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Tanto show, pochi benefici: filtri aria sportivi (Articoli) |
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| Tanto show, pochi benefici: filtri aria sportivi | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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dieselschrauber  23-05-2003, 14:31 |
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![[Filtri aria in prova]](/localfiles/Lufis.jpg) Perché questo confronto?
Affinché un motore eroghi la massima potenza possibile (cioè possa bruciare in modo pulito la maggiore quantità possibile di carburante per fase di lavoro), l'aria deve entrare nei cilindri con la densità più alta possibile, quindi -> possibilmente fredda e -> con la pressione più alta possibile. Poiché ogni perdita di pressione nel sistema di aspirazione riduce la densità dell'aria, tutti i percorsi di aspirazione, compreso il filtro, dovrebbero avere la minima resistenza al flusso possibile. Solo così l'aria arriva al motore con le minori perdite di pressione (in linea di principio inevitabili). In realtà, la pressione nella scatola del filtro aria è già inferiore alla pressione atmosferica, e ciò è particolarmente evidente con portate d'aria elevate, cioè a piena apertura e regimi elevati = Pmax. La conseguente perdita di densità dell'aria aspirata nella maggior parte delle autovetture è causata quasi esclusivamente dal bocchettone di aspirazione, il cui imbocco è spesso il punto più stretto dei percorsi di aspirazione attraverso cui deve passare tutta l'aria. Per esempio, nei TDI depressioni fino a circa 50 mbar dopo il bocchettone di aspirazione, quindi già prima del vero e proprio filtro aria, sono un ordine di grandezza comune. 50 mbar di perdita di pressione rispetto alla pressione atmosferica bloccano in un motore a benzina aspirato circa il 5% della potenza possibile; nei motori sovralimentati (inclusi i TDI) questa perdita viene praticamente compensata del tutto dal turbocompressore. Gli elementi filtranti di carta di serie non causano praticamente alcuna perdita di pressione aggiuntiva, almeno finché sono ragionevolmente puliti. Se, ad esempio, un filtro aria di carta dopo molte migliaia di km provoca 10 mbar di depressione aggiuntiva e un filtro nuovo o diverso (sportivo) comporta solo 4 mbar di perdita, la sostituzione ridurrebbe la perdita di pressione dovuta al filtro di 6 mbar. Questi 6 mbar di guadagno di pressione corrisponderebbero, nei motori a benzina aspirati, a un aumento di potenza pari a circa lo 0,6%, mentre con un bocchettone di aspirazione “normale” si continuano a perdere circa il 5% della potenza possibile. Il bilancio potrebbe essere ancora migliore con gli attuali filtri di carta a spirale con canali filtranti chiusi alternativamente. Questo tipo di filtro offre una superficie molto ampia in dimensioni ridotte. Secondo le esperienze del forum (grazie, Julian  ) i filtri possono però intasarsi già nel normale intervallo di manutenzione, al punto da causare una percepibile perdita di potenza e un aumento dei consumi.
Quando un filtro di carta debba effettivamente essere sostituito si può stimare dalla sua trasparenza alla luce, tenendolo davanti al sole: in un filtro nuovo la luce passa in modo particolarmente evidente attraverso le pieghe della carta, e anche le lamelle lasciano passare un po' di luce. Se invece in un filtro usato non passa più luce o ne passa pochissima, va sostituito. In caso di molta polvere grossolana nel filtro, si può eventualmente migliorare un po' la permeabilità battendolo (battere delicatamente l'elemento con il lato di afflusso su una superficie liscia); di solito però il filtro è così intasato di particelle fini che anche dopo averlo battuto non passa più luce -> sostituirlo. Finché un filtro di carta viene controllato o sostituito regolarmente in base alle condizioni d'uso (quantità di polvere, ecc.), non causa né una percepibile perdita di potenza né un aumento dei consumi. Questo naturalmente non impedisce ai produttori di filtri aria sportivi di pubblicizzare 1. Elementi piatti (detti anche filtri sostitutivi) con indicazioni come “40% in più di passaggio d'aria, migliore accelerazione, velocità massima superiore...” che suscitano negli interessati speranze del tutto utopistiche di guadagni di potenza, immaginabili solo se, ad esempio, un filtro di carta non mantenuto per oltre 200.000 km viene sostituito con un filtro nuovo. In tal caso, per i motivi sopra citati, un filtro di carta darebbe lo stesso guadagno di potenza di un filtro sportivo... Le misurazioni comparative di Rainer con 2 filtri normali e un filtro sportivo confermano che i filtri sportivi sostitutivi, almeno nei TDI, non apportano miglioramenti degni di nota all'alimentazione d'aria del motore.
L'affermazione del maggiore flusso d'aria deve essere verificata qui; a questo scopo, su un Audi A3 TDI con codice motore AHF, tramite uno strumento diagnostico (VAG-COM, ora sistema diagnostico VCDS, funziona anche KOBD2Check) è stato misurato il valore della massa d'aria in 2 diverse condizioni di carico definite (blocco valori di misura 3 nella centralina motore). Sono state inoltre effettuate 3 misurazioni dell'accelerazione da 1800min-1 a 4100min-1 in terza marcia, registrando anche i valori della massa d'aria. Per poter escludere influenze del ricircolo dei gas di scarico, questo è stato temporaneamente disattivato per la misurazione. Anche il climatizzatore è stato spento durante le misurazioni. Il filtro aria in tessuto era stato leggermente nebulizzato con olio 15W40 tramite pistola a spruzzo dopo la pulizia, 6.000 km prima. Condizioni di misura I candidati al test Valori misurati a 924 min-1 / 1197 min-1 Poiché i singoli valori misurati variano leggermente, tutti i 20 valori in ciascun intervallo di regime sono stati mediati. Ecco il quadro che ne risulta: Valori misurati a pieno carico da 1800min-1 a 4100min-1 ![[Piena accelerazione, filtro carta con 12.000 km]](/localfiles/Lufi_full_dreck.jpg) ![[Piena accelerazione, filtro carta nuovo]](/localfiles/Lufi_full_neu.jpg) ![[Piena accelerazione, filtro in tessuto con 6.000 km]](/localfiles/Lufi_full_bmc.jpg) Risultato sorprendente: il filtro aria di carta vecchio mostra il risultato migliore, sia a motore scarico sia a piena accelerazione! Sul motivo si può solo speculare, poiché i due filtri di carta provengono da produttori diversi. È possibile anche che la guida sotto la pioggia modifichi la superficie del filtro, tanto da migliorare ulteriormente il passaggio d'aria rispetto allo stato di nuovo. Anche i tempi di ripresa misurati da Ulf rientrano tutti in un intervallo ristretto intorno a 5,7 s; non è stata rilevata alcuna variazione della potenza necessaria per azionare il turbocompressore.
Valori misurati da scaricare... Per contrastare la perdita di pressione sopra descritta causata dai bocchettoni di aspirazione stretti, gli specialisti dei filtri hanno inventato 2. Filtri aperti (detti anche filtri a fungo, ecc.). Essi sostituiscono l'intera scatola del filtro aria insieme al bocchettone di aspirazione, cioè la causa principale della perdita di pressione nella zona di Pmax. In realtà sarebbe un approccio sensato, solo che purtroppo i filtri aperti aspirano l'aria direttamente dal vano motore. L'aria è quindi quasi sempre più calda di quanto sarebbe con il filtro di serie, poiché l'imbocco di aspirazione di quest'ultimo si trova di solito davanti al radiatore, in un passaruota interno o in altre zone fresche. Sulla base dei calcoli di correzione dei banchi prova si può stabilire la regola pratica secondo cui i motori a benzina perdono l'1% di coppia o potenza ogni 6°C di aumento della temperatura dell'aria aspirata. Così all'aumento di pressione favorevole alla potenza dei filtri aperti si contrappone solo nella fascia di regimi elevata una perdita di potenza permanente dovuta all'aria più calda. Nella fascia di regimi media e bassa e a carico parziale, dietro i filtri di serie (puliti) non si crea praticamente in nessuna auto una perdita di pressione. Quindi un filtro aperto non può apportare alcun miglioramento (meno perdite di zero non è possibile), ma il problema dell'aria calda si fa sentire in pieno, con conseguente perdita di coppia, peggiore risposta, ecc. Nella fascia di regimi alta decide il bilancio complessivo specifico del veicolo tra guadagno di pressione e aumento della temperatura dell'aria aspirata se il montaggio di un filtro aperto aumenti o riduca la potenza del motore. Il miglior bilancio di potenza dei filtri aperti si ottiene quindi a regimi elevati e con aria più fredda possibile nel vano motore, cioè a motore freddo. In altre parole: I filtri aperti danno il maggior guadagno di potenza se si spinge subito il motore a piena apertura fino al limitatore dopo l'avviamento a freddo 
Nei TDI elaborati con forte aumento della pressione di sovralimentazione, la riduzione della depressione di aspirazione può avere senso per sollevare un po' il compressore da regimi estremi, ma le temperature di aspirazione più elevate aumentano ulteriormente le sollecitazioni termiche, già di per sé più forti, di motore e compressore :evil: Nei TDI non elaborati, l'effetto principale dei filtri aperti sulla meccanica del motore consisterà nell'aspirazione di aria calda, il che riduce piuttosto la potenza, come descritto, invece di aumentarla. Soprattutto nella zona aspirata ai bassi regimi, la coppia sarà ridotta rispetto alla serie a causa della ridotta quantità di carburante iniettata (limitazione del fumo). Quando il compressore entra in azione (in ritardo) a piena apertura e supera la limitazione del fumo tramite la limitazione di coppia, l'aumento di coppia sarà logicamente misurabilmente più forte rispetto alla condizione di serie. Poiché un devoto guidatore di filtri sportivi tende a percepire solo le cose positive, la peggiore partenza nella zona aspirata viene semplicemente ignorata e si percepisce solo il colpo del turbo più evidente -> Wow!  :D
Per risolvere il problema dell'aria calda, i produttori di filtri offrono di solito 2 ricette: 1. Lamiere di schermatura tra blocco motore e filtro. Per fare un paragone, immaginiamo un ricercatore di filtri che d'inverno, in una stanza ben riscaldata, aspira aria con un aspirapolvere sopra un termosifone (= il motore caldo). All'improvviso l'uomo dice che l'aria aspirata in realtà è troppo calda (che sorpresa, se prima aspirava aria fredda dall'esterno) e presenta come soluzione al problema un pezzo di lamiera montato tra il termosifone e il tubo dell'aspirapolvere. Poi il ricercatore continua ad aspirare aria dalla stanza riscaldata, ma ora sostiene che la temperatura di aspirazione si è notevolmente abbassata e che il problema dell'aria calda è così risolto. Chi ci crede, beato lui... :lol: 2. Tramite tubi per alimentare il filtro con aria fredda il motore dovrebbe aspirare di nuovo aria più ricca di ossigeno. I tubi dovrebbero essere installati in modo che un'estremità si trovi accanto al filtro. Evidentemente i produttori di filtri sospettano nei loro prodotti una sorta di intelligenza che riconosce l'imbocco del tubo vicino e d'ora in poi aspira solo miratamente in quella direzione. Oppure sperano che almeno i loro clienti si immaginino una cosa del genere... In realtà, invece, l'aria calda si accumula sopra, sotto il cofano motore, intorno al filtro, a causa della naturale stratificazione termica. Il motore continuerà quindi ad aspirare aria calda, invece di risucchiare l'aria fredda “in salita” attraverso il tubo. Se l'apertura di ingresso del tubo è orientata in avanti, il vento relativo può mettere in moto il desiderato flusso di aria fredda verso il filtro. Tuttavia, la portata di aria fredda così ottenibile, a seconda di cilindrata, regime, velocità, diametro del tubo e carico motore o pressione di sovralimentazione, copre solo una parte del fabbisogno d'aria del motore; in più, a seconda dell'orientamento del tubo, una parte dell'aria fredda convogliata con tanta cura passerà oltre il filtro. Ma anche per questo gli strateghi dei filtri hanno una soluzione: si modella (figurativamente parlando) semplicemente l'estremità lato motore del tubo dell'aria fredda in una sfera che avvolge il filtro sportivo, impedendo così l'aspirazione di aria calda. Ora viene aspirata solo aria fredda esterna - e il lettore attento riconosce che qui è stato semplicemente reinventato il vecchio principio del filtro di serie :smash: Per poter distinguere comunque tali prodotti dagli impianti di serie (e venderli con margini di guadagno grassi come sviluppo rivoluzionario proveniente dal motorsport), oltre a un design diverso ricevono anche nomi nuovi che promettono potenza, alta tecnologia, dinamismo, ecc. Qui li chiamiamo 3. Scatole filtro sportive. La loro scatola filtro è spesso notevolmente ridotta rispetto alla serie e dall'esterno è riconoscibile solo come parte ispessita del percorso di aspirazione. Inoltre offrono per lo più tubi o condotti di aspirazione generosamente dimensionati e possono quindi, nella fascia di regimi alta, effettivamente produrre un guadagno di potenza di diversi punti percentuali, se i condotti di aspirazione di serie sono progettati troppo stretti (cfr. sopra). Lo stesso effetto a una frazione dei costi si può ottenere naturalmente anche con il filtro di serie, eliminando le strozzature nei condotti di aspirazione -> Parte 1 in https://community.dieselschrauber.org/it/viewtopic.php?t=6593 Resta come possibile modifica dovuta a una scatola filtro sportiva (a seconda della forma costruttiva della scatola filtro) il prolungamento della colonna d'aria che scorre senza interruzioni rispetto ai condotti di aspirazione di serie. In questo modo si possono creare, amplificare o modificare effetti di sovralimentazione per risonanza, il che spesso cambia anche la caratteristica di potenza percepita del motore. Ciò significa che in determinate fasce di regime è disponibile più coppia, in altre meno coppia. I guidatori convinti delle scatole filtro sportive percepiranno anche qui solo i cambiamenti graditi -> cfr. punto 2. Nei TDI appare in linea di principio pensabile che spostando le risonanze il riempimento dei cilindri venga migliorato nella fascia di regimi più bassa. Allora può essere aumentata la quantità di carburante iniettata tramite la crescente limitazione del fumo, il che, in mancanza di pressione di sovralimentazione, migliora la coppia e sposta un po' l'entrata in funzione del compressore verso regimi più bassi. Nel caso più favorevole, la ripresa ai bassi regimi migliora sensibilmente. Sovralimentazione da vento relativo? Per proteggere motore e sensore di massa d'aria (LMM) dall'acqua aspirata in caso di pioggia, la maggior parte dei condotti di aspirazione di serie è dotata di aperture di scarico per l'acqua, superfici di deflessione dell'acqua davanti alle prese d'aria, oppure gli imbocchi di aspirazione sono orientati obliquamente rispetto al vento relativo, così che la maggior parte delle gocce d'acqua passa oltre l'apertura di aspirazione. Nell'installazione di scatole filtro sportive o nell'ambito della rimozione delle strozzature dei condotti di aspirazione di serie, può essere allettante posare i tubi di aspirazione in modo che l'apertura di aspirazione sia investita direttamente dal vento relativo. A seconda di cilindrata, regime, velocità, sezione dell'apertura di aspirazione e carico motore o pressione di sovralimentazione, si crea una sovralimentazione per pressione dinamica che nel motore aspirato migliora il riempimento dei cilindri e in casi favorevoli può aumentare la potenza di qualche punto percentuale. Nei motori turbo l'effetto si limita piuttosto a un leggero sollievo del compressore. Il tutto funziona però solo se l'intero tratto tra apertura di aspirazione e motore è completamente a tenuta, così che la pressione dinamica faticosamente generata non vada persa. Percorsi di aspirazione sigillati significano d'altro canto che l'acqua aspirata (ad esempio in caso di acquazzone dagli spruzzi del veicolo che precede) non può più defluire prima del motore e quindi entra nel motore non appena il filtro, le superfici interne dei condotti di aspirazione ed eventualmente l'intercooler sono saturi di acqua separata. Molti LMM sono notoriamente allergici all'acqua nell'aria in movimento, il che in tali condizioni d'uso lascia prevedere il loro guasto prematuro. Un motore danneggiato è naturalmente ancora più costoso della sostituzione di un LMM difettoso: Se l'acqua entra nell'apertura di aspirazione, sussiste il pericolo di colpo d'ariete non appena la frazione volumetrica di acqua liquida nel cilindro supera il valore inverso del rapporto di compressione del motore. Esempio: in un motore a benzina con rapporto di compressione 1:11, l'aria viene compressa a 1/11 = 9% del volume aspirato. Se il volume che fluisce nei cilindri contiene più del 9% di acqua, il volume d'acqua è maggiore della camera di combustione, cioè il pistone, sulla via verso il PMS di compressione, va a sbattere contro la parete di acqua non comprimibile. Conseguenza abituale: una o più bielle e/o l'albero a gomiti si piegano, e il motore ha solo più valore di rottame. In un diesel aspirato, a causa del rapporto di compressione più alto, basta già una percentuale d'acqua intorno al 5% nel riempimento dei cilindri per provocare un colpo d'ariete. Nei motori con compressori a monte (turbocompressore, compressore volumetrico...) la cosa è ancora più critica. Prendiamo come esempio un turbodiesel con rapporto di compressione 1:20, 1 bar di sovralimentazione e 3% di acqua nell'aria aspirata. L'acqua occupa già il 6% del volume dell'aria di sovralimentazione dopo il compressore, perché le gocce d'acqua non possono essere compresse. Poiché il volume della camera di combustione è solo il 5% del volume di riempimento, il colpo d'ariete è prevedibile. Tuttavia, il colpo d'ariete di solito non si verifica con il primo sorso d'acqua aspirato. Nel filtro, sulle pareti interne dei tubi di aspirazione ed eventualmente nell'intercooler può prima depositarsi una certa quantità d'acqua, il che equivale a un periodo di grazia per il motore. Solo quando queste zone sono “sature” di acqua separata, la successiva ondata d'acqua sufficientemente forte distruggerà il motore. In questo caso, i filtri sportivi a pori grandi possono lasciar passare l'acqua più rapidamente e, in casi limite, uccidere il motore, mentre un filtro di carta originale riuscirebbe a diluire temporalmente il flusso d'acqua e a salvare il motore. Effetti collaterali dei filtri sportivi sono stati studiati, tra gli altri, dalla ditta Hopa in relazione a problemi al LMM; purtroppo il documento non è più online. Ecco un riepilogo dei punti principali (il problema dell'acqua nel LMM è già stato affrontato sopra): A. I filtri sportivi, indipendentemente dalla forma costruttiva, hanno spesso una peggiore efficienza di filtrazione (a causa dei pori più grandi) rispetto ai filtri di serie e lasciano quindi entrare più sporcizia nel motore. Come rimedio comune, gli elementi filtranti vengono impregnati d'olio, che a sua volta può essere trascinato come nebbia dal flusso d'aria. Se l'olio del filtro si deposita sulla membrana di misura di un sensore di massa d'aria a film caldo, i suoi valori di misura diminuiscono; prima o poi, tramite una riduzione della quantità di carburante iniettata, ciò porta a perdita di potenza ed eventualmente a sobbalzi e/o ad altri disturbi. B. Inoltre, il montaggio di un filtro aperto o di una scatola filtro sportiva può spostare il profilo del flusso nel sensore di massa d'aria, così che rilevi troppa o troppo poca aria aspirata, il che a sua volta scombussola la gestione del motore. Possibili conseguenze: perdita di potenza, sobbalzi o (nei diesel) maggiore emissione di fumo nero. C. Poiché la Hopa si occupa solo di elaborazioni diesel, nel link manca il seguente tema: Molti motori a benzina hanno un controllo della temperatura dell'aria aspirata (che miscela aria calda aspirata sopra il collettore di scarico con aria fredda a seconda dello stato di funzionamento del motore), il cui scopo è ottimizzare la regolarità di marcia e/o i valori di emissione. Con il montaggio di un filtro aperto o di una scatola filtro sportiva, questo dispositivo deve inevitabilmente essere rimosso, con le relative conseguenze. 4. Conclusione I filtri sportivi aperti e a pannello, da un punto di vista tecnico, offrono in conclusione quasi solo svantaggi rispetto alle soluzioni di aspirazione di serie. Se si allarga il bocchettone di aspirazione spesso un po' stretto dei filtri di serie, il motore (anche dopo un'elaborazione) riceve sempre abbastanza aria, che per di più è ottimamente pulita e fredda - quindi più di quanto la maggior parte dei filtri aria sportivi possa offrire. L'utilità reale dei filtri sportivi aperti e a pannello risiede principalmente in effetti scenici come il rumore di aspirazione più forte nei motori a benzina, l'immagine diversa nel vano motore - e nel guadagno per produttori e distributori. Significativi guadagni di potenza attraverso il semplice passaggio a filtri sportivi, come regolarmente suggerito dalla pubblicità del settore con -> caratteristiche da “hocus pocus” come condotti d'aria contorti nel filtro (ogni vortice, turbolenza o “accelerazione interna” dell'aria nel percorso di aspirazione costa energia, il che alla fine si traduce in una ridotta densità dell'aria, che a sua volta riduce la potenza del motore!) -> descrizioni fuorvianti -> vuote parole d'ordine come dinamico, potente, ottimizzato, ecc. sono praticamente impossibili - a meno che l'impianto filtro aria di serie non sia una costruzione completamente sbagliata con sezioni di flusso molto troppo strette e/o condotti dell'aria inutilmente tortuosi. Solo con le scatole filtro sportive il bilancio appare un po' diverso: con una costruzione sensata (cioè senza acceleratori d'aria interni o altri “hocus pocus”), oltre all'effetto scenico, possono effettivamente produrre piccoli guadagni di potenza localizzati a seconda dell'interazione con il motore. Nel considerare la convenienza economica (un filtro sportivo pulito e riutilizzato molte volte invece di gettare via molti filtri di carta), non si dovrebbero considerare solo i prezzi dei filtri sportivi e di carta, ma anche, per i filtri sportivi, i costi dell'olio per filtro, del liquido di pulizia ed eventualmente dello smaltimento del liquido di pulizia usato - e infine anche se si è disposti ad accettare il “lavoro sporco” della pulizia del filtro. Autori: Ulf & Rainer Tradotto il 01-01-1970, 2:33. |
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