ITBO20010100A1 - Dispositivi di filtraggio dell'aria di alimentazione di motori a combustione - Google Patents

Description

DISPOSITIVO DI FILTRAGGIO DELL’ARIA DI ALIMENTAZIONE DI MOTORI A COMBUSTIONE.

DESCRIZIONE DELL’INVENZIONE

La presente invenzione si inquadra nel settore tecnico concernente i dispositivi per il filtraggio deiraria comburente per motori ad esempio a combustione.

In particolare l’invenzione si riferisce ad un dispositivo di filtraggio dell’aria di alimentazione di motori a combustione, sovralimentati e ad aspirazione naturale, specialmente di elevate prestazioni.

E’ noto che nel settore automobilistico la filtrazione dell’aria riveste particolare importanza in quanto evita l’ingresso di corpi estranei nel motore. Nel contempo la filtrazione condiziona la miscelazione della benzina e dall’aria e quindi della miscela combustibile così ottenuta che è utilizzata nella combustione.

I filtri dell’aria sono normalmente a forma appiattita, cilindrica o conica e sono contenuti in un relativo involucro dotato di aperture di ingresso dell’aria ambientale e di uscita dell’aria filtrata.

Sono noti dispositivi filtranti per l’impiego in motori sportivi, i cosiddetti “sprint filter”, che generalmente presentano filtri a forma troncoconica racchiusi in contenitori metallici di forma pressoché conica o meglio a segmenti troncoconici. Gli elementi filtranti di detti filtri noti sono in poliestere o in carta e recano pesanti flange e/o calotte generalmente poliuretaniche.

II principale svantaggio di detti dispositivi noti consiste nel fatto che la flangia poliuretanica dei filtri si può distaccare dalla parte filtrante in seguito a screpolature e cedimenti dovuti all'invecchiamento del materiale causando così la mancata filtrazione dell’aria, la possibile ostruzione dei condotti con arresto del motore ed il possibile ingresso nel motore di frammenti del filtro stesso o del suo supporto.

Un altro svantaggio consiste nella elevata perdita di carico del flusso d’aria a valle del filtro causata dalla turbolenza.

Un ulteriore svantaggio consiste nel fatto che le flange e calotte in poliuretano sono eccessivamente pesanti e costose e non resistono a temperature superiori a 90° possibili nei motori ad alte prestazioni.

Ulteriori svantaggi sono rappresentati dagli elementi filtranti in poliestere perché affetti dal cosiddetto “effetto spugna” che provoca problemi tecnici ai motori sportivi in presenza di umidità e dagli elementi filtranti in carta che presentano una eccessiva resistenza al flusso d’aria.

Un altro svantaggio consiste nella temperatura eccessivamente elevata raggiunta all’interno dei contenitori dei dispositivi di filtraggio noti a causa del materiale metallico con cui sono realizzati detti contenitori.

Lo scopo principale della presente invenzione è quello di proporre un dispositivo di filtraggio dell’aria di alimentazione di motori a combustione estremamente robusto ed affidabile, in grado di resistere a sollecitazioni meccaniche tipiche dei veicoli da competizione ed a temperature fino a circa 250° C e nel contempo leggero ed in grado di ridurre le perdite di carico del flusso d’aria.

Ulteriore scopo della presente invenzione è quello di proporre un dispositivo in grado di isolare termicamente il flusso d’aria che lo attraversa ed, esente dall’effetto spugna e dotato di un elevato valore filtrante dell’aria e di un basso costo di realizzazione.

Ulteriore scopo consiste nel proporre un dispositivo dotato di una durata non inferiore a circa 300.000 km di percorrenza, comunque utilizzabile con una minima manutenzione e dotato di un filtro di facile smaltimento in quanto realizzato prevalentemente con un materiale naturale.

Un altro scopo è quello di proporre un dispositivo avente contenute dimensioni esterne pur conservando il più elevato volume interno.

Gli scopi sopra indicati vengono ottenuti in accordo con il contenuto delle rivendicazioni.

Le caratteristiche dell’invenzione sono evidenziate nel seguito con particolare riferimento all’allegata tavola di disegno, in cui:

- la figura 1 illustra una vista in sezione longitudinale della preferita forma di realizzazione del dispositivo oggetto della presente invenzione;

- la figura 2 illustra una vista sezionata secondo il piano II - Il del dispositivo di figura 1 in cui alcune parti sono state rimosse per meglio evidenziarne altre.

- le figure da 3 a 5 illustrano vista in sezione longitudinale di altrettante varianti del dispositivo;

Con riferimento alle figura 1 e 2, con 1 viene indicato un dispositivo di filtraggio deH’aria di alimentazione di motori a combustione comprendente un filtro 33; un involucro tubolare 2 per il filtro 33 e mezzi di supporto 4.

L’involucro tubolare 2, a forma di cilindro retto, presenta porzioni di imboccatura inferiore 9 e superiore 10 ed è, ad esempio di fibra di carbonio. In corrispondenza di una condizione di montaggio M, a quest’ultima, sono fissati tramite mezzi di blocco 15, ad esempio consistenti in viti o spine, mezzi convogliatori 8 recanti un imbocco superiore 18 che si estende esternamente all’involucro 2 e dotato di apertura superiore 7 per il flusso dell’aria.

Mezzi di raccordo 11 sono ricavati nei mezzi convogliatori 8 e consistono in una superficie di raccordo che convoglia il flusso aerodinamico dell’aria. I mezzi di raccordo 11 dei mezzi convogliatori 8 formano, con la porzione di imboccatura superiore 10, una spalla 24.

Il filtro 33 comprende almeno un elemento filtrante 3, ad esempio in cotone imbevuto con olio a bassa viscosità racchiuso tra due strati di rete metallica ad esempio di alluminio. La parete dell’elemento filtrante 3 è ripiegata a zigzag, ovvero a denti di sega, per aumentarne la superficie ed ha approssimativamente forma di cilindro retto.

Una estremità del filtro 33 è fissata, ad esempio per mezzo di resine, in una sede anulare dei mezzi di supporto 4 che sono, ad esempio, di fibra di carbonio o di nylon rinforzato con fibra di vetro.

I mezzi di supporto 4 presentano un imbocco inferiore 17 che si estende esternamente all’involucro 2 e dotato di apertura inferiore 5 per il flusso dell’aria.

L’estremità libera 20 del filtro 33 è connessa ad almeno una terna di mezzi di connessione 21 riscontranti la parete interna dell’involucro 2 in corrispondenza della imboccatura superiore 10.

La giunzione tra l’estremità libera 20 del filtro 33 e ciascuno dei mezzi di connessione 21, è realizzata da un mezzo anulare 22 inamovibilmente associato a detta estremità libera 20, ad esempio per mezzo di resine.

Nella condizione di montaggio M del dispositivo 1, i mezzi di supporto 4 sono fissati all’imboccatura inferiore 9 dell’involucro tubolare 2 tramite mezzi di blocco 15, ad esempio consistenti in viti o fascette 16, ed i mezzi di connessione 21 riscontrano la spalla 24.

II mezzo anulare 22 reca centralmente mezzi deviatori 6 dell’aria di forma conica con profilo concavo 6a o convesso 6b o triangolare 6c.

I mezzi deviatori 6 ostruiscono completamente l’estremità libera 20 del filtro 33 e si protendono all’interno di quest’ultimo. La forma del profilo dei mezzi deviatori 6 viene determinata in funzione della velocità dell’aria delle caratteristiche dimensionali del filtro 33.

I mezzi di connessione 21 , il mezzo anulare 22 ed i mezzi deviatori 6 dell’aria sono realizzai in un corpo unico di fibra di carbonio o di nylon rinforzato con fibra di vetro.

È anche previsto che i mezzi di connessione 21 possano essere fissati al mezzo tubolare 2 o ai mezzi convogliatori 8 e che, nella condizione di montaggio M, riscontrino il mezzo anulare 22.

Ciascuno dei mezzi di connessione 21 è conformato ad aletta aerodinamica dotata di un bordo d’attacco 23 orientato in direzione del flusso d’aria.

Ciascun bordo d’attacco 23 ha uno sviluppo sostanzialmente radiale rispetto al filtro 33.

La corda, il profilo e l’eventuale svergolamento di ciascuna aletta costituente ciascuno dei mezzi di connessione 21 , dipendono dalle caratteristiche dimensionali del dispositivo 1 e dalla velocità del flusso dell’aria ed, in genere hanno valori inversamente proporzionali a detta velocità.

II funzionamento della preferita forma di realizzazione del dispositivo 1 , prevede che rimbocco superiore 18 sia connesso, ad esempio tramite fascette, ad un collettore di adduzione dell’aria comburente di un motore a combustione. L’attivazione del motore provoca il flusso d’aria che viene aspirato, per depressione, attraverso l’apertura inferiore 5 entrando all’interno del filtro 33. I mezzi deviatori 6 contribuiscono alla distribuzione omogenea del flusso d’aria attraverso l’elemento filtrante 3. Quest’ultimo trattiene le polveri ed in genere i corpi estranei trascinati dal flusso d’aria che fluisce nell’intercapedine compresa tra l’elemento filtrante 3 e l’involucro tubolare 2. Il flusso, all’uscita di detta intercapedine, incontrano i mezzi di connessione 21 la cui forma ad aletta aerodinamica contribuisce a regolarizzare il flusso stesso ed a ridurne la turbolenza e, quindi a ridurre la resistenza aerodinamica. A valle dei mezzi di connessione 21, i mezzi di raccordo 11 incanalano il flusso fino all’apertura superiore 7 e, quindi, nel collettore del motore.

I mezzi di connessione 21 impediscono oscillazioni radiali della estremità libera 20 del filtro 33 e il riscontro dei mezzi di connessione 21 con la spalla 24 impedisce movimenti assiali del filtro 33. Pertanto i mezzi di connessione 21 impediscono che le sollecitazioni meccaniche subite o generate dal mezzo su cui è installato il dispositivo 1 , quali urti e vibrazioni, sollecitino eccessivamente la unione tra l’elemento filtrante 3 e i mezzi di supporto 4. Quindi i mezzi di connessione 21 svolgono un vantaggioso irrobustimento del dispositivo.

È anche previsto che l’involucro tubolare 2 e/o il filtro abbiamo una forma troncoconica e/o sezione ovale.

È inoltre prevista una variante in cui i mezzi di connessione 21 ed il mezzo anulare 22 sono realizzai in un corpo unico di fibra di carbonio o di nylon rinforzato con fibra di vetro ed i mezzi deviatori 6 sono fissati al mezzo anulare e sono realizzati in cotone interposto tra due reti metalliche. Questa variante presenta un vantaggioso aumento della superficie filtrante e presenta una riduzione della depressione a valle dei mezzi deviatori 6, parzialmente colmata dal flusso che li attraversa, con vantaggiosi effetti sulla regolarità del flusso e della portata.

Nella variante di figura 3 i mezzi deviatori 6 sono esterni all’elemento filtrante 3 e l’involucro tubolare 2, i mezzi convogliatori 8 e la porzione di apertura superiore 7 sono realizzati in corpo unico e sono di forma trococonica.

Il filtro 33 è di forma troncoconica.

In questa variante, l'imbocco inferiore 17 è connesso al collettore del motore ed è a forma raccordata, ad esempio a tromboncino, per convogliare l’aria filtrata verso detto collettore. Il flusso d’aria entra nel dispositivo 1 dall’apertura superiore 7.

La variante di figura 4 differisce dalla variante di figura 3 per in fatto che l’involucro tubolare 2 è cilindrico ed in corpo separato dai mezzi convogliatori 8.

La variante di figura 5 differisce dalla variante di figura 4 per in fatto che II filtro 33 e l'imbocco inferiore 17 sono di forma cilindrica.

Il principale vantaggio della presente invenzione è quello di fornire un dispositivo di filtraggio dell’aria di alimentazione di motori a combustione estremamente robusto ed affidabile, in grado di resistere ad elevate sollecitazioni meccaniche ed a temperature fino a circa 250° C e nel contempo leggero ed in grado di ridurre le perdite di carico del flusso d’aria.

Ulteriore vantaggio è quello di fornire un dispositivo in grado di isolare termicamente il flusso d’aria che lo attraversa, esente dall’effetto spugna, dotato di un elevato valore filtrante dell’aria, un basso costo di realizzazione ed una durata non inferiore a circa 300.000 km di percorrenza, e dotato di un filtro di facile smaltimento.

Un altro vantaggio è quello di fornire un dispositivo avente contenute dimensioni esterne pur conservando il più elevato volume interno.

Si intende che quanto sopra è stato descritto a titolo esemplificativo e non limitativo, per cui eventuali varianti costruttive si intendono rientranti nell’aimbito protettivo della presente soluzione tecnica, come sopra descritta e nel seguito rivendicata.

Claims (21)

1. RIVENDICAZIONI 1 ) Dispositivo di filtraggio dell’aria di alimentazione di motori a combustione e comprendente un filtro (33) di intercettazione deH’aria che fluisce lungo un involucro tubolare (2) per il filtro (33), un’estremità di quest’ultimo essendo connessa ad un’imboccatura inferiore (9) dell’involucro (2) tramite mezzi di supporto (4), detto dispositivo (1 ) essendo caratterizzato dal fatto che una pluralità di mezzi di connessione (21) è interposta tra l’estremità libera (20) di detto filtro (33) e l’involucro (2) ed è destinata almeno a rinforzare la connessione tra involucro tubolare (2) e filtro (33).
2. 2) Dispositivo secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che ciascuno di detta pluralità di mezzi di connessione (21) è conformato ad aletta dotata di un bordo di attacco (23) orientato in direzione del flusso d’aria.
3. 3) Dispositivo secondo la rivendicazione 2 caratterizzato dal fatto che il bordo di attacco (23) ha uno sviluppo sostanzialmente radiale rispetto al filtro (33).
4. 4) Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che ciascuno di detta pluralità di mezzi di connessione (21 ) è fissato ad un mezzo anulare (22) associato a detta estremità libera (20) del filtro (33).
5. 5) Dispositivo secondo la rivendicazione 4 caratterizzato dal fatto che il mezzo anulare (22) reca mezzi deviatori (6) dell’aria.
6. 6) Dispositivo secondo la rivendicazione 5 caratterizzato dal fatto che i mezzi deviatori (6) sono di forma conica con profilo concavo (6a) o convesso (6b) o triangolare (6c).
7. 7) Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che ciascuno della pluralità di mezzi di connessione (21) riscontra una spalla (24) di mezzi di raccordo (11) di convogliamento del flusso d’aria.
8. 8) Dispositivo secondo la rivendicazione 7 caratterizzato dal fatto che i mezzi di raccordo (11) sono ricavati in mezzi convogliatori (8) fissati in corrispondenza dell’imboccatura superiore (10) e recanti un’apertura superiore (7) di convogliamento dell’aria uscente dal dispositivo (1).
9. 9) Dispositivo secondo la rivendicazione 8 caratterizzato dal fatto che i mezzi convogliatori (8) sono in corpo unico con involucro tubolare (2).
10. 10) Dispositivo secondo la rivendicazione 8 caratterizzato dal fatto che i mezzi deviatori (6) si sviluppano internamente al filtro (33).
11. 11) Dispositivo secondo la rivendicazione 9 caratterizzato dal fatto che i mezzi deviatori (6) sono esterni al filtro (33).
12. 12) Dispositivo secondo la rivendicazione 8 caratterizzato dal fatto che i mezzi convogliatori (8) recano mezzi di blocco (15) per il fissaggio all’involucro tubolare (2).
13. 13) Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che i mezzi di supporto (4) recano mezzi di blocco (15) per il fissaggio all’involucro tubolare (2).
14. 14) Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che detto involucro tubolare (2) è di fibra di carbonio.
15. 15) Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che detto filtro (33) comprende almeno un elemento filtrante (3) in cotone imbevuto con olio a bassa viscosità.
16. 16) Dispositivo secondo la rivendicazione 15 caratterizzato dal fatto che l’elemento filtrante (3) comprende due strati di rete metallica di contenimento del cotone.
17. 17) Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che detti mezzi di supporto (4) sono di fibra di carbonio o di nylon rinforzato con fibra di vetro.
18. 18) Dispositivo secondo le rivendicazioni 5 e 15 caratterizzato dal fatto che i mezzi deviatori (6) sono in cotone imbevuto con olio a bassa viscosità ed interposto tra due strati di rete metallica.
19. 19) Dispositivo secondo la rivendicazione 15 caratterizzato dal fatto che detto elemento filtrante (33) reca almeno una porzione cilindrica o troncoconica.
20. 20) Dispositivo secondo la rivendicazione 8 caratterizzato dal fatto che i mezzi convogliatori (8) sono di fibra di carbonio o di nylon rinforzato con fibra di vetro.
21. 21) Dispositivo secondo la rivendicazione 5 caratterizzato dal fatto che i mezzi di connessione (21), il mezzo anulare (22) ed i mezzi deviatori (6) dell’aria sono realizzati in un corpo unico di fibra di carbonio o di nylon rinforzato con fibra di vetro.