ITRE20130077A1 - Cartuccia per la filtrazione dell'aria in aspirazione ad un motore - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del Brevetto Italiano per Invenzione Industriale dal titolo:

“CARTUCCIA PER LA FILTRAZIONE DELL’ARIA IN ASPIRAZIONE AD UN

MOTORE”

La presente invenzione riguarda una cartuccia per la filtrazione dell’aria che viene aspirata all’interno di un motore a combustione interna, tipicamente un motore di un veicolo come una automobile o un veicolo pesante.

Come è noto, i motori a combustione interna comprendono normalmente una pluralità di cilindri, all’interno dei quali viene ciclicamente alimentata una miscela di aria e combustibile, la cui combustione causa il movimento alternativo dei pistoni e quindi la rotazione dell’albero motore.

L’aria viene convenzionalmente introdotta nei cilindri del motore attraverso un collettore di aspirazione, il quale è collegato con una presa d’aria tramite un condotto di aspirazione.

Il condotto di aspirazione è normalmente intercettato da un filtro dell’aria, il quale comprende generalmente un involucro esterno dotato di un ingresso, di una uscita e di almeno una cartuccia filtrante, la quale è atta a suddividerne il volume interno in due distinte camere, di cui una prima camera comunicante con l’ingresso ed una seconda camera comunicante con l’uscita.

La cartuccia filtrante comprende almeno un setto di materiale poroso, il quale è atto ad essere attraversato dal flusso d’aria che scorre dall’ingresso all’uscita dell’involucro esterno, in modo da trattenere le impurità in esso eventualmente presenti.

A causa della progressiva riduzione degli spazi disponibili all’interno del vano motore degli autoveicoli, una esigenza connessa con i moderni filtri dell’aria è quella di garantire una elevata efficienza della cartuccia filtrante e durata, riducendo al massimo gli ingombri complessivi.

Per cercare di rispondere a questa necessità, sono già state proposte numerose soluzioni.

Alcune di queste soluzioni prevedono che la cartuccia filtrante comprenda una pluralità di setti filtranti di forma tubolare, i quali sono atti ad essere attraversati in parallelo dall’aria da filtrare.

In questo modo, pur garantendo una elevata superficie filtrante, è possibile ridurre significativamente le dimensioni dei singoli setti filtranti, i quali possono perciò essere disposti in modo da occupare in modo migliore gli spazi disponibili nel vano motore.

Altre soluzioni prevedono che la cartuccia filtrante comprenda un setto filtrante di forma tubolare, il quale viene direttamente inserito all’interno del condotto di aspirazione, in modo da eliminare l’ingombro che è normalmente dovuto all’involucro esterno del filtro.

In entrambi i casi, i setti filtranti tubolari vengono tuttavia realizzati con tecniche costruttive che conferiscono loro uno sviluppo perfettamente rettilineo, che non sempre si adatta agli spazi disponibili nel vano motore o all’interno del condotto di aspirazione.

Per questo motivo, sebbene tali setti filtranti possano risultare in una certa misura flessibili, gli stessi hanno normalmente una lunghezza piuttosto contenuta, il che comporta una riduzione della superficie filtrante complessiva o, alternativamente, la necessità di aumentare il numero dei setti, con conseguente aumento degli ingombri della cartuccia filtrante.

Alla luce di questo inconveniente della tecnica nota, uno scopo della presente invenzione è quello di rendere disponibile una cartuccia filtrante che possa adattarsi meglio ad essere collocata in spazi ristretti e/o di forma complessa, senza limitare eccessivamente la superficie filtrante.

Un altro scopo della presente invenzione è quello di raggiungere il menzionato obiettivo nell’ambito di una soluzione semplice razionale e dal costo piuttosto contenuto.

Tali ed altri scopi sono raggiunti dalle caratteristiche dell’invenzione riportate nella rivendicazione indipendente 1. Le rivendicazioni dipendenti delineano aspetti preferiti e/o particolarmente vantaggiosi dell’invenzione.

Una forma di attuazione dell’invenzione rende disponibile una cartuccia per il filtraggio dell’aria in aspirazione ad un motore a combustione interna, in cui detta cartuccia comprende almeno un setto filtrante di forma tubolare, il quale comprende a sua volta almeno due porzioni tubolari ad asse rettilineo reciprocamente collegate da un raccordo intermedio curvo.

Grazie a questa soluzione, lo sviluppo longitudinale del setto filtrante tubolare presenta globalmente l’andamento di una linea spezzata, che gli consente vantaggiosamente di essere accolto all’interno di spazi ridotti o di forma complessa, anche nel caso in cui esso sia piuttosto lungo e quindi abbia una elevata superficie filtrante.

Secondo un aspetto dell’invenzione, il setto filtrante tubolare può avere una estremità chiusa ed una opposta estremità aperta.

Grazie a questa soluzione, risulta vantaggiosamente molto semplice predisporre il setto filtrante affinché esso possa essere attraversato radialmente dal flusso d’aria da filtrare.

Secondo un altro aspetto dell’invenzione, l’estremità aperta del setto filtrante tubolare può essere fissata ad una flangia di supporto.

Grazie a questa soluzione, la cartuccia può essere facilmente montata nel sistema di aspirazione di un motore. Secondo un altro aspetto dell’invenzione, la cartuccia può comprendere una guarnizione anulare posta sulla faccia della flangia di supporto opposta al setto filtrante tubolare e atta a circondarne l’estremità aperta.

Grazie a questa soluzione, il montaggio della cartuccia nel sistema di aspirazione può essere vantaggiosamente reso ermetico. Inoltre, sostituendo la cartuccia, verrà sempre sostituita anche la guarnizione, ripristinando ogni volta la piena efficienza filtrante.

Secondo un altro aspetto dell’invenzione, la cartuccia può comprendere almeno due di detti setti filtranti tubolari, i quali sono atti ad essere attraversati in parallelo dall’aria da filtrare.

In questo modo, è vantaggiosamente possibile incrementare significativamente la capacità filtrante complessiva della cartuccia, mantenendo comunque un ingombro piuttosto contenuto.

Un’altra forma di attuazione dell’invenzione rende disponibile un impianto per l’aspirazione dell’aria in un motore a combustione interna, il quale comprende un condotto di aspirazione avente una bocca di ingresso atta a fungere da presa d’aria ed una opposta bocca di uscita atta ad essere collegata con il motore a combustione interna, ed una cartuccia come sopra delineata, la quale è fissata alla bocca di ingresso del condotto di aspirazione in modo da intercettare il flusso d’aria entrante.

Grazie a questa soluzione, il condotto di aspirazione può essere significativamente semplificato, in quanto non necessita di particolari accorgimenti per il fissaggio della cartuccia filtrante.

Contestualmente, essendo fissata alla bocca di ingresso del condotto di aspirazione, la cartuccia non necessita di essere contenuta all’interno di un involucro ma può essere posizionata liberamente nel vano motore.

In questo modo, si riducono significativamente gli ingombri ed è inoltre possibile trarre il massimo vantaggio dalla cartuccia, la cui particolare conformazione le consente di essere collocata in zone anguste o dalla forma complessa, sfruttando al meglio lo spazio disponibile.

Secondo un aspetto dell’invenzione, l’impianto di aspirazione può comprendere una flangia di connessione fissata alla bocca di ingresso del condotto di aspirazione e mezzi di bloccaggio atti a mantenere frontalmente premuta la flangia della cartuccia contro detta flangia di connessione. Grazie a questa soluzione, il montaggio della cartuccia può risultare molto semplice e rapido.

Secondo un aspetto dell’invenzione, i mezzi di bloccaggio possono comprendere un anello di serraggio che circonda dette flange ed è provvisto di due spalle radiali tra le quali rimangono interposti i bordi perimetrali delle flange stesse, detto anello di serraggio essendo diviso in almeno due archi che sono reciprocamente uniti mediante mezzi di fissaggio rilasciabili.

In questo modo, la cartuccia filtrante può essere facilmente montata e smontata, per consentirne la sostituzione.

Secondo un altro aspetto dell’invenzione, l’impianto di aspirazione può ulteriormente comprendere un involucro di materiale poroso posto a rivestire tutti i setti filtranti tubolari della cartuccia.

Grazie a questa soluzione è vantaggiosamente possibile ridurre la rumorosità del sistema.

Secondo un altro aspetto dell’invenzione, l’impianto di aspirazione può ulteriormente comprendere un involucro di materiale impermeabile posto a ricoprire tutti i setti filtranti tubolari della cartuccia e dotato di almeno una apertura per l’ingresso dell’aria da filtrare.

Grazie a questa soluzione è vantaggiosamente possibile proteggere i setti filtranti ad esempio da eventuali spruzzi d’acqua.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno evidenti dalla lettura della descrizione seguente fornita a titolo esemplificativo e non limitativo, con l’ausilio delle figure illustrate nelle tavole allegate. La figura 1 è una vista isometrica di un impianto di aspirazione dell’aria secondo una forma di attuazione della presente invenzione.

La figura 2 è una vista esplosa dell’impianto di aspirazione di figura 1.

La figura 3 è una vista dall’alto dell’impianto di aspirazione di figura 1, mostrato in scala maggiorata.

La figura 4 è la sezione IV-IV indicata in figura 3.

La figura 5 è un dettaglio ingrandito di figura 4.

La figura 6 è la sezione VI-VI di figura 3.

Una forma di attuazione dell’invenzione comprende un impianto di aspirazione 100 atto a convogliare un flusso d’aria all’interno dei cilindri di un motore a combustione interna (non illustrato).

L’impianto 100 può comprendere un condotto di aspirazione 105, il quale rende disponibile una bocca di ingresso 110 atta a fungere da presa d’aria ed una bocca di uscita 115 atta ad essere collegata al collettore di aspirazione (non mostrato) del motore.

Il condotto di aspirazione 105 può essere realizzato da un unico tubo avente uno sviluppo sinuoso e più o meno complesso a seconda del tipo di applicazione. Questo tubo può essere realizzato in un materiale plastico rigido e può comprendere una porzione a soffietto 120 che lo rende localmente flessibile. Non si esclude tuttavia che, in altre forme di realizzazione, il condotto di aspirazione 105 possa essere realizzato da più tratti di tubo uniti di testa tra loro, eventualmente con l’interposizione di opportuni raccordi.

La bocca di uscita 115 del condotto di aspirazione 105 può essere collegata al collettore di aspirazione, ad esempio tramite un raccordo 125, al quale può essere fissata mediante una fascetta metallica 130. Come mostrato nelle figure, tra la bocca di uscita del condotto di aspirazione 105 ed il collettore di aspirazione può essere eventualmente interposto un debimetro.

La bocca di ingresso 110 del condotto di aspirazione 105 può essere delimitata da una flangia perimetrale di connessione 135, la quale sporge in senso radiale rispetto alla superficie esterna del condotto. Questa flangia di connessione 135 può essere realizzata separatamente dal condotto di aspirazione 105 e può essere fissata alla bocca di ingresso 110 mediante saldatura o incollaggio. In alternativa, la flangia di connessione 135 può essere ricavata in corpo unico con il condotto di aspirazione 105, ad esempio mediante un processo di co-stampaggio.

L’impianto di aspirazione 100 può inoltre comprendere una cartuccia filtrante 140, la quale è atta a filtrare il flusso d’aria che entra nel motore attraverso il condotto di aspirazione 105.

La cartuccia 140 comprende due setti filtranti di forma tubolare 145, ciascuno dei quali si sviluppa longitudinalmente secondo un andamento a gomito e presenta una estremità chiusa ed una opposta estremità aperta. Le estremità aperte di entrambi i setti filtranti 145 sono fissate di testa ad un’unica flangia di supporto 150, la quale presenta sostanzialmente la stessa forma della flangia di connessione 135 del condotto di aspirazione 105.

La flangia di supporto 150 è inoltre provvista di due fori passanti 155, ciascuno dei quali è atto a comunicare con la cavità interna di un rispettivo setto filtrante tubolare 145.

Nell’esempio illustrato, i setti filtranti tubolari 145 sono identici, affiancati e paralleli tra loro. Non si esclude tuttavia che, in altre forme di realizzazione, i setti filtranti 145 possano avere forme differenti e/o non essere perfettamente paralleli. Non si esclude neppure che la cartuccia 140 possa eventualmente comprendere un solo setto filtrante tubolare 145 o, alternativamente, un numero di setti filtranti tubolari 145 maggiore di due.

Entrando ora più nel dettaglio, ciascun setto filtrante tubolare 145 comprende due porzioni tubolari ad asse rettilineo 160 e 165, le quali sono reciprocamente collegate da un raccordo intermedio curvo 170, in modo tale che gli assi delle due porzioni tubolari 160 e 165 risultino reciprocamente obliqui, realizzando il suddetto andamento a gomito.

Ciascuna porzione tubolare 160 e 165 può essere interamente realizzata con un materiale filtrante, poroso e permeabile all’aria. Ad esempio, ciascuna porzione tubolare 160 e 165 può essere realizzata da un o più strati di un materiale a base di cellulosa, avvolto su se stesso ed eventualmente plissettato, oppure da un tessuto non tessuto di fibre polimeriche avente una forma cilindrica forata oppure una forma toroidale plissettata.

Ciascun raccordo intermedio curvo 170 può essere invece interamente realizzato con un materiale impermeabile all’aria. Ad esempio, ciascun raccordo intermedio 170 può essere realizzato in materiale plastico mediante un procedimento di stampaggio. . Non si esclude però che i raccordi curvi intermedi 170 possano essere interamente realizzati con un materiale permeabile all’aria, ad esempio anch’essi da materiale filtrante come le porzioni tubolari 160 e 165. Nell’esempio illustrato, i due raccordi intermedi 170 sono uniti tra loro, in modo da formare un unico componente che può essere realizzato come un tutt’uno. Non si esclude tuttavia che i raccordi intermedi 170 possano essere realizzati come componenti separati.

La prima porzione tubolare 160 di ciascun setto filtrante 145 presenta una estremità ermeticamente chiusa.

Nell’esempio illustrato, tale chiusura è ottenuta per schiacciamento e termosaldatura localizzata della porzione tubolare 160. Non si esclude tuttavia che, in altre forme di realizzazione, la prima porzione tubolare 160 possa essere perfettamente cilindrica e che la sua estremità venga chiusa ermeticamente da un piattello o da un altro componente separato.

L’opposta estremità della prima porzione tubolare 160 è aperta e fissata di testa ad una prima estremità del relativo raccordo intermedio 170, ad esempio per incollaggio o saldatura.

La seconda porzione tubolare 165 di ciascun setto filtrante 145 è perfettamente cilindrica e presenta entrambe le estremità aperte, una delle quali è fissata di testa alla seconda estremità del relativo raccordo intermedio 170 mentre l’opposta estremità è fissata alla flangia di supporto 150, allineata e comunicante con il rispettivo foro passante 155.

Entrambi questi fissaggi possono essere realizzati mediante un procedimento di incollaggio o saldatura.

La cartuccia 140 può essere direttamente fissata alla bocca di ingresso 110 del condotto di aspirazione 105.

In particolare, la cartuccia 140 può essere fissata in modo tale che i setti filtranti tubolari 145 rimangano disposti esternamente rispetto al condotto di aspirazione 105, occludano completamente la bocca di ingresso 110 e siano quindi atti ad essere attraversati in parallelo dal flusso d’aria che viene aspirato all’interno del motore.

Come illustrato in figura 4, la flangia di supporto 150 della cartuccia filtrante 140 può essere infatti allineata e bloccata a contatto contro la flangia di connessione 135 del condotto di aspirazione 105. Tra la flangia di supporto 150 e la flangia di connessione 135 può inoltre essere interposta una guarnizione anulare di tenuta 175, la quale è fissata sulla faccia della flangia di supporto 150, opposta rispetto a quella da cui sporgono i setti filtranti 145, ed è atta a circondare entrambi i fori passanti 155.

In questo modo, la bocca di ingresso 110 del condotto di aspirazione 105 risulta ermeticamente chiusa dalla cartuccia filtrante 140, cosicché l’aria entrante nel condotto di aspirazione 105 è costretta ad attraversare uno o l’altro dei due setti filtranti 145.

Nell’esempio illustrato, la cartuccia filtrante 140 è bloccata assialmente da un anello di serraggio 180 che circonda sia la flangia di connessione 135 sia la flangia di supporto 150. Questo anello di serraggio 180 presenta una sezione trasversale sostanzialmente a C con la concavità rivolta verso il centro, la quale rende perciò disponibile un canale anulare interno delimitato assialmente due spalle radiali 185 e 190. L’anello di serraggio 180 è dimensionato in modo che detto canale anulare interno possa accogliere i bordi perimetrali di entrambe la flangia di connessione 135 e la flangia di supporto 150, quando le stesse sono a reciproco contatto, in modo che le due spalle radiali 185 e 190 siano atte a premerle assialmente l’una contro l’altra. Per consentire il montaggio e lo smontaggio della cartuccia filtrante 140, l’anello di serraggio 180 è diviso diametralmente in due archi separati, rispettivamente 180A e 180B (v. fig.2), i quali sono atti ad essere accostati alle flange 135 e 150 in senso radiale e sono uniti tra loro da mezzi di fissaggio rilasciabili, nella fattispecie da una coppia di viti.

L’impianto 100 può eventualmente essere completato da un involucro di materiale poroso (non mostrato), il quale può essere formato ad esempio da un materassino avvolto a formare una manica e può essere posto a rivestire tutti i setti filtranti tubolari 145 della cartuccia 140, in modo da ridurre la rumorosità del sistema.

In alternativa o in aggiunta a ciò, l’impianto 100 può ulteriormente comprendere un involucro di materiale impermeabile (non mostrato), il quale può essere realizzato ad esempio in plastica ed posto a ricoprire tutti i setti filtranti tubolari 145 della cartuccia 140, in modo da proteggerli dallo sporco e soprattutto dall’acqua. Naturalmente, tale involucro di protezione potrà essere dotato di almeno una apertura per l’ingresso dell’aria da filtrare.

Ovviamente a tutto quanto sopra descritto un tecnico del settore potrà apportare numerose modifiche di natura tecnico applicativa, senza per questo uscire dall’ambito dell’invenzione come sotto rivendicata.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Una cartuccia (140) per il filtraggio dell’aria in aspirazione ad un motore a combustione interna, comprendente almeno un setto filtrante (145) di forma tubolare, caratterizzata dal fatto che detto setto filtrante tubolare (145) comprende almeno due porzioni tubolari (160, 165) ad asse rettilineo reciprocamente collegate da un raccordo intermedio curvo (170).
2. 2. Una cartuccia (140) secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che il setto filtrante tubolare (145) ha una estremità chiusa ed una opposta estremità aperta.
3. 3. Una cartuccia (140) secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che l’estremità aperta del setto filtrante tubolare (145) è fissata ad una flangia di supporto (150).
4. 4. Una cartuccia (140) secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto di comprendere una guarnizione anulare (175) posta sulla faccia della flangia di supporto (150) opposta al setto filtrante tubolare (145) e atta a circondarne l’estremità aperta.
5. 5. Una cartuccia (140) secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto di comprendere almeno due di detti setti filtranti tubolari (145), i quali sono atti ad essere attraversati in parallelo dall’aria da filtrare.
6. 6. Un impianto (100) per l’aspirazione dell’aria in un motore a combustione interna, comprendente un condotto di aspirazione (105) avente una bocca di ingresso (110) atta a fungere da presa d’aria ed una opposta bocca di uscita (115) atta ad essere collegata con il motore a combustione interna, caratterizzato dal fatto di comprendere una cartuccia (140) secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, la quale è fissata alla bocca di ingresso (110) del condotto di aspirazione (105) in modo da intercettare il flusso d’aria entrante.
7. 7. Un impianto (100) secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto di comprendere una flangia di connessione (135) fissata alla bocca di ingresso (110) del condotto di aspirazione (105) e mezzi di bloccaggio (180) atti a mantenere frontalmente premuta la flangia (150) della cartuccia (140) contro detta flangia di connessione (135).
8. 8. Un impianto (100) secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di bloccaggio comprendono un anello di serraggio (180) che circonda dette flange (135, 150) ed è provvisto di due spalle radiali (185, 190) tra le quali rimangono interposti i bordi perimetrali delle flange stesse, detto anello di serraggio (180) essendo diviso in almeno due archi (180A, 180B) che sono reciprocamente uniti mediante mezzi di fissaggio rilasciabili.
9. 9. Un impianto (100) secondo una qualunque delle rivendicazioni da 6 a 8, caratterizzato dal fatto di comprendere un involucro di materiale poroso posto a rivestire tutti i setti filtranti tubolari (145) della cartuccia (140).
10. 10. Un impianto (100) secondo una qualunque delle rivendicazioni da 6 a 9, caratterizzato dal fatto di comprendere un involucro di materiale impermeabile posto a ricoprire tutti i setti filtranti tubolari (145) della cartuccia (140) e dotato di almeno una apertura per l’ingresso dell’aria da filtrare.