Efficient Dynamics: in occasione degli Innovation Days 2016, BMW Group annuncia l’arrivo di nuovi motori nella sua gamma di vetture a marchio BMW. Anche le nuove unità di propulsione si basano sul sistema modulare di costruzione di motori che permette di applicare principi uniformi, un’architettura comune e l’utilizzo di componenti identici. La standardizzazione interessa in particolare il principio fondamentale 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 centimetri cubi e la posizione delle catene della distribuzione e dei vari gruppi secondari. La tecnologia BMW TwinPower Turbo è ora la caratteristica comune di tutti i motori a benzina e diesel.
Nuova generazione di motori a benzina: aumento di potenza, coppia ed efficienza
Nei motori a benzina la tecnologia BMW TwinPower Turbo è composta dal sistema di sovralimentazione, dall’iniezione diretta di carburante, dal comando variabile della corsa delle valvole di aspirazione (VALVETRONIC) e dalla regolazione continua dei tempi di apertura delle valvole di aspirazione e di scarico (Doppio VANOS). Nell’ambito degli interventi di rivisitazione della famiglia di motori è stato ulteriormente perfezionato il sistema di sovralimentazione, composto da un turbocompressore integrato nel collettore di scarico, in grado di utilizzare una grossa parte della fluidodinamica dei gas di scarico ricircolanti. Il collettore di scarico ed il turbocompressore sono integrati entrambi nella testata cilindri. I carter dei turbocompressori dei motori a tre cilindri sono in alluminio oppure in acciaio, a seconda della variante di potenza; nei propulsori a quattro cilindri vengono utilizzati esclusivamente involucri in acciaio.

Nuovo sistema di iniezione
Gli iniettori posizionati centralmente tra le valvole sono alimentati da una pompa del carburante nuova e da un sistema di condotti modificato e funzioneranno in futuro alla pressione massima elevata a 350 bar. L’incremento della pressione d’iniezione consente di dosare il carburante con maggiore precisione, contribuendo così a un miglioramento della qualità dei gas di scarico in ampi campi di carico.

La nuova pompa del liquido di raffreddamento è dotata adesso di uscite separate per il passaggio del liquido di raffreddamento intorno alla testata cilindri e al blocco motore. Questa modifica aumenta notevolmente l’efficienza della gestione termica. Nei motori a benzina a tre e a quattro cilindri degli alberi contrappesati provvedono a un’elevata rotondità di esercizio, tipica per i propulsori BMW e MINI con tecnologia Efficient Dynamics.

Gli alberi compensano le vibrazioni che si formano durante la trasmissione di potenza all’albero motore. In futuro, un nuovo albero contrappesato e il sistema di azionamento modificato consentiranno di ridurre il peso, di ottimizzare le sollecitazioni e di migliorare ulteriormente le caratteristiche acustiche dei motori a tre cilindri.

I nuovi motori a ciclo Diesel BMW Efficient Dynamics
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 ampiamente ottimizzati. 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.

Doppia sovralimentazione per tutti
Per assicurare delle reazioni ancora più rapide agli impulsi del pedale dell’acceleratore e incrementare contemporaneamente il rendimento dei propulsori Efficient Dynamics, le unità turbo di tutti i futuri motori diesel saranno realizzate come sistemi di sovralimentazione a geometria variabile con doppia sovralimentazione.

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 modernissima tecnologia di cuscinetti radenti.

Come funziona il nuovo sistema bi-stadio
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.

Nuovo sistema di ricircolo dei gas di scarico
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.

Nuovo sistema Common-Rail
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, con tecnologia Efficient Dynamics, 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.

Innovazione in fonderia: nuove canne cilindro riportate
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 della tecnica 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.

Emissioni inquinanti? SCR ed 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. In combinazione con il comportamento ottimizzato di combustione e tutte le altre misure di depurazione dei gas di scarico ciò garantisce che anche nella prossima generazione della famiglia di motori Efficient Dynamics tutte le varianti di propulsori soddisfaranno su scala mondiale sia le norme legali attuali che future di riduzione delle emissioni.