01 August 2016
TECNICA: Motori, BMW punta tutto sull' efficienza
BMW ottimizza ulteriormente i suoi motori benzina e diesel a 3 e 4 quattro cilindri. Il sistema modulare di costruzione permette di impiegare un’architettura comune e componenti identici. La standardizzazione interessa tutti gli aspetti del motore in linea, cioè un basamento in alluminio con posizione uniforme dei lati di aspirazione e di scarico, la camera di combustione con volume del singolo cilindro di circa 500 cc e la posizione delle catene della distribuzione...
BENZINA
TURBODIESEL
Nei propulsori diesel la tecnologia BMW TwinPower Turbo è composta da un sistema di sovralimentazione con uno o più turbocompressori e dall’iniezione diretta di carburante Common-rail. Nei motori rivisitati questi due componenti fondamentali sono stati ampliamente ottimizzati. Il risultato sono l’aumento del rendimento e l’ottimizzazione del comportamento di emissioni.
I propulsori diesel ottimizzati della famiglia di motori Efficient Dynamics consumano in media fino al 5 per cento di carburante in meno ed emettono conseguentemente fino al 5 per cento in meno di CO2 rispetto alla generazione precedente. Ma non è tutto: gli interventi eseguiti all’interno del motore e il post-trattamento dei gas di scarico ottimizzato determinano anche la riduzione degli altri componenti dei gas di scarico.
GEOMETRIA VARIABILE
Per assicurare delle reazioni ancora più rapide agli impulsi del pedale dell’acceleratore e incrementare contemporaneamente il rendimento dei propulsori, le unità turbo di tutti i futuri motori diesel saranno realizzate come sistemi di sovralimentazione a geometria variabile. Questo principio, limitato finora ai quattro cilindri diesel più potenti, prevede un’interazione di precisione dei due turbocompressori di dimensioni differenti: il risultato è un’elasticità che si manifesta già molto presto e si estende linearmente su un ampio arco di regime.
La sovralimentazione a geometria variabile dei nuovi quattro cilindri comprende una fase a bassa pressione con geometria variabile al lato di aspirazione e una fase ad alta pressione. Per ottimizzare sia la rapidità di risposta che l’acustica, entrambi i turbocompressori sono dotati di una moderna tecnologia di cuscinetti radenti.
La fase ad alta pressione del nuovo sistema di sovralimentazione è completamente integrata nel collettore di scarico. Il controllo del sistema avviene nella fase a bassa pressione attraverso palette di sovralimentazione e nella fase ad alta pressione attraverso la valvola di regolazione principale, definita valvola wastegate, nonché un bypass del compressore, entrambi ad azionamento pneumatico.
Questo assicura in qualsiasi momento l’approvvigionamento delle camere di combustione con aria compressa, dosata con la massima precisione in base alla richiesta di carico e alla situazione di guida. In futuro, grazie alla possibilità di regolare il raffreddamento dell’involucro nella fase a bassa pressione, aumenterà nuovamente il rendimento del più potente motore diesel.
AGR
Inoltre, il sistema di ricircolo dei gas di scarico (AGR) sviluppato ex novo contribuisce a ridurre il consumo di carburante e a ottimizzare il comportamento delle emissioni. Il principio, realizzato nei nuovi motori diesel a quattro cilindri come sistema monofase e nei propulsori diesel a tre cilindri come sistema bifase, assicura una riduzione particolarmente ampia delle emissioni di ossidi di azoto (NOX).
Il modulo ad alta pressione del sistema di ricircolo di gas di scarico (AGR) utilizzato in tutti i motori della prossima generazione convoglia i gas di scarico, raffreddati o non – a seconda del fabbisogno – dal collettore all’impianto di aspirazione, passando attraverso una valvola a regolazione continua.
I nuovi motori tre cilindri diesel dispongono inoltre di un modulo ricircolo dei gas di scarico a bassa pressione. Questo modulo, dotato anch’esso di sistema di raffreddamento, assorbe i gas di scarico che hanno già passato il filtro antiparticolato diesel e sono esenti dunque da particelle di fuliggine, e li convoglia nel condotto dell’aria filtrata.
Il ricircolo dei gas di scarico a bassa pressione può essere utilizzato anche nei campi della mappatura del motore in cui la differenza di pressione all’interno del sistema di sovralimentazione non è sufficiente per attivare il ricircolo dei gas di scarico ad alta pressione.
INIETTORI
Anche il sistema d’iniezione diretta Common-rail dei nuovi motori diesel a tre e a quattro cilindri funziona a una pressione aumentata e con maggiore precisione. La versione attuale degli iniettori è equipaggiata con sensori rivisitati che permettono di dosare il carburante da iniettare con particolare precisione.
In presenza d’iniezioni multiple, è possibile ridurre così anche gli intervalli tra le singole iniezioni di una fase. La polverizzazione più fine del carburante, risultante dall’ulteriore aumento della pressione massima d’iniezione, consente di realizzare una combustione particolarmente pulita con residui ridotti nei gas di scarico. I sistemi d’iniezione dei motori a tre cilindri raggiungeranno in futuro un valore massimo di 2.200 bar. Nella variante più potente dei propulsori diesel a quattro cilindri il valore di punta salirà a rispettivamente 2.500 e 2.700 bar.
Per assicurare delle reazioni ancora più rapide agli impulsi del pedale dell’acceleratore e incrementare contemporaneamente il rendimento dei propulsori, le unità turbo di tutti i futuri motori diesel saranno realizzate come sistemi di sovralimentazione a geometria variabile. Questo principio, limitato finora ai quattro cilindri diesel più potenti, prevede un’interazione di precisione dei due turbocompressori di dimensioni differenti: il risultato è un’elasticità che si manifesta già molto presto e si estende linearmente su un ampio arco di regime.
La sovralimentazione a geometria variabile dei nuovi quattro cilindri comprende una fase a bassa pressione con geometria variabile al lato di aspirazione e una fase ad alta pressione. Per ottimizzare sia la rapidità di risposta che l’acustica, entrambi i turbocompressori sono dotati di una moderna tecnologia di cuscinetti radenti.
La fase ad alta pressione del nuovo sistema di sovralimentazione è completamente integrata nel collettore di scarico. Il controllo del sistema avviene nella fase a bassa pressione attraverso palette di sovralimentazione e nella fase ad alta pressione attraverso la valvola di regolazione principale, definita valvola wastegate, nonché un bypass del compressore, entrambi ad azionamento pneumatico.
Questo assicura in qualsiasi momento l’approvvigionamento delle camere di combustione con aria compressa, dosata con la massima precisione in base alla richiesta di carico e alla situazione di guida. In futuro, grazie alla possibilità di regolare il raffreddamento dell’involucro nella fase a bassa pressione, aumenterà nuovamente il rendimento del più potente motore diesel.
AGR
Inoltre, il sistema di ricircolo dei gas di scarico (AGR) sviluppato ex novo contribuisce a ridurre il consumo di carburante e a ottimizzare il comportamento delle emissioni. Il principio, realizzato nei nuovi motori diesel a quattro cilindri come sistema monofase e nei propulsori diesel a tre cilindri come sistema bifase, assicura una riduzione particolarmente ampia delle emissioni di ossidi di azoto (NOX).
Il modulo ad alta pressione del sistema di ricircolo di gas di scarico (AGR) utilizzato in tutti i motori della prossima generazione convoglia i gas di scarico, raffreddati o non – a seconda del fabbisogno – dal collettore all’impianto di aspirazione, passando attraverso una valvola a regolazione continua.
I nuovi motori tre cilindri diesel dispongono inoltre di un modulo ricircolo dei gas di scarico a bassa pressione. Questo modulo, dotato anch’esso di sistema di raffreddamento, assorbe i gas di scarico che hanno già passato il filtro antiparticolato diesel e sono esenti dunque da particelle di fuliggine, e li convoglia nel condotto dell’aria filtrata.
Il ricircolo dei gas di scarico a bassa pressione può essere utilizzato anche nei campi della mappatura del motore in cui la differenza di pressione all’interno del sistema di sovralimentazione non è sufficiente per attivare il ricircolo dei gas di scarico ad alta pressione.
INIETTORI
Anche il sistema d’iniezione diretta Common-rail dei nuovi motori diesel a tre e a quattro cilindri funziona a una pressione aumentata e con maggiore precisione. La versione attuale degli iniettori è equipaggiata con sensori rivisitati che permettono di dosare il carburante da iniettare con particolare precisione.
In presenza d’iniezioni multiple, è possibile ridurre così anche gli intervalli tra le singole iniezioni di una fase. La polverizzazione più fine del carburante, risultante dall’ulteriore aumento della pressione massima d’iniezione, consente di realizzare una combustione particolarmente pulita con residui ridotti nei gas di scarico. I sistemi d’iniezione dei motori a tre cilindri raggiungeranno in futuro un valore massimo di 2.200 bar. Nella variante più potente dei propulsori diesel a quattro cilindri il valore di punta salirà a rispettivamente 2.500 e 2.700 bar.
PRODUZIONE
In futuro, sia nella produzione dei motori a tre che a quattro cilindri con basamenti in alluminio le canne cilindri con rivestimento ottenuto con arco voltaico a filo saranno sottoposte a un nuovo processo di lavorazione. Lo stato attuale prevede le canne dei cilindri con diametro identico in tutte le sezioni.
In futuro, sia nella produzione dei motori a tre che a quattro cilindri con basamenti in alluminio le canne cilindri con rivestimento ottenuto con arco voltaico a filo saranno sottoposte a un nuovo processo di lavorazione. Lo stato attuale prevede le canne dei cilindri con diametro identico in tutte le sezioni.
Già durante l’assemblaggio della testata cilindri, ma soprattutto durante l’esercizio del motore, in conseguenza a forze termiche e dinamiche la parte superiore delle canne cilindri si estende. A seconda della configurazione dei pistoni, ciò determina nella sezione superiore delle canne un gioco con impatto negativo sull’acustica del motore oppure un aumento dell’attrito nella parte inferiore delle canne che influenza negativamente l’efficienza.
Il nuovo processo produttivo, utilizzato per la prima volta per un motore di serie, tiene conto di queste deformazioni che si manifestano dopo la produzione. Per compensarle la sezione inferiore delle canne cilindri viene leggermente allargata. La geometria desiderata si ottiene attraverso un movimento di sollevamento assiale con rotazione sovrapposta.
Durante l’esercizio del motore, grazie all’allargamento nella sezione superiore si ottiene un diametro praticamente uniforme in tutte le canne cilindri. Questo permette di ridurre l’attrito dei pistoni senza impatto negativo sull’acustica del motore.
Ulteriori innovazioni che contribuiscono all’aumento del rendimento sono un circuito dell’olio migliorato con raffreddamento dei pistoni variabile e funzionante così sempre in base al fabbisogno momentaneo nonché un sistema di trasmissione a cinghia ottimizzato. Le proprietà acustiche dei motori quattro cilindri diesel vengono ulteriormente ottimizzate applicando una nuova tecnica di lavorazione degli alberi contrappesati.
NOx
Oltre alle misure introdotte all’interno del motore, i futuri propulsori diesel a tre o quattro cilindri sono dotati di un sistema di post-trattamento dei gas di scarico particolarmente efficiente. In aggiunta al filtro antiparticolato diesel e al catalizzatore ad accumulo NOx, montati vicino al motore, tutti i motori diesel della prossima generazione potranno essere equipaggiati con un sistema SCR (Selective Catalytic Reduction). Questa forma di depurazione dei gas di scarico prevede l’aggiunta di una soluzione di urea, definita AdBlue.
Oltre alle misure introdotte all’interno del motore, i futuri propulsori diesel a tre o quattro cilindri sono dotati di un sistema di post-trattamento dei gas di scarico particolarmente efficiente. In aggiunta al filtro antiparticolato diesel e al catalizzatore ad accumulo NOx, montati vicino al motore, tutti i motori diesel della prossima generazione potranno essere equipaggiati con un sistema SCR (Selective Catalytic Reduction). Questa forma di depurazione dei gas di scarico prevede l’aggiunta di una soluzione di urea, definita AdBlue.
La miscela urea/acqua, iniettata con la massima precisione da un modulo di dosaggio raffreddato ad acqua, si trasforma nel condotto dei gas di scarico in ammoniaca e reagisce successivamente all’interno del catalizzatore SCR con gli ossidi di azoto. Il risultato sono azoto e acqua. L’efficienza del post-trattamento dei gas di scarico viene sorvegliata permanentemente da un ulteriore sensore, posizionato a valle dell’unità SCR. Il liquido AdBlue, accumulato in un contenitore separato, viene iniettato nel collettore di scarico dopo essere stato dosato con la massima precisione e senza che il guidatore se ne renda conto.
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