ITTO20060333A1 - Dispositivo separatore per un motore a combustibile interna di un autoveicolo - Google Patents

Description

D E SC R I ZION E

La presente invenzione è relativa ad un gruppo separatore per i gas di trafilamento di un motore a combustione interna di un autoveicolo.

I motori a combustione interna di un autoveicolo comprendono generalmente un carter che alloggia l'albero a gomiti e contiene l'olio lubrificante. Durante il funzionamento del motore, una quota dei gas di combustione trafila dalla camera di combustione attraverso le fasce di tenuta fra i cilindri e la camicia ed entra nel carter. Per evitare che la pressione all'interno del carter diventi troppo elevata, i gas di trafilamento vengono rinviati nella camera di combustione attraverso un condotto che collega il carter al collettore di aspirazione .

Tuttavia, i gas di trafilamento rinviati alla camera di combustione si sono arricchiti delle particelle d'olio nebulizzate all'interno del carter ed è necessario l'impiego di un filtro separatore per evitare che gli idrocarburi pesanti dell'olio vengano bruciati e generino conseguentemente emissioni inquinanti .

Per l'applicazione precedentemente descritta sono generalmente utilizzati dispositivi separatori a urto i quali, tuttavia, presenterebbero geometrie troppo complesse per soddisfare le elevate efficienze richieste dalle recenti normative.

Nella medesima applicazione, è noto l'impiego di filtri porosi i quali richiedono tuttavia di essere sostituiti perché durante l'utilizzo vengono saturati dalle particelle d'olio che catturano e richiedono pertanto una manutenzione programmata. E' inoltre noto l'impiego di filtri autopulenti nei quali il filtro, ad esempio comprendente una maglia metallica, viene attraversato da una corrente di gas e contemporaneamente ruota attorno ad un asse. Le particelle d'olio trattenute dal filtro vengono espulse dall'accelerazione centrifuga e il filtro si mantiene pulito. Tuttavia, i filtri autopulenti devono essere collegati a una presa di moto e presentano parti in movimento relativo soggette ad usura .

Lo scopo della presente invenzione è di realizzare un dispositivo separatore avente un rendimento migliorato e una struttura semplice da realizzare.

Lo scopo della presente invenzione è realizzato tramite un dispositivo separatore come definito nella rivendicazione 1.

Per una migliore comprensione della presente invenzione viene ora descritta una forma di realizzazione preferita, a puro titolo di esempio non limitativo, con riferimento al disegno allegato in cui la figura 1 è una sezione longitudinale schematica di un dispositivo separatore secondo la presente invenzione.

In figura 1 è indicato con 1 un dispositivo separatore comprendente un involucro 2, un separatore inerziale 5 alloggiato all'interno dell'involucro 2 e un filtro poroso 6 disposto all'interno dell'involucro 2 a valle del gruppo separatore inerziale 5.

I separatori inerziali sfruttano il principio generale di sottoporre un flusso di gas ad accelerazioni dovute a cambiamenti di direzione. Tali accelerazioni applicate alla massa delle particelle d'olio generano forze inerziali che deviano le particelle rispetto al percorso seguito dal flusso di gas e le conducono ad aderire contro pareti del separatore opportunamente disposte. Successivamente, le particelle coalescono e precipitano per gravità. Esempi di separatori inerziali sono i separatori a urto e i separatori a ciclone, nei quali viene sfruttata in modo particolare l'accelerazione centrifuga.

L'involucro 2 del dispositivo separatore 1 definisce un condotto d'ingresso 3 atto ad essere collegato al carter di un motore a combustione interna e disposto a monte del separatore inerziale 5, un condotto di aspirazione 4 atto ad essere collegato ad un collettore di aspirazione del motore a combustione interna e disposto a valle del filtro poroso 6, e un condotto di scarico 7 atto ad essere collegato alla coppa dell'olio del motore.

In particolare, secondo una forma preferita di realizzazione, il separatore inerziale 5 comprende una pluralità di sottomoduli separatore 5a collegati in serie fra di loro e anche il filtro poroso 6 comprende una pluralità di sottomoduli a cartuccia 6a, ad esempio a nido d'ape, collegati in serie fra di loro.

Secondo una forma di realizzazione, ciascun sottomodulo separatore 5a è collegato a un sottomodulo a cartuccia 6a tramite una struttura a telaio per definire un modulo integrato 8.

La struttura a telaio di ciascun modulo integrato 8 comprende in un pezzo unico in materiale polimerico realizzato tramite stampaggio tre pareti cilindriche 9, 10, 11 collegate in modo rigido fra di loro per essere concentriche ad un asse A e almeno una parete di deviazione 12 di flusso uscente dalla parete cilindrica 9 radialmente esterna da parte radialmente opposta rispetto alle due pareti 10, 11.

In uso, la parete di deviazione 12 ha la funzione di imporre cambiamenti di direzione al flusso di gas e presenta qualsiasi geometria adatta a tale scopo. Preferibilmente, la parete di deviazione 12 presenta un andamento ad elica avvolta attorno all'asse A per definire un effetto di ciclone.

Da parte radiale opposta alla parete di deviazione 12, la parete cilindrica 11, radialmente interna, definisce un condotto centrale 16 collegato direttamente al condotto di aspirazione 3 e la parete cilindrica 10, interposta fra la parete 9 e la parete 11, definisce con la prima un condotto anulare 17 per il passaggio dei gas e con la seconda una sede 18 per il relativo sottomodulo a cartuccia 6a.

Nella forma di realizzazione illustrata in figura 1, il filtro separatore 1 comprende tre moduli integrati 8 sovrapposti coassialmente all'asse A e collegati rigidamente a quest'ultimo. I tre moduli integrati 8 sono assialmente interposti fra il condotto d'ingresso 3 ed il condotto di scarico 7 e le rispettive pareti cilindriche 9 sono collegate a tenuta di fluido una sull'altra così come le pareti cilindriche 10, 11 in modo che i condotti 16 e 17 siano rispettivamente collegati in serie.

L'involucro 2 comprende inoltre una calotta 19, disposta inferiormente ai moduli integrati 8 e definente il condotto di scarico 7. La calotta 19 comprende una parete concava 20 definente un pozzetto 21 per raccogliere l'olio proveniente dai moduli integrati 8 e una parete di sostegno 22 cilindrica uscente coassialmente all'asse A dalla parete concava 20 per supportare assialmente i moduli integrati 8.

In particolare, la parete di sostegno 22 presenta il medesimo diametro della parete cilindrica 10 e definisce una pluralità di aperture radiali 23 adiacenti alla calotta 19 per mettere in comunicazione fluidica una camera periferica 21a del pozzetto 21 disposta sotto le pareti di deviazione 12 e i condotti anulari 17, e una camera centrale 21b disposta sotto i sottomoduli a cartuccia 6a e il condotto centrale 16.

Inoltre, la parete di sostegno 22 comprende una porzione circonferenzialmente continua 28 che delimita le aperture 23 parallelamente all'asse A verso il condotto di ingresso 3 ed è collegata a tenuta di fluido con la parete cilindrica 10 del modulo integrato 8 adiacente.

Da parte assiale opposta rispetto alla calotta 19, il condotto di aspirazione 4 presenta una porzione intermedia inserita a tenuta di fluido in un foro definito dall'involucro 2 e una porzione di estremità collegata a tenuta di fluido sul condotto centrale 16 del modulo integrato 8 adiacente. Inoltre, il dispositivo separatore 1 comprende un coperchio 24 interno all'involucro 2 per guidare i gas in uscita dal condotto anulare 17 verso i sottomoduli a cartuccia 6a.

In particolare, il coperchio 24 comprende una parete piana 25 definente un foro centrale e una parete laterale cilindrica 26 uscente dalla parete piana 25 ed avente lo stesso diametro delle pareti cilindriche 9. Il coperchio 24 è collegato a tenuta di fluido al condotto di aspirazione 4 sul bordo del foro centrale e al modulo 8 assialmente opposto alla calotta 19 sulla parete cilindrica 9 per evitare che il gas in ingresso bypassi il separatore inerziale 5.

Il funzionamento del dispositivo separatore 1 è il seguente.

I gas combusti ricchi di particelle d'olio entrano all'interno dell'involucro 2 e si dirigono verso il separatore inerziale 5. Il profilo a elica delle pareti di deviazione 12 imprime un moto rotatorio al gas e l'accelerazione centrifuga spinge le particelle d'olio, più pesanti rispetto ai gas, ad aderire contro la parete dell'involucro 2. Le particelle tendono poi a coalescere e a dirigersi per gravità verso il pozzetto 21 tramite opportuni passaggi realizzati fra pareti di deviazione 12 adiacenti. I passaggi sono preferibilmente realizzati in prossimità della parete cilindrica 9.

Quando i gas raggiungono il pozzetto 21, la parete di sostegno 22 guida un'inversione di 180° all'interno del condotto anulare 17 in corrispondenza della camera periferica 21a.

Raggiunto il coperchio 24, la parete piana 25 guida una seconda inversione dei gas all'interno dei sottogruppi a cartuccia 6a. Raggiunto nuovamente il pozzetto 21 in corrispondenza della camera centrale 21b, i gas compiono una terza inversione all'interno del condotto centrale 16 ed escono verso il collettore attraverso il condotto di aspirazione 3.

In uso, la parete di sostegno 22 e le aperture 23 devono essere opportunamente dimensionate per evitare che i gas di scarico bypassino il condotto anulare 17 e i sottomoduli a cartuccia 6a. A questo scopo, è necessario che il battente d'olio presente nel pozzetto 21 sia superiore alle aperture 23 e lambisca la porzione circonferenzialmente continua 28 della parete di sostegno 22.

In questo modo, le aperture 23 sono chiuse al passaggio dei gas in arrivo dal separatore inerziale 5 e le camere periferica 21a e centrale 21b sono fluidicamente collegate solo tramite i condotti anulari 17 e i sottomoduli a cartuccia 6a. Tuttavia, il battente di olio non deve raggiungere il sottomodulo 6a del modulo integrato 8 adiacente alla calotta 19. E' infatti necessario che i passaggi fra il separatore inerziale 5 e il condotto anulare 17 e fra il sottomodulo a cartuccia 6a e il condotto centrale 16 siano sempre liberi per consentire il passaggio del gas e per evitare che il sottomodulo a cartuccia 6a venga contaminato dall'olio presente nella camera centrale 21b.

I vantaggi che il presente filtro separatore consente di ottenere sono i seguenti.

L'impiego del filtro poroso 6 disposto in serie al separatore inerziale 5 consente di migliorare l'efficienza del dispositivo separatore tramite componenti semplici, poco costosi e facilmente ottenibili tramite stampaggio.

Inoltre, la modularità consente di adattare il dispositivo separatore a diversi modelli di motori e ottenere i vantaggi dell'economia di scala.

II fatto che il sottomodulo separatore 5a e il sottomodulo a cartuccia 6a siano concentrici consente di ottenere una forma compatta e percorsi lunghi per le particelle d'olio che devono coalescere. Inoltre, è semplice realizzare percorsi che consentono la caduta per gravità delle particelle d'olio formatesi per coalescenza.

Risulta infine chiaro che al dispositivo separatore 1 qui descritto ed illustrato possono essere apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dall'ambito protettivo della presente invenzione, come definito nelle rivendicazioni allegate.

Ad esempio, secondo una forma di realizzazione che presenta ingombri più contenuti nella direzione trasversale all'asse A, il separatore inerziale 5 e il filtro poroso 6 costituiscono rispettivi moduli disposti uno accanto all'altro e non concentricamente .

La parete di deviazione 12 può non essere elicoidale ma presentare una forma a corona circolare trasversale all'asse A e fori passanti attraversati dai gas e opportunamente distanziati in direzione tangenziale fra due pareti di deviazione 12 consecutive. Tale configurazione semplifica ulteriormente le operazioni di stampaggio. In uso, la disposizione opportuna dei fori passanti impone bruschi cambiamenti di direzione al gas, eventualmente con una componente rotatoria attorno all'asse A, nel passaggio fra un modulo 8 e quello successivo .

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo separatore (1) per gas di trafilamento di un motore a combustione interna di un autoveicolo comprendente un ingresso (3), un'uscita (4), un separatore inerziale (5) interposto fra i detti ingresso (3) ed uscita (4), caratterizzato dal fatto di comprendere un filtro a cartuccia (6) disposto in serie al detto separatore inerziale (5).
2. 2. Dispositivo separatore secondo la rivendicazione 1, che il detto separatore inerziale (5) comprende primi sottomoduli (5a).
3. 3. Dispositivo separatore secondo una delle rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che il detto filtro a cartuccia (6) comprende secondi sottomoduli (6a).
4. 4. Dispositivo separatore secondo le rivendicazioni 2 e 3, caratterizzato dal fatto che almeno uno dei detti primi sottomoduli (5a) è accoppiato ad almeno uno dei detti secondi sottomoduli (6a) per definire un modulo integrato (8).
5. 5. Dispositivo separatore secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che il detto modulo integrato (8) definisce almeno un condotto (16; 17) per il passaggio del detto gas.
6. 6. Dispositivo separatore secondo una delle rivendicazioni 4 o 5, caratterizzato dal fatto che il detto modulo integrato (8) comprende un telaio definente una sede (18) per alloggiare il relativo secondo sottomodulo (6a).
7. 7. Dispositivo separatore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il detto separatore inerziale (5) e il detto filtro a cartuccia (6) sono concentrici.
8. 8. Dispositivo separatore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il detto filtro a cartuccia (6) comprende un filtro a nido d'ape.
9. 9. Dispositivo separatore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il detto separatore inerziale (5) è un separatore a ciclone.
10. 10. Dispositivo separatore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni dalla 1 alla 8, caratterizzato dal fatto che il detto separatore inerziale (5) è un separatore a urto.
11. 11. Dispositivo separatore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il detto filtro a cartuccia (6) è disposto a valle del detto separatore inerziale (5).