La dispersione del flusso di calore nel vano motore. Caso di studio BMW 4,4L V8 F
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Questo lavoro presenta lo studio della dispersione del flusso di calore a livello del vano motore. I dati sono stati raccolti in tempo reale con una termocamera in diverse modalità di utilizzo del veicolo. I risultati ottenuti dai test consentono di impostare i parametri ottimali…
Il caso di studio ha riguardato le auto delle competizioni di drifting, a causa delle condizioni e della dinamica specifica del drifting, che porta a una scarsa circolazione d’aria attraverso il vano motore destinata al raffreddamento, accentuando così la dissipazione del calore. Le radiazioni termiche e l’aria calda proveniente dal radiatore di raffreddamento del motore riscaldano ulteriormente il filtro dell’aria e il collettore di aspirazione. Anche l’aria aspirata si riscalda, riducendo la propria densità, e le prestazioni del motore calano nella stagione calda. Le temperature del filtro dell’aria e del collettore di aspirazione variano, in questo caso, tra 60 e 85 ̊C, a seconda della velocità del veicolo.[3]
2. CONDIZIONI E MISURAZIONI Sono state effettuate misure comparative sul vano motore, concentrandosi sulle superfici esterne del filtro dell’aria, del condotto di aspirazione e sulle fonti di calore (il radiatore di raffreddamento del motore, l’intercooler, il motore e il radiatore di raffreddamento dell’olio). Sono state studiate due auto da competizione con motori identici, con cilindrata di 4,4l V8, BMW, ciascuna dotata di un diverso filtro dell’aria, come segue: -1ª alternativa (fig. 1; fig. 2) filtro dell’aria superaspirante YXV, sistema dinamico di trasferimento dell’aria (SDTA) e una piastra deflettrice termica integrata; -2ª alternativa (fig. 3; fig. 4) filtro dell’aria sportivo [4]. 2.1.Filtro dell’aria superaspirante YXV Il filtro dell’aria superaspirante YXV (fig.1) è multifunzionale; il problema tecnico che risolve è l’aspirazione e l’aumento della velocità dell’aria allo scopo di incrementare il volume di aria filtrata disponibile per l’alimentazione del motore a combustione interna [1].
2.2.Sistema dinamico di trasferimento dell’aria – SDTA Il sistema dinamico di trasferimento dell’aria (fig. 1) si riferisce a un dispositivo destinato al trasferimento dell’aria all’esterno del vano motore sul filtro dell’aria sportivo e su quello classico, per ottenere un flusso laminare, concentrato sul flusso d’aria e sul suo abbassamento di temperatura, per un aumento del rendimento volumetrico del motore a combustione interna [1].
2.3.Piastra deflettrice termica integrata Il problema tecnico che la piastra deflettrice termica integrata risolve (fig. 2) è la protezione del collettore di aspirazione e del filtro dell’aria dalle radiazioni termiche provenienti dal radiatore di raffreddamento del motore e dal motore stesso[1].
3.MISURAZIONI TERMOGRAFICHE DELLA DISSIPAZIONE DEL FLUSSO DI CALORE Di seguito sono presentate le misure comparative di temperatura del vano motore (panoramica) e della superficie esterna del filtro dell’aria e del condotto di aspirazione, per entrambe le alternative sopra citate. Con la termocamera si possono evidenziare le aree interessate dal trasferimento termico, risultato della dissipazione del calore attraverso il vano motore. Le misure sono state effettuate quando le auto da drifting sono uscite dalla pista
L’aria aspirata si riscalda riducendo la propria densità, le prestazioni del motore calano soprattutto nella stagione calda e le perdite di potenza registrate arrivano fino al 20%.
Le temperature dei filtri dell’aria e del condotto di aspirazione sono diverse, in questo caso, tra 60 e 85 ̊C, a seconda della velocità del veicolo [3].
La dissipazione del flusso di calore dipende dai seguenti parametri costruttivi, relativi al filtro dell’aria e al condotto di aspirazione:
-materiali utilizzati -architettura e superficie esterna I risultati ottenuti sono presentati nella figura 8.
3. RISULTATI FINALI E CONCLUSIONI
Al termine delle misurazioni si può sottolineare il fatto che l’auto dotata del filtro dell’aria superaspirante YXV, del sistema dinamico di trasferimento dell’aria (STDA) e della piastra deflettrice termica integrata (alternativa 1) presenta temperature più basse nell’area del filtro dell’aria e sulla superficie esterna del condotto di aspirazione rispetto allo stesso modello dotato solo del filtro sportivo (alternativa 2) (figura 8).
In conclusione, grazie alle soluzioni implementate nel caso della 1ª alternativa, l’aria di aspirazione nel m.a.i. ha una temperatura inferiore fino al 30%.
L’effetto della riduzione della temperatura dell’aria di aspirazione ha portato a un miglioramento del rendimento di riempimento dei cilindri del motore, evitando così la comparsa dei fenomeni di surriscaldamento del m.a.i. che si incontrano frequentemente nei motori delle auto da drifting.
Scritto da: Lector Eng Dr.Corneliu BIRTOK-BĂNEASĂ ( Autori associati: Politehnica University of Timisoara, faculty of Ingineering Hunedoara)
