MX2011001802A - Dispositivo de filtro. - Google Patents

Dispositivo de filtro.

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MX2011001802A
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MX2011001802A
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Michael Braunheim
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Mahle Int Gmbh
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Abstract

La invención se refiere a un dispositivo de filtro (1) para un motor de combustión de un vehículo motor, en particular, un filtro de combustible o un filtro de lubricante, que comprende un alojamiento de filtro (2) y un elemento de filtro (anular) (5) que es colocado en el alojamiento de filtro (2) y es penetrado en una dirección radial del extremo bruto (4) al extremo puro (3). La invención es caracterizada porque un separador de agua (6) es situado en el extremo puro (3) del elemento de filtro (5) y por debajo del elemento de filtro (5). El separador de agua (6) tiene un diafragma anular hidrofóbico (7) a través del cual puede fluir el combustible/lubricante de una dirección radialmente hacia afuera a una dirección radialmente hacia adentro, y que se extiende en la dirección axial del elemento de filtro (5). Esto permite que el grado de separación de agua sea significativamente mejorado.

Description

DISPOSITIVO DE FILTRO Descripción de la Invención La presente invención se refiere a un dispositivo de filtro para un motor de combustión interna de un vehículo motor de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1. Además, la invención se refiere a un vehículo motor con un motor de combustión interna que comprende este dispositivo de filtro.
Los dispositivos de filtros, en particular, los filtros de combustible/lubricante son ampliamente utilizados en los vehículos motores modernos y sirven para la limpieza de los combustibles y lubricantes. Todos los combustibles/lubricantes usuales tienen en común que contienen una proporción insignificante de agua, la cual sin embargo por un lado, afecta el combustible/lubricante con respecto a su función, y por otro lado, incrementa el riesgo de corrosión del motor de combustión interna. Por esta razón, una pluralidad de los así llamados separadores de agua ya es conocida, por medio de lo cual se hace el intento de filtrar o separar, tanto como sea posible, el contenido de agua todavía contenido en el combustible/lubricante. Con el grado más alto que pueda ser conseguido de la separación de agua es más baja la ocurrencia de riesgo de corrosión o de riesgo de un efecto REF. 217127 adverso de la función del motor de combustión interna provocado por el contenido de agua.
La presente invención se refiere al problema de proporcionar una modalidad mejorada de un dispositivo de filtro genérico que es caracterizado en particular por una separación de agua particularmente buena.
Este problema es resuelto de acuerdo con la invención a través de las materias de las reivindicaciones independientes. Las modalidades ventajosas son la materia de las reivindicaciones dependientes.
La invención está basada en la idea general de la colocación de un separador de agua en un dispositivo de filtro, en particular, un filtro de combustible o lubricante, el separador de agua es colocado en un elemento de filtro del dispositivo de filtro y comprende un diafragma anular hidrofóbico a través del cual el combust ible/ lubricante puede fluir de una dirección radialmente hacia afuera a una dirección radialmente hacia adentro y que se extiende en la dirección axial del elemento de filtro. El arreglo del separador de agua por debajo del elemento de filtro, que es formado como el así llamado elemento de filtro anular, proporciona una cámara de sedimentación en el extremo bruto (de flujo bruto) del separador de agua, la cámara efectúa la conexión con el diafragma hidrofóbico de manera que el contenido de agua del combustible o lubricante pueda ser filtrado, de preferencia, de manera completa del último. El diafragma es colocado en posición vertical y el flujo pasa a través del mismo de la dirección radialmente hacia afuera hacia la dirección radialmente hacia adentro. Por el hecho de que la cámara cruda (de flujo crudo) es localizada en la dirección radial hacia afuera con respecto al separador de agua, la velocidad de flujo en la cámara cruda puede ser reducida, de manera considerable, si se compara con la velocidad de flujo en la cámara pura y con respecto al elemento de filtro, por medio de lo cual, el efecto de sedimentación del agua más pesada es adicionalmente soportado. Durante la operación del dispositivo de filtro de acuerdo con la invención, el diafragma anular colocado en posición vertical, a través del cual el combustible o lubricante tiene que pasar, provoca además de la desviación de flujo del combustible o lubricante que será limpiado, que fluye inicialmente en paralelo al diafragma y que poco después antes de pasar a través del último, es desviado en la dirección que corre ortogonal al diafragma. Con lo cual, el agua que será separada puede acumularse de una manera particularmente fácil y efectiva sobre la superficie hidrofóbica del diafragma, y debido a la gravedad, puede fluir hacia abajo a lo largo de la superficie hacia la cámara de colección/sedimentación de agua. Aquí, una ventaja crucial es la baja velocidad de flujo mencionada dentro de la cámara cruda del separador de agua, por medio de lo cual, una alta velocidad de sedimentación para el agua que será separada puede ser conseguida dentro de la misma y de esta manera, también puede conseguirse una separación de agua particularmente buena. Debido a la alta velocidad de separación de agua, en particular, puede reducirse el riesgo de corrosión para el motor de combustión interna y puede incrementarse la función del combustible o del lubricante.
En un desarrollo ventajoso de la solución de acuerdo con la invención, el flujo pasa a través del elemento de filtro del dispositivo de filtro y a través de un separador de agua de una dirección radialmente hacia afuera a una dirección radialmente hacia adentro, en donde en la dirección axial entre el elemento de filtro y el separador de agua, es proporcionado un canal de flujo que conecta el extremo puro (de flujo puro) del elemento de filtro con el extremo bruto del separador de agua y a través del cual el combustible o lubricante filtrado fluye en espiral en la dirección radialmente hacia afuera. A través de esta configuración de canal puede conseguirse de esta manera que una velocidad más baja de flujo esté presente en el extremo bruto del separador de agua que en el extremo puro del elemento de filtro, por medio de lo cual, como se describió en detalle en el párrafo anterior, puede ser incrementada la velocidad de sedimentación para el agua que será separada, y por lo tanto, puede mejorarse el grado de separación. Además, debido a esta guía de flujo dentro del dispositivo de filtro, un diseño particularmente compacto del mismo es posible, lo cual es de una ventaja particular en específico con respecto al espacio disponible de instalación que se vuelve más y más pequeño en los compartimientos del motor moderno.
En una modalidad ventajosa adicional de la solución de acuerdo con la invención, el elemento de filtro y el separador de agua son formados, ya sea como componentes separados o como un componente de combinación única. La formación como componentes separados ofrece la ventaja de que el elemento de filtro y también el separador de agua pueden ser reemplazados según se requiera, es decir, de manera individual, de modo que puede evitarse el reemplazo innecesario del elemento de filtro o el separador de agua cuando sólo el separador de agua o el elemento de filtro, de manera respectiva, se encuentre preparado para ser reemplazado. En contraste, la formación como componente de combinación tiene la ventaja de que siempre ambos componentes, es decir, el elemento de filtro y también el separador de agua son reemplazados, por medio de lo cual por un lado, el trabajo de ensamble y desensamble puede ser reducido y de esta manera, puede ser realizado en un modo de costo más efectivo y por otro lado, pueden esperarse costos más bajos de almacenamiento y logística debido a que en el caso de un componente de combinación no es necesario el almacenamiento o la administración de manera logística de los dos componentes separados .
De manera ventajosa es proporcionado un aglutinador en el extremo puro del elemento de filtro, en particular, en el lado exterior de un faldón interior. Este aglutinador puede ser adaptado, por ejemplo, en un modo definido al comportamiento de coalescencia o aglomeración del líquido que será separado, en este caso el agua, por medio de lo cual, puede conseguirse un grado particularmente alto de separación de agua. De manera usual, los materiales porosos, mallas de alambre y elementos de empacado a través de los cuales fluye la mezcla del líquido son utilizados como el aglutinador. De manera general, los aglutinadores funcionan siempre de acuerdo con el mismo principio; éstos forman una barrera o protección para las gotitas pequeñas del material que será combinado y las gotitas son capturadas en la barrera y se aglutinan, de manera gradual para formar unidades más grandes. Una vez que las gotitas aglutinadas alcanzan un cierto tamaño predefinido, debido a la gravedad, éstas pueden correr a lo largo del aglutinador y pueden ser colectadas por debajo del mismo. De manera general, los materiales de coalescencia son económicos y pueden ser producidos en casi cualquier modalidad.
Las características importantes adicionales y ventajas de la invención se generan a partir de las subreivindicaciones , de las figuras y de la descripción asociada de las figuras.
Se entenderá que las características mencionadas con anterioridad y las características que serán explicadas de aquí en adelante pueden ser utilizadas no sólo en la combinación respectivamente mencionada sino también en otras combinaciones o solas sin apartarse del contexto de la presente invención.
Las modalidades preferidas de ejemplo de la invención son ilustradas en las figuras y son explicadas en la siguiente descripción en mayor detalle, en donde los números idénticos de referencia se refieren a los componentes idénticos, o similares, o f ncionalmente idénticos .
En las figuras, se muestran de manera esquemática : La Figura 1 muestra una vista en corte a través de un dispositivo de filtro de acuerdo con la invención.
La Figura 2 muestra una ilustración detallada de una modalidad posible de un dispositivo de filtro que tiene un separador de agua.
La Figura 3 muestra una ilustración como en la Figura 2, aunque de una modalidad ligeramente diferente.
La Figura 4a muestra un separador de agua que tiene un tubo acoplado con el mismo como mandril de recepción para un elemento de filtro.
La Figura 4b muestra un elemento de filtro que puede ser recibido o acoplado con el mandril de acuerdo con la Figura 4a.
La Figura 5 muestra un corte longitudinal a través de un dispositivo de filtro de una modalidad adicional .
La Figura 6 muestra una ilustración como en la Figura 4a, aunque en una vista en despiece.
De acuerdo con la Figura 1, un dispositivo de filtro 1 de acuerdo con la invención que es formado, por ejemplo, como un filtro de combustible comprende un alojamiento de filtro 2 y un elemento de filtro anular 5 que es colocado en el mismo y a través del cual el flujo penetra en la dirección radial del extremo bruto 4 al extremo puro 3. En este caso, el extremo bruto 4 es localizado en posición radial en el exterior, mientras que el extremo puro 3 del elemento de filtro 5 es colocado en posición radial en el interior. En el extremo puro 3 del elemento de filtro 5, o de manera más particular, por debajo del último, es colocado un separador de agua 6, el cual también es penetrado por el flujo de una dirección radialmente hacia afuera a una dirección radialmente hacia adentro y que tiene un diafragma anular 7 a través del cual el combustible/lubricante puede fluir aunque es hidrofóbico y se extiende en la dirección axial del elemento de filtro 5.
Junto con las Figuras 2 y 3 que muestran una ilustración detallada del dispositivo de filtro 1 de acuerdo con la invención de diferentes modalidades en la región del separador de agua 6, la funcionalidad del dispositivo de filtro 1 de acuerdo con la invención y en particular, la velocidad de separación del agua incrementada por el separador de agua 6 de acuerdo con la invención, puede ilustrarse con claridad. En primer lugar, el combustible que será filtrado fluye del extremo bruto 4 a través del elemento de filtro 5 hacia el extremo puro 3 del mismo. Después de abandonar el elemento de filtro 5 en el extremo puro 3, de acuerdo con las Figuras 1-3, el combustible fluye hacia abajo en una dirección sustancialmente vertical, es decir, en la dirección axial del dispositivo de filtro 1 hasta el canal de flujo 8 colocado en la dirección axial entre el elemento de filtro 5 y el separador de agua 6, el canal de flujo conecta el extremo puro 3 del elemento de filtro 5 con el extremo bruto 4' del separador de agua 6 y a través del cual el combustible fluye en forma espiral y radial hacia afuera, de modo que en el extremo bruto 4' del separador de agua 6, la velocidad de flujo está presente que es más baja de lo que era en el extremo puro 3 del elemento de filtro 5. La forma del canal de flujo 8 corresponde, de manera sustancial, con la de un espacio hueco anular a través del cual el flujo penetra en la dirección radial del interior hacia afuera. El flujo generado de este modo fluye en dirección tangencial a lo largo del diafragma 7 el cual por ejemplo, también puede ser formado como un inserto de criba. El flujo puede ser generado por ejemplo, por rebordes que son acoplados con la pared de canal de flujo 15. De manera principal-, los rebordes pueden cumplir dos funciones al mismo tiempo, las cuales son principalmente, mantener el disco de extremo inferior 12 del elemento de filtro 5 a una distancia del separador de agua 6, de modo que pueda asegurarse una sección transversal de flujo constante del canal de flujo 8, y en segundo lugar, por medio de la forma de los rebordes, el flujo del combustible puede ser influenciado. Para generar el flujo en espiral, por ejemplo, pueden utilizarse rebordes doblados, los rebordes son curveados en una dirección radial hacia afuera.
Debido a la velocidad más baja de flujo en el extremo bruto 4' del separador de agua 6, es posible una sedimentación particularmente buena de las porciones de agua llevadas a lo largo en la mezcla de combustible en este lado, de modo que las porciones de agua pueden acumularse debido a la gravedad en la cámara de colección de agua 9. Debido a las fuerzas centrífugas, la rotación de la mezcla de combustible-agua en el extremo bruto 4' del separador de agua 6 tiene un efecto positivo en la separación de agua y combustible. El paso a través del diafragma 7 tanto como sea posible para el combustible es significativamente más difícil para el agua debido a que el diafragma 7 es formado para ser hidrofóbico, es decir, es al menos repelente al agua. Este diafragma hidrofóbico 7 puede ser formado en particular como una criba o una malla de alambre.
La rotación del combustible/lubricante en el extremo bruto 4' del separador de agua 6 evita la formación de flujos locales fijos alrededor de una gota de agua, este flujo podría retener la gota en el diafragma y podría empujar, de manera eventual, la gota a través del mismo, y de esta manera, facilita la sedimentación de las porciones de agua llevadas en la mezcla de combustible. Aquí, el separador de agua 6 (la producción relacionada o que puede ser influenciada en forma de construcción) puede tener regiones que son distribuidas a través de la circunferencia y que tienen diferentes velocidades de flujo del combustible/lubricante del exterior hacia adentro. La cantidad más grande de agua está presente en el diafragma 7 en las regiones con altas velocidades de flujo. La gota de agua se adhiere al diafragma 7, el combust ible/ lubricante fluye alrededor de la gota de agua y empuja la misma con una fuerza sobre el diafragma 7. Con el objeto de que la fuerza de gravitación pueda jalar la gota hacia abajo, la "fuerza de fricción (el diafragma 7 no es liso; en algunos casos, un ajuste de forma entre la gota y el diafragma 7 puede formarse) entre el diafragma 7 y la gota tiene que ser superada. En regiones con bajas velocidades de flujo, las fuerzas que empujan la gota de agua sobre el diafragma 7 son más bajas; a una velocidad de flujo de cero, las fuerzas también son de cero. En estas regiones, es más fácil que la fuerza de gravitación jale hacia abajo la gota que en las regiones con altas velocidades de flujo. Ahora, la rotación de la cantidad de combustible transporta las gotas de agua separadas sobre el diafragma 7 a través de las regiones presentes o construidas con altas y bajas velocidades de flujo. De preferencia, en regiones con baja velocidad de flujo, en particular si las geometrías/rebordes de soporte bloquean la vía de dirección a través del diafragma 7, las gotas de agua sobre el diafragma 7 se hunden hacia abajo y se acumulan en la cámara de colección de agua 9.
Si se requiere, el agua separada puede ser descargada de "la cámara de colección de agua 9, en donde también es concebible que como se muestra en la Figura 1, una cámara de colección de agua 9' adicional sea colocada por debajo de la cámara de colección de agua 9 descrita con anterioridad, en la cámara de colección de agua adicional, el combustible que todavía permanece en el agua separada puede ser separado y puede ser alimentado una vez más en un circuito de combustible.
En particular, en las Figuras 1-3, se muestra con claridad que el combustible, con el propósito de pasar a través del diafragma 7, necesita un cambio de dirección, de modo que el flujo de combustible que corre, de manera inicial en paralelo al diafragma 7 en la cámara cruda 4' el separador de agua 6, es desviado en una dirección ortogonal al diafragma 7. El agua que es más pesada si se compara con el combustible/lubricante, se hunde además hacia abajo en una dirección vertical hacia la cámara de colección de agua 9 tan pronto como la dirección cambia o es llevada fuera por el combustible/lubricante y se acumula sobre la superficie hidrofóbica del diafragma 7.
Con el propósito de tener la capacidad de simplificar la instalación del separador de agua 6 en el dispositivo de filtro 1, este puede ser proporcionado, por ejemplo, de manera que el separador de agua 6 es cónico hacia abajo. Además, pueden proporcionarse un tubo 10 (véase en particular la Figura 6) que sobresale del separador de agua 6 en la dirección axial, el tubo sirve al mismo tiempo como un mandril de recepción que retiene el elemento de filtro 5. De manera opcional, un faldón interior 11 que refuerza el elemento de filtro 5 puede ser proporcionado entre el elemento de filtro 5 y el tubo 10, el faldón interior garantiza que el elemento de filtro 5, que usualmente es formado como una estrella plegada, mantenga su forma deseada. El tubo 10 y el separador de agua 6 son usualmente conectados entre sí en un modo no desprendible , en particular, son soldados juntos.
Con el propósito de tener la capacidad de realizar la reparación o mantenimiento del dispositivo de filtro 1 en un modo individual, este puede ser proporcionado de manera que el elemento de filtro 5 y el separador de agua 6 son formados como componentes separados, y de esta manera, pueden ser reemplazados o mantenidos por separado, según se requiera. En forma alterna, es concebible que el elemento de filtro 5 y el separador de agua 6 formen un componente de combinación única, de modo que cuando se reemplace el elemento de filtro 5, el separador de agua 6 con su diafragma 7 es reemplazado, de manera automática, al mismo tiempo. La última construcción mencionada ofrece la ventaja que en lugar de los componentes separados que primero tienen que ser conectados entre sí en una etapa de ensamble, sólo un componente de combinación tiene que ser almacenado e instalado, por medio de lo cual por un lado, pueden ser reducidos los costos de almacenamiento y logística, y por el otro, también pueden ser reducido los costos de manufactura .
Observando el elemento de filtro 5 de acuerdo con las Figuras 4a y 4b, es aparente que el disco de extremo inferior 12 es formado de tal modo que, en el estado montado en el separador de agua 6, el disco de extremo rodea en forma circunferencial la cámara cruda 4' del separador de agua 6, así como también el último por sí mismo. En contraste con esto, es formado un disco de extremo superior 13 en un modo convencional.
Con el propósito de tener la capacidad de mejorar adicionalmente el efecto de separación de agua, un elemento de coalescencia 14 también puede ser colocado en el extremo puro 3, en particular, en el lado exterior del faldón interior 11. Esto provoca que ya en el extremo puro 3 del elemento de filtro 5, directamente después que el flujo de combustible sale del último, las porciones de agua se acumulan y separan en función del impacto sobre el elemento de coalescencia 14, entonces, las porciones de agua son conectadas entre sí de tal modo que pueden ser descargadas hacia abajo, simplemente llevadas por su fuerza de gravitación hacia la cámara de colección de agua 9. Para facilitar el proceso de descarga del agua separada en el elemento de coalescencia 14, puede ser formada una pared de canal 15 del canal de flujo 8, que se extiende en dirección oblicua hacia abajo en una dirección radialmente hacia afuera. Además, los elementos de guía de flujo no mostrados pueden ser colocados, por ejemplo, en el extremo puro 3 del elemento de filtro 5 y/o en el extremo bruto 4' del separador de agua 6, los elementos de guía de flujo desvían el combustible que fluye en dirección radial hacia adentro a través del elemento de filtro 5 en la dirección circunferencial y con lo cual, afectan el diafragma hidrofóbico 7 que es uniformemente sometido al flujo.
En su totalidad, con este dispositivo de filtro 1 de acuerdo con la invención, puede ser conseguida una separación de agua significativamente mejorada, por medio de lo cual por un lado, puede ser reducido el riesgo de corrosión en el motor de combustión interna corriente abajo y por otro lado, puede ser mejorada la eficiencia del combustible. Obviamente, el dispositivo de filtro 1 de acuerdo con la invención también puede ser formado para el filtrado de lubricantes, en particular, aceites, a partir de los cuales el contenido perjudicial de agua será removido .
Se hace constar que con relación a esta fecha el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (14)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones:
1. Un dispositivo de filtro para un motor de combustión interna de un vehículo de motor, en particular un filtro de combustible o lubricante, que comprende un alojamiento de filtro y un elemento de filtro (anular) que es colocado en el alojamiento de filtro y que es penetrado por un flujo en una dirección radial de un extremo bruto a un extremo puro, caracterizado porque en el extremo puro del elemento de filtro y por debajo del último, es colocado un separador de agua que tiene un diafragma anular hidrofóbico a través del cual el combustible/lubricante puede fluir de una dirección radialmente hacia afuera a una dirección radialmente hacia adentro y que se extiende en la dirección axial del elemento de filtro.
2. El dispositivo de filtro de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento de filtro es penetrado por un flujo de la dirección radialmente hacia afuera a la dirección radialmente hacia adentro, en la dirección axial entre el elemento de filtro y el separador de agua, es proporcionado un canal de flujo que conecta el extremo puro del elemento de filtro con el extremo bruto del separador de agua y a través del cual el combustible/lubricante fluye en forma espiral y radial hacia afuera, de modo que en el extremo bruto del separador de agua, una baja velocidad de flujo y un flujo de entrada, de preferencia, distribuido a través de la totalidad de la circunferencia hacia el separador de agua y un flujo de salida distribuido del mismo modo del combustible/lubricante están presentes, en donde, de preferencia, un flujo de combustible/lubricante de elevación en el extremo bruto del separador de agua es completamente evitado.
3. El dispositivo de filtro de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el extremo bruto del separador de agua es formado como una zona de sedimentación en la cual el agua, debido a la fuerza de gravitación, se sedimenta en paralelo al diafragma colocado en posición vertical del separador de agua dentro de una cámara de colección de agua.
4. El dispositivo de filtro de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-3, caracterizado porque el separador de agua es cónico hacia abajo.
5. El dispositivo de filtro de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-4, caracterizado porque es proporcionado un tubo, el cual sobresale del separador de agua en la dirección axial y que sirve como mandril de recepción para retener el elemento de filtro.
6. El dispositivo de filtro de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque entre el tubo y el elemento de filtro, es colocado un faldón interior que refuerza el elemento de filtro.
7. El dispositivo de filtro de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-6, caracterizado porque el elemento de filtro y el separador de agua son formados como componentes separados o como un componente de combinación única.
8. El dispositivo de filtro de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-7, caracterizado porque el elemento de filtro tiene un disco de extremo inferior que rodea, en forma circunferencial, el separador de agua .
9. El dispositivo de filtro de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-8, caracterizado porque el diafragma del separador de agua es formado como una criba hidrofóbica o una malla (alambre) .
10. El dispositivo de filtro de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 5-9, caracterizado porque el tubo y el separador de agua son soldados juntos.
11. El dispositivo de filtro de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-10, caracterizado porque es proporcionado un aglutinador en el extremo puro del elemento de filtro, en particular sobre el lado exterior del faldón interior.
12. El dispositivo de filtro de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-11, caracterizado porque en el extremo puro del elemento de filtro y/o en el extremo bruto del separador de agua, es colocado al menos un elemento de guía que desvía el combustible que fluye en la dirección circunferencial.
13. El dispositivo de filtro de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-12, caracterizado porque los elementos de guía de flujo son colocados en el canal de flujo, los elementos de guía de flujo generan un flujo que fluye en dirección tangencial al diafragma en el extremo bruto del separador de agua.
14. El vehículo motor, caracterizado porque comprende un motor de combustión interna que tiene un dispositivo de filtro de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-13.
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