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Intercooler

Qui troverete informazioni di base utili e suggerimenti preziosi sul tema dell'intercooler nei veicoli.

I turbocompressori apportano una maggiore aria di combustione nei cilindri. Tuttavia l'aria viene riscaldata nella compressione comportando anche svantaggi. Quindi tutti i motori sovralimentati sono dotati oggi di un intercooler. Questa pagina vi consente di scoprire il funzionamento del sistema e gli stratagemmi tecnici utilizzati dagli ingegneri dello sviluppo per gestire i requisiti attuali e futuri del settore dell'intercooler. Inoltre trovate qui suggerimenti pratici per la sostituzione dell'intercooler.

Avvertenza di sicurezza importante
Le informazioni tecniche e i suggerimenti pratici riportati di seguito sono stati redatti da HELLA per fornire un supporto professionale alle attività svolte in officina. I dati forniti su questo sito Web devono essere utilizzati esclusivamente da personale tecnico specializzato.

 

CIRCUITO DI RAFFREDDAMENTO DELL'ARIA DI SOVRALIMENTAZIONE: PRINCIPI DI BASE

La tendenza ad aumentare la potenza e a ridurre le dimensioni del motore ha portato sulle autovetture a un aumento del numero di motori sovralimentati, in cui la sovralimentazione oggi avviene fondamentalmente con aria di sovralimentazione raffreddata. Grazie alla maggiore densità dell'aria di sovralimentazione così raggiunta, aumentano la potenza e il rendimento del motore. Tuttavia non è solo il numero dei motori sovralimentati a crescere, ma anche la necessità di raffreddare l'aria di sovralimentazione, a seguito della continua necessità di ridurre consumi ed emissioni. Tutto ciò può essere raggiunto raffreddando l'aria di sovralimentazione con il liquido di raffreddamento anziché con l'aria.

 

Tuttavia, a causa dei costi del sistema, questa tecnologia finora era riservata alle autovetture dei segmenti superiori. Nuovi sviluppi permettono anche di effettuare una regolazione del raffreddamento dell'aria di sovralimentazione. Questo consente sia di ridurre le emissioni di NOx e di idrocarburi, sia di aumentare l'efficacia del post-trattamento dei gas di scarico.

 

Oltre ad aumentare la potenza di raffreddamento, all'intercooler viene richiesto anche di regolare la temperatura dell'aria di ingresso del motore regolando il raffreddamento dell'aria di sovralimentazione.

 

La regolazione della temperatura diventa necessaria per soddisfare le esigenze in continua crescita del post-trattamento dei gas di scarico. In tutto questo la temperatura dell'aria di sovralimentazione svolge un ruolo importante. Il raffreddamento dell'aria di sovralimentazione mediante liquido di raffreddamento, quindi, offre notevoli vantaggi anche ai veicoli industriali.

 

Tipi:
Raffreddato ad aria e a liquido; a raffreddamento diretto e indiretto.

 

Compito:
Aumento della potenza del motore con l'aumento della densità dell'aria di sovralimentazione (più aria di combustione = maggiore percentuale di ossigeno).

 

Caratteristiche:

  • Maggiore potenza di raffreddamento dinamica
  • Rendimento del motore migliorato grazie all'aumento della densità dell'aria di sovralimentazione
  • Temperatura di combustione ridotta, quindi valori dei gas di scarico migliori
  • Meno ossido di azoto
  • Resistenza al calore da -40 °C a 160 °C
  • Pressione di controllo = 20 bar con una pressione di rottura di 50 bar

TURBOCOMPRESSORE: PRINCIPI DI BASE

La potenza di un motore a combustione interna dipende dalla quantità di carburante combusto. Nei motori a benzina, per bruciare completamente 1 kg di carburante sono necessari 14,7 kg di aria. Ecco il cosiddetto rapporto stechiometrico. Un metodo efficace per aumentare la potenza consiste nel sovralimentare i motori a combustione interna.

Sovralimentazione mediante turbocompressore
VIDEO SUL TEMA

Sostituzione dell'intercooler a seguito di un danno al turbocompressore

Sostituzione dell'intercooler a seguito di un danno al turbocompressore.

 

00:57 min

INTERCOOLER A RAFFREDDAMENTO DIRETTO E INDIRETTO: FUNZIONAMENTO

Sulle autovetture la necessità crescente di potenza di raffreddamento si scontra con la riduzione costante degli spazi nella zona anteriore del veicolo. Oggi predominano ancora gli intercooler compatti. Per risolvere il problema della ridotta profondità di installazione è possibile ad esempio ingrandire l'intercooler compatto diminuendone lo spessore e montandolo davanti al radiatore del liquido di raffreddamento, come già succede nei veicoli commerciali pesanti. Questa è una soluzione che viene adottata sempre più spesso. Tuttavia in molti veicoli non è possibile adottare questa soluzione, perché lo spazio necessario è già stato destinato ad altri scopi oppure è stato sfruttato per soddisfare altre esigenze (ad esempio per integrare la protezione dei pedoni). Grazie a due nuovi sistemi è possibile risolvere questo conflitto tra spazio e potenza: il pre-intercooler e l'intercooler a raffreddamento indiretto.

Intercooler a raffreddamento diretto

Il nuovo pre-intercooler, alimentato con il liquido di raffreddamento del circuito del motore, trasferisce una parte del calore asportato dall'aria di sovralimentazione dall'intercooler al radiatore del liquido di raffreddamento. Dato che in questo modo il pre-intercooler rimuove il calore supplementare asportato dall'aria di sovralimentazione, dovuto all'aumento della potenza, è possibile mantenere la struttura di un intercooler a blocchi. Il pre-intercooler, anch'esso un radiatore compatto, viene collocato tra il turbocompressore e l'intercooler aria di sovralimentazione-aria. Il pre-intercooler consente di aumentare notevolmente la potenza nei sistemi già esistenti. L'ingombro di un intercooler aria di sovralimentazione-liquido di raffreddamento è pari al 40 - 60% di un intercooler aria di sovralimentazione-aria.

La seconda possibilità di risolvere il conflitto tra spazio e potenza consiste nell'uso dell'intercooler a raffreddamento indiretto.

Intercooler a raffreddamento indiretto

Nelle autovetture, questo sistema di raffreddamento è solitamente costituito da un circuito del liquido di raffreddamento completo, indipendente dal circuito di raffreddamento del motore. In questo circuito sono incorporati un radiatore a bassa temperatura e un intercooler aria-liquido di raffreddamento. Il calore asportato dall'aria di sovralimentazione viene prima trasferito al liquido di raffreddamento e poi ceduto all'aria ambiente attraverso un radiatore liquido di raffreddamento a bassa temperatura. Questo radiatore si trova nella parte frontale del veicolo, dove viene montato l'intercooler aria di sovralimentazione-aria nei convenzionali intercooler raffreddati ad aria.

Dato che il radiatore a bassa temperatura occupa molto meno spazio rispetto a un intercooler aria di sovralimentazione-aria, si crea posto nel frontale. Inoltre vengono a mancare anche i voluminosi condotti di sovralimentazione tra frontend e motore. In generale il "packaging" viene notevolmente semplificato, migliorando di conseguenza il flusso d'aria di raffreddamento nel vano motore.

 

Rispetto al pre-intercooler (raffreddamento diretto), l'intercooler a raffreddamento indiretto ha i seguenti effetti positivi:

  • Caduta di pressione dell'aria di sovralimentazione notevolmente ridotta
  • Dinamica motore migliorata grazie al minore volume della sovralimentazione
  • Maggiore potenza di raffreddamento dinamica
  • Rendimento del motore migliorato grazie all'aumento della densità dell'aria di sovralimentazione

REGOLAZIONE DELLA TEMPERATURA DELL'ARIA PER IL PROCESSO DI COMBUSTIONE NEL MOTORE

Dopo un avviamento a freddo e in presenza di temperature esterne estremamente basse durante la marcia è meglio arrestare l'intercooler. In questo modo motore e catalizzatore raggiungono più velocemente la temperatura di esercizio ottimale, producendo allo stesso tempo una quantità inferiore di emissioni, principalmente idrocarburi (HC), durante la fase di avviamento a freddo. Con un intercooler aria di sovralimentazione-aria è possibile soltanto tramite un bypass lato sovralimentazione, a costo notevole. Al contrario, nell'intercooler a raffreddamento indiretto, con una semplice regolazione della portata di liquido di raffreddamento è possibile non soltanto escludere il raffreddamento dell'aria di sovralimentazione, ma anche regolare la sua temperatura. Collegando il circuito del liquido di raffreddamento dell'intercooler a quello del raffreddamento del motore e regolando in modo intelligente la portata del liquido di raffreddamento, è possibile utilizzare l'intercooler a raffreddamento indiretto per regolare la temperatura dell'aria di sovralimentazione. Attraverso l'intercooler può quindi passare il liquido di raffreddamento caldo del circuito del motore oppure il liquido di raffreddamento freddo del circuito di bassa temperatura.

 

La regolazione della temperatura dell'aria di sovralimentazione è importante per il post-trattamento dei gas di scarico svolto dal filtro antiparticolato e dai catalizzatori. Entrambi necessitano di una determinata temperatura minima del gas di scarico per garantire un funzionamento ottimale. Nel catalizzatore questa temperatura minima corrisponde a quella della sua temperatura di messa in moto, nel filtro antiparticolato alla temperatura di rigenerazione necessaria per la combustione della fuliggine. Durante il funzionamento del veicolo a carico parziale (circolazione urbana, soste frequenti), queste temperature dei gas di scarico non vengono sempre raggiunte. Anche in questi casi è possibile ridurre le emissioni interrompendo il raffreddamento o addirittura riscaldando l'aria di sovralimentazione, perché in entrambi i casi la temperatura del gas di scarico aumenta. Entrambe le opzioni possono essere realizzate in modo molto semplice mediante un intercooler a raffreddamento indiretto.

CAMBIO DELL'INTERCOOLER: VIDEO

Sostituzione dell'intercooler

Sostituzione dell'intercooler incluse le istruzioni di smontaggio e rimontaggio.

 

01:27 min

DESIGN MODERNO PER ESIGENZE ELEVATE: INFORMAZIONI UTILI

Confronto della potenza dei nuovi modelli

La superiorità in termini di potenza dei nuovi modelli pre-intercooler e intercooler a raffreddamento indiretto è evidente se si fa un confronto con gli intercooler compatti dominanti al giorno d'oggi e con gli intercooler piani con maggiore rendimento:

  • l'intercooler viene migliorato notevolmente;
  • inoltre con l'intercooler a raffreddamento indiretto si riduce significativamente la caduta della pressione dell'aria di sovralimentazione.

Intercooler per esigenze di resistenza superiori

L'aumento del carico dell'intercooler in termini di pressioni e temperature richiede un nuovo design e nuovi materiali per la matrice di raffreddamento e i collettori d'aria. Nelle autovetture odierne, all'ingresso nell'intercooler l'aria di sovralimentazione raggiunge una temperatura di 150°C e una pressione di 2,2 bar. In futuro temperatura e pressione saliranno rispettivamente fino a circa 200°C e 3 bar. Per poter sostenere questi valori, i collettori d'aria vengono prodotti in plastica resistente al calore. In alternativa si costruisce l'intercooler, compresi i collettori d'aria, interamente in alluminio.

 

Nei veicoli commerciali si prevedono carichi ancora maggiori. Rispetto ai 200°C e 3 bar di oggi, a causa dei valori limite inferiori per le emissioni prescritti dalla norma EURO 5, si prevedono temperature fino a 260°C e pressioni fino a 4 bar. Modificando la struttura dell'intercooler si abbassa il livello di tensione dovuto al carico di pressione in modo da sopportare carichi maggiori. L'intercooler aria di sovralimentazione-liquido di raffreddamento, grazie alla sua struttura compatta, permette anche una maggiore solidità.