ITMI20091569A1 - Pompa ad alta pressione migliorata per alimentare combustibile a un motore a combustione interna e anello di tenuta albero migliorato per la stessa - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

“POMPA AD ALTA PRESSIONE MIGLIORATA PER ALIMENTARE COMBUSTIBILE A UN MOTORE A COMBUSTIONE INTERNA E ANELLO DI TENUTA ALBERO MIGLIORATO PER LA STESSAâ€

La presente invenzione à ̈ relativa ad una pompa a pistoni per alimentare combustibile, preferibilmente gasolio, a un motore a combustione interna.

Generalmente, una pompa a pistoni comprende un corpo pompa realizzato mediante assemblaggio a pacco di più elementi; una camera di compressione ricavata nel corpo pompa, in particolare in una testata serrata a pacco tra una coppia di opposti elementi a flangia; un pistone mobile di moto alternato nella camera di compressione lungo un primo asse; e un meccanismo di trasmissione per azionare il pistone, che à ̈ alloggiato in un vano interno del corpo pompa delimitato tra la testata e gli elementi a flangia e che comprende un albero girevole attorno ad un secondo asse. L’albero à ̈ portato girevole dal corpo pompa attraverso il vano interno dello stesso, in particolare à ̈ supportato dagli elementi a flangia, da uno dei quali fuoriesce a sbalzo attraverso una sede del corpo pompa alloggiante almeno un anello di tenuta interposto in uso tra il corpo pompa e l’albero per sigillare a tenuta di combustibile la sede verso l’esterno del corpo pompa.

Per garantire un corretto afflusso di combustibile con funzione di lubrificante per il contatto tra anello di tenuta ed albero rotante, la sede di alloggiamento dell’anello di tenuta à ̈ servita da un condotto di lubrificazione ricavato nel corpo pompa e percorso in uso da un flusso a bassa pressione di combustibile. Questo flusso di combustibile a bassa pressione proviene normalmente dal vano interno del corpo pompa, dove à ̈ pompato allo scopo di lubrificare l’albero ed il meccanismo di trasmissione, in eccedenza ad un flusso di combustibile alimentato invece verso la camera di compressione per venire compresso dal pistone ed essere successivamente alimentato agli iniettori.

Tuttavia, a causa di eventuali anomale condizioni di funzionamento della pompa, possono causarsi nella sede dell’anello di tenuta dei picchi di pressione nel flusso di combustibile di lubrificazione; occasionali sbalzi di pressione nella sede possono verificarsi anche nelle normali condizioni di esercizio, a causa dell’aumento delle prestazioni richieste nei moderni motori endotermici alle pompe di iniezione ad alta pressione (ad esempio con richieste di pressioni erogate agli iniettori più alte di 2000 bar); tali picchi o sbalzi di pressione nel flusso di combustibile di lubrificazione causa deformazioni dell’anello di tenuta, che possono portare, alla lunga, ad una anomala usura dell’anello di tenuta e/o della superficie laterale dell’albero con cui l’anello di tenuta coopera a strisciamento, con conseguente innesco di perdite di combustibile.

È uno scopo della presente invenzione quello di superare tali inconvenienti dello stato della tecnica fornendo una pompa ad alta pressione per alimentare combustibile, preferibilmente gasolio, a un motore a combustione interna, che, pur mantenendo la struttura semplice e compatta delle pompe attuali, permetta di evitare l’usura anomala dell’anello di tenuta anche in presenza di oscillazioni nella pressione di alimentazione del flusso di combustibile di lubrificazione ed anche in pompe destinate a lavorare con pressioni di esercizio e velocità di rotazione dell’albero molto più elevate di quelle attuali.

La presente invenzione à ̈ dunque relativa ad una pompa ad alta pressione per alimentare combustibile, preferibilmente gasolio, a un motore a combustione interna, come definita nella rivendicazione 1.

In particolare, la pompa secondo il trovato comprende un corpo pompa; una camera di compressione ricavata nel corpo pompa; un pistone mobile di moto alternato nella camera di compressione lungo un primo asse; e un albero per azionare il pistone montato nel corpo pompa girevole attorno ad un secondo asse attraverso almeno una sede passante del corpo pompa; la sede alloggia al proprio interno almeno un anello di tenuta ed à ̈ servita da almeno un condotto di lubrificazione per l’anello di tenuta percorso in uso da un flusso di combustibile.

Secondo la principale caratteristica del trovato, il condotto di lubrificazione comprende un primo foro, cieco, ricavato nel corpo pompa nella immediata prossimità della sede del corpo pompa, ed un secondo foro, passante, collegante l’interno del foro cieco con l’interno della sede; il secondo foro presenta un diametro relativamente molto minore di quello del primo foro ed à ̈ ricavato in derivazione al primo foro, ad una distanza prefissata da una parete di fondo di quest’ultimo, in modo da delimitare nel primo foro un tratto di estremità di quest’ultimo atto a definire una camera di smorzamento per eventuali picchi di pressione che interessano il flusso di combustibile che percorre il condotto di lubrificazione.

Secondo un altro aspetto del trovato, il primo foro, cieco, à ̈ disposto parallelo al secondo asse e radialmente sull’esterno della sede; mentre il secondo foro à ̈ disposto trasversalmente al secondo asse ed in modo da collegare radialmente il primo foro con la sede passante del corpo pompa ed in modo che il tratto di estremità del primo foro, compreso tra la parete di fondo del primo foro ed il secondo foro e realizzante la camera di smorzamento, à ̈ disposto affiancato ad almeno parte di una parete laterale radialmente esterna della sede.

Preferibilmente, il diametro del primo foro à ̈ dell’ordine di 3-4 mm, mentre il diametro del secondo foro à ̈ dell’ordine di 0,7-1 mm.

In questo modo, eventuali picchi di pressione presenti nel flusso di combustibile che fluisce nel condotto di lubrificazione, anziché venire trasmessi nella sede del corpo pompa nella quale à ̈ alloggiato l’anello di tenuta e, di conseguenza, andare a deformare quest’ultimo, vengono trasmessi unicamente entro il tratto di estremità del primo foro dove, non potendo sfogarsi altrimenti, a causa della differenza in diametro tra il primo ed il secondo foro e la posizione in derivazione di quest’ultimo, che lo pone trasversalmente alla direzione di flusso del combustibile, producono nello stesso tratto di estremità del primo foro dei fenomeni di risonanza, anche grazie alle particolari dimensioni e conformazione di tale tratto di estremità, che smorzano i picchi di pressione senza che l’anello di tenuta subisca alcuna deformazione anomala.

La disposizione descritta, inoltre, permette anche di evitare che eventuali contaminanti presenti nel flusso di combustibile, come ad esempio particelle metalliche conseguenti a fenomeni di “rodaggio†dei componenti meccanici della pompa a nuovo, non possono raggiungere l’anello di tenuta, a causa delle piccolissime dimensioni del secondo foro, e vengono raccolti senza fare danni nella camera di smorzamento definita dal citato tratto di estremità del primo foro, dove possono rimanere in permanenza senza alcun influsso sulla capacità di smorzare i picchi di pressione connessa con la conformazione descritta del condotto di lubrificazione.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno chiari dalla descrizione che viene di seguito fornita di una sua preferita forma di realizzazione, a puro titolo di esempio non limitativo e con riferimento alle figure dei disegni allegati, in cui:

- la figura 1 illustra schematicamente parte in vista prospettica e parte in sezione longitudinale una pompa di iniezione ad alta pressione per alimentare combustibile, preferibilmente gasolio, ad un motore a combustione interna (non illustrato) realizzata secondo il trovato; e

- la figura 2 illustra in scala ingrandita un dettaglio della pompa di figura 1.

Con riferimento alla figure 1 e 2, Ã ̈ indicata nel suo complesso con 1 una pompa a pistoni per alimentare combustibile a un motore a combustione interna, noto e non illustrato.

Nella fattispecie illustrata, la pompa a pistoni 1 ha la funzione di alimentare gasolio a una pressione maggiore di 2.000 bar e comprende un corpo pompa 2; tre camere di compressione 3 (una sola illustrata nella figura 1); tre pistoni 4 (uno solo mostrato nella figura 1); un meccanismo di trasmissione 5 per muovere di moto alternato i pistoni 4 nelle rispettive camere di compressione 3 lungo rispettivi assi A1 (uno solo mostrato nella figura 1); tre condotti di alimentazione 6 (uno solo mostrato nella figura 1) per alimentare il combustibile alle rispettive camere di compressione 3, dotati ciascuno di una rispettiva valvola di alimentazione (nota e non illustrata) per regolare l’alimentazione del combustibile alla rispettiva camera di compressione 3; tre condotti di mandata 7 (uno solo mostrato nella figura 1) per alimentare il combustibile compresso da una rispettiva camera di compressione 3 al motore a combustione interna non illustrato. La pompa a pistoni 1 comprende anche tre valvole di mandata 8, di cui solo una illustrata in figura 1, disposte lungo i condotti di mandata 7.

La definizione “corpo pompa†si riferisce alla struttura portante che supporta i pistoni 4 e il meccanismo di trasmissione 5. Nella fattispecie illustrata, il corpo pompa 2 comprende un elemento 9, generalmente conformato a flangia e generalmente realizzato in allumino o una lega leggera, tre elementi 10 (uno solo dei quali à ̈ mostrato nella figura annessa) ed un ulteriore elemento a flangia, noto e non illustrato, assemblati l’uno all’altro a pacco e che delimitano tra loro un vano 11 interno del corpo pompa 2, vano che alloggia al proprio interno il meccanismo di trasmissione 5; ciascun elemento 10 o “testata†à ̈ un blocco metallico che alloggia una rispettiva camera di compressione 3 e la relativa valvola di alimentazione.

Il meccanismo di trasmissione 5 comprende un albero 12, il quale à ̈ portato dal corpo pompa 2 girevole attorno ad un asse A2, perpendicolare all’asse A1, ed à ̈ montato nel corpo pompa 2 attraverso almeno una sede 13 passante dello stesso, la quale sede 13 alloggia al proprio interno almeno un anello di tenuta 14, nella fattispecie due anelli di tenuta 14 disposti affiancati e contrapposti, operativamente associati ad un cuscinetto 15, entrambi in uso lubrificati da un flusso di combustibile proveniente dal vano 11 attraverso un condotto di lubrificazione 16 ricavato nel corpo pompa 2.

Secondo il trovato, il condotto di lubrificazione 16 comprende un primo foro 17, cieco, ricavato nel corpo pompa 2 nella immediata prossimità della sede 13, ed un secondo foro 18, passante (figura 2), pure ricavato nel corpo pompa 2 e collegante l’interno del foro cieco 17 con l’interno della sede 13.

Il secondo foro 18 ha un diametro relativamente molto minore di quello del primo foro 17 ed à ̈ ricavato in derivazione al foro 17, ad una distanza prefissata D da una parete di fondo 19 di quest’ultimo, in modo da delimitare nel primo foro 17, tra foro 18 e parete di fondo 19, un tratto di estremità del foro 17 atto a definire una camera di smorzamento 20 per eventuali picchi di pressione nel flusso di combustibile alimentato nel condotto 16.

Il primo foro 17, cieco, à ̈ disposto parallelo al secondo asse A2 e radialmente sull’esterno della sede 13, mentre il secondo foro 18 à ̈ disposto trasversalmente al secondo asse A2 ed in modo da collegare radialmente il primo foro 17 con la sede 13 passante del corpo pompa 2.

In particolare, il tratto di estremità del foro 17 compreso tra la parete di fondo 19 ed il foro 18 e realizzante la camera di smorzamento 20 à ̈ disposto affiancato ad almeno parte di una parete laterale 21 (figura 2) radialmente esterna della sede passante 13 del corpo pompa 2, di modo che la camera 20 si estende lungo un medesimo tratto assiale del corpo pompa 2, misurato lungo l’asse A2, occupato anche da almeno parte della sede 13, in particolare della parte di sede 13 rivolta verso il vano 11.

Secondo un aspetto non secondario del trovato, il diametro del foro 18 à ̈ più piccolo di un almeno tre volte del diametro del foro 17; in particolare, il diametro del primo foro 17 à ̈ dell’ordine di 3-4 mm, mentre il diametro del secondo foro 18 à ̈ dell’ordine di 0,7-1 mm.

Si à ̈ dimostrato sperimentalmente che con questi parametri si ottiene l’effetto desiderato di smorzamento dei picchi di pressione, in quanto la camera 20 viene a funzionare come una camera di risonanza, mentre la differenza tra i diametri dei due fori 17 e 18 impedisce ai picchi di pressione di raggiungere la sede 13 e, di conseguenza, gli anelli di tenuta 14.

A tal fine, la distanza prefissata D tra la parete di fondo 19 ed il foro 18, pari alla lunghezza della camera di smorzamento 20 formata dal citato tratto di estremità del foro 17 à ̈ pari ad almeno il doppio del diametro del foro 17.

Grazie ai parametri dimensionali suddetti, la camera di smorzamento 20 à ̈ anche atta a ricevere al proprio interno, in uso, eventuali particelle di contaminante presente nel flusso di combustibile che fluisce nel condotto 13 e che non possono imboccare il secondo foro 18 essendo più grandi del diametro di quest’ultimo.

Preferibilmente, la parete di fondo 19 del primo foro, cieco 17 à ̈ delimitata da una superficie concava verso l’interno del foro 17 ed avente forma conica. Inoltre, il foro 18 che collega l’intero del foro 17 con l’interno della sede 13 presenta una lunghezza, misurata in senso radiale, ovvero parallelamente all’asse A1, dello stesso ordine di grandezza di quello del diametro del foro 18 medesimo; nella fattispecie illustrata, poi, il foro 18 sbocca in un recesso anulare 23 della sede 13, avente diametro maggiore di quello della parete laterale 21 e disposto tra l’anello di tenuta 14 più prossimo al vano 11 ed il cuscinetto 15.

Grazie alla struttura descritta, i picchi di pressione che vanno ad interessare l’interno nel condotto 16 non raggiungono la sede 13, ma si scaricano nella camera 20, ovvero nel tratto terminale cieco del foro 17 compreso tra la parete di fondo 19 ed il punto di sbocco laterale del foro 18 nel foro 17. L’azione di tenuta del/dei anello/i di tenuta 14 non viene così compromessa e si evitano pertanto eventuali perdite di lubrificante in uso. Gli scopi del trovato sono pertanto raggiunti.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1. Pompa ad alta pressione (1) per alimentare combustibile, preferibilmente gasolio, a un motore a combustione interna, comprendente un corpo pompa (2); una camera di compressione (3) ricavata nel corpo pompa; un pistone (4) mobile di moto alternato nella camera di compressione lungo un primo asse (A1); e un albero (12) per azionare il pistone montato nel corpo pompa (2) girevole attorno ad un secondo asse (A2) attraverso almeno una sede (13) passante del corpo pompa, la sede (13) alloggiando al proprio interno almeno un anello di tenuta (14); la sede (13) essendo servita da almeno un condotto di lubrificazione (16) per l’anello di tenuta percorso in uso da un flusso di combustibile; caratterizzato dal fatto che il condotto di lubrificazione (16) comprende un primo foro (17), cieco, ricavato nel corpo pompa (2) nella immediata prossimità di detta sede (13), ed un secondo foro (18), passante, collegante l’interno del foro cieco (17) con l’interno della sede (13), il secondo foro (18) avendo un diametro relativamente molto minore del primo ed essendo ricavato in derivazione al primo foro (17), ad una distanza prefissata (D) da una parete di fondo (19) di quest’ultimo, in modo da delimitare nel primo foro (17) un tratto di estremità di quest’ultimo atto a definire una camera di smorzamento (20) per eventuali picchi di pressione nel flusso di combustibile.
2. 2. Pompa secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto foro cieco (17) à ̈ disposto parallelo al secondo asse (A2) e radialmente sull’esterno della sede (13); e dal fatto che il secondo foro (18) à ̈ disposto trasversalmente al secondo asse (A2) ed in modo da collegare radialmente il primo foro (17) con la sede passante (13) del corpo pompa (2).
3. 3. Pompa secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzata dal fatto che detto tratto di estremità del primo foro (17), compreso tra detta parete di fondo (19) del primo foro ed il secondo foro (18) e realizzante detta camera di smorzamento (20) à ̈ disposto affiancato ad almeno parte di una parete laterale (21) radialmente esterna della sede passante (13) del corpo pompa.
4. 4. Pompa secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il diametro del secondo foro (18) à ̈ più piccolo di un almeno tre volte del diametro del primo foro (17).
5. 5. Pompa secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che il diametro del primo foro (17) à ̈ dell’ordine di 3-4 mm, mentre il diametro del secondo foro (18) à ̈ dell’ordine di 0,7-1 mm.
6. 6. Pompa secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detta distanza prefissata (D) tra la parete di fondo (19) del primo foro (17) e detto secondo foro (18), pari alla lunghezza di detto tratto di estremità del primo foro definente la camera di smorzamento (20) à ̈ pari ad almeno il doppio del diametro del primo foro (17).
7. 7. Pompa secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detta camera di smorzamento (20) à ̈ atta a ricevere al proprio interno eventuali particelle di contaminante presente nel flusso di combustibile e che non possono imboccare il secondo foro (18) essendo più grandi del diametro di quest’ultimo.
8. 8. Pompa secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detta parete di fondo (19) del primo foro (17), cieco, à ̈ delimitata da una superficie (22) concava verso l’interno del foro ed avente forma conica.
9. 9. Pompa secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto secondo foro (18), collegante l’intero del primo foro (17) con l’interno di detta sede (13), presenta una lunghezza, misurata in senso radiale, dello stesso ordine di grandezza di quello del diametro del secondo foro (18).