ITTO960473A1 - Dispositivo depuratore per un circuito di sfiato di un basamento di un motore endotermico, e circuito di sfiato provvisto di tale dispositivo - Google Patents

Description

D E S C R I Z I O N E

di brevetto per invenzione industriale

La presente invenzione è relativa ad un dispositivo depuratore per un circuito di sfiato di un basamento di un motore endotermico.

Come è noto, i motori endotermici sono provvisti di un circuito di sfiato del basamento atto a scaricare all'esterno del basamento stesso i gas cosiddetti di "blow-by", cioè dei gas che trafilano dai cilindri nel basamento attraverso i segmenti dei pistoni. Lo sfiato è necessario sia per impedire l'aumento della pressione all'interno del basamento, sia per compensare le variazioni di volume dovute al moto dei pistoni.

I gas di blow-by contengono particelle di olio finemente nebulizzate, nonché particelle di incombusti dì natura carboniosa (particolato) aventi dimensioni dell'ordine di qualche μm, tipicamente comprese tra 5 e 8 μm.

Il circuito di sfiato è in qualche caso di tipo aperto, cioè scarica i gas di blow-by nell'ambiente; in questo caso, l'olio ed il particolato devono essere separati dai gas per evidenti ragioni di tutela dell'ambiente e della salute (il particolato ha effetti cancerogeni) .

Più frequentemente, anche per ragioni normative, il circuito di sfiato è di tipo chiuso e ricircola i gas di blow-by all'aspirazione del motore, per assicurare la completa combustione del particolato. Anche in questo caso, tuttavia, si presenta il problema di separare l'olio ed il particolato; infatti, l'olio ed il particolato tendono a formare sedimenti resinosi sui componenti che i gas attraversano prima di raggiungere i cilindri (in particolare sulle valvole e, per i motori sovralimentati, nel compressore e nell'intercooler, ove riducono fortemente lo scambio termico), compromettendo il buon funzionamento di tali componenti. Inoltre, nelle vetture catalizzate, la combustione dell'olio motore eventualmente ricircolato all'aspirazione ha effetti dannosi sulla marmitta catalitica e sulla sonda lambda.

Sono pertanto stati proposti dispositivi depuratori di vario tipo, ciascuno dei quali presenta però degli inconvenienti.

Ad esempio, sono noti separatori ad urto in cui il flusso di gas interagisce con pareti che ne provocano brusche variazioni di direzione; separatori di questo tipo sono però poco efficaci per la separazione del particolato, in quanto le dimensioni medie del particolato sono troppo piccole, e presentano un ingombro elevato. Anche l'impiego di elementi filtranti di tipo convenzionale si è rivelato insoddisfacente in quanto, se dotati di un potere di ritenzione sufficiente alla separazione del particolato, la perdita di carico attraverso gli elementi stessi è con ogni probabilità indesiderabilmente elevata e, inoltre, gli elementi sono soggetti ad un rapido intasamento.

Scopo della presente invenzione è la realizzazione di un dispositivo depuratore per un circuito di sfiato di un basamento di un motore endotermico, il quale sia privo degli inconvenienti connessi con i dispositivi depuratori noti e sopra specificati.

Il suddetto scopo è raggiunto dalla presente invenzione, la quale è relativa a un circuito di sfiato di un basamento di un motore endotermico per lo scarico di gas contenenti in sospensione olio e particolato, il detto circuito comprendendo un dispositivo depuratore avente un ingresso collegato con l'interno del detto basamento, un’uscita, ed un elemento filtrante interposto tra il detto ingresso e la detta uscita ed atto ad essere attraversato dai gas in un dato verso di flusso, caratterizzato dal fatto che il detto elemento filtrante è un filtro a coalescenza per far coalescere il detto olio.

La presente invenzione è altresì relativa ad un dispositivo depuratore per un circuito di sfiato di un basamento di un motore endotermico comprendente un ingresso atto ad essere collegato con l'interno del detto basamento ed a ricevere gas contenenti in sospensione olio e particolato, un'uscita, ed un elemento filtrante interposto tra il detto ingresso e la detta uscita ed atto ad essere attraversato dai gas in un dato verso di flusso, caratterizzato dal fatto che il detto elemento filtrante è un filtro a coalescenza per far coalescere il detto olio.

Per una migliore comprensione della presente invenzione, viene descritta nel seguito una forma preferita di attuazione, a titolo di esempio non limitativo e con riferimento al disegno allegato, nel quale:

la figura 1 è uno schema illustrante un motore endotermico provvisto di un circuito di sfiato del basamento incorporante un dispositivo depuratore secondo i dettami della presente invenzione; e

la figura 2 è una sezione schematica in scala ingrandita del dispositivo depuratore di figura 1, con un dettaglio ulteriormente ingrandito.

Con riferimento alla figura 1, è indicato con 1 un motore endotermico comprendente una testa 2 definente una pluralità di cilindri 3, un basamento 4 ed una coppa 5 atta a contenere olio lubrificante. Il motore 1 è provvisto di un circuito di aspirazione 6 comprendente, in serie tra loro, un filtro 7 di ingresso di tipo convenzionale, un compressore 8 di sovralimentazione accoppiato ad una turbina (non illustrata), un interrefrigeratore (intercooler) 9 ed un collettore di aspirazione 10. Il circuito 6 non viene descritto in maggiore dettaglio in quanto noto.

Il motore 1 è provvisto inoltre di un circuito 14 di sfiato del basamento 4 per lo scarico all'esterno dal basamento stesso dei gas cosiddetti di "blow-by", cioè dei gas che trafilano tra i cilindri ed i relativi pistoni (non illustrati).

Tali gas contengono in sospensione particelle di olio finemente nebulizzato, nonché particelle solide (particolato) , prevalentemente di natura carboniosa, le quali sono costituite in parte da prodotti di combustione parzialmente incombusti ed in parte da impurità solide normalmente contenute nell'olio. Le dimensioni del particolato sono tipicamente comprese tra 5 e 8 μm.

Il circuito di sfiato 14 è preferibilmente di tipo chiuso, e collega l'interno del basamento 4 al circuito di aspirazione 6, a valle del filtro di ingresso 7.

Il circuito di sfiato 14 comprende un dispositivo depuratore 15 avente un ingresso 16 collegato da un condotto 17 al basamento 4 ed un'uscita 18 collegata da un condotto 19 al circuito di aspirazione 6.

Secondo la presente invenzione, il dispositivo depuratore 15 comprende un elemento filtrante 20 di tipo coalescente interposto tra l'ingresso 16 e l'uscita 18.

L'elemento filtrante 20 è del tipo atto a far agglomerare per coalescenza le particelle d'olio finemente atomizzate ed a rimuovere (ma non filtrare) le particelle solide.

Un filtro adatto allo scopo è formato da una massa fibrosa di micro-fibre polimeriche sintetiche non tessute. Le fibre sono sostanzialmente prive di legami fibra-fibra e sono meccanicamente vincolate le une alle altre mediante aggrovigliamento o intreccio. La massa fibrosa ha un volume di vuoti sostanzialmente costante.

La massa fibrosa è formata da porzioni di monte e di valle 20a, 20c costituite di fibre aventi un diametro maggiore rispetto alle fibre costituenti una porzione centrale 20b compresa tra la porzione di monte e la porzione di valle. L'effetto di questa disposizione è di produrre strati relativamente grossolani di drenaggio a monte e a valle, con uno strato intermedio a potere di ritenzione assoluto. Il potere di ritenzione assoluto può essere compreso tra 5 a 70 μm, preferibilmente tra 8 e 30 μm ed in particolare pari a 20 μm. Il potere di ritenzione è scelto in modo che il particolato non sia trattenuto nella massa fibrosa.

Naturalmente, la struttura della massa fibrosa può essere di qualsiasi forma conveniente . Varie possibilità sono illustrate in GB-A-2247849 . Una possibilità è di avere la porzione a potere di ritenzione assoluto formante la superficie di monte del filtro e un solo strato grossolano formante la superficie di valle. Sarebbe anche possibile variare la struttura della massa fibrosa in modo continuo lungo lo spessore della massa fibrosa da uno strato a potere di ritenzione assoluto alla superficie di monte verso uno strato grossolano alla superficie di valle.

Masse fibrose con queste strutture formano un mezzo filtrante di profondità con elevata resistenza allo sporco.

Un esempio dì tale mezzo filtrante è commercializzato dalla Pali Corporation con il nome commerciale "PROFILE STAR".

La massa fibrosa può essere conformata in vari modi. Ad esempio, può essere in forma di cilindro plissettato senza guarnizione laterale. Come illustrato in figura 2, tuttavia, la massa fibrosa può essere formata, in alternativa, come un foglio plissettato.

Il dispositivo depuratore 15 presenta un'uscita di drenaggio 24 situata a valle dell'elemento filtrante 20 e collegata con una zona inferiore del basamento 4 da un condotto 25.

Il funzionamento del circuito di sfiato 14 e, in particolare, del dispositivo depuratore 15 è il seguente.

I gas di blow-by con l'olio ed il particolato in sospensione (indicati con una freccia bianca e nera) fluiscono attraverso il condotto 17 nel dispositivo depuratore 15. Le particelle d'olio passano all'interno dell'elemento filtrante 20 dove si agglomerano per coalescenza per formare gocce di dimensioni sufficienti ad impedirne il trascinamento a valle; l'olio pertanto cola sul fondo dell'elemento filtrante 20 e viene ricircolato nella zona inferiore del basamento 4 attraverso l'uscita di drenaggio 24 ed il condotto 25, e quindi cola nella coppa 5.

Tipicamente, l'olio in sospensione può entrare nel dispositivo purificatore con una portata pari a circa 2-3 g/ora. In una specifica configurazione sperimentale del tipo sopra descritto, il dispositivo depuratore 15 è stato dotato di un elemento filtrante 20 in forma di un foglio plissettato di mezzo filtrante avente una superficie del foglio pari a 0.1 m<2>. Per questa configurazione, è stata rilevata una portata di ingresso dell'olio nel dispositivo depuratore 15 pari a 2g/ora, e la portata di olio attraverso l'uscita era di 0.3 g/ora. In altre parole, il dispositivo depuratore 15 rimuoveva circa l'85% dell'olio dai gas di blow-by -l'olio rimosso essendo ricircolato nel basamento 4 attraverso l'uscita di drenaggio 24.

Il particolato, che in assenza di olio tenderebbe a passare attraverso l'elemento filtrante 20 per quanto detto precedentemente, viene inglobato sulle gocce d'olio che si agglomerano per coalescenza nell'elemento stesso, e sono ricircolate nel basamento insieme con l'olio. Il flusso di olio e particolato è indicato nelle figure con una freccia nera.

I gas purificati dall'olio e dal particolato (freccia bianca) fluiscono attraverso l'uscita 18 del dispositivo depuratore 15 e il condotto 19 e vengono ricircolati nel circuito di aspirazione 6.

Da un esame delle caratteristiche del circuito di sfiato 14 e, in particolare, del dispositivo depuratore 15 realizzati secondo i dettami della presente invenzione sono evidenti i vantaggi che essa consente di ottenere.

L'impiego di un elemento filtrante di tipo coalescente consente di separare l'olio ed il particolato dal flusso di gas di blow-by in modo efficace, con perdite di carico, ingombri e costi particolarmente ridotti. Inoltre, l'impiego di un elemento filtrante con potere di ritenzione assoluto tale da lasciare passare il particolato consente di evitare l'intasamento del filtro, in quanto il particolato non si accumula nel filtro ma viene rimosso dall'olio.

Risulta infine chiaro che al circuito di sfiato 14 e al dispositivo depuratore 15 possono essere apportate modifiche e varianti che non escono dall'ambito di tutela definito dalle rivendicazioni. Ad esempio, il circuito 14 può essere di tipo aperto e comunicare con 1'ambiente esterno. Inoltre, la geometria dell’elemento filtrante 20 può essere qualsiasi, ad esempio a cartuccia cilindrica con flusso radiale.

Claims (6)

1. RIVENDICAZIONI 1.- Circuito di sfiato (14) di un basamento (4) di un motore endotermico (1) per lo scarico di gas contenenti in sospensione olio e particolato, il detto circuito (14) comprendendo un dispositivo depuratore (15) avente un ingresso (16) atto ad essere collegato con l'interno del detto basamento (4), un'uscita (18) ed un elemento filtrante (20) interposto tra il detto ingresso (16) e la detta uscita (18) ed atto ad essere attraversato dai gas in un dato verso di flusso, caratterizzato dal fatto che il detto elemento filtrante (20) è un filtro a coalescenza per far coalescere il detto olio.
2. 2.- Circuito secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il detto elemento filtrante (20) presenta un potere di ritenzione assoluto tale da lasciar passare il detto particolato attraverso il detto elemento filtrante (20).
3. 3.- Circuito secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che il detto elemento filtrante (20) presenta un potere di ritenzione assoluto compreso tra 5 e 70 μm e preferibilmente tra 8 e 30 μm.
4. 4.- Circuito secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che il detto elemento filtrante (20) presenta un potere di ritenzione assoluto pari a 20 μm.
5. 5.- Circuito secondo la rivendicazione 3 o 4, caratterizzato dal fatto che il detto elemento filtrante (20) presenta il detto potere di ritenzione assoluto in corrispondenza di una superficie di monte del detto elemento filtrante.
6. 6. Circuito secondo la rivendicazione 3 o 4, caratterizzato dal fatto che il detto elemento filtrante (20) ha il detto potere di ritenzione assoluto in uno strato centrale di filtrazione con strati di drenaggio associati relativamente più grossolani a monte e a valle. 7.- Circuito secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi di collegamento (19) della detta uscita del detto elemento filtrante (20) ad un circuito di aspirazione (6) del detto motore (1). 8.- Circuito secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 7, caratterizzato dal fatto che il detto elemento filtrante (20) è tale per cui l’olio coalescente intrappola il detto particolato sull'olio agglomerato per coalescenza per rimuovere il detto particolato. 9.- Circuito secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 8, caratterizzato dal fatto che l'elemento filtrante (20) è costituito di una massa fibrosa di microfibre polimeriche sintetiche non tessute sostanzialmente prive di legami fibra-fibra e meccanicamente vincolate le une alle altre mediante aggrovigliamento o intreccio. 10.- Circuito secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 9, caratterizzato dal fatto che il dispositivo depuratore (15) è atto a rimuovere almeno l'85% del detto olio dai detti gas. 11.- Dispositivo depuratore (15) per un circuito di sfiato di un basamento (4) di un motore endotermico (1), comprendente un ingresso (16) atto ad essere collegato con l’interno del detto basamento (4) ed a ricevere gas contenenti in sospensione olio e particolato, un'uscita (18), ed un elemento filtrante (20) interposto tra il detto ingresso (16) e la detta uscita (18) ed atto ad essere attraversato dai gas in un dato verso di flusso, caratterizzato dal fatto che il detto elemento filtrante (20) è un filtro a coalescenza per far coalescere il detto olio. 12.- Dispositivo secondo la rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che il detto elemento filtrante (20) presenta un potere di ritenzione assoluto tale da lasciar passare il detto particolato attraverso il detto elemento filtrante (20). 13.- Dispositivo secondo la rivendicazione 12, caratterizzato dal fatto che il detto elemento filtrante (20) presenta un potere di ritenzione assoluto compreso tra 5 e 70 μm, preferibilmente tra 8 e 30 μm. 14.- Dispositivo secondo la rivendicazione 13, caratterizzato dal fatto che il detto elemento filtrante (20) presenta un potere di ritenzione assoluto pari a 20 μm. 15.- Dispositivo secondo la rivendicazione 13 o 14, caratterizzato dal fatto che il detto elemento filtrante (20) ha il detto potere di ritenzione assoluto in uno strato centrale di filtrazione con strati di drenaggio associati relativamente più grossolani a monte e a valle. 16.- Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 12 a 14, caratterizzato dal fatto che il detto elemento filtrante (20) presenta il detto potere di ritenzione assoluto in corrispondenza di una superficie di monte del detto elemento filtrante (20). 17.- Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 11 a 16, caratterizzato dal fatto che il detto elemento filtrante (20) è tale per cui l'olio coalescente intrappola il detto particolato sull'olio agglomerato per coalescenza per rimuovere il detto particolato . 18.- Circuito secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 11 a 17, caratterizzato dal fatto che l'elemento filtrante (20) è costituito di una massa fibrosa di microfibre polimeriche sintetiche non tessute sostanzialmente prive di legami fibra-fibra e sono meccanicamente vincolate le .une alle altre mediante aggrovigliamento o intreccio. 19.- Circuito secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 11 a 18, caratterizzato dal fatto che il dispositivo depuratore (15) è atto a rimuovere almeno l'85% del detto olio dai detti gas. 20.- Circuito di sfiato di un basamento di un motore endotermico, sostanzialmente come descritto ed illustrato nei disegni allegati. 21.- Dispositivo depuratore per un circuito di sfiato di un basamento di un motore endotermico, sostanzialmente come descritto ed illustrato nei disegni allegati.