ITMI20100580A1 - Pompa a pistoni per alimentare combustibile, preferibilmente gasolio, a un motore a combustione interna, metodo di accoppiamento di un albero della stessa con le rispettive sedi di rotazione, ed uso - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE
del brevetto per invenzione industriale dal titolo:
"POMPA A PISTONI PER ALIMENTARE COMBUSTIBILE, PREFERIBILMENTE GASOLIO, A UN MOTORE A COMBUSTIONE INTERNA, METODO DI ACCOPPIAMENTO DI UN ALBERO DELLA STESSA CON LE RISPETTIVE SEDI DI ROTAZIONE, ED USO"
La presente invenzione è relativa ad una pompa a pistoni per alimentare combustibile, preferibilmente gasolio, a un motore a combustione interna, nonché ad un metodo di accoppiamento dell'albero della pompa con le rispettive sedi di rotazione e all'uso di un particolare additivo di origine minerale per strati di scorrimento in PTFE da utilizzare in tale pompa.
È nota da EP0851120A2 una pompa a pistoni comprendente 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 e comprendente un albero girevole attorno ad un secondo asse. L'albero è portato girevole dal corpo pompa, in particolare dagli elementi a flangia, mediante cuscinetti interposti fra l'albero e il corpo pompa; inoltre, l'albero presenta una porzione intermedia, eccentrica, portante girevole, mediante l'interposizione di un ulteriore cuscinetto, un anello poligonale, ovvero un anello avente la superficie cilindrica esterna provvista di spianature tangenziali, operativamente associato con il pistone per trasformare il moto rotatorio eccentrico della porzione intermedia dell'albero nel moto alternativo del pistone.
I cuscinetti della pompa descritta sono cuscinetti a strisciamento, ovvero boccole piantate solidali entro rispettive sedi del corpo pompa e internamente all'anello poligonale e provviste di superfici di strisciamento, in uso in contatto con le superfici laterali dell'albero; le superfici di strisciamento delle boccole sono rivestite di uno strato di materiale a basso coefficiente di attrito, ad esempio PTFE (PoliTetraFluoroEtilene) ed in uso lubrificate da un flusso di combustibile guidato in loco da appositi canali.
Tuttavia, a causa delle sollecitazioni cui gli strati di strisciamento in PTFE sono sottoposti in uso, sia dovute ai carichi meccanici scambiati tra albero e sedi di rotazione, sempre più elevati con l'aumentare delle prestazioni richieste alle pompe, sia alle inevitabili tolleranze di lavorazione che possono creare dei microscopici disallineamenti tra albero e sedi di rotazione nel corpo pompa e nell'anello poligonale con conseguenti possibili sovraccarichi localizzati, sia a causa di flussi di combustibile di lubrificazione particolarmente elevati, si è riscontrato che si verificano fenomeni di erosione a fatica degli strati di scorrimento in PTFE, che portano ad una precoce usura della pompa.
È uno scopo della presente invenzione quello di superare tale inconveniente dello stato della tecnica fornendo una pompa a pistoni per alimentare combustibile, preferibilmente gasolio, a un motore a combustione interna, di struttura semplice e compatta, la quale presenti prestazioni migliorate e, soprattutto, una più lunga vita utile.
La presente invenzione è dunque relativa ad una pompa a pistoni 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 meccanismo di trasmissione per azionare il pistone e comprendente un albero girevole attorno ad un secondo asse, accoppiato in rotazione con rispettive sedi del corpo pompa e presentante una porzione intermedia, eccentrica, accoppiata in rotazione in una sede passante, radialmente interna, di un anello poligonale operativamente associato con il pistone.
Secondo la principale caratteristica del trovato, tra l'albero e le sedi di rotazione del corpo pompa e dell'anello poligonale sono predisposte rispettive superfici di strisciamento definite, ciascuna, da un rispettivo strato di un materiale a basso coefficiente di attrito portato solidale dalla sede di rotazione e/o dall'albero, laddove almeno uno (quello più sollecitato in uso) o tutti gli strati di materiale a basso coefficiente di attrito comprendono un additivo di origine minerale costituito da particelle di Fe203finemente disperse in una matrice di PTFE.
Secondo un altro aspetto del trovato, le superfici di strisciamento fanno parte di rispettivi cuscinetti di strisciamento piantati solidali ad interferenza nelle sedi di rotazione con la superficie di strisciamento di ciascuno rivolta verso l'albero ed impegnata in rotazione dallo stesso, ciascun cuscinetto essendo composto, a partire dalla rispettiva sede di rotazione e verso l'albero, da una boccola anulare in acciaio piantata ad interferenza nella sede di rotazione, da uno strato in bronzo ricavato radialmente sull'interno della boccola, verso l'albero, e solidale alla boccola, e da uno strato di materiale a basso coefficiente di attrito composto da una matrice di PTFE nella quale sono finemente disperse una pluralità di particelle di Fe203.
L'albero impegna in rotazione i cuscinetti con un gioco radiale prefissato e tale che tra una superficie laterale esterna dell'albero e gli strati di materiale a basso coefficiente di attrito è presente uno spazio radiale compreso tra 10 e 140 micron.
Gli strati di materiale a basso coefficiente di attrito secondo il trovato comprendono dall'87% al 90% in peso di PTFE e dal 13% al 10% in peso di particelle di Fe203e presentano uno spessore, misurato in direzione radiale all'asse di rotazione dell'albero, compreso tra 10 e 30 micron, le particelle di Fe203presentando ciascuna una purezza in peso pari ad almeno il 95% ed una dimensione media minore di 20 micron.
In questo modo, e del tutto sorprendentemente, la selezione di un particolare materiale, dotato di particolari caratteristiche dimensionali e di purezza ed in corporato nello strato in PTFE in una certa prefissata quantità, permette di ottenere strati di scorrimento a basso coefficiente di attrito che nel particolare ambiente di lavoro delle pompe di iniezione combustibile rivelano eccezionale robustezza e, quindi, una lunqa durata, e al contempo non solo mantenqono, ma addirittura miqliorano le loro caratteristiche di scorrimento, a patto di controllare anche il qioco di accoppiamento radiale tra albero e strati di scorrimento
In base a quanto descritto, l'invenzione è infine relativa anche all'uso di ossido di ferro come materiale di carica in uno strato di scorrimento in PTFE secondo la rivendicazione 10 e ad un metodo per effettuare l'accoppiamento in rotazione di un albero di una pompa a pistoni per alimentare combustibile, preferibilmente qasolio, a un motore a combustione interna, con rispettive sedi di rotazione per l'albero secondo la rivendicazione 8.
Ulteriori caratteristiche e vantaqqi della presente invenzione appariranno chiari dalla descrizione che viene di sequito fornita di una sua preferita forma di realizzazione, a puro titolo di esempio non limitativo e con riferimento alle fiqure del diseqno alleqato, che illustrano
la fiqura la una vista in elevazione, sezionata in senso lonqitudinale e con parti asportate per chiarezza, di una pompa a pistoni realizzata in accordo con la presente invenzione ;
la figura lb un dettaglio in scala ingrandita di una parte della pompa di figura la.
Con riferimento alle figure la ed lb del disegno annesso, è 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 uguale a quella di esercizio, generalmente di 2.000 bar e comprende un corpo pompa 2; tre camere di compressione 3 (una sola illustrata nella figura la e solo in parte); tre pistoni 4 (uno solo mostrato nella figura la); un meccanismo di trasmissione 5 per muovere di moto alternato i pistoni 4 nelle rispettive camere di compressione 3 lungo rispettivi assi Al (uno solo mostrato nella figura la); tre condotti di alimentazione (noti e non illustrati) 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 (noti e non illustrati) 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, non illustrate nella figura, e disposte lungo i condotti di mandata.
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 6, generalmente conformato a flangia e generalmente realizzato in allumino o una lega leggera, un elemento 7, e tre elementi 8 (uno solo dei quali è mostrato nella figura annessa) assemblati l'uno all'altro a pacco e di cui gli elementi 6 e 7 sono dei blocchi metallici che supportano il meccanismo di trasmissione 5, mentre ciascun elemento 8 o "testata" è 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 9, il quale è girevole attorno ad un asse A2 entro rispettive sedi passanti cilindriche 10,11 del corpo pompa 2 coassiali con l'asse A2 e comprende una porzione eccentrica 12 di forma cilindrica, la quale si estende attorno ad un asse A3 parallelo e sfalsato rispetto all'asse A2. La porzione eccentrica 12, intermedia, dell'albero 9 impegna in modo relativamente girevole una sede 13 cilindrica radialmente interna di un anello poligonale 14; quest'ultimo è operativamente associato ai pistoni 4 tramite: tre elementi intermedi 15 (uno solo mostrato nella figura), ciascuno dei quali è interposto fra un rispettivo pistone 4 e l'anello poligonale 14; tre molle 16 (una sola mostrata nella figura), ciascuna delle quali è disposta fra l'elemento 8 e un anello 17 (uno solo mostrato nella figura), ciascuno dei quali è interposto a sua volta fra la molla 16 e il pistone 4. Ciascuna molla 16 ha la funzione di garantire la corsa di aspirazione del rispettivo pistone 4 e di mantenere il rispettivo pistone 4 a contatto del rispettivo elemento intermedio 15 e il rispettivo elemento intermedio 15 a contatto dell'anello poligonale 14, in particolare a contatto con una rispettiva superficie piano 18 dello stesso, tramite il rispettivo pistone 4.
Secondo la principale caratteristica del trovato, l'albero 9 è accoppiato con le sedi 10,11 di rotazione del corpo pompa 2 e 13 dell'anello poligonale 14 mediante rispettive superfici di strisciamento 19,20 e 21 definite, ciascuna, da un rispettivo strato 22 (figura lb) di un materiale a basso coefficiente di attrito portato solidale nella fattispecie non limitativa illustrata e come si vedrà più in dettaglio nel seguito dalla sede di rotazione 10,11,13, e/o , eventualmente, secondo una variante possibile non illustrata,, direttamente dall'albero 9 stesso; in particolare, almeno uno degli strati 22, ovvero quello più sollecitato in esercizio e, preferibilmente, tutti gli strati 22 di materiale a basso coefficiente di attrito comprendono, ciascuno (figura lb) un additivo di origine minerale costituito da particelle 23 di Fe203finemente disperse in una matrice 24 di PTFE (PoliTetraFluoroEtilene).
Secondo il trovato, ciascuno strato 22 di materiale a basso coefficiente di attrito comprende dall'87% al 90% in peso di PTFE e dal 13% al 10% in peso di particelle di Fe203e presenta uno spessore, misurato in direzione radiale all'asse A2 di rotazione dell'albero 9, compreso tra 10 e 30 micron.
Inoltre, le particelle 23 di Fe203presentano una purezza in peso pari ad almeno il 95% ed una dimensione media minore di 20 micron.
Secondo la preferita forma di attuazione del trovato, le superfici di strisciamento 19, 20 e 21 definite, ciascuna, da un rispettivo strato 22 di un materiale a basso coefficiente di attrito costituiti da una matrice 24 di PTFE in cui sono uniformemente disperse fini particelle 23 di ossido di ferro Fe203fanno parte di rispettivi cuscinetti 25,26 e 27 di strisciamento piantati solidali ad interferenza nelle sedi 19, 20 e 21 di rotazione con la superficie di strisciamento 19, 20 e 21 di ciascuno rivolta verso l'albero 9 ed impegnata in rotazione dallo stesso.
Ciascun cuscinetto 25, 26 e 27 di strisciamento è composto come è illustrato più nel dettaglio in figura lb per il solo cuscinetto 25, ed a partire dalla rispettiva sede di rotazione 10 (nella fattispecie illustrata) o 11 o 13 e verso l'albero 9, da una boccola anulare 28 in acciaio piantata ad interferenza nella sede di rotazione 10, da uno strato 29 in bronzo ricavato radialmente sull'interno della boccola 29, verso l'albero 9, e solidale alla boccola, e da uno strato 22 di materiale a basso coefficiente di attrito composto da una matrice 24 di PTFE nella quale sono finemente disperse una pluralità di particelle 23 di Fe203.
Secondo un ulteriore aspetto del trovato, inoltre, l'albero 9 impegna in rotazione i cuscinetti 25, 26 e 27 con un gioco radiale prefissato G, illustrato fuori scala in figura lb, e tale che tra una superficie laterale esterna 30 dell'albero 9 e gli strati 22 di materiale a basso coefficiente di attrito 22, quando questi sono composti, secondo il trovato, da una matrice 24 di PTFE nella quale sono finemente disperse una pluralità di particelle 23 di Fe203, è presente uno spazio radiale G compreso tra 10 e 140 micron.
In base a quanto descritto è evidente che secondo l'invenzione viene anche fornito un metodo per effettuare l'accoppiamento in rotazione dell'albero 9 della pompa 1 con le rispettive sedi di rotazione 13, 10,11 per l'albero 9 ricavate nell'anello poligonale 14 operativamente associato con il pistone 4 mobile lungo l'asse Al e nel corpo pompa 2 per il supporto dell'albero 9 sul secondo asse A2, comprendente le fasi di:
- predisporre tra l'albero e le sedi di rotazione rispettive superfici di strisciamento 19,20,21 definite, ciascuna, da un rispettivo strato 22 di un materiale a basso coefficiente di attrito portato solidale dalla sede di rotazione e/o dall'albero, laddove almeno uno degli strati 22 comprende una carica minerale costituita da particelle 23 di Fe203finemente disperse in una matrice 24 di PTFE.
In particolare, secondo il metodo dell'invenzione, gli strati 22 di materiale a basso coefficiente di attrito sono ricavati solidali a rispettivi cuscinetti 25, 26 e 27 di strisciamento piantati ad interferenza nelle sedi di rotazione, radialmente sull'interno degli stessi, in modo da essere in contatto diretto con l'albero 9.
Infine è evidente che rientra nell'ambito della presente invenzione l'uso di strati 22 a basso coefficiente di attrito costituiti da una carica di particelle 23 di Fe203finemente disperse in una matrice 24 di PTFE per rivestire tutte le superfici di strisciamento, ed in particolare le superfici 19, 20, 21 di una pompa a pistoni come la pompa 1 destinata ad alimentare combustibile, preferibilmente gasolio, a un motore a combustione interna.
Claims (10)
- RIVENDICAZIONI 1. Pompa a pistoni (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 (Al); e un meccanismo di trasmissione (5) per azionare il pistone e comprendente un albero girevole (9) attorno ad un secondo asse (A2), accoppiato in rotazione con rispettive sedi (10,11) del corpo pompa e presentante una porzione intermedia (12), eccentrica, accoppiata in rotazione in una sede passante (13), radialmente interna, di un anello poligonale (14) operativamente associato con il pistone; tra l'albero (9) e dette sedi di rotazione (10,11; 13) del corpo pompa (2) e dell'anello poligonale (14) essendo predisposte rispettive superfici di strisciamento (19,20; 21) definite, ciascuna, da un rispettivo strato (22) di un materiale a basso coefficiente di attrito portato solidale dalla sede di rotazione e/o dall'albero; caratterizzata dal fatto che almeno uno di detti strati di materiale a basso coefficiente di attrito comprende un additivo di origine minerale costituito da particelle (23) di Fe203finemente disperse in una matrice (24) di PTFE.
- 2. Pompa secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto almeno uno strato (22) di materiale a basso coefficiente di attrito comprende dall'87% al 90% in peso di PTFE e dal 13% al 10% in peso di particelle (23) di Fe203.
- 3. Pompa secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzata dal fatto che detto almeno uno strato (22) di materiale a basso coefficiente di attrito comprendente una carica minerale costituita da particelle (23) di Fe203finemente disperse in una matrice (24) di PTFE presenta uno spessore, misurato in direzione radiale all'asse di rotazione (A2) dell'albero (9), compreso tra 10 e 30 micron.
- 4. Pompa secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che dette particelle (23) di Fe203presentano una purezza in peso pari ad almeno il 95% ed una dimensione media minore di 20 micron.
- 5. Pompa secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che dette superfici di strisciamento (19,20;21) definite, ciascuna, da un rispettivo strato (22) di un materiale a basso coefficiente di attrito fanno parte di rispettivi cuscinetti di strisciamento (25,26,27) piantati solidali ad interferenza nelle dette sedi di rotazione (19,20,21) con la superficie di strisciamento di ciascuno rivolta verso l'albero (9) ed impegnata in rotazione dallo stesso.
- 6. Pompa secondo la rivendicazione 5, caratterizzata dal fatto che ciascun detto cuscinetto (25,26,27) di strisciamento è composto, a partire dalla rispettiva sede di rotazione e verso l'albero, da una boccola anulare (28) in acciaio piantata ad interferenza nella sede di rotazione, da uno strato (29) in bronzo ricavato radialmente sull'interno della boccola (28), verso l'albero (9), e solidale alla boccola, e da un detto strato (22) di materiale a basso coefficiente di attrito composto da una matrice (24) di PTFE nella quale sono finemente disperse una pluralità di particelle (23) di Fe203.
- 7. Pompa secondo la rivendicazione 6, caratterizzata dal fatto che detto albero (9) impegna in rotazione detti cuscinetti (25,26,27) con un gioco radiale (G) prefissato e tale che tra una superficie laterale esterna (30) dell'albero e detti strati (22) di materiale a basso coefficiente di attrito composto da una matrice (24) di PTFE nella quale sono finemente disperse una pluralità di particelle (23) di Fe203è presente uno spazio radiale (G) compreso tra 10 e 140 micron.
- 8. Metodo per effettuare l'accoppiamento in rotazione di un albero (9) di una pompa a pistoni (1) per alimentare combustibile, preferibilmente gasolio, a un motore a combustione interna, con rispettive sedi di rotazione (13; 10,11) per l'albero ricavate in un anello poligonale (14) operativamente associato con un pistone mobile lungo un primo asse (Al) e in un corpo pompa (2) per il supporto dell'albero su un secondo asse (A2); caratterizzato dal fatto che di comprendere le fasi di: predisporre tra l'albero (9) e le sedi di rotazione rispettive superfici di strisciamento (19,20; 21) definite, ciascuna, da un rispettivo strato (22) di un materiale a basso coefficiente di attrito portato solidale dalla sede di rotazione e/o dall'albero, laddove almeno uno di detti strati di materiale a basso coefficiente di attrito comprende un additivo di origine minerale costituito da particelle (23) di Fe203finemente disperse in una matrice (24) di PTFE.
- 9. Metodo secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che detti strati (22) di materiale a basso coefficiente di attrito sono ricavati solidali a rispettivi cuscinetti (25,26,27) di strisciamento piantati ad interferenza nelle sedi di rotazione, radialmente sull'interno degli stessi, in modo da essere in contatto diretto con l'albero (9).
- 10. Uso di strati (22) a basso coefficiente di attrito costituiti da particelle (23) di Fe203finemente disperse in una matrice (24) di PTFE per rivestire superfici di strisciamento (19, 20, 21) di una pompa a pistoni (1) per alimentare combustibile, preferibilmente gasolio, a un motore a combustione interna.
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| IT (1) | ITMI20100580A1 (it) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US4666787A (en) * | 1985-02-16 | 1987-05-19 | Kolbenschmidt Aktiengesellschaft | Material for sliding surface bearings |
| EP0851120A2 (en) * | 1996-12-23 | 1998-07-01 | ELASIS SISTEMA RICERCA FIAT NEL MEZZOGIORNO Società Consortile per Azioni | Piston pump, in particular a radial-piston pump for internal combustion engine fuel |
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2010
- 2010-04-07 IT IT000580A patent/ITMI20100580A1/it unknown
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