ITUB20155940A1 - Pompa volumetrica a pistoni assiali perfezionata - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

Campo di applicazione

La presente invenzione si innesta su un settore della tecnica che riguarda pompe volumetriche a pistoni.

Più in particolare, l'invenzione riguarda una pompa volumetrica a pistoni assiali del tipo comprendente un involucro, un blocco di cilindri in tale involucro, una pluralità di cilindri disposti lungo l’asse di tale blocco di cilindri, una corrispondente pluralità di pistoni, ciascuno scorrevole nel relativo cilindro della pluralità di cilindri e un distributore di fluido associato a tale blocco di cilindri.

Arte nota

Come è ben noto in questo specifico settore tecnico, una pompa volumetrica a pistoni comprende generalmente una pluralità di pistoni alloggiati in una corrispondente pluralità di cilindri rotanti. 1 pistoni, scorrendo all 'interno dei cilindri rotanti, provocano un’aspirazione con un aumento di volume in una camera di pompaggio aU’in terno del cilindro quando è aperta una luce di aspirazione, creando una leggera depressione che consente ad un fluido di essere addotto alla camera di pompaggio. Alternativamente, tali pistoni provocano una compressione con una diminuzione di volume nella camera di pompaggio quando è aperta una luce di mandata con inversione del loro moto.

Nelle pompe a pistoni assiali, la corsa di pistoni avviene nella stessa direzione dell’asse di un blocco di cilindri che ruota all’interno di un involucro fisso, il moto dei pistoni essendo causato dal loro scorrimento su un piatto inclinato, la cui inclinazione è regolabile nelle configurazioni a portata variabile.

il principale problema che i costruttori di pompe a pistoni devono affrontare è la rumorosità delle pompe stesse. Infatti, nelle pompe a pistoni, vi sono due fondamentali cause di rumore, il rumore generato nel fluido (chiamato anche “fluidborne noi se") ed il rumore di struttura (chiamato anche “structureborne noise’’).

Il fluidborne noise è dovuto principalmente a fenomeni di irregolarità, o “ripple”, nel trasferimento del fluido. In particolare, il fluidborne noise è dovuto alla struttura delle pompe stesse, le quali trasferiscono il fluido in maniera irregolare e discontinua, tale irregolarità essendo chiamata ripple.

Il ripple è causato sia dalla legge di trasferimento del fluido (e quindi dalla geometria del sistema, si parla in questo caso di ripple primario) sia dall’irregolarità di commutazione tra mandata ed aspirazione (si parla in questo caso di ripple secondario), quest’ultimo fenomeno essendo inoltre legato alla comprimibilità del fluido. In generale, tale ripple induce una rumorosità di funzionamento causata dalle oscillazioni della portata istantanea nel tempo. Tali oscillazioni della portata istantanea nel tempo generano un'onda pulsante la quale, attraverso il fluido, si trasmette all<1>ambiente circostante e, in particolare, alle pareti della pompa, alle tubazioni ed ai condotti di mandata. La rumorosità indotta può raggiungere livelli anche imprevedibili, nel caso particolare in cui i suddetti organi entrino in risonanza con la frequenza di oscillazione.

La comprimibilità del fluido diventa influente alFapertura repentina della camera dì pompaggio del pistone alla luce di mandata che causa un’improvvisa compressione del fluido, la quale porta ad una conseguente oscillazione della portata istantanea nel tempo. Generalmente 150 bar di pressione causano una riduzione di volume di circa 1-2% del fluido, generalmente olio, se privo di aria inglobata, ma anche una doppia riduzione di volume pur a fronte di una modesta quantità di aria inglobata.

La commutazione tra mandata ed aspirazione effettuata quando la portata della pompa (ovvero la velocità lineare del pistone) è diversa da zero rende impossibile una efficace compensazione del suddetto fenomeno della comprimibilità del fluido al variare della velocità, in particolare quando tale commutazione avviene in una fase in cui l’accelerazione subita dai pistoni è massima e questo causa notevoli irregolarità nella portata stessa.

Il structureborne noise ha invece origine dallo squilibrio e dalla fluttuazione delle forze agenti nella pompa durante il movimento dei pistoni, causando vibrazioni di struttura. In particolare, tale fonte di rumore è insita nella struttura della pompa e nasce sia dalla irregolarità di mandata, che causa lo sviluppo di forze oscillanti, che dalle forze di attrito pulsanti agenti airinterno della pompa, quale ad esempio la forza di attrito agente tra i pistoni ed il piatto inclinato in una pompa a pistoni assiali.

La tecnica nota ha proposto in passato alcune soluzioni di pompe a pistoni che hanno cercato di risolvere Le problematiche evidenziate in precedenza.

In particolare, in figura 1A viene mostrata schematicamente una sezione di una pompa volumetrica a pistoni assiali realizzata secondo gli schemi noti, indicata globalmente con 1. Tale pompa 1 comprende un involucro fisso 2 all’intero del quale è disposto un blocco di cilindri rotante 3 che alloggia una pluralità di pistoni 4 disposti lungo l’asse di tale blocco di cilindri rotante 3. Ciascun pistone della pluralità di pistoni 4 è accoppiato, generalmente tramite snodi sferici, ad una corrispondente pluralità di pattini idrostatici 5, disposti al di fuori di tali cilindri, scorrevoli su un piatto inclinato 6. La rotazione del blocco di cilindri rotante 3 è causata da un albero motore 7. In questo modo i pistoni della pluralità di pistoni 4 scorrono sul piatto inclinato 6 tramite la pluralità di pattini idrostatici 5.

La presenza dei pattini idrostatici 5 è vantaggiosa per la riduzione deU’attrito tra la pluralità di pistoni 4 e il piatto inclinato 6 e quindi è vantaggiosa per la riduzione dell’usura della pompa 1 nel suo complesso.

Ulteriormente, nella pompa a pistoni assiali 1 viene previsto un distributore di fluido 8, associato al blocco di cilindri rotante 3 e solidale all’involucro fisso 2, in cui sono presenti recessi corrispondenti a luci di aspirazione e di mandata.

Pur vantaggiosa sotto vari aspetti, questa soluzione presenta vari inconvenienti, in particolare la presenza dei pattini idrostatici 5, necessari da un lato per ridurre rattrito e l’usura, ma che determinano dall’altro una legge del moto dei pistoni di tipo sostanzialmente sinusoidale, causando una portata istantanea non costante e quindi un ripple.

I pattini idrostatici 5 scorrono infatti con moto circolare sul piatto inclinato 6, tali pattini idrostatici dovendo avere un appoggio di sagoma invariante con La rotazione e dovendo mantenere un meato minimo e costante tra di sé e la superficie portante. Tale moto dei pattini risulta in ogni caso in una svantaggiosa legge del moto dei pistoni di tipo sostanzialmente sinusoidale, causando il suddetto ripple.

Con riferimento alla figura )B, viene illustrato un grafico in forma adimensionale della velocità istantanea di un singolo pistone (ovvero la portata istantanea di un singolo pistone), in fase di aspirazione ed in fase di mandata, in funzione dell’angolo di rotazione (espresso in radianti) di una pompa a pistoni realizzata secondo l’arte nota. In tale figura, la fase di aspirazione corrisponde alla porzione negativa del grafico e la fase di mandata corrisponde alla porzione positiva del grafico.

Considerando in generale una pompa volumetrica comprendente una pluralità di pistoni, tale legge della velocità non consente di ottenere una somma delle velocità dei pistoni (e quindi una portata) costante per qualunque sfasamento angolare dei pistoni considerato e quindi causa ripple.

Tale ripple tende a zero per il tendere ad infinito del numero dei pistoni, ma tale aumento del numero dei pistoni conduce ovviamente all’aumento del costo, all’aumento dei rumori di apertura e chiusura delle luci di aspirazione e di mandata, così come all’aumento delle perdite volumetriche.

Negli schemi noti, la forma del ripple mostra inoltre un andamento che presenta cuspidi e discontinuità dannose che si riflettono anche in un’irregolarità della coppia assorbita dalla pompa.

Ulteriormente, tale andamento sostanzialmente sinusoidale della legge del moto dei pistoni comporta un elevato rumore dovuto alla commutazione tra fase di aspirazione e mandata, tale commutazione avvenendo nella fase di massima accelerazione per i pistoni e con una velocità dei pistoni (e quindi del fluido) diversa da zero, essendo questa uguale a zero solo in un punto, come evidente dalla figura 1B.

In una soluzione ulteriore di tipo noto proposta nelle pompe Parker, viene utilizzata una camera di pre-compensazione che riduce il fluidborne noise generato dalla compressione del fluido dovuto all’apertura repentina delia camera di pompaggio del pistone alla luce di mandata.

Il problema tecnico alla base della presente invenzione è quello di escogitare una pompa volumetrica a pistoni assiali, avente caratteristiche strutturali e funzionali tali da consentire di superare le limitazioni e gli inconvenienti che tuttora affliggono le pompe volumetriche a pistoni assiali realizzate secondo le tecnologie note, in particolare eliminando le principali cause di fluidborne noise e di structureborne noise.

Scopo della presente invenzione è quello di escogitare una pompa volumetrica a pistoni assiali suscettibile di fornire una portata costante e quindi ripple nullo.

Un altro scopo della presente invenzione è quello di escogitare una pompa volumetrica a pistoni assiali suscettibile di ridurre l’effetto dell’irregolarità di commutazione tra fase di mandata e fase di aspirazione e di ridurre l’effetto della comprimibilità del fluido.

Un ulteriore scopo della presente invenzione è quello di escogitare una pompa volumetrica a pistoni assiali suscettibile di presentare uno schema meccanico a forze bilanciate per eliminare le vibrazioni e suscettibile di presentare un sistema meccanico adatto a minimizzare attrito ed usura-Sommario dell' invenzione

L'idea di soluzione che sta alla base della presente invenzione è quella di realizzare una pompa volumetrica a pistoni assiali la cui legge del moto è determinata da un profilo a camma sul quale i pistoni scorrono senza attriti, fornendo una portata costante, riducendo l’effetto dei irregolarità di commutazione e garantendo un funzionamento meccanico corretto.

Sulla base di tale idea di soluzione, il suddetto problema tecnico è risolto da una pompa volumetrica a pistoni assiali del tipo comprendente un involucro, un blocco di cilindri in detto involucro, una pluralità di cilindri disposti lungo l’asse di tale blocco di cilindri, una corrispondente pluralità di pistoni, ciascuno scorrevole nel relativo cilindro della pluralità di cilindri e un distributore di fluido associato al blocco di cilindri, tale pompa comprendendo un profilo a camma frontale includente una pluralità di lobi di camma, ciascun lobo comprendendo una rampa di mandata e una rampa di aspirazione, almeno due pistoni della pluralità di pistoni avendo un estremità, la quale sporge dal rispettivo cilindro e che costituisce tastatore in impegno contemporaneamente su una medesima tipologia di rampa di un relativo lobo della pluralità di lobi di camma.

Vantaggiosamente, tali almeno due pistoni della pluralità di pistoni aventi i relativi tastatori in impegno contemporaneamente su tale rampa di mandata di un relativo lobo della pluralità di lobi di camma, seguono una legge del moto tale che la somma delle velocità di tali almeno due pistoni è sostanzialmente costante per ogni angolo di rotazione della pompa volumetrica.

Allo stesso modo, tali almeno due pistoni della pluralità di pistoni aventi i relativi tastatori in impegno contemporaneamente sulla rampa di aspirazione di un relativo lobo della pluralità di lobi di camma, seguono una legge del moto tale che la somma delle velocità di tali almeno due pistoni è sostanzialmente costante per ogni angolo di rotazione della pompa volumetrica.

E’ da notare che tale tastatore in impegno su tale profilo a camma frontale comprende un elemento volvente associato airestremità di ciascun pistone della pluralità dì pistoni, tale elemento volvente essendo scelto preferibilmente tra un rullo o una sfera.

Ulteriormente, un cuscinetto di sostentamento è interposto tra ciascun pistone della pluralità di pistoni ed il relativo elemento volvente.

In particolare, tale cuscinetto di sostentamento è un cuscinetto di sostentamento idrostatico oppure un cuscinetto di sostentamento idrodinamico.

In una forma di realizzazione preferita, tale cuscinetto di sostentamento è un cuscinetto di sostentamento idrostatico con una componente idrodinamica inferiore al 50% del totale.

Vantaggiosamente, il distributore di fluido comprende luci di mandata ed una pluralità di piccoli fori di pre-iniezione interposti tra tali luci di mandata, tale pluralità di piccoli fori di pre-iniezione essendo atta a mettere in comunicazione i cilindri della pluralità di cilindri anticipatamente rispetto alle luci di mandata del distributore di fluido.

Ulteriormente, l'e stremila dei pistoni della pluralità di pistoni definisce una superficie in impegno con un contro-profilo di camma, fisso e solidale a tale profilo a camma frontale, tale contro-profilo di camma avendo un profilo coniugato a tale profilo a camma frontale, realizzando un comando desmodromico,

Vantaggiosamente secondo la presente invenzione, la legge del moto dei pistoni è sostanzialmente descritta dall’integrale della funzione νι(φ) = C * (1 - cos(ij>)), in cui <j> è l'angolo di rotazione della pompa oppure una funzione lineare dell’angolo di rotazione della pompa e C è un fattore di proporzionalità.

Opportunamente, tale legge del moto prevede, nella funzione che descrive la velocità ν\(φ) di tali almeno due pistoni della pluralità di pistoni, un punto di flesso orizzontale tra la fase di aspirazione e quella di mandata, con velocità ed accelerazione nulla per tali almeno due pistoni di detta pluralità di pistoni nella fase di commutazione.

E’ opportuno osservare inoltre che tale legge del moto è una funzione pari qualora si consideri il moto di tali almeno due pistoni solamente lungo la rampa di mandata o la rampa di aspirazione di un lobo della pluralità di lobi di camma ed è una funzione dispari qualora si consideri il moto di tali almeno due pistoni lungo un intero lobo delia pluralità dì lobi dì camma.

infine, tale legge del moto viene modificata in funzione del fenomeno della comprimibilità del fluido.

Le caratteristiche ed i vantaggi della pompa volumetrica a pistoni assiali secondo l'invenzione risulteranno dalla descrizione, fatta qui di seguito, di un suo esempio di realizzazione dato a titolo indicativo e non limitativo con riferimento ai disegni allegati.

Breve descrizione dei disegni

In tali disegni:

- la figura 1A mostra una vista schematica in sezione di una pompa volumetrica a pistoni assiali realizzata secondo l’arte nota;

- la figura 1B mostra un grafico della velocità istantanea di un singolo pistone in funzione dell’angolo di rotazione di una pompa a pistoni secondo l’arte nota, in fase di mandata ed in fase di aspirazione;

- la figura 2 mostra una vista schematica in sezione di una pompa volumetrica a pistoni assiali secondo la presente invenzione;

- la figura 3 A mostra una vista schematica in sezione di una porzione, corrispondente ad un profilo a camma frontale, della pompa volumetrica a pistoni assiali di figura 2;

- la figura 3B mostra una vista bidimensionale di uno sviluppo in piano del profilo a camma frontale della pompa volumetrica a pistoni assiali secondo una forma di realizzazione della presente invenzione; - la figura 4 mostra una vista schematica in sezione di una porzione della pompa volumetrica a pistoni assiali di figura 2.

- ia figura 5 mostra una vista schematica in sezione un distributore di fluido della pompa volumetrica a pistoni assiali di figura 2;

- la figura 6A mostra un grafico di una funzione descrivente la velocità di un pistone della pompa volumetrica a pistoni secondo la presente invenzione;

- la figura 6B mostra un grafico di una sovrapposizione di due funzioni uguali alla funzione rappresentata in figura 6A ma sfasate di π;

- la figura 7 mostra un grafico di una funzione descrivente la velocità di un pistone della pompa volumetrica a pistoni secondo la presente invenzione tra -π e π;

- la figura 8A mostra un grafico della legge del moto di un singolo pistone in funzione dell’angolo di rotazione di una pompa a pistoni secondo la presente invenzione, in fase di mandata ed in fase di aspirazione;

- la figura 8B mostra un grafico della velocità istantanea di un singolo pistone in funzione dell’angolo di rotazione di una pompa a pistoni secondo la presente invenzione, in fase di mandata ed in fase di aspirazione; e

- la figura 9 mostra un particolare del grafico della velocità istantanea di un singolo pistone di figura 8B in funzione dell’angolo di rotazione di una pompa a pistoni secondo la presente invenzione;

Descrizione dettagliata

Con riferimento a tali figure, ed in particolare alla figura 2, con 10 è globalmente e schematicamente indicata una pompa volumetrica a pistoni assiali realizzata secondo la presente invenzione.

E' opportuno notare che le figure rappresentano viste schematiche e non sono disegnate in scala, ma sono invece disegnate in modo da enfatizzare le caratteristiche importanti deirinvenzione. Ulteriormente, nelle figure, i diversi pezzi sono rappresentati in modo schematico, la loro forma potendo variare a seconda deirapplic azione desiderata. Infine, si sottolinea che in tali figure numeri di riferimento identici si riferiscono ad elementi identici per forma o funzione.

Nella forma di realizzazione illustrata in figura 2, fornita a titolo di esempio non limitativo della presente invenzione, la pompa volumetrica a pistoni assiali 10 comprende involucro fisso 11, un blocco di cilindri rotante 12 in tale involucro fisso 11, una pluralità di cilindri 13 disposti lungo Tasse del blocco di cilindri rotante 12, una corrispondente pluralità di pistoni 14 ciascuno scorrevole nel relativo cilindro della pluralità di cilindri 13 e un distributore di fluido 15, associato al blocco di cilindri rotante 12 e solidale alTinvo lucro fisso 11. Tale distributore di fluido 15 alloggia condotti di aspirazione 16 e condotti di mandata 17, con i quali i cilindri della pluralità di cilindri 13 sono in comunicazione, tali condotti di aspirazione 16 e di mandata 17 facenti capo a rispettive luci di aspirazione 18 e luci di mandata 19. Il blocco dì cilindri rotante 12 è messo in rotazione da un albero motore 20, similmente a quanto descritto in relazione all’arte nota,

Vantaggiosamente secondo l'invenzione, ciascun pistone della pluralità di pistoni 14 ha un’estremità 21, la quale sporge dal rispettivo cilindro e che costituisce tastatore 22 in impegno su un profilo a camma frontale 23, fisso e solidale all’involucro fisso 11.

In particolare, tale impegno su tale profilo a camma frontale 23 è un impegno a rotolamento, che comprende un elemento volvente 22’ che supporta tale estremità 21 di ciascun pistone della pluralità di pistoni 14.

11 tastatore 22 comprende quindi un elemento volvente 22’, associato all’estremità 21 di ciascun pistone della pluralità di pistoni 14, tale elemento volvente 22’ essendo scelto preferibilmente tra un rullo o una sfera.

In particolare, è preferibile adottare un singolo rullo come elemento volvente 22’, in quanto tale rullo permette lavorazioni meccaniche più semplici, è più economico, più affidabile e causa pressioni Hertziane minori e quindi minori sollecitazioni sul profilo a camma frontale 23.

Ulteriormente, un cuscinetto di sostentamento 24 è interposto tra ciascun pistone della pluralità di pistoni 14 e il relativo elemento volvente 22’. In questo modo, sempre secondo rìnvenzione, l’elemento volvente 22’, da una parte rotola senza strisciare sul profilo a camma frontale 23 e dall’altra è supportato dal cuscinetto di sostentamento 24 evitando un contatto strisciante con il suo alloggiamento nel relativo pistone. Di conseguenza, gli attriti tra il tastatore 22, la pluralità di pistoni 14 e il profilo a camma frontale 23 sono minimizzati, minimizzando in questo modo il rumore e l’usura della pompa a pistoni assiali 10.

Nel caso in cui venga adottato un rullo come elemento volvente 22’, il cuscinetto di sostentamento 24 risulta più agevolmente realizzabile.

II cuscinetto di sostentamento 24 può essere ad esempio un cuscinetto di sostentamento idrostatico o un cuscinetto di sostentamento idrodinamico. L’utilizzo di un cuscinetto di sostentamento 24 di tipo idrodinamico comporta da un lato minore capacità di carico, ma dall’altro minor perdita di volumetrico,

E’ altresì possibile utilizzare un cuscinetto di sostentamento 24 con una prevalente componente idrostatica e con una minore componente idrodinamica, preferibilmente inferiore al 50% del totale.

Con riferimento alla figura 3 A, viene ora mostrata una vista schematica in sezione di una porzione, corrispondente al profilo a camma frontale 23, della pompa volumetrica a pistoni assiali 10 di figura 2, Il profilo a camma frontale 23 è realizzato su almeno una porzione interna del involucro fisso 1 1 e la figura 3B mostra una vista bidimensionale di un suo sviluppo in piano. 11 profilo a camma frontale 23 comprende una pluralità di lobi di camma 25, ciascun lobo comprendendo una rampa di mandata Ri ed una rampa di aspirazione R2, come mostrato in figura 3B. Ovviamente un pistone si trova nella fase di mandata quando il suo tastatore 22 è impegno sulla rampa di mandata Ri, mentre tale pistone si trova nella fase di aspirazione quando il tastatore 22 è impegno sulla rampa di aspirazione R2, in accordo con il verso di percorrenza dei pistoni indicato in figura dalla freccia P, che corrisponde al verso di rotazione della pompa. E’ quindi evidente che i pistoni 14 vengono spinti dalla rampa di mandata Ri di tale profilo a camma frontale 23 verso il condotto di mandata 17 durante la fase di mandata.

Nella figura 3B il profilo a camma frontale 23 comprende tre lobi di camma ma il numero dei lobi della pluralità di lobi di camma 25 può variare a seconda delle esigenze e/o circostanze, la figura 3B essendo fornita solo a titolo esemplificativo e non essendo in alcun modo limitativa delia portata della presente invenzione.

Come evidente dalla figura 4, la quale mostra una vista schematica in sezione di una porzione della pompa volumetrica a pistoni assiali di figura 2, restremità 21 dei pistoni della pluralità di pistoni 14 è sostanzialmente conformata a fungo o a T, tale estremità 21 definendo quindi una superficie 26 in impegno con un contro-profilo di camma 27, fisso e solidale al il profilo a camma frontale 23, il quale consente una corsa controllata dei pistoni della pluralità di pistoni 14 e quindi un comando positivo degli stessi sia in fase di mandata che in fase di aspirazione, comando così detto d e sm od ro mi co.

Tale contro-profilo di camma 27 ha un profilo coniugato al profilo a camma frontale 23, permettendo così il richiamo dei pistoni della pluralità di pistoni 14 verso tale profilo a camma frontale 23 durante la fase di aspirazione, in modo tale da permettere l'aspirazione di fluido attraverso il condotto di aspirazione 16.

In una forma di realizzazione preferita, rappresentata nelle figure 2 e 4, il contro -prò filo di camma 27 (e quindi il comando desmodromico) viene realizzato internamente, ovvero agente sulla porzione di estremità 2 1 di ciascun pistone che si trova più vicina all’asse di rotazione del blocco di cilindri rotante 12 (o asse di rotazione della pompa) .

Alternativamente, è certamente possibile utilizzare invece del suddetto comando desmodromico altre metodologie di controllo della fase di aspirazione, ad esempio metodologie di controllo basate su molle.

Come precedentemente accennato, nella pompa a pistoni assiali 10 secondo la presente invenzione, luci di aspirazione e mandata sono realizzate e fasate nel distributore di fluido 15, come illustrato con maggior dettaglio in figura 5, la quale mostra una vista schematica in sezione di tale distributore di fluido 15 della pompa volumetrica a pistoni assiali di figura 2. Come evidente in tale figura 5, una pluralità di piccoli fori di pre-iniezione 28 opportunamente tarati è interposta tra le luci di mandata 19 del distributore di fluido 15, tale pluralità di piccoli fori di pre-iniezione 28 essendo atta a mettere in comunicazione i cilindri della pluralità di cilindri 13 anticipatamente rispetto alle luci di mandata 19 del distributore di fluido 15.

Vantaggiosamente, la configurazione sopradescritta permette di ridurre il fiuidborne noise dovuto all’apertura repentina della camera di pompaggio, situata alfinterno del cilindro, del pistone alle Luci di mandata 19, tale pluralità di piccoli fori di pre-iniezione 28 anticipando in modo graduale e regolato il minuscolo passaggio di fluido che serve a compensare la comprimibilità delio stesso nella camera di pompaggio del pistone.

Ulteriormente, nella forma di realizzazione della pompa volumetrica a pistoni assiali 10 raffigurata in figura 2, la legge del moto dei pistoni della pluralità di pistoni 14 è determinata dal profilo a camma frontale 23.

Opportunamente, almeno due pistoni della pluralità di pistoni 14 hanno i relativi tastatori 22 in impegno contemporaneamente su una medesima tipologia di rampa di un relativo lobo della pluralità di lobi di camma 25. Tali almeno due pistoni possono avere i relativi tastatori 22 in impegno contemporaneamente su uno stesso lobo della pluralità di lobi di camma 25. Ma si può anche notare l'esistenza di una configurazione in cui almeno due pistoni sono rispettivamente in impegno su lobi differenti, ma in ogni caso sulla stessa tipologia di rampa e con uno opportuno sfasamento relativo rispetto all’inizio della relativa rampa, tale rampa potendo quindi appartenere a lobi differenti e tale sfasamento essendo tale da garantire la costanza nella somma delle portate di tali pistoni, come verrà specificato nel seguito.

In altre parole, l'invenzione prevede che vi siano almeno due pistoni 14 con tastatori 22 in impegno contemporaneo su un profilo a camma frontale 23 in una stessa fase attiva (ovvero sulla medesima tipologia di rampa) e con uno sfasamento relativo o distanza relativa tale da garantire una somma della portata complessiva della pompa sostanzialmente costante.

In questo modo, come risulterà chiaramente dalla descrizione seguente, è possibile realizzare la pompa volumetrica a pistoni assiali 10 in cui tali almeno due pistoni della pluralità di pistoni 14 seguono una legge del moto tale che la somma delle loro velocità sia sostanzialmente costante, e quindi tale che la portata istantanea sia sostanzialmente costante, la variazione di portata istantanea di un pistone in fase di mandata (o aspirazione) essendo sostanzialmente compensata dalla variazione di portata istantanea dell’altro pistone in fase di mandata (o aspirazione), il cui tastatore 22 è in impegno contemporaneamente sulla medesima tipologia di rampa di un relativo lobo della pluralità di lobi di camma 25.

Tali almeno due pistoni della pluralità di pistoni 14 aventi i relativi tastatori 22 in impegno contemporaneamente sulla medesima tipologia di rampa di un relativo lobo della pluralità di lobi di camma 25 hanno uno sfasamento angolare relativo, rispetto all’inizio della rampa di mandata Ri o aspirazione R2 del relativo lobo al quale è impegnato il rispettivo tastatore 22, in modo tale da garantire la costanza della somma delle velocità dei pistoni 14.

In particolare, nel caso in cui si considerino due pistoni, aventi i relativi tastatori 22 in impegno contemporaneamente sulla medesima tipologia di rampa di un relativo lobo della pluralità di lobi di camma 25, tale sfasamento angolare relativo necessario a garantire la costanza della somma delle loro velocità è corrispondente a metà deH’estensione angolare attiva di mandata (o di aspirazione) del profilo a camma frontale 23.

Nel caso in cui almeno due pistoni sono in impegno su una medesima tipologia di rampa di uno stesso lobo della pluralità di lobi di camma, lo sfasamento relativo tra due pistoni adiacenti è corrispondente al rapporto tra l’estensione angolare attiva di mandata (o di aspirazione) del profilo a camma frontale 23 ed il numero totale di pistoni della pluralità di pistoni 14 aventi i relativi tastatori 22 in impegno contemporaneamente sulla medesima tipologia di rampa (vale a dire: sempre di mandata o aspirazione) dello stesso lobo della pluralità di lobi di camma 25.

Qui e nei seguito, con il termine estensione angolare attiva di mandata (o di aspirazione) del profilo a camma frontale 23 si intende l’angolo di rotazione della pompa necessario ad un singolo pistone della pluralità di pistoni 14 a svolgere in modo completo una corsa (ovvero la fase di mandata o la fase di aspirazione) e verrà di seguito indicato con ec. Il numero di lobi della pluralità di lobi di camma 25 determina il numero di corse di ciascun pistone della pluralità di pistoni 14 per ogni giro completo del blocco di cilindri 12 e quindi determina il valore dell’estensione angolare attiva ec.

Come indicato in figura 3B. in una forma di realizzazione il profilo a camma frontale 23 comprende tre lobi di camma in reciproca relazione distanziata sulla parete interna dell’involucro fisso I l e quindi ec= 60°.

In una forma preferita di realizzazione, la pompa volumetrica a pistoni assiali 10 comprende dodici pistoni equispaziati, separati l’uno dall’altro da una sfasamento relativo pari a 30°. In questo modo si hanno sempre due pistoni aventi i relativi tastatori 22 in impegno contemporaneamente sulla medesima tipologia di rampa di un relativo lobo della pluralità di lobi di camma 25 con sfasamento relativo pari a 30° rispetto all’inizio della rampa di mandata Ri o aspirazione R2 del relativo lobo sul quale sono impegnati. Di conseguenza, per tale coppia di pistoni, lo sfasamento relativo di 30° corrisponde a ec/2, e quindi è tale da garantire costanza nella somma delle velocità.

Si sottolinea che il numero di pistoni della pluralità di pistoni 14, il valore dell’estensione angolare attiva di mandata (o di aspirazione) ecdel profilo a camma frontale 23 così come il numero dei lobi della pluralità di lobi di camma 25 può variare a seconda delle esigenze e/o circostanze, la suddetta forma di realizzazione essendo fornita solo a titolo esemplificativo e non essendo in alcun modo limitativa della portata dell’invenzione stessa.

Vantaggiosamente secondo la presente invenzione, la pompa volumetrica a pistoni assiali 10 secondo la presente invenzione permette un bilanciamento assiale delle forze in quanto vi è sempre un numero corrispondente di pistoni in fase di aspirazione ed in fase di mandata.

In questo modo sono rispettati i vincoli di equilibrio delle forze in ogni istante, la risultante delle forze in gioco essendo sostanzialmente nulla per ogni angolo di rotazione delle pompa, e sono minimizzati attriti ed usure nella pompa volumetrica a pistoni assiali 10. Di conseguenza nella pompa volumetrica a pistoni assiali 10 vengono eliminate le cause principali di structureborne noise.

Come precedentemente accennato, vantaggiosamente secondo la presente invenzione, almeno due pistoni della pluralità di pistoni 14 hanno i relativi tastatori 22 in impegno contemporaneamente sulla medesima tipologia di rampa (rampa di mandata Ri o rampa di aspirazione R2) di un relativo lobo di tale pluralità di lobi di camma 25, tali almeno due pistoni seguendo una legge del moto e avendo uno sfasamento relativo tale che la somma delle velocità di tali pistoni è sostanzialmente costante per ogni angolo di rotazione della pompa.

Di conseguenza, è possibile realizzare una pompa volumetrica a pistoni assiali in cui la somma delle velocità di tutti pistoni della pluralità di pistoni 14 i cui tastatori sono in impegno sulla rampa di mandata Ri così come la somma delle velocità di tutti i pistoni della pluralità di pistoni 14 i cui tastatori sono in impegno sulla rampa di aspirazione R2 è sostanzialmente costante per ogni angolo di rotazione della pompa, causando quindi una portata istantanea sostanzialmente costante ed eliminando il ripple.

Come evidenziato precedentemente, negli schemi noti delle pompe a pistoni assiali la presenza dei pattini idrostatici conduce ad una svantaggiosa legge del moto dei pistoni di tipo sostanzialmente sinusoidale.

Vantaggiosamente, la pompa volumetrica a pistoni assiali 10 secondo la presente invenzione permette una libertà nella scelta della legge del moto dei pistoni della pluralità di pistoni 14 tramite la scelta della geometria del profilo a camma frontale 23. E’ quindi possibile scegliere un’opportuna conformazione per il profilo a camma frontale 23 in modo tale che la portata istantanea della pompa volumetrica a pistoni assiali 10 sia sostanzialmente costante.

E’ infatti noto che la portata istantanea Q(t) al tempo t di una pompa volumetrica a pistoni è definita come:

dove Tindice i scorre da 1 a n, essendo n il numero totale di pistoni coinvolti contemporaneamente nella mandata (o aspirazione), essendo Ai la sezione del pistone i-esimo ed essendo vi(t) la velocità istantanea del pistone i-esimo.

Di conseguenza, per ottenere una portata istantanea di mandata costante e quindi non avere ripple è necessario che ∑iVi(t) sia costante, ovvero invariante con t, e quindi deve essere ∑iVì(t) = k, dove k è una costante.

Per poter mettere in relazione l’espressione sopratrovata con la pompa a pistoni assiali 10 che viene fisicamente costruita, la velocità istantanea vi(t) del pistone i-esimo verrà di seguito messa in relazione con l’angolo di. rotazione φ della pompa volumetrica a pistoni assiali 10, chiamando SÌ(<)>) la coordinata spaziale del pistone i-esimo in funzione dell’angolo φ e ponendo:

dove con ω si definisce la velocità di rotazione della pompa (ω ~ δφ/δΐ), la quale è considerata costante, essendo le sue eventuali variazioni ininfluenti per la geometria del profilo a camma frontale 23. Si è passati così dal dominio del tempo t al domino dell’angolo di rotazione della pompa φ, e quindi la condizione per avere ripple nullo viene scritta come:

Come precedentemente illustrato, negli schemi noti delle pompe a pistoni assiali la condizione espressa dall’equazione descritta sopra (∑ÌVÌ{(J>) = ∑ίδ8ί(φ}/δφ = k) non è mai verificata. Questo accade perché gli schemi noti comportano una legge del moto dei pistoni di tipo sinusoidale o simile alla sinusoidale imposta dal fatto di avere i pistoni supportati da un pattino con moto circolare su un piatto inclinato. Tale legge del moto, per un singolo pistone i-esimo, può essere espressa dalla equazione seguente:

s,(<j>) = k * 3ΐη(φ);

che conduce a:

νί(φ) = δ&(φ)/8φ “ k * cos(†).

Come già osservato con riferimento alla figura 1B, considerando una pompa comprendente una pluralità di pistoni, tale andamento della velocità dei pistoni in funzione dell’angolo di rotazione della pompa non consente di ottenere una somma costante delle velocità per qualunque sfasamento relativo dei pistoni considerato e quindi causa ripple.

Ulteriormente, sempre con riferimento alia figura 1B, si nota come la commutazione tra mandata ed aspirazione avvenga nella fase di massima accelerazione dei pistoni e come il punto in cui la loro velocità si annulla sia solo un transitorio istantaneo di ampiezza angolare nulla.

Alternativamente, vantaggiosamente secondo la presente invenzione, il movimento dei pistoni della pompa volumetrica a pistoni assiali 10 è determinato dal profilo a camma frontale 23, il quale è conformato in modo da imporre ad ogni pistone ί-esimo della pluralità di pistoni 14 una legge della velocità in funzione dell'angolo di rotazione della pompa del tipo:

ν,(φ) = 1 cos(<j>)

essendo tale funzione νί(φ) definita tra -π e n, dove Tango lo di rotazione delle pompa φ = -π corrisponde all’inizio della corsa del pistone e l’angolo φ = π corrisponde al termine della corsa del pistone. In questo modo, opportunamente si ha ν,(φ) = 0 alTinizio della corsa del pistone (φ - -TI), si ha un massimo per φ - 0 ed infine si ha ν,(φ) - 0 al termine della corsa del pistone (φ -+π); non è infatti possibile iniziare il moto con velocità diversa da zero e al termine del moto la velocità deve tornare a zero. L’intervallo angolare [-π, π] corrisponde quindi alla singola fase di mandata o aspirazione. La figura 6A illustra tale funzione ν,(φ) - 1 005(φ) per un singolo pistone mentre la figura 6B illustra la sovrapposizione di due funzioni νί(φ) = 1 οοδ(φ) sfasate di un angolo φ = π, la cui somma S è costante per ogni angolo φ, mostrando quindi la possibilità di un azzeramento del ripple nel caso di due pistoni in impegno contemporaneamente sul profilo a camma frontale 23 con un opportuno sfasamento delle rispettive leggi del moto, tale sfasamento essendo corrispondente allo sfasamento relativo tra tali pistoni rispetto alTinizio della relativa rampa di mandata Ri o aspirazione R2.

L’argomento della funzione che descrive la velocità è l’angolo di rotazione della pompa φ. Alternativamente, Targo mento della funzione che descrive la velocità può essere una funzione lineare di tale angolo di rotazione della pompa, in modo tale che alla rotazione della pompa a cui corrisponde la fase di mandata (o di aspirazione) corrisponda l’intervallo angolare [-π, π].

Opportunamente, tale funzione νι(φ) è una funzione pari per la singola fase di mandata (o aspirazione) ove il riferimento sia in mezzeria della fase stessa. Come mostrato in figura 7, la quale mostra il grafico della funzione νι(φ) = 1 cos(<j>) tra -π e π, se si traccia una linea orizzontale passante per il valore medio di tale funzione, il moto del pistone durante la fase di mandata (o aspirazione) viene diviso in quattro tratti Xi, Xs,X.i e X4. Il primo tratto Xi è sostanzialmente speculare al tratto Xa così come il secondo tratto Xa è sostanzialmente speculare al primo tratto X4.

Si sottolinea che anche altre leggi del moto che soddisfano l’equazione ∑ινί(φ) = Χϊδ3⁄4(φ)/δώ = k possono venire utilizzate, così come modesti scostamenti da questa legge e da questa equazione causano modesti effetti di ripple.

Ulteriormente, vantaggiosamente secondo la presente invenzione, tale funzione è continua e derivabile airinfinito e presenta quindi derivate con valori modesti di jerk, snap, crackle e pop, garantendo la continuità ed una variazione particolarmente dolce delle forze agenti all’interno della pompa volumetrica a pistoni assiali 10.

Si definisce ora l’estensione angolare attiva totale del profilo a camma frontale 23 come 2ec., considerando quindi sia la fase di aspirazione che la fase di mandata del singolo pistone, tale estensione angolare attiva totale dovendo essere messa in relazione con l’angolo giro 2π. Nel caso di un profilo a camma frontale 23 comprendente una pluralità di lobi 25, chiamando L il numero totale dei Lobi, l’estensione angolare attiva totale viene pararne trìzzata all’angolo giro ponendo 2ec 2 π/L, In questo modo si indica che, sull’angolo giro 2π, la legge del moto per un singolo pistone si ripeterà un numero di volte pari ad L. Di conseguenza ec » π/L rappresenta l’estensione angolare del profilo a camma in mandata (o aspirazione).

Inoltre, essendo l’argomento della funzione che descrive la velocità l'angolo di rotazione φ, oppure una sua funzione lineare tale che alla rotazione a cui corrisponde la fase di mandata (o di aspirazione) corrisponda l’intervallo angolare [-π>ι-π], la legge della velocità νι(φ) viene riscritta come:

νί(ψ)<«>C * (1 cos(2<jm/ec}),

in modo tale che quando iji =±ec/2 l’argomento del coseno vale ± n, 11 parametro C rappresenta un fattore di proporzionalità necessario per generalizzare tale legge della velocità.

L’integrazione rispetto all’angolo φ della precedente equazione fornisce la legge di alzata 3⁄4(φ) del profilo a camma frontale 23 per ciascun pistone della pluralità di pistoni 14 della pompa volumetrica a pistoni assiali 10:

βί(φ) = j νί(φ)άφ - K C * cj> 4- C * (εΓ/2π) * sen^r/ec); dove K è la costante di integrazione.

Con il termine legge di alzata 8ΐ(φ) del profilo a camma frontale 23 si intende qui e nel seguito la legge del moto di un singolo pistone della pluralità di pistoni 14, in fase di mandata ed in fase di aspirazione .

Di conseguenza, la legge del moto dei pistoni della pluralità di pistoni 14 è sostanzialmente descritta dall’integrale della funzione νΐ(φ)“C * (1 costò)).

Ricordando che 2ec - 2TC/L, la legge del moto per un singolo pistone può anche essere riscritta in funzione di L come:

3⁄4(<>) = f νι(φ)άφ - K C * C * (1/2L) * sen^L).

E’ preferibile mantenere come variabile ecal posto di L quando

SÌ(I|>) deve fornire la legge di alzata per estensioni angolari del profilo a camma frontale 23 che non corrispondono alla divisione esatta dell’angolo giro per il numero totale L di lobi di camma.

Le costanti C e K vengono ricavate imponendo le condizioni al contorno a tale legge di alzata SÌ(Ò) della profilo a camma frontale 23.

In particolare, in una prima fase del moto dei pistoni che va da un’alzata minima ad un’alzata massima, si impone che:

- per φ = -ee/2 (inizio corsa del pistone), s(<j>) = 0 (ovvero alzata minima) ;

- per φ = ec/2 (fine corsa del pistone), δ(φ) = A

(ovvero alzata massima), essendo A la corsa totale di ciascun pistone della pluralità di pistoni 14.

Alternativamente, in una seconda fase del moto dei pistoni che va da un’alzata massima ad un’alzata minima, ovvero nel passaggio tra mandata ed aspirazione (o tra aspirazione e mandata), il segno della velocità dei pistoni si inverte e la legge del moto viene riscritta come:

sitò) ^ I Vi(<|>)d<t> = Ki Ci * φ C * (1/2L) * sen(2<|iL), imponendo che:

- Ci = -C, con C>0;

- per φ = ec/2, δ(φ) = A, ovvero alzata massima;

- per φ = 3ec/2, 3⁄4(φ) = 0, ovvero alzata minima.

Tali condizioni portano ad avere:

<8>nella fase del moto da alzata minima ad alzata massima:

- C = A/ec= A*L/rc;

- K> A/2;

♦ nella fase del moto da alzata massima ad alzata minima (ovvero dopo l’inversione del segno della velocità dei pistoni):

- Ci = -A/ec = -A*L/n;

- Ki - 3/2*A.

Nel seguito, con la fase da alzata minima ad alzata massima verrà indicata la fase di mandata mentre con la fase da alzata massima ad alzata minima verrà indicata la fase di aspirazione.

Tale legge viene ulteriormente lievemente modificata per tenere conto del fenomeno della comprimibilità del fluido oppure di ritardi dinamici nel comportamento del fluido. In particolare, al fine di eliminare o perlomeno ridurre il fluidborne noise indotto dall’apertura repentina del cilindro del pistone alla luce di mandata, tale legge può venire modificata di quanto il fluido si comprimerà nella prima fase di comunicazione dei cilindri della pluralità di cilindri 13 pieni di fluido non ancora compresso con la mandata, così da regolarne la pur minima compressione in modo graduale. Dato che generalmente il fluido sì comprime nelTordine di 1-2% ogni 150 bar, la modifica a tale legge sarà sostanzialmente modesta ed in linea con questa piccola comprimibilità.

La legge di alzata s,(ó) del profilo a camma frontale 23 definita come secondo le equazioni sopratrovate, a parte le piccole correzioni legate alla comprimibilità del fluido, è rappresentata in figura 8A in funzione dell’angolo di rotazione (espresso in gradi) della pompa volumetrica a pistoni assiali 10 di figura 2. In tale figura, fornita a titolo di esempio non limitativo della portata dell invenzione, ciascun pistone della pluralità di pistoni 14 ha corsa totale A e il profilo a camma frontale 23 comprende tre lobi di camma equispaziati, con un’estensione angolare attiva totale 2ecpari a 120°. Il grafico è perciò definito su tutta l’estensione angolare attiva totale 2ec-120°. In particolare tale grafico è definito tra -30° e 90° e quindi il passaggio tra mandata ed aspirazione avviene in corrispondenza dell’angolo φ = 30°. La fase di mandata è caratterizzata da una crescita di SÌ(<|)) ed è rappresentata nella porzione sinistra del grafico in figura 8A mentre la fase di aspirazione è caratterizzata da una decrescìta di SÌ(<)>) ed è rappresentata nella porzione destra del grafico in figura 8A.

Sempre con riferimento alla figura 8A, vantaggiosamente secondo la presente invenzione i tratti caratterizzanti l’inizio e la fine dell’alzata sono estremamente dolci e tali da essere assimilabili a tratti a portata nulla, cosa assai vantaggiosa nella progettazione e nel proporzionamento del distributore di fluido 15.

Una tale legge di alzata Si(<j>), definita come secondo le equazioni sopratrovate, conduce ad una legge per la velocità Vi(<|>) di un singolo pistone della pluralità di pistoni 14 illustrata in figura 8B in funzione della angolo di rotazione (espresso in gradi) della pompa volumetrica a pistoni assiali 10, tale figura rappresentando sempre, a titolo esemplificativo non limitativo, la legge della velocità di un pistone in aspirazione e mandata nel caso di un profilo a camma frontale 23 comprendente tre lobi di camma con estensione angolare attiva totale 2ef:-120<c>. NelFesempio considerato, la porzione negativa del grafico corrisponde alla fase dì aspirazione mentre la porzione positiva corrisponde alla fase di mandata,

Vantaggiosamente secondo la presente invenzione, come risulta chiaramente in figura 8B, legge di alzata del profilo a camma frontale 23 so pratr ovata prevede, nella funzione che descrìve la velocità vi((j>) di ciascun pistone della pluralità di pistoni 14, un punto di flesso orizzontale (ovvero con 5si(†}/S<|> = 0 e 6<2>s-(<j>)/S<|)<2>- 0) tra la fase di aspirazione e quella di mandata, ovvero i pistoni della pluralità di pistoni 14 hanno sia velocità che accelerazione nulla nella fase in cui invertono il loro moto.

Ulteriormente, la funzione ν»(φ) è una funzione pari per le singole fasi di mandata ed aspirazione mentre è una funzione dispari qualora il riferimento venga preso in mezzeria dell'estensione angolare attiva totale (ovvero nel punto di collegamento tra la rampa di mandata Ri e la rampa di aspirazione R3⁄4). In altre parole, tale legge del moto è una funzione pari qualora si consideri il moto del pistone solamente lungo la rampa di mandata Ri o di aspirazione R2 di un lobo della pluralità di lobi di camma 25 mentre è una funzione dispari qualora si consideri il moto del pistone lungo un intero lobo della pluralità di lobi di camma 25, ovvero per tutta l’estensione angolare attiva totale 2ec-Tali caratteristiche della funzione νϊ(φ) sono indispensabili per far sì che quando almeno due pistoni della pluralità di pistoni 14 hanno i relativi tastatori 22 in impegno contemporaneamente sulla medesima tipologia di rampa di un relativo lobo della pluralità di lobi di camma 25 (ovvero nella stessa fase attiva della camma), essi presentino somma costante delle loro velocità e quindi ripple nullo.

Per comprendere l’andamento della somma delle velocità di due pistoni, è comodo immaginare il progredire del profilo a camma frontale 23 e tali pistoni sovrapponendo due curve come quella mostrata in figura 8B, opportunamente sfasate, dove lo sfasamento tra una cuna e Tal tra corrisponde allo sfasamento relativo tra i due pistoni rispetto all’inizio della relativa rampa di mandata Ri o aspirazione R? sulla quale i pistoni sono impegnati. Ovviamente per opportuni sfasamenti tra le due curve, la somma delle portate istantanee è nulla eliminando il ripple.

Come precedentemente indicato, nel caso di due pistoni con relativi tastatori 22 in impegno contemporaneamente sulla medesima tipologia di rampa di un relativo lobo della pluralità di lobi di camma 25, lo sfasamento relativo rispetto all’inizio della relativa rampa che essi devono avere per eliminare il ripple è pari a ec/2, come evidente in figura 9. In tale figura viene mostrata una porzione (in particolare la fase di mandata) della legge della velocità di figura 8B. In particolare, viene indicata con 29 una porzione di area del grafico che corrisponde alla portata di un primo pistone e con 30 una porzione di area del grafico che corrisponde alla portata di un secondo pistone, il cui tastatore è in impegno su una medesima tipologia di rampa (e quindi in una stessa fase attiva del profilo a camma frontale 23), con uno sfasamento relativo di ec/2 (30° nell’esempio considerato in figura 9) rispetto al primo pistone. E’ evidente che, come la curva della zona di mandata tende ad appiattirsi nella zona centrale, allo stesso modo si appiattisce agli estremi. Di conseguenza, nel caso in cui i due pistoni hanno uno sfasamento relativo di ec/2, la somma delle loro portate risulta costante per ogni angolo ψ in quanto il calo di portata del secondo pistone è perfettamente compensato dalla crescita di portata del primo pistone.

Definita νι(φ) la velocità del primo pistone e definita ν2(φ ec/2) la velocità del secondo pistone, grazie alla legge della velocità come rappresentata in figura 7B si ottiene quindi:

vi(<j>) V2{<]> ec/2) = k

per ogni angolo φ, essendo le una costante, in modo tale che mentre la velocità (ovvero la portata istantanea) del primo pistone cresce, la velocità del secondo pistone decresce della stessa quantità, tale primo pistone iniziando a scorrere su una rampa quando il secondo pistone inizia a superare la metà di tale rampa, garantendo quindi la costanza della somma delle velocità.

Da quanto detto sopra, è quindi chiaro che, qualora si utilizzi la suddetta funzione ν3⁄4(φ) o qualunque altra funzione trigonometrica ad essa assimilabile, l’argomento delle funzioni trigonometriche che descrivono le velocità di due pistoni in impegno contemporaneamente sulla medesima tipologia di rampa di un relativo lobo risulterà sfasato di π, tale sfasamento di π corrispondendo quindi allo sfasamento relativo di ec/2=30° di figura 9.

Opportunamente, nella pompa, volumetrica a pistoni assiali 10, si hanno sempre almeno due pistoni aventi i relativi tastatori 22 in impegno contemporaneamente sulla medesima tipologia di rampa (sia essa di mandata così come di aspirazione) di un relativo lobo della pluralità di lobi di camma 25 e con sfasamento relativo pari a 30°, rispetto all 'inizio della relativa rampa sulla quale sono impegnati, il che corrisponde ad uno sfasamento relativo di ec/ 2, garantendo quindi la costanza nella somma delle velocità.

Ulteriormente, il punto di flesso tra la fase di aspirazione e fase di mandata comporta il fatto che la commutazione tra fase di aspirazione e mandata avviene vantaggiosamente sia con velocità che con accelerazione nulla, la velocità mantenendosi inoltre sostanzialmente nulla in un intorno significativo di tale punto di flesso, facendo in modo che tale commutazione avvenga in un tempo maggiore rispetto a quanto avviene nelle soluzioni note e riducendo così il rumore della pompa.

Questo rappresenta un vantaggio notevole rispetto alle soluzioni note, in cui, come illustrato in figura 1B, la velocità del pistone è nulla solo in un istante, il momento della commutazione tra aspirazione e mandata essendo inoltre il momento di massima accelerazione per il pistone, tale rapidità di commutazione vanificando quindi ogni tentativo di smorzare il fenomeno della comprimibilità del fluido. Negli schemi noti la commutazione avviene quindi a velocità diversa da zero, essendo la velocità nulla solo in un punto ed essendo invece la commutazione un fenomeno che dovrebbe avvenire in un arco di tempo (od arco angolare) di ampiezza apprezzabile in qualche grado e quindi maggiore di zero.

In conclusione, la pompa volumetrica a pistoni assiali secondo Tinvenzione presenta una configurazione tale per cui essa comprende un profilo a camma frontale includente una pluralità di lobi di camma, ciascun lobo comprendendo una rampa di mandata e una rampa di aspirazione, almeno due pistoni della pluralità di pistoni avendo un estremità, la quale sporge dal rispettivo cilindro e che costituisce tastatore in impegno contemporaneamente su una medesima tipologia di rampa di un relativo lobo della pluralità di lobi di camma. Mon vengono quindi più utilizzati i pattini idrostatici scorrevoli su un piatto inclinato che caratterizzano le pompe volumetriche a pistoni secondo l’arte nota e la configurazione della pompa secondo fin ve azione è tale che la somma delle velocità di tutti i pistoni è sempre costante per ogni angolo di rotazione della pompa.

Il profilo a camma frontale è opportunamente conformato in modo tale che la legge di alzata di tale profilo a camma sia descritta sostanzialmente dalla legge sopratrovata, ovvero:

si(<j>) = i vi(<|>)d<|> =<»>K C * φ C * (1 /2 L) * sen(2òL) nella fase del moto del pistone da alzata minima ad alzata massima e,

SÌ(©) = J Vi(<j>)d<j) = Ki Ci * <j> C * (1 /2L) * sen(2<|)L) nella fase del moto del pistone da alzata massima ad alzata minima, le costanti C, K, Ci e K;i essendo definite come sopra.

Vantaggiosamente, il suddetto profilo a camma frontale permette di ottenere una legge della velocità di ciascun pistone della pluralità di pistoni della pompa volumetrica a pistoni assiali in grado di fornire da un lato una portata costante della pompa e di consentire dall’altro un funzionamento meccanico corretto della stessa, ossia rispettando le seguenti condizioni da un punto di vista matematico:

- Fornire portata istantanea costante {∑jVi(t) = ∑ÌÒSÌ((!))/6† - k); - Essere continua nella funzione Si(è);

- Essere continua nella funzione νϊ(φ) ;

- Essere continua nella funzione &ί(φ)=δνί(φ)/δφ (accelerazione); - Essere continua nella funzione ]»(φ)=δ^ί(φ) /δφ (jerk);

- Essere continua nella funzione sn ί(φ) = Sj ι{φ)/δφ (snap); - Essere continua nella funzione 0ί(φ)=δ8η«(φ)/δφ (crackie);

- Essere continua nella funzione ρί(φ)=δθϊ(φ)/δφ (pop); Ulteriormente, vantaggiosamente tale pompa volumetrica a pistoni assiali presenta uno schema meccanico a forze bilanciate, in quanto vi è sempre un numero corrispondente di pistoni in fase di aspirazione ed in fase di mandata, tali pistoni essendo sfasati gli uni dagli altri di uno stesso sfasamento relativo. In questo modo la risultante assiale delle forze in gioco è sostanzialmente costante e baricentrica per ogni angolo di rotazione, eliminando le coppie ribaltanti che agiscono sul tamburo rotante, così che rimane unicamente una coppia resistente che, essendo costante la portata istantanea, ha anch’essa valore costante. In questo modo i supporti della pompa sono sollecitati in modo molto minore, le vibrazioni risultano praticamente assenti o molto ridotte e non vi sono dannose fluttuazioni di forze e di coppia; inoltre la dolcezza della commutazione dovuta al punto di flesso elimina gran parte delle vibrazioni ad essa dovute.

Vantaggiosamente, la pompa volumetrica a pistoni assiali seconda la presene invenzione è simmetrica ed in questo caso il verso di rotazione del blocco di cilindri rotante non è obbligato e si può realizzare una configurazione “a quattro quadranti”, in cui la pompa volumetrica a pistoni assiali è reversibile e può agire anche da motore.

In una forma di realizzazione particolarmente preferita della presente invenzione, il profilo a camma frontale 23, fisso e solidale all’involucro fisso 1 1 , comprende tre lobi di camma in reciproca relazione distanziata sulla parete interna deirinvolucro fisso Il e con un’estensione angolare totale er=120<c>e la pompa volumetrica a pistoni assiali comprende dodici con uno sfasamento relativo di 30°.

In una forma di realizzazione alternativa non rappresentata nelle figure, i pistoni possono essere inclinati di un valore medio deH’angolo di pressione del profilo a camma frontale, in modo da ridurre le sollecitazioni tra il pistone e canna indotte da forze laterali agenti sul tastatore del pistone, una tale soluzione essendo vantaggiosa per alte pressioni ma implicando la non simmetria e non reversibilità della pompa volumetrica stessa.

Infine, in accordo con un’ulteriore forma di realizzazione non rappresentata nelle figure, si può prevedere una pompa volumetrica a pistoni assiali in cui il profilo a camma frontale ed il comando desmodromico solidale a tale profilo a camma ruotano all’interno dell’involucro fisso, mentre il blocco di cilindri è fisso e solidale a tale involucro fisso, In questa forma di realizzazione il blocco di cilindri è fisso e quindi è previsto un distributore di fluido alloggiante valvole dì non ritorno, in particolare due valvole di non ritorno per ogni pistone, una per la fase di mandata e l’altra per la fase di aspirazione. Si sottolinea che in questa forma di realizzazione, al fine di sostenere spinte assiali molto elevate, è altresì previsto un ulteriore cuscinetto di sostentamento idrostatico (o idrodinamico) per il sostentamento assiale del profilo a camma frontale rotante.

Viene ora descritto di seguito un metodo per realizzare una pompa volumetrica a pistoni assiali 10, in cui ciascun pistone della pluralità di pistoni 14 è strutturato con un'estremità 21 estesa dal rispettivo cilindro fino ad impegnare un profilo a camma frontale 23 in qualità di tastatore 22. Come precedentemente sottolineato, il profilo a camma frontale 23 comprende una pluralità di lobi di camma 25, ciascun lobo comprendendo una rampa di mandata Ri ed una rampa di aspirazione R2, almeno due pistoni della pluralità di pistoni 14 avendo i relativi tastatori 22 in impegno contemporaneamente su una medesima tipologia di rampa di un relativo lobo della pluralità di lobi di camma 25.

Tale metodo consente di annullare il ripple in una pompa volumetrica a pistoni assiali e contemporaneamente di ridurre il rumore durante la fase di commutazione tra mandata ed aspirazione.

In particolare, il metodo prevede la realizzazione dì un profilo a camma frontale 23 la cui conformazione permettere di imprimere ai pistoni una legge del moto tale che:

- l 'inìzio e la fine della fase di mandata così come l’inìzio e la fine della fase di aspirazione hanno sia velocità che accelerazione nulle;

- rispetto all’asse verticale che passa per il massimo, la funzione che descrive la velocità in fase di mandata è una funzione pari, così come rispetto all’asse verticale che passa per il minimo la funzione che descrive la velocità in fase di aspirazione è pari;

- la funzione complessiva che descrive la velocità di un singolo pistone sia in aspirazione che in mandata presenta un flesso orizzontale che collega le due fasi; questo flesso nel quale velocità ed accelerazione sono nulle assicura che anche in un suo intorno significativo velocità ed accelerazione presentano valori talmente bassi da poter essere considerate nulle;

- è sostanzialmente descritta dall’integrale della funzione VÌ(<|>} = C * (1 0Όδ(φ)); e

- i pistoni della pluralità di pistoni 14 aventi i relativi tastatori 22 in impegno contemporaneamente su una medesima tipologia di rampa di un relativo lobo della pluralità di lobi di camma 25 hanno uno sfasamento relativo in modo tale che, con riferimento alla figura 7, mentre un pistone inizia a percorrere una porzione di una rampa corrispondente al tratto Xi, il secondo pistone inizia a percorrere una porzione di una medesima rampa corrispondente al tratto X3; in questo modo, qualora si utilizzi la suddetta funzione Vi(<j>) o qualunque altra funzione trigonometrica ad essa assimilabile, l’argomento delle funzioni trigonometriche di due pistoni in impegno contemporaneamente sulla medesima tipologia di rampa di un relativo lobo è sfasato di 71.

II metodo sopradescritto permette quindi di realizzare una pompa volumetrica a pistoni assiali in cui la somma delle velocità dei pistoni coinvolti nella fase di mandata (o aspirazione) è costante.

Ovviamente alla pompa volumetrica a pistoni assiali sopra descritta un tecnico del ramo, allo scopo di soddisfare esigenze contingenti e specifiche, potrà apportare numerose modifiche e varianti, tutte comprese nell<1>ambito di protezione dell'invenzione quale definito dalle seguenti rivendicazioni.

Claims (16)

1. RIVENDJCAZIONI 1. Pompa volumetrica a pistoni assiali (10} del tipo comprendente un involucro (11), un blocco di cilindri (12) in detto involucro (11), una pluralità di cilindri (13) disposti lungo l’asse di detto blocco di cilindri (12), una corrispondente pluralità di pistoni (14), ciascuno scorrevole nel relativo cilindro di detta pluralità di cilindri (13) e un distributore di fluido (15) associato a detto blocco di cilindri (12), caratterizzata dal fatto di comprendere un profilo a camma frontale (23) includente una pluralità di lobi di camma (25), ciascun lobo comprendendo una rampa di mandata (Ri) e una rampa di aspirazione (Rs), almeno due pistoni di detta pluralità di pistoni (14) avendo un estremità (21), la quale sporge dal rispettivo cilindro e che costituisce tastatore (22) in impegno contemporaneamente su una medesima tipologia di rampa di un relativo lobo di detta pluralità di lobi di camma (25).
2. 2. Pompa volumetrica a pistoni assiali (10) secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detti almeno due pistoni di detta pluralità di pistoni (14) aventi i relativi tastatori (22) in impegno contemporaneamente su detta rampa di mandata (Ri) di un relativo lobo di detta pluralità di lobi di camma (25), seguono una legge del moto tale che la somma delle velocità di detti almeno due pistoni è sostanzialmente costante per ogni angolo di rotazione della pompa volumetrica (10).
3. 3. Pompa volumetrica a pistoni assiali (10) secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detti almeno due pistoni di detta pluralità di pistoni (14) aventi i relativi tastatori (22) in impegno contemporaneamente su detta rampa di aspirazione (!3⁄4} di un relativo lobo di detta pluralità di lobi di camma (25), seguono una legge del moto tale che la somma delle velocità di detti almeno due pistoni è sostanzialmente costante per ogni angolo di rotazione della pompa volumetrica (10).
4. 4. Pompa volumetrica a pistoni assiali (10) secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto tastatore (22) in impegno su detto profilo a camma frontale (23) comprende un elemento volvente (22”) associato a detta estremità (21) di ciascun pistone di detta pluralità di pistoni (14),
5. 5. Pompa volumetrica a pistoni assiali (10) secondo la rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto che detto elemento voivente (22<!>) è un rullo.
6. 6. Pompa volumetrica a pistoni assiali ( 10) secondo la rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto che detto elemento voivente (22’) è una sfera,
7. 7. Pompa volumetrica a pistoni assiali (10) secondo la rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto che un cuscinetto di sostentamento (24) è interposto tra ciascun pistone di detta pluralità di pistoni ed il relativo elemento voivente (22<!>),
8. 8. Pompa volumetrica a pistoni assiali (10) secondo la rivendicazione 7, caratterizzata dal fatto che detto cuscinetto di sostentamento (24) è un cuscinetto di sostentamento idrostatico.
9. 9. Pompa volumetrica a pistoni (10) secondo la rivendicazione 7, caratterizzata dal fatto che detto cuscinetto di sostentamento (24) è un cuscinetto di sostentamento idrodinamico.
10. 10. Pompa volumetrica a pistoni assiali (10) secondo la rivendicazione 7, caratterizzata dal fatto che detto cuscinetto di sostentamento (24) è un cuscinetto di sostentamento idrostatico con una componente idrodinamica inferiore al 50% del totale.
11. 11. Pompa volumetrica a pistoni assiali (10) secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto distributore di fluido (15) comprende luci di mandata (19) ed una pluralità di piccoli fori di pre-iniezione (28) interposti tra dette luci di mandata (19), detta pluralità di piccoli fori di pre-iniezione (28) essendo atta a mettere in comunicazione i cilindri di detta pluralità di cilindri (13) anticipatamente rispetto a dette luci di mandata (19) di detto distributore di fluido (15).
12. 12, Pompa volumetrica a pistoni assiali (10) secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detta estremità (21) dei pistoni di detta pluralità di pistoni (14) definisce una superficie (26) in impegno con un contro -profilo di camma (27), fisso e solidale a detto profilo a camma frontale (23), detto contro-profilo di camma (27) avendo un profilo coniugato a detto profilo a camma frontale (23), realizzando un comando desmodromico.
13. 13. Pompa volumetrica a pistoni assiali (10) secondo le rivendicazioni 2 e 3, caratterizzata dal fatto che detta legge del moto è sostanzialmente descritta dall’integrale della funzione vi{<j>) = C * (1 cos(ij>)), in cui φ è l’angolo di rotazione della pompa oppure una funzione lineare dell'angolo di rotazione della pompa e C è un fattore di proporzionalità.
14. 14. Pompa volumetrica a pistoni assiali (10) secondo le rivendicazioni 2 e 3, caratterizzata dal fatto che detta legge del moto prevede, nella funzione che descrive la velocità νι(φ) di detti almeno due pistoni di detta pluralità di pistoni (14), un punto di flesso orizzontale tra la fase di aspirazione e quella di mandata, con velocità ed accelerazione nulla per detti almeno due pistoni di detta pluralità di pistoni (14) nella fase di commutazione.
15. 15. Pompa volumetrica a pistoni assiali (10) secondo le rivendicazioni 2 e 3, caratterizzata dal fatto che detta legge del moto è una funzione pari qualora si consideri il moto di detti almeno due pistoni solamente lungo detta rampa di mandata Ri o detta rampa di aspirazione Rs di un lobo di detta pluralità di lobi di camma (25) ed è una funzione dispari qualora si consideri il moto di detti almeno due pistoni lungo un intero lobo di detta pluralità di lobi di camma (25).
16. 16. Pompa volumetrica a pistoni assiali (10) secondo la rivendicazione 13, caratterizzata dal fatto che detta legge del moto viene modificata in funzione del fenomeno della comprimibilità del fluido.