L’Empa sviluppa un metodo di misurazione sofisticato

Particelle di polvere dei freni

L’Empa sviluppa un metodo di misurazione sofisticato

27 gennaio 2021 agvs-upsa.ch – Dall’introduzione dei filtri antiparticolato i motori a combustione emettono sempre meno polveri sottili. Di conseguenza, l’abrasione dei dischi dei freni e degli pneumatici è sempre più al centro dell’attenzione degli esperti di salute e degli ingegneri. Perché neanche loro sono del tutto innocui. Tuttavia, c’è ancora un problema: come misurare correttamente la quantità e la dimensione delle particelle di polvere dei freni?

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Fonte: Empa

pd. La VW Jetta Hybrid sul banco di misurazione a rulli nel centro motori dell’Empa ha una lunga carriera come veicolo di flotta. Dal luglio 2020 viene utilizzata, nella camera di prova, per un nuovo scopo di ricerca: deve produrre polvere dei freni, rigorosamente secondo il ciclo di guida standardizzato WLTP, usato anche per determinare le emissioni di scarico.

L’interesse per le misurazioni della polvere dei freni è recente: nel giugno 2016, una divisione della Commissione economica per l’Europa delle Nazioni Unite (UN/ECE) ha deciso che era il momento di sviluppare un metodo di prova generale per la polvere dei freni che potesse determinare in modo affidabile la massa e il numero di particelle emesse. Tuttavia, il problema non è di facile risoluzione: a differenza di un tubo di scarico che soffia in una direzione, un freno distribuisce le sue particelle in tutte le direzioni. Si aggiungono altre due complicazioni: il freno è collegato a un albero di trasmissione rotante, che deve essere accuratamente sigillato per la misurazione. E un freno ha bisogno di essere raffreddato. Nell’auto, la corrente d’aria, insieme alle lamelle di ventilazione, fornisce un flusso d’aria di raffreddamento. Invece, un freno completamente chiuso su un banco di prova può surriscaldarsi rapidamente.

Il gruppo di lavoro UN/ECE risolve il problema semplificandolo: i test dei freni devono essere effettuati su banchi di prova completamente chiusi che assomigliano a grandi armadi in cui i dischi e le pastiglie dei freni sfregano l’uno contro l’altro. Viene quindi testato soltanto un componente, non tutta l’auto.

«Stiamo provando un approccio diverso», afferma Panayotis Dimopoulos Eggenschwiler, che ha concepito il dispositivo sperimentale all’Empa. «Vogliamo misurare contemporaneamente tutte le emissioni di un’auto durante un test sul banco di prova. Questo è più significativo dei dati di un banco di prova dei freni isolato, che poi devono essere convertiti per le condizioni reali.»

Insieme all’ingegnere Daniel Schreiber, Dimopoulos Eggenschwiler ha sviluppato una variante Empa del test, i cui risultati devono ora reggere il confronto con altri gruppi di lavoro internazionali. La VW Jetta Hybrid è sul banco di prova dell’Empa. Il freno della ruota anteriore destra è stato racchiuso in un alloggiamento metallico appositamente progettato. Un tubo dell’aria compressa convoglia grandi quantità di aria di raffreddamento dalla parte anteriore dell’auto nel guscio di lamiera; allo stesso tempo, l’aria è il mezzo di trasporto delle particelle dei freni abrase. Queste sono dirette in un tubo lungo circa un metro accanto al sottoporta dell’auto e, dopo un breve volo, atterrano su un impattatore a cascata a 13 stadi, uno speciale dispositivo di misurazione che ordina le particelle in base alle dimensioni. Dopo il test, le frazioni di particelle possono essere pesate, analizzate chimicamente e, se necessario, la loro morfologia può anche essere esaminata al microscopio elettronico.

Una volta che la procedura di misurazione funzionerà in modo stabile, la VW Jetta sarà inizialmente utilizzata nel ciclo WLTP prescritto dalla legge fornendo le sue particelle di polvere del freno al contatore. In seguito sono previste altre serie di test. «Vogliamo scoprire, per esempio, se le auto ibride frenano in modo diverso rispetto alle auto con propulsioni convenzionali producendo quindi altre emissioni», spiega il responsabile del progetto. Le auto ibride possono anche frenare grazie al loro motore elettrico e quindi hanno bisogno di usare con minore frequenza i freni meccanici. «Con i valori misurati sarà possibile ottimizzare le fasi di funzionamento delle future generazioni di veicoli e controllare meglio di oggi le emissioni di polvere dei freni.»
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