ITTO20130392A1

ITTO20130392A1 - Pompa rotativa a cilindrata regolabile con ottimizzazione dei mezzi di contrasto della regolazione, e metodo per la regolazione della cilindrata di tale pompa

Info

Publication number: ITTO20130392A1
Application number: IT000392A
Authority: IT
Inventors: Leonardo Cadeddu; Alessandro Fauda
Original assignee: Vhit Spa
Priority date: 2013-05-16
Filing date: 2013-05-16
Publication date: 2014-11-17
Also published as: EP2803859A1; EP2803859B1

Description

POMPA ROTATIVA A CILINDRATA REGOLABILE CON OTTIMIZZAZIONE DEI MEZZI DI CONTRASTO DELLA REGOLAZIONE, E METODO PER LA REGOLAZIONE DELLA CILINDRATA DI TALE POMPA

Settore della tecnica

La presente invenzione si riferisce alle pompe rotative a cilindrata variabile, e piÃ¹ in particolare riguarda una pompa con ottimizzazione dei mezzi di contrasto della regolazione della cilindrata.

L'invenzione riguarda anche un metodo per la regolazione della cilindrata di tale pompa.

Preferibilmente, ma non esclusivamente, l'invenzione trova applicazione in una pompa per l'olio di lubrificazione del motore e/o della trasmissione di un autoveicolo. Tecnica nota

E' noto che, nelle pompe per far circolare olio di lubrificazione sotto pressione in motori e sistemi di trasmissione di autoveicoli, la capacitÃ , e quindi la portata dell'olio in uscita, dipende dalla velocitÃ di rotazione del motore, e pertanto le pompe sono progettate per fornire una portata sufficiente alle basse velocitÃ , per garantire la lubrificazione anche in queste condizioni. Se la pompa ha geometria fissa, a velocitÃ di rotazione elevata la portata Ã ̈ superiore a quella necessaria, cosicchÃ© si hanno un forte assorbimento di potenza con un conseguente maggior consumo di carburante e un maggiore riscaldamento del lubrificante, con conseguente calo del potere lubrificante e sollecitazione dei componenti, oltre alla necessitÃ , in alcuni casi, di adottare scambiatori di calore (radiatori).

Per ovviare a questo inconveniente, Ã ̈ noto dotare le pompe di sistemi che permettono la regolazione della portata ai differenti regimi di funzionamento del veicolo, in particolare attraverso la regolazione della cilindrata.

Le pompe a cilindrata variabile richiedono una resistenza alla variazione di cilindrata che determina il valore iniziale di regolazione della cilindrata e quindi della pressione/portata del fluido pompato. Questa resistenza Ã ̈ normalmente fornita da un elemento elastico, tipicamente costituito da una o piÃ¹ molle meccaniche opportunamente tarate. Inoltre, con l'aumento della velocitÃ di rotazione, la pompa deve modificare il suo assetto per mantenere la pressione/portata al valore di regolazione e, per questo scopo, si deve muovere il capsulismo contrastato dall'elemento elastico. Tuttavia, l'elemento elastico presenta una propria rigiditÃ e di conseguenza, quando si muove il capsulismo, la forza di contrasto esercitata dall'elemento aumenta modificando il valore di portata/pressione rispetto al valore di regolazione iniziale.

Sono state proposte soluzioni per ottimizzare il comportamento dell'organo di contrasto in modo da evitare aumenti indesiderati della pressione di mandata della pompa durante la regolazione della cilindrata. Per esempio, US 8.186.969 e US 2012/0301342 descrivono pompe rotative a cilindrata variabile in cui il rotore ruota eccentricamente in una cavitÃ di un anello statorico di regolazione, che puÃ² essere fatto oscillare per variare l'eccentricitÃ relativa tra la camera e il rotore, e quindi la cilindrata. Nel primo documento l'oscillazione dell'anello statorico Ã ̈ contrastata da una coppia di molle coassiali che intervengono a valori di pressione di mandata diversi. Nel secondo documento l'oscillazione dell'anello statorico Ã ̈ contrastata da una coppia di molle agenti in verso opposto. Le soluzioni proposte dai due documenti sono alquanto complesse e non garantiscono efficacemente il mantenimento della pressione voluta.

Descrizione dell'invenzione

Uno scopo della presente invenzione Ã ̈ di fornire una pompa volumetrica rotativa a cilindrata variabile del tipo suddetto che ovvii agli inconvenienti dalla tecnica nota.

Secondo l'invenzione ciÃ² Ã ̈ ottenuto per il fatto che i mezzi di contrasto presentano: - una prima estremitÃ articolata sul corpo della pompa in modo che i mezzi stessi possano compiere un movimento oscillatorio durante il movimento dell'anello; e

- una seconda estremitÃ atta, durante tale movimento oscillatorio, a spostarsi lungo una pista formata sulla superficie dell'anello e avente un profilo consistente di un arco di curva tale che una tangente alla curva in corrispondenza di ogni posizione della seconda estremitÃ sia perpendicolare ad un asse longitudinale di simmetria dei mezzi di contrasto.

Preferibilmente, il profilo della pista Ã ̈ un arco di circonferenza il cui centro si trova su detto asse.

L'invenzione fornisce anche un metodo di regolazione della cilindrata di una pompa del tipo suddetto, in cui si contrasta il movimento dell'anello di regolazione con mezzi di contrasto disposti tra l'anello di regolazione e un corpo della pompa, e l'operazione di contrastare il movimento dell'anello di regolazione comprende le operazioni di:

- articolare su un corpo della pompa una prima estremitÃ dei mezzi di contrasto, in modo che questi possano compiere un movimento oscillatorio; e

- durante detto movimento oscillatorio, far scorrere una seconda estremitÃ dei mezzi di contrasto lungo una pista formata su una superficie dell'anello e consistente di un arco di curva tale che una tangente alla curva in corrispondenza di ogni posizione della seconda estremitÃ sia perpendicolare ad un asse longitudinale di simmetria dei mezzi di contrasto

Breve descrizione delle figure

Queste ed altre caratteristiche della presente invenzione risulteranno chiare dalla seguente descrizione di una forma preferita di realizzazione fatta a titolo di esempio non limitativo con riferimento ai disegni allegati, in cui:

- la fig. 1 Ã ̈ una vista in pianta di una pompa secondo l'invenzione, priva del coperchio di chiusura e nella condizione di massima cilindrata,;

- la fig. 2 Ã ̈ una vista analoga alla fig. 1 e mostra la pompa in una condizione di cilindrata intermedia tra la massima e la minima;

- la fig. 3 Ã ̈ una vista analoga alle figure 1 e 2 e mostra la pompa nella condizione di minima cilindrata;

- la fig. 4 Ã ̈ una vista parziale ingrandita della fig.2; e

- la fig. 5 mostra un esempio di andamento qualitativo della coppia resistente in funzione della rotazione dello statore per la pompa delle figure 1 - 4.

Descrizione di una forma preferita di realizzazione

Nelle figure si Ã ̈ rappresentata, a puro titolo di esempio, una pompa rotativa a palette del tipo comprendente un rotore che ruota in una cavitÃ eccentrica di un anello di regolazione o anello statorico (nel seguito chiamato per brevitÃ "statore") che puÃ² essere fatto spostare, al variare delle condizioni operative della pompa, per variare l'eccentricitÃ relativa tra la cavitÃ e il rotore e quindi la cilindrata della pompa. In particolare, sempre a puro titolo di esempio, si illustra una pompa, in cui la variazione di cilindrata Ã ̈ ottenuta grazie alla rotazione dello statore, entro un intervallo angolare prestabilito, attorno ad un asse interno parallelo all'asse di rotazione del rotore e la rotazione dello statore Ã ̈ comandata direttamente dalla pressione del fluido pompato.

Con riferimento alle figure 1 - 4, una pompa 1 del tipo suddetto comprende un corpo 10 che presenta una cavitÃ 40 opportunamente sagomata nella quale Ã ̈ montato lo statore 11 in modo da poter ruotare attorno ad un asse A lungo un certo arco di circonferenza. Nell'esempio illustrato si suppone che lo statore 11 ruoti in senso antiorario come indicato dalla freccia F. Lo statore 11 presenta una camera sostanzialmente circolare 12 in cui trova sede il rotore a palette 13, calettato su un albero 14 disassato rispetto al centro B della camera 12. Anche il rotore 13 nell'esempio illustrato ruota in senso antiorario.

Come noto al tecnico, la rotazione dello statore 11 attorno all'asse A provoca una variazione dell'eccentricitÃ relativa tra lo statore 11 e il rotore 13, e quindi una variazione della cilindrata, tra una condizione di eccentricitÃ e cilindrata massima (rappresentata in Fig. 1), che Ã ̈ assunta anche in condizioni di riposo della pompa e in cui il rotore 13 Ã ̈ sostanzialmente tangente alla superficie 12A della camera 12, e una condizione di cilindrata minima (rappresentata in fig.3), in cui il rotore 13 Ã ̈ coassiale o sostanzialmente coassiale alla camera 12. Questa disposizione Ã ̈ del tutto convenzionale e non richiede una descrizione piÃ¹ dettagliata.

Nell'esempio illustrato, per il comando della sua rotazione, lo statore 11 presenta una coppia di appendici radiali 17, 18 che penetrano in rispettive camere 15, 16 formate da rientranze della cavitÃ 40 e le cui estremitÃ esterne scorrono a tenuta sulla base delle camere 15, 16. Una delle due camere, per esempio la camera 15, Ã ̈ collegata in permanenza con il lato di mandata della pompa oppure, preferibilmente, con gli organi di utilizzazione del fluido pompato (per esempio, con un punto del circuito di lubrificazione del motore posto a valle del filtro olio), attraverso un primo condotto di regolazione 30. L'altra camera puÃ² a sua volta essere messa in comunicazione con il lato di mandata o con gli organi di utilizzazione del fluido pompato tramite una valvola azionata dalla centralina elettronica del veicolo e un secondo condotto di regolazione 31. In questo modo, l'appendice 17 Ã ̈ esposta, o entrambe le appendici 17, 18 sono esposte, alle condizioni di pressione del fluido pompato che agisce sulla superficie posteriore (con riferimento al senso di rotazione dello statore) 17a, 18a delle appendici.

L'ampiezza circonferenziale e la dimensione radiale delle camere 15, 16 saranno definite dalle caratteristiche di funzionamento richieste alla pompa. In particolare, per quanto riguarda l'ampiezza circonferenziale, una rotazione dello statore 11 dell'ordine di 20° circa Ã ̈ tipica per l'applicazione preferita ed Ã ̈ stata illustrata nei disegni. Per quanto riguarda la dimensione radiale, essa puÃ² essere costante per tutta l'ampiezza circonferenziale, cosicchÃ© le appendici 17, 18 presentano un'area di spinta costante e quindi generano una coppia, proporzionale alla pressione di attuazione, costante per tutto l'arco di rotazione. In alternativa la dimensione radiale di una o entrambe le camere puÃ² variare lungo l'ampiezza circonferenziale e una o entrambe le appendici 17, 18 possono essere realizzate con un'area di spinta variabile, in modo da generare una coppia variabile lungo l'arco di rotazione dello statore 11. Questa soluzione permette di tener conto del fatto che le coppie resistenti incontrate durante la regolazione della cilindrata possono essere variabili, per esempio perchÃ© variano la resistenza opposta da un organo 20 di contrasto della rotazione dello statore 11, che sarÃ descritto in seguito, e/o gli attriti di rotazione.

Nella camera 16 trova sede l'organo 19 di contrasto della rotazione dello statore 11, inserito tra la superficie anteriore 18b dell'appendice 18 e il corpo 10. L'organo di contrasto 19 Ã ̈ per esempio costituito da una molla elicoidale 20 precaricata in modo da opporsi alla rotazione dello statore 11 - e quindi mantenerlo nella posizione di fig. 1 - finchÃ© la pressione applicata all'appendice 17 (o la pressione complessiva applicata alle appendici 17, 18) Ã ̈ inferiore ad una soglia prestabilita, e da mantenere successivamente la cilindrata della pompa al valore corrispondente alla soglia di pressione. Questa condizione Ã ̈ raggiunta quando si stabilisce un equilibrio tra le coppie generate dalla pressione agente sulle appendici 17, 18 e la coppia antagonista generata dall'organo di contrasto 19.

L'organo di contrasto 19 presenta una prima estremitÃ articolata sul corpo 10 in modo da compiere un movimento oscillatorio durante il movimento dell'anello 11, mentre l'estremitÃ opposta Ã ̈ atta a scorrere sulla superficie 18b dell'appendice 18 durante tale movimento oscillatorio. PiÃ¹ in particolare, come si vede meglio in fig. 4, dal lato della prima estremitÃ la molla 20 Ã ̈ avvolta su un primo puntale 21 a cui Ã ̈ solidale un primo rullino 22 che si impegna in un incavo complementare 22a del corpo 10. Dal lato opposto, la molla 20 Ã ̈ inserita in un manicotto guida-molla 23 chiuso da un fondo 23a associato a un secondo puntale 24 che porta un elemento, per esempio un secondo rullino 25, atto a scorrere su una pista 26 ricavata nella superficie 18b dell'appendice 18.

Nella forma di realizzazione illustrata nei disegni, la pista 26 Ã ̈ costituita da un arco di circonferenza di raggio R, il cui centro si trova sempre sull'asse di simmetria S della molla 20, cioÃ ̈ sulla congiungente i centri dei rullini 22 e 25. In generale, la pista 26 sarÃ un arco di curva tale che, in ogni posizione dell'organo di contrasto 19, l'asse S della molla 20 sia sempre ortogonale alla tangente alla curva nel punto di contatto del rullino 25. In questo modo, l'organo di contrasto 19 risulta autoallineante. La forma specifica della curva della pista 26 dipenderÃ dalla configurazione dell'organo di contrasto 19, in particolare dalla posizione relativa del punto di articolazione e dell'estremitÃ mobile.

Con la disposizione illustrata, la forza resistente applicata dall'organo di contrasto 19 e il suo braccio B (distanza tra l'asse S e il centro di rotazione A dell'anello 11) variano al variare della posizione dell'anello 11. Nella posizione di massima cilindrata il rullino 25 si trova a un'estremitÃ della pista 26 (l'estremitÃ inferiore nel disegno), l'organo di contrasto 19 ha una lunghezza massima Lmax ed esercita quindi una forza minima e il braccio B ha anch'esso un valore massimo Bmax. Quando l'anello 11 ruota, l'organo di contrasto 19 ruota attorno all'asse dell'articolazione rappresentata dal primo rullino 22 e dall'incavo 22a, e il secondo rullino 25 si muove lungo la pista 26 verso l'estremitÃ superiore di questa. La lunghezza L e il braccio B si riducono per effetto dello spostamento del rullino, raggiungendo un valore intermedio Lmed, Bmed dopo una rotazione di circa 10° (fig.2), e un valore minimo Lmin (a cui corrisponde una forza massima), Bmin al termine della rotazione di circa 20°, in corrispondenza della posizione di minima cilindrata (fig. 3). Nel caso della pista 26 considerata, la coppia resistente ha l'andamento qualitativo illustrato in fig. 5: dopo una crescita iniziale (fino ad una rotazione di circa 5°) la coppia diminuisce costantemente. Si compensa cosÃ¬ la variazione del carico della molla dovuta alla rigiditÃ della stessa.

In accordo ad altre forme di realizzazione, variando la posizione dell'articolazione rappresentata dal primo rullino 22 e dall'incavo 22a e/o la forma della pista 26, come facilmente comprensibile per un tecnico del ramo, la curva di Fig.5 puÃ² avere andamenti diversi rispetto a quello rappresentato; ad esempio la coppia resistente puÃ² avere andamento costante o invertito rispetto a quello rappresentato.

In sostanza, l'invenzione permette di gestire progettualmente l'andamento della coppia antagonista attraverso diversi gradi di libertÃ pur mantenendo l'organo elastico classico di contrasto della variazione di cilindrata (molla meccanica, in particolare a compressione).

E' evidente che quanto descritto Ã ̈ dato a titolo di esempio non limitativo e che varianti e modifiche sono possibili senza uscire dal campo di protezione dell'invenzione.

Per esempio, anche se si Ã ̈ illustrata in dettaglio una pompa in cui la regolazione della cilindrata avviene mediante una rotazione dello statore attorno ad un asse interno allo statore stesso, comandata direttamente dalla pressione del fluido pompato, l'invenzione puÃ² essere anche applicata a pompe in cui la rotazione dello statore Ã ̈ comandata indirettamente da tale pressione, o a pompe con un movimento di regolazione della cilindrata diverso dalla rotazione dello statore qui illustrata (pompe pendulum, pompe con statore basculante od oscillante, pompe con traslazione dello statore, ecc.). Inoltre, anche se si Ã ̈ illustrata una pompa a palette, l'invenzione Ã ̈ applicabile anche a pompe con rotore di altro tipo, per esempio un rotore a ingranaggi (p. es. tipo G-Rotor e G-Rotor sdoppiato).

Claims

Rivendicazioni 1. Pompa rotativa a cilindrata variabile per fluidi, comprendente: - un rotore (13), atto a ruotare eccentricamente in una camera (12) delimitata da un anello di regolazione (11) con un'eccentricitÃ relativa variabile in base a condizioni operative della pompa (1); - mezzi (17, 18) per far muovere l'anello di regolazione (11) in una cavitÃ (40) formata in un corpo (10) della pompa per variare tale eccentricitÃ relativa, e quindi la cilindrata della pompa (1), al variare delle condizioni operative; e - mezzi (19) di contrasto del movimento dell'anello di regolazione (11); caratterizzata dal fatto che i mezzi di contrasto (19) presentano: - una prima estremitÃ (22) articolata sul corpo (10) della pompa (1) in modo che i mezzi stessi possano compiere un movimento oscillatorio durante il movimento dell'anello (11); e - una seconda estremitÃ (25) atta, durante tale movimento oscillatorio, a spostarsi lungo una pista (26) formata sulla superficie dell'anello (11) e consistente di un arco di curva tale che una tangente alla curva in corrispondenza di ogni posizione della seconda estremitÃ (25) sia perpendicolare ad un asse longitudinale di simmetria (S) dei mezzi di contrasto (19).
2. Pompa secondo la riv.1, in cui detto arco di curva Ã ̈ un arco di circonferenza il cui centro si trova su detto asse (S).
3. Pompa secondo la riv. 1 o 2, in cui i mezzi di contrasto (19) comprendono una molla (20) che, dal lato della prima estremitÃ dei mezzi di contrasto (19), Ã ̈ associata a un primo puntale (21) a cui Ã ̈ solidale un elemento (22) atto a formare, con il corpo (10) della pompa (1), un'articolazione per detta prima estremitÃ e, dal lato opposto, Ã ̈ inserita in un manicotto (23) a cui Ã ̈ solidale un elemento (25) atto a scorrere su detta pista (26).
4. Pompa secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il movimento di regolazione Ã ̈ una rotazione od un'oscillazione dell'anello di regolazione (11) comandata direttamente dalla pressione del fluido pompato.
5. Pompa secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui l'anello di regolazione (11) Ã ̈ configurato come pistone rotante o oscillante multistadio di regolazione della cilindrata, in cui almeno un primo stadio Ã ̈ esposto in permanenza alla pressione del fluido pompato, e almeno un secondo stadio Ã ̈ esposto alla pressione del fluido pompato in base a un comando esterno, congiuntamente al primo stadio.
6. Pompa secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la pompa (1) Ã ̈ una pompa per un circuito di lubrificazione di un motore e/o di un sistema di trasmissione di autoveicolo.
7 Metodo di regolazione della cilindrata di una pompa rotativa a cilindrata variabile per fluidi, comprendente un rotore (13) atto a ruotare eccentricamente in un anello di regolazione (11) con un'eccentricitÃ variabile in base a condizioni operative della pompa, il metodo comprendendo le operazioni di: - far muovere l'anello di regolazione (11) per variare tale eccentricitÃ relativa, e quindi la cilindrata della pompa, al variare di dette condizioni operative; - contrastare il movimento dell'anello di regolazione (11) con mezzi (19) di contrasto disposti tra l'anello di regolazione (11) e un corpo (10) della pompa; caratterizzato dal fatto che l'operazione di contrastare il movimento dell'anello di regolazione (11) comprende le operazioni di: - articolare sul corpo (10) della pompa una prima estremitÃ (22) dei mezzi di contrasto (19), in modo che questi possano compiere un movimento oscillatorio durante il movimento dell'anello di regolazione (11); e - durante detto movimento oscillatorio, far scorrere una seconda estremitÃ (25) dei mezzi di contrasto (19) lungo una pista (26) formata su una superficie dell'anello (11) e consistente di un arco di curva tale che una tangente alla curva in corrispondenza di ogni posizione della seconda estremitÃ sia perpendicolare ad un asse longitudinale di simmetria (S) dei mezzi di contrasto (19).
8. Metodo secondo la riv. 7, in cui la seconda estremitÃ (25) dei mezzi di contrasto (19) Ã ̈ fatta scorrere lungo una pista (26) consistente di un arco di circonferenza centrato su detto asse (S).
9. Metodo secondo la riv. 7, in cui le operazioni di articolare la prima estremitÃ (22) dei mezzi di contrasto (19) sul corpo (10) della pompa (1) e di far scorrere la seconda estremitÃ (25) dei mezzi di contrasto (19) lungo la pista (26) sono atte a generare, nei mezzi di contrasto (19), una coppia resistente dipendente da una posizione di un punto di articolazione di detta prima estremitÃ (22) sul corpo (10) della pompa.