ITMI20011535A1 - Dispositivo catalizzatore per la riduzione delle emissioni di gas particolarmente per marmitte di veicoli - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo:

DISPOSITIVO CATALIZZATORE PER LA RIDUZIONE DELLE EMISSIONI DI GAS PARTICOLARMENTE PER MARMITTE DI VEICOLI

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo catalizzatore per la riduzione delle emissioni di gas particolarmente per marmitte di veicoli.

Le figure 1-4 illustrano dei dispositivi catalizzatori, realizzati secondo la tecnica nota e formati da una matrice catalizzante A racchiusa da un mantello cilindrico E ed accoppiata ad un supporto di sostegno, costituito solitamente da un tubo conico B che svolge la funzione di dirigere i gas di scarico sulla matrice.

Normalmente la matrice è formata da due lamiere di cui una piana C ed una ondulata D a forma di sinusoide, accoppiate e avvolte a spirale fino a formare il corpo cilindrico della matrice mediante saldobrasatura. La matrice così ottenuta è inserita nel mantello cilindrico E, ed il tutto viene accoppiato al tubo conico B.

Sia il tubo sia la matrice sono trattati superficialmente in un bagno di polveri di metalli nobili per garantirne il potere catalizzante.

In alcuni dispositivi catalizzatori la matrice con relativo mantello è fissata al bordo circolare di una estremità del tubo, in modo da costituirne una sorta di prolungamento, mediante una saldatura ad arco lungo le superfici circolari di contatto (figura 1).

La saldatura ad arco dei componenti del dispositivo limita la zona ricoperta dai suddetti metalli nobili, inducendo così ad una discontinuità del rivestimento nella zona del cordone di saldatura, e ad una diminuzione del potere catalizzante.

Altri dispositivi prevedono, invece, l'inserimento della matrice catalizzante con il relativo mantello all'interno del tubo e l 'accoppiamento tra i due componenti mediante saldobrasatura (figura 2).

Questo sistema, a causa delle particolari condizioni di funzionamento ad alte temperature, spesso porta a rotture, poiché i due materiali saldobrasati hanno una diversa struttura (uno ferritico ed uno austenitico) e quindi un diverso allungamento alle alte temperature. Ciò ha come conseguenza l'innesco di tensioni interne che portano alla rottura e quindi al distacco della matrice catalizzante dal tubo.

Il dispositivo catalizzatore viene inserito e saldato all'interno di una marmitta per veicoli e pertanto in caso di sua rottura non può essere sostituito.

Le conseguenze sono pertanto: la perdita del potere catalizzante della marmitta, che non riduce più le emissioni di gas, e l'aumento delle vibrazioni e del rumore oltre i limiti omologativi del veicolo.

L'unico rimedio è la sostituzione della marmitta e quindi un grande aumento delle spese di esercizio e manutenzione del veicolo da parte dell'utilizzatore, senza tenere conto che quest'ultimo può non rispettare i termini di legge sulle emissioni di gas fin tanto che non avviene la sostituzione del pezzo rotto.

Compito della presente invenzione è quello di realizzare un dispositivo catalizzatore per la riduzione delle emissioni di gas particolarmente per marmitte di veicoli che superi gli inconvenienti della tecnica nota citata.

Uno scopo del presente trovato è quello di realizzare un dispositivo che sia costruttivamente semplice ed affidabile nell'uso, nonché producibile con costi competitivi.

Un altro scopo ancora è quello di realizzare un dispositivo con maggiore potere catalizzante.

Questi scopi ed altri che meglio appariranno in seguito, sono raggiunti da un dispositivo catalizzatore per la riduzione delle emissioni di gas particolarmente per marmitte di veicoli comprendente una matrice catalizzante collocata in un supporto di sostegno cavo atto a convogliare i gas di scarico su detta matrice, caratterizzato dal fatto che detto supporto presenta almeno una porzione ricalcata contro detta matrice per azione meccanica di compressione, detta porzione bloccando rigidamente detta matrice in detto supporto.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi risulteranno maggiormente dalla descrizione di forme di realizzazione preferite, ma non esclusive, dell'invenzione, illustrate a titolo indicativo e non limitativo negli uniti disegni, in cui:

la figura 1 è una vista in alzato laterale di un dispositivo catalizzatore tradizionale, con matrice saldata in testa;

la figura 2 è una vista in alzato laterale di un dispositivo catalizzatore tradizionale, con matrice inserita e saldobrasata;

la figura 3 è una vista in alzato frontale, parziale, illustrante in dettaglio le lamiere di una matrice tradizionale;

la figura 4 è una vista schematica in alzato frontale di una matrice tradizionale;

la figura 5 è una vista in alzato laterale, parzialmente in sezione, di un dispositivo catalizzatore, secondo l'invenzione;

la figura 6 è una vista in pianta dall'alto, parziale, illustrante le lamiere costituenti la matrice catalizzante del dispositivo, secondo l'invenzione;

la figura 7 è una vista in alzato laterale, in sezione secondo la linea VII-VII di figura 6, delle lamiere;

la figura 8 è una vista in alzato laterale, in sezione secondo la linea VIII-VIII di figura 6, delle lamiere; la figura 9 è una vista in alzato laterale del mantello catalizzante del dispositivo, secondo l'invenzione;

la figura 10 è una vista in alzato frontale, in sezione secondo la linea X-X di figura 9, della matrice con il relativo mantello;

la figura 11 è una vista in alzato laterale, parzialmente in sezione, del dispositivo secondo l'invenzione;

la figura 12 è una vista in alzato frontale, in sezione secondo la linea XII-XII di figura 11, del dispositivo;

la figura 13 è una vista in alzato posteriore, in sezione secondo la linea XIII-XIII di figura 11, del dispositivo.

Con riferimento alle figure 5-12, il dispositivo catalizzatore, indicato globalmente con il numero di riferimento 1, comprende una matrice catalizzante 2 costituita da lamiere avvolte in modo concentrico e tenute in posizione da un mantello cilindrico 3. La matrice 2, con il relativo mantello 3, è collocata all'interno di un supporto 4 di sostegno cavo che convoglia i gas di scarico sulla matrice 2. Secondo l'invenzione una porzione anulare 5 della superficie esterna del supporto 4, in corrispondenza della matrice 2 e del suo mantello 3, viene ricalcata per azione meccanica di compressione in modo da bloccare rigidamente la matrice 2 con il relativo mantello 3 all'interno del supporto 4.

Nell'esempio proposto le lamiere che realizzano la matrice comprendono una lamiera piana 6 e una lamiera ondulata 7, accoppiate e avvolte in modo concentrico fino ad ottenere un corpo cilindro. Il corpo cilindrico della matrice 2 esternamente è costituito dalla lamiera piana 6, mentre nelle spire successive dell'avvolgimento, la lamiera piana 6 va ad appoggiarsi sulle creste della lamiera ondulata 7. Al termine dell'avvolgimento, l'estremità dell'ultima spira viene fissata con una serie di punti di saldatura alla spira precedente per facilitare l'assemblaggio tra la matrice 2 stessa e il proprio mantello 3. Vantaggiosamente, le due lamiere 6, 7 sono conformate in modo da definire una scanalatura anulare 8 sulla superficie esterna del corpo cilindrico che costituisce la matrice 2. È evidente che lo sviluppo della scanalatura 8 può essere qualsiasi in funzione della forma e dimensione della matrice catalizzante 2 e del supporto 4.

Il mantello 3 viene calzato sulla matrice 2 e bloccato tramite rullatura in modo da tenere in posizione la matrice 2 stessa. In particolare, un tratto anulare 9 del mantello 3 viene ricalcato per azione meccanica di compressione sulla traccia definita dalla scanalatura 8, presente sulla matrice 2, in modo da accoppiare mutuamente mantello 3 e matrice 2 in modo rigido. È possibile eventualmente effettuare anche l'operazione di saldobrasatura completa o parziale delle creste formate dalla lamiera ondulata 7 alla lamiera piana 6 su tutte le spire dell'avvolgimento. Il supporto 4 è costituito da un tubo sostanzialmente conico che presenta una estremità cilindrica, atta ad alloggiare la matrice 2 con il relativo mantello 3. Mediante rullatura il supporto 4 e la matrice 2 vengono assemblati rigidamente. Il supporto 4 subisce una azione di compressione che deforma la porzione anulare 5, in modo tale che quest'ultimo sia pressato contro il mantello 3. L'azione di compressione viene eseguita in corrispondenza del tratto anulare 9 del mantello 3 che presenta già la rullatura effettuata per applicare il mantello 3 alla matrice 2. Tale tratto anulare 9 definisce quindi, a sua volta, una scanalatura in cui viene ricalcata la porzione anulare 5 del supporto 4. In questo modo la matrice 2 ed il relativo mantello 3 non vengono schiacciati durante la rullatura del supporto 4, cosicché non subiscono alcuna deformazione durante l'assemblaggio finale del dispositivo catalizzatore .

Nella matrice 2, bloccata meccanicamente nel mantello 3, qualsiasi tensione indotta per effetto di elevati gradienti di temperatura non comporta il distacco parziale o totale delle lamiere 6, 7 lungo le spire dell'avvolgimento, con la conseguente rottura e inefficacia del dispositivo catalizzatore .

L'ulteriore azione meccanica di rullatura effettuata sul supporto 4 consente di accoppiare stabilmente la matrice 2, con il relativo mantello 3, al supporto 4, evitando qualsiasi gioco, senza effettuare operazioni di saldatura e simili. Tale bloccaggio meccanico non ostacola la differente dilatazione dei materiali che costituiscono la matrice 2 e il supporto 4, sotto l'azione dei gradienti di temperatura che si verificano all'interno della marmitta durante l'esercizio, evitando l'instaurarsi di tensioni interne che possono provocare il distacco della matrice 2 dal supporto 4.

Il dispositivo catalizzatore è trattato superficialmente con i metalli nobili e, grazie agli accoppiamenti meccanici dei componenti, non sono presenti problemi di discontinuità di copertura sulle superfici interne.

Nel caso in cui si utilizzi una matrice 2, con il relativo mantello 3, realizzata in modo tradizionale, senza scanalatura lungo lo sviluppo della matrice catalizzante 2, si può effettuare ugualmente un bloccaggio meccanico, tramite rullatura, lungo tutta la circonferenza del tubo conico che costituisce il supporto 4, in modo da intrappolare la matrice 2 all'interno della parte cilindrica del tubo.

Per alcune applicazioni la matrice catalizzante viene realizzata utilizzando una lamiera che presenta una ondulazione con ampiezza minima. In questi casi non è possibile accoppiare la matrice al relativo mantello cilindrico tramite bloccaggio meccanico di rullatura, in quanto l'eccessiva deformabilità della lamina con ondulazione minima, nella zona di rullatura, provoca il totale schiacciamento delle creste con la conseguente ostruzione del passaggio dei gas di scarico. Di conseguenza, la matrice viene bloccata nel mantello utilizzando una bandella saldata trasversalmente al mantello cilindrico, oppure tramite una saldatura laser a croce. In entrambi i casi è possibile eliminare eventuali operazioni di saldobrasatura.

Il dispositivo catalizzatore, secondo l'invenzione, prevede l'aggiunta di un'ulteriore matrice catalizzante 10, introdotta nella parte opposta del supporto 4 rispetto alla posizione in cui è collocata la matrice 2 principale, come mostrato in figura 11. Tale matrice ausiliaria 10, inserita in una opportuna porzione cilindrica del tubo, è costituita, sostanzialmente, da una lamiera ondulata avvolta su sé stessa, con una o più spire in funzione del diametro interno inferiore del supporto 4, le cui creste contattano la superficie interna del supporto 4 e le cui dimensioni sono tali da garantire l'uscita dei gas di scarico del motore senza limitarne la portata.

La matrice catalizzante ausiliaria 10 può essere accoppiata al supporto 4 sia tramite azione meccanica di rullatura, come descritto in precedenza, sia semplicemente con la sola saldobrasatura. Questo perché le temperature in gioco nella zona iniziale del supporto 4, in cui è posizionata la matrice ausiliaria 10, sono inferiori rispetto a quelle che si riscontrano nella zona terminale del supporto 4, dove è collocata la matrice principale 2, e dove la probabilità di rottura a causa di tensioni interne è inferiore.

L'aggiunta della matrice ausiliaria 10 consente di aumentare la superficie del dispositivo rivestita da metalli nobili catalizzanti e quindi di incrementare la probabilità di contatto con i gas di scarico che reagendo depositano le sostanze nocive.

Si è in pratica constatato come l'invenzione raggiunga il compito e gli scopi prefissati avendo realizzato un dispositivo catalizzatore per la riduzione delle emissioni di gas particolarmente per marmitte di veicoli che consente di evitare la rottura delle spire della matrice catalizzante ed il distacco della matrice stessa dal supporto di sostegno, aumentando pertanto la sicurezza e l'affidabilità del sistema catalizzante di una marmitta, anche in condizioni estreme di esercizio ad alte temperature; evitando quindi di utilizzare il mezzo fuori dai termini di legge riguardo sia alle emissioni di gas che all'iiquinamento acustico provocati dai veicoli a motore e la limitazione delle spese di manutenzione dell'utente.

Un vantaggio del dispositivo, secondo l'invenzione consiste nella maggiore superficie di catalizzazione (zona ricoperta di un rivestimento di metalli nobili) esposta al passaggio dei gas di scarico della marmitta, e quindi in un maggiore potere di abbattimento delle sostanze nocive della stessa, anche a parità di quantità di metalli nobili di rivestimento utilizzati nei dispositivi catalizzatori tradizionali .

Il dispositivo può essere realizzato utilizzando matrici catalizzanti, mantelli e supporti di sostegno di diverse forme e dimensioni.

Il dispositivo secondo l'invenzione, è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo; inoltre tutti i dettagli potranno essere sostituiti da elementi tecnicamente equivalenti.

Naturalmente i materiali impiegati, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi secondo le esigenze e lo stato della tecnica.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo catalizzatore per la riduzione delle emissioni di gas particolarmente per marmitte di veicoli comprendente una matrice catalizzante collocata in un supporto di sostegno cavo atto a convogliare i gas di scarico su detta matrice, caratterizzato dal fatto che detto supporto presenta almeno una porzione ricalcata contro detta matrice per azione meccanica di compressione, detta porzione bloccando rigidamente detta matrice in detto supporto.
2. 2. Dispositivo, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta matrice comprende almeno due lamiere di cui una a profilo piano e una a profilo ondulato accoppiate e avvolte in modo concentrico fino ad ottenere un corpo cilindrico, dette lamiere essendo conformate in modo da definire una scanalatura anulare sulla superficie esterna di detto corpo cilindrico.
3. 3. Dispositivo, secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che dette lamiere sono tenute in posizione da un mantello calzato su detta matrice, detto mantello presentando un tratto anulare ricalcato per azione meccanica di compressione sulla traccia definita da detta scanalatura presente su detta matrice in modo da accoppiare mutuamente detto mantello e detta matrice in modo rigido.
4. 4. Dispositivo, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto supporto presenta una porzione anulare deformata per azione di compressione, detta porzione essendo pressata contro detto mantello in corrispondenza di detto tratto anulare di detto mantello, detto tratto anulare definendo una scanalatura in cui viene ricalcata detta porzione anulare di detto supporto.
5. 5. Dispositivo, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto mantello comprende trasversalmente una bandella per bloccare detta matrice in detto mantello.
6. 6. Dispositivo, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta matrice è bloccata in detto mantello tramite saldatura laser a croce.
7. 7. Dispositivo, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere una matrice catalizzante ausiliaria, nella parte opposta di detto mantello rispetto alla posizione in cui è collocata detta matrice principale.
8. 8. Dispositivo, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta matrice catalizzante ausiliaria è accoppiata a detto mantello tramite bloccaggio per azione meccanica di compressione.
9. 9. Dispositivo, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere una o più delle caratteristiche descritte e/o illustrate.