UNA SOLUCIÓN ACERTADA

NOVEDADES DEL ÁREA DE DESARROLLO DE MAHLE: UN INNOVADOR FILTRO DE AIRE CON FORMA DE HERRADURA
Menos espacio disponible, exigencias más severas en lo que se refiere a la seguridad de los peatones: son sólo dos ejemplos de la amplia especificación de compra para el nuevo motor OM 651 de Mercedes-Benz. Este motor diesel de 4 cilindros que en sus versiones más potentes está equipado con 2 turbocompresores, viene instalado en vehículos de la Clase C (W204, modelos 200 CDI, 220 CDI y 250 CDI), de la Clase E (W212, modelos 220 CDI y 250 CDI) así como en el GLK (125 y 150 kW).

El reto para los ingenieros de MAHLE fue desarrollar un filtro de aire que satisfaga tanto las necesidades derivadas del escaso espacio físico disponible debajo del capó como las exigencias de seguridad para el peatón.

¿SEGURIDAD PARA EL PEATÓN? ¿QUÉ ES ESO?
En el caso de las exigencias de seguridad para el peatón se trata de disposiciones del programa de pruebas de colisión Euro-NCAP (European New Car Assessment Programme), una institución independiente de los fabricantes. Esta organización que agrupa ministerios de tráfico, clubes de automóviles y asociaciones de compañías de seguros de Europa ha desarrollado el así llamado ensayo de colisión NCAP, el cual consta de tres partes: la seguridad de los ocupantes adultos, la seguridad de los niños sentados en el asiento trasero y la seguridad de los peatones.

En Europa los vehículos matriculados a partir de 2005 deben cumplir con determinados parámetros para la protección de los peatones en el caso de una colisión. Los fabricantes pueden satisfacer estas exigencias a través de diferentes medidas, por ejemplo, un diseño más blando de la parte frontal del vehículo. La NCAP realiza una evaluación del factor de seguridad de un vehículo para los peatones, otorgando entre 0 y 4 estrellas según la categoría.

¿QUÉ SIGNIFICA ESTO PARA LOS DISEÑADORES DE FILTROS DE AIRE?
Para conseguir el nivel de seguridad requerido se exigió una distancia de separación mínima entre el capó y el punto más alto de la carcasa del filtro de aire para el desarrollo del nuevo motor OM 651. Una complicación adicional venía dada por la necesidad de disponer la unidad de mando del motor encima de la carcasa del filtro de aire. Por esta razón la carcasa del filtro no sólo debía ser de una construcción muy plana, sino que también debía soportar el peso de la unidad de mando del motor. Otro aspecto importante era la característica acústica del filtro de aire.

En resumen, las condiciones que debían satisfacer los diseñadores de filtros eran las siguientes:

• Una construcción lo más plana posible
• La colocación de la superficie de filtrado necesaria para satisfacer los valores específicos de retención de suciedad
• De acuerdo con las especificaciones del cliente, la admisión de aire exterior y la salida de aire filtrada debían disponerse en paralelo de un mismo lado (y no enfrentadas como es habitual
• Una elevada estabilidad y una gran capacidad de carga estática
• Máxima solidez y rigidez para soportar las severas condiciones térmicas y mecánicas de servicio
• Una reducción de la huella acústica para satisfacer los requisitos acústicos y de emisión de ruidos especificados por el cliente
• Una prolongada vida útil

NI REDONDO NI PLANO; CON FORMA DE HERRADURA
Con los diseños constructivos tradicionales de filtros redondos o circulares no era posible cumplir con las exigencias de la especificación de compra. Por esta razón la solución trajo un diseño totalmente novedoso con forma de herradura, a través del cual se podían satisfacer todas las condiciones especificadas a la vez.

COMPACTO Y RESISTENTE
A través de una conducción de aire acertada, aprovechando al máximo el especio disponible dentro de la estructura y con un sistema de refuerzos de la carcasa se consiguieron elevados niveles de estabilidad y una gran capacidad de carga a pesar de su escasa altura. Para conseguir una elevada superficie de filtración con unas dimensiones exteriores mínimas se recurrió a una forma de fuelle en herradura.

PROLONGADA VIDA ÚTIL
En el diseño se prestó especial atención a la utilización homogénea del medio de filtro durante el funcionamiento con el fin de maximizar la vida útil. Para conseguir esta homogeneidad se diseñó la carcasa de tal manera que se produzca una conducción de aire apropiada. El equipo de ingenieros de MAHLE preparó un modelo teórico de cálculo con el fin de verificar el diseño del filtro en una etapa de desarrollo temprana.

BAJO NIVEL DE RUIDOS
Para reducir la emisión acústica se instaló un refuerzo transversal (a modo de tensor) en la parte central del filtro de aire.

ALTA TECNOLOGÍA, TAMBIÉN EN LA FABRICACIÓN
Muchas veces los diseños novedosos también implican innovaciones en el proceso de fabricación. El nuevo filtro de aire con forma de herradura también fue un reto para los expertos en filtros de MAHLE y sus conocimientos sobre las técnicas de producción.

Así por ejemplo el elemento de filtro está plastificado. Esto quiere decir que se calienta la placa de plástico portadora hasta que adquiere una consistencia pastosa como para poder presionar el elemento de papel contra la misma, de modo que cuando el plástico vuelve a solidificar se obtiene una unión mecánica firme y estanca entre ambos materiales. El propio material plástico debe resistir esta presión y no debe deformarse. Para garantizar la seguridad del proceso de fijación del papel contra la placa superior e inferior del cartucho de polipropileno, las piezas fabricadas por fundición inyectada deben ser perfectamente planas.

También fue necesario desarrollar nuevas técnicas de producción para poder pegar el papel de filtro con la placa de soporte del medidor del caudal másico de aire. Estas técnicas de producción ya fueron patentadas y son empleado por MAHLE en exclusiva.

Para mantener estanca la unión entre el medidor del caudal másico y el orificio en el que se aloja durante toda la vida útil del filtro es necesario respetar tolerancias muy estrictas. En la etapa de desarrollo se hizo un cálculo detallado de la fluencia del material plástico durante la inyección de la fundición y la subsiguiente fase de cristalización. Este análisis permitió fabricar las herramientas adecuadas para la fabricación en serie que hoy garantizan una producción segura y estable.

NO SOLO LIMPIO, SINO TAMBIÉN PURO
Incluso partículas de polvo pequeñas que pueden penetrar dentro del módulo de filtro durante el proceso de fabricación y ser aspirados con el motor en funcionamiento pueden provocar problemas en el mismo. Por esta razón la especificación de compra establece requisitos muy severos de limpieza y ausencia de residuos en el filtro. El filtro debe cumplir estrictas condiciones de pureza para la protección del turbocompresor y del sistema de inyección con sus mínimas tolerancias y pequeñísima abertura de toberas. Con el fin de garantizar estas condiciones se fabrica cada filtro en condiciones de sala limpia y se purifica mediante dispositivos de aspiración especialmente desarrollados para este proceso.

DEL MONTAJE SEGURO Y FÁCIL MANTENIMIENTO
Al sustituir el cartucho de filtro de aire hay que separarlo del medidor de caudal másico para volver a ensamblarlo con el cartucho nuevo. Con el fin de facilitar el montaje y desmontaje se ha previsto una superficie deslizante especial en la junta tórica.

La simulación CAE (Computer Aided Engineering) de la distribución de la presión (delta P) muestra la caída de presión desde la admisión (en rojo) hasta la salida de aire filtrado (en azul). Para aprovechar al máximo la capacidad del filtro es necesario que se genere una presión homogénea en el lado exterior (antes de la entrada del filtro).