Articoli del 16 febbraio 2007

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Motori a iniezione diretta di benzina

di Steve 147 alle 12:16

Motori a iniezione diretta di benzina
[ 30 foto ]

Per diversi anni lo sviluppo tecnico, in campo motoristico, ha riguardato prevalentemente i motori diesel; poche o significativamente poco rilevanti le innovazioni applicate ai motori a benzina. Recentemente, si è verificata un’inversione di tendenza che sta generando una sensibile introduzione di novità per i motori a ciclo otto. La spinta verso lo sviluppo di questi propulsori, deriva in parte, proprio da alcune necessità manifestate dai motori a gasolio e dalla riduzione della loro convenienza economica rispetto ai benzina. Le nuove normative antinquinamento sempre più severe e restrittive, richiedono l’applicazione (sui motori diesel) di dispositivi particolarmente costosi e complicati (filtri antiparticolato, candelette ceramiche, turbine a geometria variabile).

Questa situazione, che determina complicazioni costruttive e aumento dei costi di produzione dei modelli a gasolio, sembra aver convinto alcune case automobilistiche a orientarsi maggiormente verso i motori a benzina.

Nell’evoluzione di questi propulsori l’elemento fondamentale è rappresentato dall’adozione dell’iniezione diretta, abbinata all’impiego dei sistemi di sovralimentazione.

Iniezione diretta di benzina
Si tratta di un sistema, che i tecnici definiscono GDI (Gasoline Direct Injection), in cui la benzina anziché essere iniettata nei condotti di aspirazione, viene ”spruzzata” direttamente all’interno della camera di combustione. I problemi tecnici riscontrati nei primi motori a benzina a iniezione diretta (GDI Mitsubishi) dipendevano, sostanzialmente, dalla necessità di dover usare benzine (quelle disponibili in Europa) con tenore di zolfo alto e di dover utilizzare sistemi di combustione poveri, con miscele “magre”. 

L’impiego iniziale del GDI garantiva riduzioni dei consumi, ma anche scarse prestazioni, vanificando in parte i vantaggi dell’iniezione diretta. Ora, grazie all’uso di combustibili praticamente privi di zolfo e a nuovi metodi di gestione elettronica dell’iniezione, è possibile far funzionare i motori a benzina con una combustione ottimale in funzione delle necessità: riduzione dei consumi o massima potenza e coppia.

Le unità propulsive a iniezione diretta annoverano tra i loro vantaggi: bassi consumi (tipici dei diesel) determinati dal fatto che il carburante brucia completamente nella camera di scoppio senza subire perdite nei condotti di aspirazione, elevato “rapporto di compressione”, che migliora il rendimento e le prestazioni favorendo la guidabilità e la prontezza del motore. I motori a iniezione diretta di benzina trovano il giusto connubio in abbinamento ad un turbocompressore o ad un compressore volumetrico, meglio ancora se i due dispositivi sono accoppiati e collegati in serie (VW 1.4 TSI). Tale soluzione può fornire potenze elevate con cilindrata ridotta. Grazie all’applicazione dell’iniezione diretta vengono risolte alcune problematiche di cui soffrivano i primi motori turbo a benzina (vetture anni ’80), caratterizzati da elevata potenza, ma poco elastici e molto “assetati” di carburante. Il rovescio della medaglia, per i propulsori GDI, potrebbe consistere nella maggiore complessità costruttiva, nei maggiori costi (ci avviciniamo a quelli dei turbodiesel) e nella richiesta di riparazioni più difficili e onerose.

Molti tra i maggiori gruppi automobilistici hanno intrapreso la via di nuovi sviluppi sui motori a benzina. Tra le case maggiormente impegnate citiamo: Mitsubishi, che da circa dieci anni ha introdotto i motori GDI, Alfa Romeo con i motori JTS, il gruppo Seat-Audi-Volkswagen con i motori FSI e TSI, il gruppo BMW-PSA e Fiat con i nuovi propulsori T-Jet. 

Esaminiamo, ora in dettaglio, alcune delle più interessanti soluzioni di motori a iniezione diretta di benzina presenti sul mercato.

Audi 1.6 FSI (Fuel Stratified Injection)
E’ uno dei primi motori FSI realizzati dal Gruppo Seat-Audi-Volkswagen, montato inizialmente sulla A2. Si tratta di un propulsore in alluminio a 4 cilindri di 1598 cc di cilindrata, 115 CV di potenza max e 155 Nm di coppia max a 4000 giri/min. Il rapporto di compressione è più elevato rispetto alle unità a benzina tradizionali, il sistema di iniezione è di tipo Common Rail con testata a 4 valvole per cilindro e iniettori posti ai lati della camera di scoppio. Il 1.6 FSI utilizza un sistema esterno di ricircolo dei gas di scarico e adotta due modalità di esercizio: a carica omogenea e a carica stratificata gestite elettronicamente; una per ottenere maggiore potenza e l’altra per ridurre i consumi.

Volkswagen 1.4 16V TSI (Twincharged Stratified Injection)
La Casa tedesca ha progettato un sofisticato motore 1.4 litri 16V TSI, dotato di doppio sistema di sovralimentazione (introdotto negli anni ’80, nei rally, con la Lancia Delta S4). Lo scopo di questa applicazione è quello di garantire doti tipiche dei diesel come: bassi consumi, buone prestazioni in termini di coppia ai bassi regimi e aumento del rapporto di compressione. Allo stesso tempo, si mantengono la silenziosità, l’assenza di vibrazioni e l’ampio campo di utilizzo dei benzina. Il TSI (montato sulla Golf GT) è un 4 cilindri con cilindrata di 1390 cc, realizzato con basamento in ghisa, anziché in alluminio; questa tipologia costruttiva dovrebbe garantire, secondo Volkswagen, affidabilità e durata sino a 300.000 Km, nonostante la cubatura ridotta. La potenza massima è 170 CV a 6000 giri/min e la coppia massima di 240 Nm a 1750 giri/min. L’adozione di una cilindrata ridotta rappresenta il primo passo verso il contenimento dei consumi; i motori piccoli hanno un maggiore rendimento dovuto alle minori perdite per attrito.

L’introduzione dell’iniezione diretta contribuisce, ulteriormente, a ridurre i consumi mentre il compressore volumetrico Roots a lobi, comandato dal motore mediante una cinghia, conferisce al propulsore la coppia e la prontezza di risposta ai bassi regimi. Il turbocompressore, a geometria fissa, con intercooler, garantisce valori di potenza massima elevati. L’abbinamento del compressore volumetrico e del turbo (che operano in serie) permette un funzionamento continuo della sovralimentazione; ai bassi regimi di rotazione, fino a 3500 giri/mim, si beneficia dell’azione del volumetrico, oltre tale regime agisce il turbo.

Alfa Romeo JTS (Jet Thrust Stoichiometric)
Alfa Romeo, marchio caratterizzato da un’immagine sportiva e fortemente legato all’aspetto prestazionale dei propri veicoli, non ha tardato a presentare un proprio propulsore Direct Injection. La casa di Arese adotta una particolare interpretazione dell’iniezione diretta di benzina. I nuovi JTS funzionano con una combustione “magra” fino a un regime di circa 1500 giri/min, garantendo un risparmio di carburante, mentre al di sopra di tale regime di rotazione utilizzano una miscela aria-benzina “stechiometrica”, cioè con un normale rapporto di 14,7:1 tra i due componenti, in modo da garantire prestazioni sportive.

Il motore JTS Alfa Romeo è interamente costruito in alluminio ed è proposto in due versioni di cilindrata: 1.9 litri con potenza di 160 CV e 2.2 da 185 CV, entrambi dotati di variatore di fase continuo sia sul lato di aspirazione che sul lato di scarico. I propulsori Alfa Romeo dispongono, anche, di un sistema di contralberi di equilibratura per ridurre le vibrazioni e la rumorosità. Dal punto di vista tecnico, le principali trasformazioni subite dalle unità JTS, rispetto al motore 2.0 Twin Spark, riguardano la testa cilindri (con iniettori Bosch montati all’interno della camera di combustione), i pistoni, gli alberi di distribuzione e l’impianto di scarico. 

BMW PSA 1.6 Turbo
Per fronteggiare il progresso dei motori diesel e la nuova introduzione di propulsori Direct Injection da parte di vari concorrenti, i gruppi BMW e PSA hanno unito le forze e hanno proposto dei nuovi motori turbo benzina a iniezione diretta. La scelta si è concentrata su due propulsori turbocompressi, ad iniezione diretta, di 1.6 litri con potenza di 143 CV e 170 CV (inizialmente verranno montati sulle Mini). La filosofia seguita dalle due case è stata, come nel caso Volkswagen (1.4 TSI): ridurre la cilindrata, contenere il peso e le dimensioni del motore, garantire una coppia elevata ai medi regimi e ridurre i consumi grazie all’iniezione GDI e all’adozione della sovralimentazione.

Update: contrariamente a quanto si riteneva in un primo tempo, almeno per la versione più potente, i motori FIRE T-Jet sono ad iniezione indiretta di benzina; riportiamo comunque, a scopo di confronto, le indicazioni sui nuovi T-Jet Fiat.

Fiat T-Jet
In casa Fiat debutta il motore 1.4 turbocompresso T-JET. Il lancio della nuova Fiat Bravo è stata l’occasione per presentare una nuova generazione di propulsori a benzina sovralimentati che coniugano consumi contenuti, basse emissioni e buone prestazioni. Il nuovo motore 1.4 16V turbo è proposto in due allestimenti: più sportivo il primo, con 150 CV di potenza massima a 5500 giri/min, meno esasperato il secondo, con 120 CV a 5000 giri/min. Entrambi hanno una coppia massima, rispettivamente, di 206 Nm a 2000 giri/min e 206 Nm a 1750 giri/min. I due motori sono caratterizzati da una buona elasticità di marcia e prontezza di risposta. Il comando dell’acceleratore è di tipo “drive-by-wire”, senza collegamento meccanico.

Ogni marchio automobilistico ha interpretato il sistema di iniezione diretta in modo autonomo e diversificato. I punti in comune, tra le varie case, sono rappresentati dall’unanime consapevolezza che i propulsori di questo tipo possono fornire notevoli vantaggi in termini di riduzione dell’inquinamento e miglioramento del bilancio energetico garantendo una ottima guidabilità e silenziosità. I motori a benzina si preparano a ridurre quel gap prestazionale (soprattutto in termini di fruibilità e coppia) manifestato, recentemente, nei confronti dei migliori motori a gasolio.

- Fiat, Alfa Romeo, Volkswagen, Virtual Car

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4 commenti »

  1. [...] Insieme alle Bravo, sarà presentato anche il nuovo motore sviluppato e prodotto da Fiat Powertrain Technologies, il 1.4 T-JET da 150 CV, montato prossimamente anche sulla nuova Bravo. [...]

    Pingback di Virtual Car » Fiat al Salone di Ginevra 2007 — 26 febbraio 2007 @ 13:15

  2. [...] A due anni dalla commercializzazione, la Grande Punto, l’auto che ha rilanciato in tutta Europa la Fiat, amplia la sua gamma dei motori a benzina, introducendo il nuovo 1.4 16V T-Jet da 120CV, capostipite di una nuova famiglia di motori a benzina sovralimentati che si caratterizza per prestazioni, prontezza nella risposta all’acceleratore, consumi contenuti, semplicit? costruttiva ed affidabilit? . [...]

    Pingback di Virtual Car » Fiat Grande Punto 1.4 T-Jet 120CV — 31 maggio 2007 @ 10:48

  3. [...] Risposta alla prima domanda: http://www.motorbox.com/auto/magazin…500-twin-air-2 Risposte alla seconda domanda: http://it.wikipedia.org/wiki/Iniezione_(motore) http://www.virtualcar.it/motori-a-in…ta-di-benzina/ [...]

    Pingback di Twin air iniezione diretta o indiretta? — 20 marzo 2012 @ 13:30

  4. …peccato che il 1,4 T-JET Fiat c’entri con l’iniezione diretta come i cavoli a merenda.

    Fiat infatti non ha mai avuto motori a benzina a iniezione diretta a listino.

    Commento di Alfio — 15 maggio 2012 @ 19:58

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