Condividi su

Articoli - Archivio

02/03/2017
I NUOVI MOTORI PER UN MONDO CHE CAMBIA

Dal motore alle ruote

 

Sistemi a 48 volt, cinghie che spariscono e compressori che evolvono: il motore a scoppio si prepara a nuove sfide

Nicodemo Angì

Se non è giusto addossare ai mezzi di trasporto tutte le colpe dell’inquinamento è comunque indubbia la rilevanza del loro contributo nell’immissione di composti pericolosi nell’atmosfera. Delle contromisure vanno comunque prese ed è quello che l’industria sta facendo, predisponendo nuovi motori puliti ed efficienti. Questa nouvelle vague di propulsori è trasversale, nel senso che va dal segmento premium a quello delle auto più compatte ma ognuno di questi motori condivide con gli altri una progettazione raffinata e tesa a ottimizzarne il rendimento.

 

6 cilindri di classe

Iniziamo parlando del nuovo motore turbo a benzina Mercedes, identificato dal nome M256, un 3 litri 6 cilindri in linea, dato per 400 CV e 500 Nm, che debutterà sulla Classe S. I motori straight-six hanno un’architettura lineare ed “elegante” perché intrinsecamente bilanciata, fino alle forze del secondo ordine, e quindi non bisognosa di contralberi di equilibratura. Un altro vantaggio rispetto al V6 è una maggiore efficienza e semplicità costruttiva: è vero che l’albero motore è più lungo ma il monoblocco è più lineare e la testata è una sola, anche se più ingombrante. Anche la distribuzione è più semplice – 2 alberi a camme contro 4, una sola catena/cinghia di distribuzione – e questo si riflette positivamente anche sugli attriti interni, a vantaggio dell’efficienza. Quello che è un disegno dei più classici viene da Mercedes rivisitato in chiave decisamente moderna, grazie all’adozione dell’alimentazione elettrica a 48 volt per i principali servizi, sovralimentazione compresa. Il motore M256 ha infatti un turbocompressore “intelligente” di ultima generazione coadiuvato da un compressore elettrico che minimizza il turbo-lag: il motore elettrico di azionamento è infatti in grado di raggiungere i 70.000 giri al minuto in soli 300 millisecondi. L’alimentazione a 48 volt, che diminuisce di un fattore 4 la corrente che circola a parità di potenza, riduce drasticamente le perdite nei conduttori e permette di alimentare elettricamente, con un’efficienza migliore, anche le utenze avide di energia come il compressore del climatizzatore e la pompa dell’acqua. L’alimentazione della linea a 48 V è affidata anch’essa ad un componente fuori del comune, l’Integrated Starter-Alternator, una “macchina elettrica” azionata direttamente dall’albero motore. L’ISG agisce da motorino d’avviamento (lo Start & Stop sembra essere impercettibile), recupera energia in frenata e “aiuta” il motore a scoppio con un un boost di 15 kW e 220 Nm, ottimizzandone il punto di lavoro, ulteriormente rifinito dalla fasatura variabile Camtronic. Queste soluzioni hanno permesso di costruire un motore privo di cinghia dei servizi (la casa lo definisce “beltless”), cosa che ha consentito di “accorciarlo” quasi a livello di un V6 di pari cilindrata.

 

Un motore “mondiale”

Di tutt’altra categoria ma perimenti studiato e ottimizzato è il nuovo Firefly, identificato internamente come Global Small Engine, sviluppato recentemente da FCA con un team formato da esperti italiani, brasiliani e americani. Il GSE è destinato a razionalizzare la linea dei motori “piccoli” del costruttore italoamericano. Questo motore nasce in due versioni: 3 cilindri da 999 cc e 4 cilindri da 1,3 litri e verrà prodotto, oltre che in Brasile, anche a Bielsko-Biala in Polonia dal 2018 con un investimento dell’ordine di 250 milioni di euro. Il Firefly è in qualche misura controcorrente: ha una testa a 2 sole valvole e non nasce con il turbocompressore eppure la versione da un litro è più potente del classico Fire da 1.242 cc che sostituirà: 77 CV (se alimentato ad etanolo, altrimenti la potenza è di 72 CV) contro 69. Questo miglioramento deriva anche da un elevato rapporto di compressione, che vale 13,6 e che indica un funzionamento, almeno per bassi carichi, secondo il Ciclo Miller, un Atkinson modificato. Questo è reso possibile dalla fasatura della distribuzione variabile, che agisce anche per diminuire le perdite di pompaggio sotto determinate condizioni. Altre strategie per diminuire gli attriti sono l’albero a camme unico, la predisposizione all’uso con olii a bassa viscosità e l’azionamento della distribuzione con una catena per garantire la massima precisione della fasatura. Si segnalano, sempre per questo scopo, i bilancieri a rullino, la pompa dell’olio a portata variabile e il disassamento dell’asse dei cilindri rispetto all’albero motore per contenere le spinte laterali e quindi gli attriti. La ricerca di una coppia favorevole a bassi regimi ha portato all’adozione di una corsa relativamente lunga e a collettori di aspirazione parimenti sviluppati in lunghezza. Il Firefly è modulare e la cilindrata maggiore viene implementata aggiungendo semplicemente un cilindro: le lavorazioni del blocco per l’alesatura, della testa e dell’albero motore, così come i componenti, rimangono quindi le stesse. La versione da 1.3 litri avrà anche un alternatore-avviatore che implementerà lo start&stop e la ricarica intelligente, che avverrà principalmente in rilascio per ridurre i consumi. Notiamo che di questi motori è prevista anche la versione turbo a 4 valvole per cilindro, che potrebbe sviluppare circa 120 e 160 cavalli, e allestimenti speciali per la Alfa Romeo.

 

Equilibrio intermedio

Fra questi due motori, molto lontani come destinazione d’uso e concezione progettuale, si situa il nuovo motore Toyota aspirato da 2.5 litri. quest’unità ha debuttato nel North American International Auto Show 2017 di Detroit sulla Toyota Camry ma verrà adottato anche da altre auto, comprese le Lexus. Si tratta di un 4 cilindri aspirato caratterizzato da combustione ad “alta velocità” con fasatura variabile ed equipaggiato da una serie di nuove tecnologie che permettono di avere molta coppia a tutti i regimi e un’efficienza termica record: 40% in configurazione “normale” e 41% per la versione per le auto ibride. Valori da primato pur in presenza di una buona potenza specifica: la versione classica esprime infatti 60 kW/litro, pari a 81,5 CV/litro, valore che scende a 52,2 kW/litro per la super efficiente versione ibrida. Gli accorgimenti usati per aumentare il rendimento sono molti, a partire dal rapporto di compressione pari a 13 (14 per la versione ibrida) e alla corsa lunga che permette di ottenere una buona coppia massima a regime abbastanza distante (4.800 giri) da quello della potenza massima, fissato in 6.600 giri. La combustione è stata particolarmente studiata e ottimizzata grazie a condotti di aspirazione rettilinei e privi di ostacoli, un ampio angolo fra le valvole, nuovi iniettori e una forte turbolenza che ottimizza la miscelazione della benzina con l’aria. Il sistema EGR è raffreddato, in modo da prevenire le autoaccensioni, e sono presenti i sistemi di variazione della fasatura VVT-iE e IN-VVT, incaricati, fra le altre cose, di far funzionare il motore a ciclo Atkinson. Anche i servizi sono stati ottimizzati in funzione dell’efficienza, adottando pompa dell’acqua e termostato elettrici e una pompa dell’olio trocoidale a portata variabile. 

torna all'archivio