DOPO FRANCOFORTE: I SEGRETI DELLA MECCANICA

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1 DOPO FRANCOFORTE: I SEGRETI DELLA MECCANICA Grande enfasi sui motori, tornati al centro dell attenzione al Salone di Francoforte di settembre anche perché capaci di fornire all auto una caratterizzazione effettiva, che le permetta sia di superare le difficoltà commerciali presenti in tutti i mercati europei sia le nuove norme antinquinamento e le esigenze di contenimento dei consumi. Vediamoli: MOTORI Motori diesel Motori benzina Motori ibridi pagina 1 di 13

2 1) MOTORI I nuovi motori sono la vera risposta di Francoforte 2005: le grandi case automobilistiche hanno presentato rinnovamenti più o meno consistenti, incentrati sui due fronti: Ed ecco il più potente, o meglio il più efficiente, il BMW cilindri biturbo (foto 1) Motori diesel puliti come i benzina Motori benzina efficienti come i diesel accanto alla versione ibrida, oramai al centro dell offerta tecnologica. 1.1) MOTORI DIESEL Il nuovo motivo tecnico principale è il controllo delle emissioni di NOx e di particolato, oramai oltre i limiti richiesti dalla norma Euro, obbligatoria da gennaio 200, e accompagnato dal sempre accattivante incremento di potenza, con potenze specifiche fino a 91 CV/litro: potenza specifica potenza giri di pot coppia specifica coppia n cilindri cilindrata Cv/lt Cv rpm Nm/lt Nm BMW , 272, , ,00 VW 2.0 TDI mit DPF, , ,00 BMW 320 5,79 13, , , ,00 79,3 177, , ,00 7,7 235, , ,00 7,5 31, , ,00 7, , ,10 10, , , , , , , ,00 ALFA ROMEO 5cil 2. MJET TOYOTA 2,2 D-D mit & Noxcat MERCED ES S 320 CDI mit MERCED ES V mit ALFA 1.9 MJET mit RENAULT 1,5 dci mit RENAULT 1.9 Dci mit HONDA 2.2 mit FIAT 1.3 MjET cm3 Sistema insieme ingegnoso e tutto sommato semplice, in cui il passaggio da una turbina (piccola) adatta a una pronta risposta ai bassi regimi, alla turbina (grande) adatta alla potenza massima e all efficienza energetica è assicurato da una semplice farfalla a flap, gestita elettronicamente (foto 2). caratteristiche emergenti: Sistema common rail ad alta pressione (100/100 bar) e Direct Injection multipla Iniettori piezoelettrici valvole per cilindro, testa piana, camera di combustione nel pistone Turbina a geometria variabile RC ridotto (15/17,9) EGR riscaldato, controllato elettronicamente DPF NOx system control Evoluzione turbogruppo pagina 2 di 13

3 Interessante la camera di combustione Toyota, ricavata nel pistone e innovativa per il più basso (per un diesel) rapporto di compressione (foto ): 15,:1. E foto 3: particolare della farfalla flap. A ruota il VW, sempre con Fap per riduzione del articolato e NOx controller (foto ). Mercedes ha rivoluzionato i propri motori: utilizza una testa a valvole, che unita a raffinatezza meccaniche, come basamenti in alluminio, pistone e bielle alleggeriti, comando distribuzione a catena sottile, raggiunge ora una notevole efficienza, potenza elevata e consumi ridotti, ottimale controllo delle emissioni; il V con intercooler aria-aria (foto 7). Estremamente interessante il nuovo diesel Toyota, al vertice come efficienza; infatti è tra i più potenti, circa 0CV/litro, e ha le minori emissioni NOx, grazie a un catalizzatore ossidante made in Toyota, poi naturalmente la trappola per le polveri (foto 5). E il V con intercooler aria-acqua (foto ). pagina 3 di 13

4 Con camera combustione nel pistone e comando punterie a dito per il V (foto 9). 1.2) MOTORI BENZINA L evoluzione sui motori benzina è ancora più forte e innovativa, grazie alla situazione più favorevole delle emissioni. Le ricerche sul benzina sono state allora concentrate sulla riduzione dei consumi di combustibile, che significa aumentare tutti i rendimenti e quindi, alla fine, anche le prestazioni. Ecco il panorama delle novità più eclatanti, ordinate per potenze specifiche decrescenti: E infine l Alfa Romeo, che supera abbondantemente gli 3 CV/litro con il 5 cilindri (foto 10). Con controllo totale emissioni grazie a catalizzatore ravvicinato, Trappola per polveri, Egr riscaldato; altre caratteristiche interessanti, sempre ordinate per potenze specifiche decrescenti: n coppia cilindr cil unitaria specifica i pme pme alesaggio A/C RC BMW 325 cm3 9,3 Nm/lt 17,10 bar 1,2 bar 23,52 VW 2.0 TDI mit DPF 92,00 177,5 1,1 22,3 BMW ,00 1,0 5 77,0 17,57 1,50 21,0 557, ,92 19, 225,37 9 0,90 15,0 97,3 10,7 1,2 22, ,90 1,00 99,50 12, 1,2 22,9 1,00 17,00 77,50 17,5 17,3 21,0 32,50 15,52 1,1 20,1 ALFA ROMEO 5cil 2. MJET TOYOTA 2,2 D-D mit & Noxcat MERCEDES S 320 CDI mit MERCEDES V mit ALFA 1.9 MJET mit RENAULT 1,5 dci mit RENAULT 1.9 Dci mit mm corsa mm 75,00 157,9 15,10 19,5 HONDA 150 mit 55 15,05 FIAT 1.3 MjET 33,00 1, VW 1, TDI mit 3,7 potenza giri di pot coppia specifica coppia giri di coppia Nm rpm Cv/lt Cv rpm Nm/lt VW 1, TWINCHARGER FERRARI F , ,9 5 RENAULT SPORT 2.0 TURBO 112, BMW M5 M 101, n cilin cilindrata dri cm , AUDI RS 100, , LAMBORGHINI Gallardo 100, , VW 2.0 FSI TURBO 100, , MASERATI Quattroporte 9, , MERCEDES S 00 93, , PORSCHE CAYMAN 7, , ALFA 2,2 JTS, , MERCEDESAMG nuovo V 2, , ALFA 3,2 JTS 1, , HONDA 1, ivtec 77, , MERCEDES S , , ASTON MARTIN DB9 75, , MERCEDES S , , RENAULT 1,2 MODUS 1V 2, Caratteristiche emergenti: potenza specifica pagina di 13 Camera combustione a valvole, compatta Iniezione diretta Variatore di fase Rapporto compressione in aumento Boom dei turbo, in combinazione con iniezione diretta e variatori di fase Controllo sofisticato del battito in testa

5 Foto 13, ingresso e uscita compressore centrifugo. Collettori di aspirazione a geometria variabile Farfalle ausiliare per la turbolenza (tumble) in camera di combustione Evoluzione tecnica dei turbo Basamento in alluminio Il tutto per raggiungere l obiettivo di riduzione del consumo specifico pari al 9-1%, in modo da avvicinarsi al Diesel. Ancora una volta in evidenza il gruppo VW, con l 1. Twincharger, con densità di potenza (CV/l) maggiore di Case sportivissime e con consumi combustibile nel traffico urbano pari a quelli di un motore da utilitaria; il tutto grazie alla riduzione di cilindrata, il cosiddetto downsizing, ma con un alta sovralimentazione unita all iniezione diretta, al variatore di fase, con una innovazione in più: il compressore volumetrico che entra in azione ai bassi regimi, già da 1100 giri/min, per poi escludersi gradualmente (ricordate la Delta S rally gruppo A? Usava lo stesso sistema, anche brevettato da Lancia). Foto 11: camera di combustione a valvole compatta, angolo ridotto tra le valvole di aspirazione e di scarico, iniezione diretta e farfalle tumble nei condotti di aspirazione: Foto 1, particolari ingresso e uscita compressore centrifugo. Foto 15, ingresso compressore a bassi regimi. Foto 12: compressore volumetrico per bassi regimi. pagina 5 di 13

6 Anche Renault rilancia il motore benzina turbo, con ottimi risultati per prestazioni e consumi, anche grazie alla speciale chiocciola della turbina a doppio stadio, foto 1: VW presenta un altro 2.0 benzina turbo, sempre valvole, da 100 CV/l per la Golf GTI, e consumi specifici da motore aspirato, prestazioni impensabili per un motore di serie solo 5 anni fa, evoluzione resa possibile proprio dall iniezione diretta e dalla fasatura variabile; foto 17: Camera di combustione ad alto tumble ricavata nel pistone, foto 19. Farfalle tumble nei condotti, foto 20. Il motore turbo degli anni 0, infatti, era limitato dalla temperatura massima della turbina, che veniva controllata raffreddandola con dosature ricche, da qui i consumi elevati, e fasature poco incrociate, che determinavano un importante turbolag. Tutto è ora risolto con l iniezione diretta, foto 1. pagina di 13

7 Fasatura variabile, e precisi controlli elettronici. Francoforte ne ha sancito definitivamente il successo; ulteriore conferma viene dall Audi RS, con V di.2 litri da 101 CV/lt, il primo a superare gli 000 giri con iniezione diretta (foto 21). E con la maggiore escursione del variatore di fase (foto 25), 50. Altro esempio eccellente di applicazione dell iniezione diretta, con grande tradizione perché fu la prima introduzione per la serie, l Alfa 2.2 JTS, CV/l (foto 22). Il cui schema di iniezione diretta è stechiometrico (foto 23). Porsche, sulla nuova Cayman, migliora prestazioni e consumi del suo boxer aspirato a valvole per cilindro, 7 CV/l, con la distribuzione variabile in fasatura e alzata VarioCam Plus, realizzata con doppio bicchierino concentrico che opera su camme di differente profilo, foto 2. Con camera compatta e condotti tangenziali per un tumble ottimale (foto 2). pagina 7 di 13

8 E foto 27. Insieme al collettore di aspirazione a geometria variabile (foto 30). E aumenta l efficienza di combustione mediante il tumble favorito dal condotto di aspirazione tangenziale, foto 2. Mercedes ha rinnovato tutti i propri motori, finalmente con teste a valvole; e nella nuova classe S presenta il V benzina per la S 350, 3.5 litri con 272 CV (foto 31), Da sempre pioniera nella distribuzione variabile per fasatura e alzata, Honda presenta l ultima generazione del suo V-TEC, sull 1. i-vtec, in grado di ridurre le perdite di pompaggio del 1% grazie a una terza legge di alzata/fasatura per le andature a bassa velocità, sulla nuova Civic (foto 29). il V benzina per la S 500, 5.5 litri con 3 CV (foto 32) con basamento in alluminio presso fuso e canne cilindri in alluminio-silicio. pagina di 13

9 A parte il V12 biturbo rimasto a 3 valvole, i nuovi motori presentano innovazioni per l incremento del rendimento meccanico, volumetrico e di combustione, come l alleggerimento delle masse (foto 33), i condotti moderatamente tangenziali (foto 3) con rami a lunghezza variabile, il variatore continuo di fase elettroidraulico (foto3), il termostato a gestione elettronica e l iniezione diretta: in sintesi, guadagni di prestazioni dell ordine del 25%, di coppia del15% e di consumo del 9% rispetto alle versioni precedenti. Dalla parte opposta delle sofisticazioni tecniche, un esempio efficace e pregevole di buon risultato con piccola spesa, l 1.2 a valvole della Renault Modus: 75 CV con comando delle 2 valvole di aspirazione con una sola camma e dito a due gambe (foto 37). le farfalle per creare la turbolenza di tipo tumble (foto 35), posizionate nei condotti a 100 mm dalla valvola, pagina 9 di 13

10 Motore che è la naturale evoluzione dell attuale cammino dei diesel e benzina: per ambedue l iniezione è già diretta, il rapporto di compressione si sta abbassando nel diesel, alzando nel benzina, sino a convergere in questo CCS, la miscelazione si stratifica su ambedue. La stessa presentazione pone il CCS tra i due motori, il benzina a iniezione diretta FSI, e il diesel TDI: la camera assomiglia più al TDI, con valvole parallele e camera nel cielo del pistone, per raggiungere un rapporto di compressione elevato; la fase di aspirazione è comune ai tre motori (foto 1). Con collettori di aspirazione e scarico a rami lunghi per favorire la coppia a bassi regimi (foto 3, 39). La fase di espansione, con CCS ad accensione spontanea (foto 2), simile al TDI. L innovazione più avanzata nel campo del motore termico la presenta il gruppo VW, con il suo CCS, motore a benzina in cui nel traffico cittadino, per ottenere risparmi di combustibile evidenti, l accensione diventa spontanea, secondo il ciclo Diesel (foto 0). pagina 10 di 13

11 La stessa fase, con CCS ad accensione comandata, simile al FSI. Collettori a geometria variabile Combustione ottimizzata mediante camera compatta, farfalle tumble Audi sulla i Suv Q7, presenta un Ibrido medio, e il responsabile dei motori, l ingegner Wolfang Hatz, è entrato nel salone con la Q7 Ibrida (foto ) Tutti i grandi costruttori stanno lavorando a questo motore che rappresenta il connubio benzinadiesel. Non tutti i costruttori, però, seguono lo stesso approccio di VW e preferiscono destinare la combustione omogenea HCCI al solo diesel, per non perdere i vantaggi dell accensione comandata da candela nei motori a benzina (grande vantaggio della candela è poi quello di riuscire ad accendere un ampia gamma di carburanti, non soltanto la benzina). nel massimo silenzio, spinto dal motore elettrico. La soluzione prevede uno starter-generatore coassiale al convertitore del cambio automatico funzionante sia come generatore nelle fasi si rallentamento e frenata (foto 5) 1.3) MOTORI IBRIDI Dopo il grande successo di Toyota Prius, tutti i grandi presentano il loro ibrido medio, schematicamente costituito da un motore elettrico da circa 5-7 kw, montato intorno al volano motore, con funzione di: Starter avviamento motore termico, nelle fasi di Start-Stop durante la marcia in colonna, o al semaforo Recupero di energia in decelerazione e frenata Incremento di coppia allo spunto, o in accelerazione Motore elettrico per spostamenti a emissione 0 per pochi km Il problema tecnico maggiore consiste nelle batterie di accumulo della energia, che devono avere ingombro e peso limitati, grande autonomia e affidabilità; per quanto riguarda il risparmio nel consumo di combustibile, si arriva, con batterie efficienti al 10-15%, a pari prestazioni; i motori termici sono dei benzina, naturalmente il più evoluti possibile, quindi come abbiamo visto con: Testa valvole Iniezione diretta Variatore di fase sia come motore che incrementa la coppia in partenza o in accelerazione (foto ) pagina 11 di 13

12 Motore a iniezione diretta, valvole, variatore di fase (foto 9). e un pacco batterie sistemato nel baule posteriore (foto 7). BMW presenta una concept X3 ibrida, che riduce i consumi dichiarati del 20% e (foto ) consente un incremento temporaneo di coppia del 50%. Motore elettrico coassiale con convertitore cambio automatico (foto 50). pagina 12 di 13

13 l altro con motore diesel, al momento il solo ibrido abbinato a un motore a gasolio (foto 5). BMW presenta batterie a ingombro limitato, BMW Super Caps, posizionate lungo i longheroni della scocca, e ne reclamizza la grande efficienza (foto 51). Ambedue sono basate sul generatore-motorino d avviamento-motore elettrico coassiale al convertitore del cambio automatico (foto 55). Honda adotta l ultima generazione del suo ibrido, chiamato IMA, sulla Civic, (foto 52) Il motore elettrico Mercedes ha kw e ben 250 Nm; le applicazioni sono presentate sulla nuova S (foto 5). con motore benzina di 1.3 litri da 70 CV con alimentazione i-vtec a 3 stadi. Novità rispetto alle altre applicazioni è il motore elettrico da ben 15 kw, e la distribuzione VTEC, che regola la potenza chiudendo le valvole della distribuzione anziché la farfalla. Così riducono le perdite di pompaggio del motore nelle decelerazioni (quando il generatore ricarica le batterie). Mercedes presenta addirittura 2 ibridi, uno con motore benzina (foto 53), pagina 13 di 13