La storia dei motori turbo BMW è un racconto di innovazione, prestazioni e successi nel motorsport, che inizia negli anni '60 e continua fino ai giorni nostri. Questo articolo esplora le pietre miliari di questa evoluzione, dai primi esperimenti con la sovralimentazione alla tecnologia all'avanguardia dei motori moderni.
Gli albori: la BMW 2002 TiK e il Campionato Europeo Turismo del 1969
La storia dei motori turbo BMW ha inizio nel 1969, quando la BMW 2002 Ti guidata da Dieter Quester conquistò il Campionato Europeo Turismo per la classe "oltre 1.600 cc". Questo successo fu reso possibile grazie al motore M121, un propulsore innovativo per l'epoca, dotato di un compressore KKK. I tecnici BMW, non potendo incrementare la cilindrata, dovettero cercare di aumentare la potenza in modo consistente applicando un sistema di sovralimentazione.
L'M121 erogava 280 CV a 6.500 giri/min con una pressione di 0,98 bar, con il compressore che teoricamente poteva raggiungere 1,76 bar. Rispetto ai sistemi utilizzati in passato, nei quali il compressore era di tipo volumetrico ed era azionato dal motore, con un non indifferente assorbimento di potenza, un turbocompressore che sfruttava l’energia ancora posseduta dai gas di scarico espulsi dai cilindri non generava alcuna perdita di potenza. I gas caldi e ancora caldi e ad elevata pressione si espandevano in una turbina raffreddandosi e perdendo l’energia utilizzata per ‘pompare’ aria attraverso la girante di un compressore centrifugo. In questo modo la sportiva BMW 2002 Ti si trasformava in una vettura da corsa, capace di toccare i 240 orari.
L'evoluzione tecnologica: dal motore M121 al P48
Nel corso degli anni, la tecnologia dei motori turbo BMW ha subito una notevole evoluzione. Nel tempo sono sparite la coppa dell’olio, l’accensione a spinterogeno, la valvola di boost meccanica e il condotto che portava direttamente l’aria compressa dall’uscita del compressore KKK ai condotti di aspirazione. Il serbatoio separato dell’olio è fissato direttamente al motore, mentre uno scambiatore per il raffreddamento della carica di aria compressa aumenta le prestazioni e l’efficienza del nuovo motore. Infine l’avvento dell’elettronica ha rivoluzionato i controlli motore, a partire dalle valvole a farfalla, azionate elettricamente e con con un rinvio meccanico come avveniva nel ‘vecchio’ M121.
Un esempio significativo di questa evoluzione è il motore P48, sviluppato per le competizioni DTM. Questo propulsore rappresenta un salto generazionale rispetto all'M121, grazie all'utilizzo di materiali avanzati come la fibra di carbonio per il plenum di aspirazione e a soluzioni innovative come la lubrificazione a carter secco.
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Uno degli aspetti chiave che caratterizzano il nuovo P48 è il consumo di carburante. Poiché il regolamento limita la portata di benzina, ogni possibile riduzione del consumo porta a notevoli vantaggi.
Il motore P48: un esempio di efficienza e potenza
Il motore P48 BMW Turbo Power sviluppa più del doppio della potenza dell’M121, registrando un consumo di carburante molto inferiore ed una affidabilità assolutamente senza paragoni. La pressione di sovralimentazione è IMPARAGONABILE fra i due propulsori. L’M121 si accontenta di una sovralimentazione di 0.98 bar, anche se sono state toccate sovralimentazioni in qualifica fino a 1.76 bar. Con il “soffio” minimo il 2.0 litri Turbo della 2002 TI eroga 280 CV a 6500 rpm. Oltre gli 1.76 bar la sovrapressione era talmente elevata da poter causare il distacco della testata dal blocco cilindri. Al giorno d’oggi è possibile aumentare la pressione fino a 2,5 bar ottenendo oltre 600 CV.
Il motore P48 è dotato di un sofisticato sistema di lubrificazione a carter secco, con il serbatoio dell’olio che è direttamente collegato al motore senza fluire in coppa, ma grazie ad una pompa esterna è in grado di lubrificare l’intero sistema. Ovviamente è presente un sistema di raffreddamento sia del lubrificante del motore, sia per il turbocompressore; in questo modo è possibile aumentare prestazioni ed efficienza. Le unità ausiliarie, come il motorino di avviamento e l’alternatore, non sono più collegati al motore, ma sono montate sul cambio transaxle dietro al motore. Il collettore di aspirazione non è più in alluminio, ma in Carbon Fiber Reinforced Plastic (CFRP), inoltre la valvola a farfalla non è più comandata meccanicamente, ma elettronicamente (ETM, Electronic Throttle Module). Invece di un cablaggio aperto, con i cavi elettrici che vagano nel vano motore, nel motore P48 BMW Turbo Power, sono tutti raccolti in un fascio protettivo in fibra di carbonio.
Rispetto al suo predecessore, che a sua volta era molto efficiente, il motore attuale è stato reso quasi del 10 % più efficiente. In realtà è oltre il 50 % più efficiente rispetto all’M121 del 1969. Una costante riduzione al minimo delle perdite per attrito, ad esempio attraverso il suddetto sistema di lubrificazione e l’uso di componenti resistenti alle alte temperature che non richiedono il raffreddamento del carburante, rendono il motore P48 uno dei motori da corsa BMW più efficienti di questa epoca.
Con una massa di appena 85 chilogrammi, lo “short engine” del nuovo propulsore turbo pesa poco più della metà del suo predecessore. Il modello leggero vanta cifre impressionanti rispetto ai motori DTM utilizzati fino a questo punto: metà della cilindrata, più potenza, meno consumi. Nonostante il significativo aumento di potenza di circa 100 CV, l’unità è progettata per affidabilità e durata di circa 6.000 chilometri. 1,5 motori possono essere utilizzati per auto nel corso della stagione. Il turbocompressore nel propulsore P48 fornisce ben 400 litri di aria al secondo - 3.500 volte il valore registrato da un respiro umano. I pistoni accelerano da 0 a 100 km / h in meno di un millesimo di secondo - 1.200 volte più velocemente di un razzo lunare. La pompa dell’acqua sposta circa 18.000 litri all’ora: abbastanza veloce da riempire una vasca da bagno in circa 20 secondi. Sono stati realizzati 1.005 disegni per l’assemblaggio finale del motore, composto da circa 2.000 pezzi singoli.
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BMW Efficient Dynamics e la tecnologia TwinPower Turbo
Negli anni recenti, BMW ha continuato a sviluppare motori turbo sempre più efficienti e performanti, grazie all'implementazione della tecnologia BMW Efficient Dynamics e TwinPower Turbo. Questa tecnologia si basa su un sistema modulare di costruzione dei motori, che permette di applicare principi uniformi, un’architettura comune e l’utilizzo di componenti identici.
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. 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. 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. Gli alberi compensano le vibrazioni che si formano durante la trasmissione di potenza all’albero motore.
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. 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. La fase ad alta pressione del nuovo sistema di sovralimentazione è completamente integrata nel collettore di scarico. 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. 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). 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. 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.
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. 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. 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.
L'impegno per la riduzione delle emissioni inquinanti
BMW è fortemente impegnata nella riduzione delle emissioni inquinanti dei suoi motori turbo. 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. 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. 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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Modelli iconici: dalla BMW 2002 Turbo alla M2 Turbo Design Edition
Nel corso della sua storia, BMW ha prodotto numerosi modelli iconici dotati di motori turbo. Uno dei primi esempi è la BMW 2002 Turbo, lanciata nel 1973, la prima auto in Europa di serie con motore turbocompresso. Il due litri, spinto da un singolo turbocompressore KKK, passò da 130 a 170 cavalli, permettendo alla piccola berlina di bruciare lo 0-100 in meno di sette secondi. Con i suoi passaruota allargati, lo spoiler nero e la celebre scritta specchiata sul muso, la 2002 turbo divenne un’icona immediata.
Un altro esempio recente è la M2 Turbo Design Edition, presentata per celebrare il 50° anniversario del motore BMW Turbo. Verniciata nel classico bianco Alpine White, questa M2 si riconosce subito. Le strisce tricolori dipinte a mano corrono su cofano e baule, mentre la scritta “turbo” rovesciata campeggia sul cofano nero lucido, come sulla progenitrice del 1974. Il cuore è il sei cilindri in linea da 3,0 litri M TwinPower Turbo. Tradotto, ben 473 cavalli e 550 Nm di coppia. Lo 0-100 km/h viene coperto in 4,1 secondi, la velocità massima è di 250 km/h, ma con l’M Driver’s Package si può arrivare a 285 km/h.
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