ITUD20110112A1 - Filtro d'aria per motori a combustione interna - Google Patents

Description

Descrizione del trovato avente per titolo:

"FILTRO D'ARIA PER MOTORI A COMBUSTIONE INTERNA"

CAMPO DI APPLICAZIONE

II presente trovato si riferisce ad un filtro d'aria per motori a combustione interna applicato ad esempio, ma non esclusivamente, su veicoli da competizione come go-kart, motociclette, e veicoli da fuoristrada in generale.

In particolare, il filtro secondo il presente trovato permette il filtraggio dell'aria di alimentazione del motore ed ha capacità idrofobe, evitando il passaggio di sostanze liquide attraverso di esso.

STATO DELLA TECNICA

È noto che, al fine di ottimizzare l'efficienza di motori a combustione interna, di aumentare la loro vita utile, e ridurre gli interventi di manutenzione, l'aria comburente che alimenta la combustione, deve essere opportunamente filtrata da impurità.

È pure noto che un'immissione, anche involontaria di acqua, od umidità, all'interno del motore, ne pregiudica il buon funzionamento, e la sua vita utile .

Tali inconvenienti risultano essere maggiormente accentuati nel caso in cui il motore sia utilizzato in condizione estreme di funzionamento, come ad esempio su veicoli da competizione che praticano fuoristrada od altro.

Nella tecnica nota si utilizzano filtri d'aria posti in prossimità di bocchette di aspirazione dei veicoli, o prese d'aria, i quali evitano che particelle di polveri, organismi o quant'altro possano entrare all'interno del motore.

L'aspirazione dell'aria nel motore può avvenire in diversi modi. Per motori più performanti viene utilizzato un sistema di aspirazione di tipo dinamico in cui tramite un condotto, o presa d'aria, posto frontalmente alla direzione di marcia del veicolo, si crea una colonna d'aria che sovralimenta il motore a diverse condizioni variabili in funzione delle diverse velocità di movimento del veicolo.

I filtri d'aria noti sono costituiti da un elemento filtrante, realizzato solitamente in tessuto, carta, o fibre sintetiche, il quale viene interposto fra due elementi rigidi portanti, solitamente di tipo reticolare metallico con maglie larghe, i quali hanno funzione di supporto e definiscono la superficie utile filtrante del filtro.

Tali elementi filtranti hanno capacità filtranti unicamente per l'aria, e permettono pertanto il passaggio attraverso di essi di sostanze liquide. In alcuni casi, inoltre, il contatto dell'elemento filtrante con sostanze liquide porta anche al rapido degrado dello stesso richiedendo frequenti sostituzioni .

Per evitare il passaggio di sostanze liquide attraverso l'elemento filtrante che, oltre a danneggiare quest'ultimo, riducono anche l'efficienza e la vita utile del motore, è noto applicare esternamente al filtro un elemento di copertura realizzato in poliestere, avente proprietà di impermeabilità alle sostanze liquide, pur permettendo comunque il passaggio d'aria.

In particolare, il suddetto elemento di copertura ha proprietà idrofobe, ossia tali da evitare il passaggio di particelle liquide attraverso le sue maglie .

Il grado di idrofobicità viene determinato in funzione di tre parametri che sono l'angolo di contatto del liquido con l'elemento filtrante, la pressione d'immissione del liquido e la tipologia di materiale che costituisce l'elemento filtrante.

Affinché un elemento filtrante sia considerato idrofobo, l'angolo di contatto del liquido deve essere almeno superiore a 90°, altrimenti il liquido attraverserebbe le sue maglie.

Le prove sui materiali che costituiscono l'elemento filtrante, ad esempio un tessuto, vengono effettuate con macchine denominate tensiometriche, le quali sottopongono un campione di tessuto da testare al passaggio di acqua.

In particolare, tali prove vengono effettuate secondo norme standard, come ad esempio la norma ISO 811, in cui si prevede di sottoporre il campione di tessuto al passaggio di acqua attraverso esso, mediante applicazione crescente di una pressione di intrusione, ad esempio di circa 3mbar/min, per verificare la penetrazione dell'acqua in almeno tre punti distinti del campione.

La tipologia di tessuto è identificata in funzione del tipo di materiale utilizzato, in funzione delle dimensioni delle maglie ed in funzione del diametro dei fili del tessuto. I fili e le trame possono avere dimensioni variabili da qualche micron fino a dimensioni più elevate.

Al fine di incrementare 1'idrofobicità del tessuto, è noto sottoporre il tessuto a particolari trattamenti con sostanze chimiche.

Tali soluzioni di filtraggio presentano però 1 'inconveniente che data la presenza sia dell'elemento filtrante sia dell'elemento di copertura, si ha un incremento delle perdite di carico attraverso l'aspirazione che riducono l'apporto di aria al motore e quindi le sue prestazioni .

Un ulteriore inconveniente è che il filtro d'aria così realizzato risulta essere più costoso, e richiede frequenti interventi di manutenzione sia per il suo ripristino sia per eventualmente la sua sostituzione .

Uno scopo del presente trovato è quello di realizzare un filtro d'aria per motori a combustione interna che abbia proprietà filtranti sia per impurità solide di varia granulometria che per sostanze liquide e che, al tempo stesso, sia efficiente e tale da non indurre perdite di carico elevate per l'alimentazione del motore.

Un ulteriore scopo del presente trovato è quello di realizzare un filtro per motori a combustione interna che sia semplice da realizzare ed economico.

Per ovviare agli inconvenienti della tecnica nota e per ottenere questi ed ulteriori scopi e vantaggi, la Richiedente ha studiato, sperimentato e realizzato il presente trovato.

ESPOSIZIONE DEL TROVATO

Il presente trovato è espresso e caratterizzato nella rivendicazione indipendente. Le rivendicazioni dipendenti espongono altre caratteristiche del presente trovato o varianti dell'idea di soluzione principale .

In accordo con i suddetti scopi, un filtro d'aria per motori a combustione interna comprende almeno un elemento filtrante adatto a permettere il passaggio attraverso di esso di un flusso d'aria ed a trattenere particelle solide, quali polveri, presenti nel flusso ed una struttura di supporto adatta a supportare l'elemento filtrante per definire una superficie di filtraggio sostanzialmente continua attraverso la quale passa il flusso d'aria.

In particolare la struttura portante è predisposta e configurata per non interferire con il passaggio del flusso d'aria attraverso l'elemento filtrante, ma svolge unicamente funzione strutturale, portante sull'elemento filtrante.

Secondo un aspetto del trovato, l'elemento filtrante è provvisto, su tutta la superficie di filtraggio, di una pluralità di fibre aventi proprietà idrofobe adatte ad evitare il passaggio attraverso la superficie di filtraggio anche di sostanze loquide.

L'utilizzo di fibre idrofobe come struttura base per l'elemento filtrante rende non necessario prevedere un primo filtro per evitare l'immissione di sostanze liquide, e di un secondo filtro che impedisce il passaggio di polveri. Infatti, l'elemento filtrante, realizzato secondo il presente trovato, è in grado, da solo di filtrare sia sostanze liquide, quale acqua, che particelle solide come polveri.

Ciò comporta, inoltre, il vantaggio che, prevedendo un unico elemento filtrante, le perdite di carico provocate sul flusso dell'aria aspirato rimangono contenute e pertanto si ottiene un motore a combustione interna più efficiente.

In forma di realizzazione, le fibre possono essere tessute fra loro a definire una maglia filtrante, anche se in altre forme di realizzazione possono essere disposte secondo un tessuto non tessuto randomico od ordinato.

In forme realizzative, le fibre sono realizzate in un materiale scelto in un gruppo comprendente poliestere e poliammide quale ad esempio nylon.

In altre forme di realizzazione, le fibre sono rivestite, mediante un trattamento chimico, con composti idrofobi quali fluoropolimeri e composti siliconici i quali conferiscono all'elemento filtrante proprietà di idrorepellenza per l'acqua. In ulteriori forme di realizzazione, le fibre hanno un diametro compreso fra 2μπι e 20μπι e sono distanziate fra loro di una distanza che è compresa fra circa 5μπιe 500μιη.

Il primo supporto e il secondo supporto comprendono ciascuno una rete metallica con maglie distanziate fra loro di una distanza compresa fra 0.5mm e 2.5mm. Infatti, l'elevata ampiezza delle maglie della rete metallica permette una non interferenza sull'aspirazione dell'aria con l'introduzione di perdite di carico.

ILLUSTRAZIONE DEI DISEGNI

Queste ed altre caratteristiche del presente trovato appariranno chiare dalla seguente descrizione di una forma preferenziale di realizzazione, fornita a titolo esemplificativo, non limitativo, con riferimento agli annessi disegni in cui:

- la fig. 1 è una rappresentazione schematica di un filtro d'aria per motori a combustione interna secondo il presente trovato;

- la fig. 2 è una vista di un particolare ingrandito di fig. 1;

- la fig. 3 è un particolare ingrandito di fig. 1. Per facilitare la comprensione, numeri di riferimento identici sono stati utilizzati, ove possibile, per identificare elementi comuni identici nelle figure.

DESCRIZIONE DI UNA FORMA PREFERENZIALE DI

REALIZZAZIONE

Con riferimento a fig. 1, un filtro d'aria per motori a combustione interna viene indicato nel suo complesso con il numero di riferimento 10, e comprende un elemento filtrante 11 interposto fra un primo supporto 12 ed un secondo supporto 13 adatti a supportare l'elemento filtrante 11 per definire una superficie di filtraggio 14 attraverso la quale passa un flusso d'aria secondo il verso indicato dalla freccia F.

L'elemento filtrante 11 è formato da uno strato sostanzialmente continuo provvisto di una pluralità di fibre 15 tessute fra loro a definire una maglia filtrante delle particelle solide.

In forme di realizzatone, le fibre 15 possono essere tessute fra loro secondo un ordine definito mediante tessitura di trama e ordito oppure in tessuto non tessuto in una disposizione randomica o ordinata.

Le fibre 15 sono realizzate in materiale sintetico scelto in un gruppo comprendente poliestere e poliammide quale ad esempio nylon.

Le fibre 15 (fig. 2) hanno un diametro D compreso fra circa 2μιη e 20μιη, vantaggiosamente di circa 5μπι e sono intrecciate fra loro sì da disporsi distanziate ad una distanza L che è compresa fra circa 5μπι e 500μπι, vantaggiosamente fra 25μπι e 90μπι.

L'apertura della maglia filtrante determina il grado di filtrazione del filtro e quindi le dimensioni delle particelle solide passanti attraverso di esso.

Le fibre 15 una volta intrecciate vengono sottoposte ad un trattamento chimico di rivestimento adatto a conferire all'elemento filtrante 11 un incremento della sua capacità idrofoba, ovvero ad incrementare l'inibizione al passaggio di sostanze liquide, quale ad esempio l'acqua, attraverso la superficie di filtraggio 14.

II trattamento chimico utilizzato può prevedere tecniche di spruzzatura, nebulizzazione, o tecniche di deposizione chimica come deposizione di vapore chimico o "Chemical Vapour Deposition", per la deposizione sulle fibre 15 di composti idrofobi.

I composti idrofobi utilizzati comprendono polimeri idrofobi come fluoropolimeri e composti siliconici. La capacità idrofoba dell'elemento filtrante 11 è correlata almeno alla tipologia di materiale con cui sono realizzate le fibre 25, alle dimensioni/conformazione della maglia con cui sono realizzate le fibre 25, al diametro di queste ultime, nonché ai parametri di processo del trattamento chimico utilizzato ed ai materiali di rivestimento degli stessi.

In particolare, in funzione dei suddetti parametri è possibile determinare le condizioni di passaggio dell'aria attraverso esso, e quindi determinare la tipologia di elemento filtrante 11 utilizzabile per la particolare applicazione e condizione di funzionamento del motore.

Il primo supporto 12 ed il secondo supporto 13 (fig. 3) comprendono ciascuno una rete metallica 16 definita da fili metallici 18 intrecciati trasversalmente fra loro.

I fili metallici 18 hanno un diametro che a solo titolo esemplificativo è compreso fra 0./? mm e 1 mm, vantaggiosamente di 0.5 mm. Inoltre, i fili metallici 18 sono distanziati fra loro di un determinato interspazio compreso fra 0.5mm e 2.5mm vantaggiosamente di 1.5mm a determinare maglie di dimensioni maggiori rispetto a quelle dell'elemento filtrante 11.

Il primo supporto 12, ed il secondo supporto 13 sono ricavati pieghettati fra loro secondo una geometria triangolare ripetitiva, il che permette di aumentare notevolmente le dimensioni della superficie di filtraggio 14 del filtro 10. In altre forme realizzative il primo supporto 12 ed il secondo supporto 13 possono essere sagomati anche in modo diverso ad esempio secondo un profilo curvo, rettangolare, quadrato, misto, od anche sostanzialmente piani.

Il primo supporto 12 ed il secondo supporto 13 sono sagomati secondo una stessa conformazione di modo che quando vengono associati fra loro, fra essi possa essere interposto l'elemento filtrante 11.

Il primo supporto 12 ed il secondo supporto 13 conferiscono pertanto all'elemento filtrante 11 sostegno e struttura.

II primo 12, il secondo supporto 13 e l'elemento filtrante 11 (fig. 1), una volta assemblati fra loro vengono montati su un elemento portante 20 conformato sostanzialmente a cornice e comprendente un corpo di base 21 ed un corpo di chiusura 22 che vengono accoppiati fra loro con modalità note e fra i quali vengono bloccati il primo 12, il secondo supporto 13 e l'elemento filtrante 11.

In altre forme di realizzazione, l'elemento portante 20 anziché essere di forma sostanzialmente piana come rappresentato in fig. 1, può essere sagomato a forma cilindrica chiusa così che anche il primo 12, il secondo supporto 13 e l'elemento filtrante 11 seguono un andamento cilindrico.

È chiaro che al filtro d'aria per motori a combustione interna fin qui descritto possono essere apportate modifiche e/o aggiunte di parti, senza per questo uscire dall'ambito del presente trovato.

È anche chiaro che, sebbene il presente trovato sia stato descritto con riferimento ad alcuni esempi specifici, una persona esperta del ramo potrà senz'altro realizzare molte altre forme equivalenti di filtro d'aria, aventi le caratteristiche espresse nelle rivendicazioni e quindi tutte rientranti nell'ambito di protezione da esse definito.

Claims (8)

1. RIVENDICAZIONI 1. Filtro d'aria per motori a combustione interna comprendente almeno un elemento filtrante (11) adatto a permettere il passaggio attraverso di esso di un flusso d'aria ed a trattenere particelle solide presenti in detto flusso, ed una struttura di supporto (12, 13) adatta a supportare detto elemento filtrante per definire una superficie di filtraggio (14) sostanzialmente continua, attraverso la quale passa detto flusso d'aria, caratterizzato dal fatto che detto elemento filtrante (11) è provvisto, su tutta detta superficie di filtraggio (14) di una pluralità di fibre (15), aventi proprietà idrofobe, adatte ad evitare il passaggio attraverso detta superficie di filtraggio (14) anche di sostanze liquide .
2. 2. Filtro d'aria come nella rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che dette fibre (15) sono tessute fra loro a definire una maglia filtrante.
3. 3. Filtro d'aria come nella rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che dette fibre (15) sono realizzate in materiale scelto in un gruppo comprendente poliestere e poliammide.
4. 4. Filtro d'aria come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che dette fibre (15) sono rivestite, mediante un trattamento chimico, con composti idrofobi quali fluoropolimeri e composti siliconici.
5. 5. Filtro d'aria come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che dette fibre (15) hanno un diametro (D) compreso fra 2μπιe 20μιη.
6. 6. Filtro d'aria come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che dette fibre (15) sono distanziate fra loro di una distanza (L) che è compresa fra circa 5μπιe 500μιη.
7. 7. Filtro d'aria come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta struttura portante comprende un primo supporto (12) ed un secondo supporto (13) tra i quali è interposto detto elemento filtrante (11), ed i quali comprendono ciascuno una rete metallica (16).
8. 8. Filtro d'aria come nella rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detta rete metallica (16) ha maglie distanziate fra loro di una distanza compresa fra 0.5mm e 2.5mm.