a combustione interna, del tipo comprendente un primo ed un secondo componente coassiali fra loro e rispettivamente collegati cinematicamente all'albero motore ed all'albero a camme, un organo a pistone interposto tra detti componenti avente due dentature, di cui una con un angolo di avvitamento rispetto all'altra, in impegno con una dentatura del primo componente e con una dentatura del secondo componente rispettivamente, le dentature di detto organo a pistone presentando spigoli di estremità assialmente contrapposti, detto organo a pistone essendo spostabile rispetto a detti componenti sotto l’azione di un fluido in pressione tra due contrapposte posizioni di fine corsa, così da variare la posizione angolare fra il primo ed il secondo componente e conseguentemente la fase fra l'albero motore e l'albero a camme, e mezzi di arresto interposti tra detti componenti per bloccare la rotazione relativa di detti componenti e determinare l’arresto dell'organo a pistone per impuntamento nelle dentature di detti componenti in corrispondenza di ciascuna di dette posizioni di fine corsa, caratterizzato dal fatto di comprendere su almeno una delle dentature di detti componenti almeno una interruzione del profilo assiale dei rispettivi fianchi di dentatura, detta almeno una interruzione essendo ricavata in posizione tale da risultare a cavallo dello spigolo dell'organo pistone nella corrispondente posizione di fine corsa, detta interruzione estendendosi per un tratto a ridosso della dentatura dell'organo a pistone e per un ulteriore tratto oltre detta dentatura nella direzione di ulteriore corsa oltre la posizione di fine corsa, l'estensione del tratto a ridosso della dentatura del pistone essendo minore dell'estensione assiale della dentatura del pistone.
2. 2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, in cui detta interruzione comprende, per ciascun dente della dentatura di detto almeno un componente, una rispettiva gola, dette gole essendo allineate circonferenzialmente su detto componente.
3. 3. Dispositivo secondo la rivendicazione 2, in cui ciascuna di dette gole è definita da contrapposte superfici laterali estese dal fondo di detta gola, almeno una di dette superfici divergendo dall'altra di dette superfici a partire dal fondo della gola.
4. 4. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, in cui detta interruzione del profilo di dentatura comprende almeno una impronta formata sul corrispondente fianco di dentatura di detto almeno un componente.