Ecco come è fatto il nuovo motore da 381 cavalli che equipaggia i primi modelli M a gasolio
L’importanza dei moderni motori diesel è sottolineata da prestazioni elevate. La potenza di picco realizzabile con questa tipologia di propulsore, ma soprattutto la coppia massima, ne hanno favorito la loro popolarità tra gli automobilisti che amano la guida sportiva. L’elevato rendimento della tecnologia diesel permette inoltre di raggiungere dei valori di consumo del carburante e delle emissioni di anidride carbonica molto bassi.
La BMW ha apportato un contributo decisivo alla crescente diffusione del motore a gasolio, mettendo a disposizione dei propulsori che definiscono continuamente dei parametri di riferimento nuovi a livello di sportività e marcano contemporaneamente dei nuovi primati di efficienza. La loro evoluzione che iniziò nel 1983 con il primo modello diesel di BMW, è stata completata adesso da un nuovo progresso che non può che affascinante.
I primi rappresentanti della nuova gamma di prodotti, le automobili BMW M Performance, dedicata soprattutto al piacere di guida sportivo, sono alimentati tutti da un motore diesel. Il 6 cilindri in linea di 3 litri dispone di una tecnologia unica su scala mondiale, la massima potenza finora mai raggiunta in un motore a gasolio BMW e un’efficienza esemplare.
Il propulsore montato suo nuovi modelli M550d xDrive berlina e Touring, X5 M50d e X6 M50d eroga da una cilindrata di 3 litri una potenza di picco di 381 cavalli. Non meno impressionante è la coppia massima di 740 Newtonmetri, richiamabile già a partire da un regime di 2.000 giri La caratteristica di questo nuovo propulsore è la sua erogazione lineare di potenza con un’elasticità disponibile fino ai più elevati campi di regime. Questo lo deve alle innovative soluzioni tecniche.
Al centro vi è la sovralimentazione turbo a tre stadi, utilizzata per la prima volta. Grazie allaconfigurazione e alla strategia d’interazione dei tre turbocompressori, il nuovo motore raggiunge un rendimento estremamente alto. Ai regimi bassi, l’interazione coordinata di turbocompressori di dimensioni differenti assicura una elevata rapidità di risposta e nei campi di carico più elevati anche un incremento della pressione di sovralimentazione in dipendenza della richiesta.
BMW è la prima casa automobilistica del mondo a presentare un motore diesel in cui il principio della sovralimentazione a più stadi è stato completato da un terzo turbocompressore. Nel propulsore sviluppato per le automobili BMW M Performance, per la prima volta due turbocompressori ad alta pressione di dimensioni relativamente contenute funzionano insieme a un'unità a bassa pressione, di dimensioni maggiori. L'integrazione di un ulteriore turbocompressore crea delle possibilità nuove per mettere a disposizione la pressione di sovralimentazione necessaria ed assicurare una erogazione di potenza particolarmente efficiente.
Anche la nuova tecnologia M Performance TwinPower Turbo è stata integrata nel propulsore insieme all’intercooler - scambiatore di calore - così da limitare ulteriormente l’ngombro. La costruzione compatta del motore offre le premesse ideali per soddisfare le future norme di protezione dei pedoni. La configurazione dei tre turbocompressori crea inoltre un sistema intelligente: sia l’afflusso dei gas di scarico al propulsore che l’approvvigionamento di aria fresca e il convogliamento dell’aria compressa alle camere di combustione sono concepiti in modo tale da permettere alle tre unità di compressione d’integrarsi a vicenda in modo perfetto.
Una ottimizzazione supplementare del rendimento è stata raggiunta attraverso la geometria variabile della turbina dei due turbocompressori che possono reagire con maggiore precisione alle richieste di potenza. Durante l’esercizio a regimi bassi, sopra il minimo, si attiva il primo dei due turbocompressori più piccoli. Grazie alla propria bassa coppia d’inerzia, l’unità reagisce immediatamente, senza alcun ritardo, ai minimi impulsi del pedale dell’acceleratore e alimenta immediatamente le camere di combustione con dell’aria compressa. Il flusso dei gas di scaricoraggiunge successivamente anche il turbocompressore più grande che entra in azione in modo chiaramente percepibile già a partire da un regime di 1.500 giri.
Insieme al turbocompressore più piccolo, già a questo numero di giri esso provvede a mettere a disposizione l’enorme coppia massima di 740 Newtonmetri che è mantenuta costante fino ai 3.000 giri Per incrementare ulteriormente la potenza effettiva del grande turbocompressore, a partire da un regime motore di circa 2.700 giri è necessario un maggiore volume di gas di scarico. Al momento in cui è richiesto un carico superiore, una farfalla di scarico regolata a depressione apre immediatamente un condotto che permette ai gas di scarico supplementari di raggiungere il grande compressore a bassa pressione, aggirando il turbocompressore ad alta pressione che è già attivo.
In questo condotto di “by-pass” è integrato il terzo turbocompressore: grazie alla sua bassa coppia d’inerzia e alla geometria variabile del compressore, esso inizia a lavorare immediatamente dopo l’apertura della farfalla. Il risultato è una maggiore pressione di sovralimentazione proveniente contemporaneamente da due fonti: il grande turbocompressore è in grado di erogare tutta la propria potenza, mentre il secondo piccolo compressore completa l'effetto degli altri due, alimentando un maggiore volume d’aria alle camere di combustione.
Con questa configurazione il sistema di sovralimentazione fornisce al motore una spinta enorme, di lunga durata, che gli permette di raggiungere la sua potenza di picco di 381 cavalli-280 kW, disponibile tra i 4.000 e i 4.400 giri. Il numero di giri massimo del nuovo propulsore diesel è di5.400 giri. Al fine di garantire una formazione della pressione di sovralimentazione altamente efficiente,sia l’afflusso dei gas di scarico che di aria fresca ai compressori e l’introduzione dell’aria compressa nelle camere di combustione sono controllati con la massima precisione.
Per evitare la formazione di una indesiderata contro-pressione dei gas di scarico a regimi motore particolarmente elevati, il regolatore funzionante a depressione apre nel turbocompressore più grande una cosiddetta valvola “wastegate”. A bassi regimi invece, una valvola “by-pass” provvede a convogliare l’aria fresca direttamente al compressore funzionante ad alta pressione che inizia immediatamente a lavorare.
Sotto i 2.700 giri è attivata una valvola supplementare che tiene lontana l’aria fresca dal terzo turbocompressore, non ancora attivo in questo campo di regime, così da evitare delle variazioni di pressioni superflue. Il sistema di raffreddamento indiretto dell’aria riduce la temperatura dell’aria compressa dai tre turbocompressori, così da ottenere la temperatura ottimale per incrementare la potenza. Il compressore principale montato direttamente davanti alle camere di combustione e l’unità di raffreddamento intermedia, posizionata dietro il compressore a bassa pressione, sono serviti da un circuito ad acqua a bassa temperatura funzionante con una pompa elettrica separata.
Il nuovo motore diesel, caratterizzato da una marcata briosità ed elasticità, raggiunge una potenza specifica di 93,6 kW per litro di cilindrata, segnando anche in questo campo un nuovo primato. La potenza realizzata attraverso la nuova tecnologia M Performance TwinPower Turbo non è generata dal sistema di sovralimentazione, ma dal nucleo del motore di base che è stato anche ampliamente rivisitato. Rispetto al motore diesel finora più potente della gamma di motorizzazioni BMW, la pressione massima di combustione è aumentata da 185 a 200 bar. A questo scopo ilnuovo propulsore a gasolio da 3 litri è stato equipaggiato con un basamento nuovo con un innovativo concetto di serraggio a vite dei coperchi dei cuscinetti di banco e della testata cilindri.
I coperchi sinterizzati dei cuscinetti di banco sono ulteriormente stabilizzati da un serraggio centrale a vite. Analogamente al basamento, anche la testata cilindri viene sottoposta a un particolare processo di compressione ad alta pressione. Questo processo, definito anche “HIPen”, prevede il riscaldamento dei componenti in alluminio fuso fino alla temperatura di solubilizzazione e la saldatura ad alta pressione dei pori della fusione. Il componente finito si distingue così per una maggiore resistenza.
La stabilità termica dei colletti dei cilindri è garantita da una doppia foratura diagonale.L’albero motore e le bielle sono stati ottimizzati nelle loro rispettive geometrie e sono realizzati in materiali altoresistenziali. Oltre all’aumento dell’altezza di compressione, i pistoni sono dotati adesso di boccole del mozzo e di bordi degli incavi rifusi. Anche il sistema d’iniezione del nuovo motore diesel 6 cilindri in linea è stato sottoposto a un processo coerente di ottimizzazione.
Grazie alla precisione di dosaggio del carburante, anche l’iniezione diretta Common-rail contribuisce sia all’efficienza del propulsore che a una combustione pulita. Nella nuova versione gli iniettori piezoelettrici del sistema lavorano ad una pressione d’iniezione potenziata fino a 2.200 bar. In ogni ciclo di lavoro sono eseguite tre pre-iniezioni, un’iniezione principale e quattro post-iniezioni. Una pompa particolarmente efficiente alimenta il carburante alle camere di combustione attraverso un flauto comune (common-rail) in acciaio fucinato. Sono state inoltre aumentate ulteriormente la potenza e la capacità del sistema di raffreddamento.
Per raffreddare l’intercooler è stato aggiunto un circuito supplementare a bassa temperatura che è approvvigionato da una pompa ad acqua elettrica. Il post-trattamento dei gas di scarico include unfiltro anti-particolato diesel e un catalizzatore ad ossidazione, entrambi sistemati in un involucro comune montato vicino al motore. L'aumento della potenza del sistema di raffreddamento dei gas di scarico minimizza la formazione di ossidi di azoto. In combinazione con la tecnologia BMW BluePerformance, di serie, che comprende un catalizzatore ad accumulo NOx, il nuovo motore a gasolio della M550d xDrive soddisfa già oggi la norma antinquinamento Euro 6, che entrerà in vigore a partire dal 2014.
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