Pur non essendo una novità assoluta, i quattro cilindri diesel montati sulle Opel di ultima generazione, tra i quali spicca l’1.6 CDTi proposto l’anno scorso sulla Mokka è arrivato ora anche sulla nuova Astra, hanno dei contenuti di assoluta avanguardia che meritano un approfondimento. Ma l’analisi di questi motori non può prescindere dalla presentazione di una bella realtà industriale italiana nata 10 anni fa a Torino dopo la fine dell’accordo tra Fiat e General Motors e che oggi può fregiarsi a pieno titolo della responsabilità dello sviluppo di tutti motori diesel destinati al mercato globale di GM.
Largo ai giovani
Con la collaborazione di Manuela Seia, Communication Manager di GM Powertrain Europe, abbiamo dunque visitato la sede torinese di GM Powertrain-Europe, situata in una palazzina adiacente alla struttura del Politecnico, a dimostrazione della diretta connessione del mondo industriale con quello accademico e della ricerca. E non è solo una questione logistica. In sette anni GM Powertrain ha finanziato 6 milioni di € per la ricerca al Politecnico di Torino e ha allargato le collaborazioni all’Università di Modena e Reggio Emilia, a quella di Perugia e all’Istituto Motori di Napoli, parte del CNR.
In effetti, dopo la separazione da Fiat, il nucleo che ha creato questa nuova unità era di 60 persone, tutte fortemente specializzate e altrettanto fortemente determinate a proseguire nel loro cammino professionale tanto che, dal 2005, la crescita media del personale è stata del 25% annuo, arrivando oggi a oltre 600 unità, con l’81% di laureati.
Attraversando i corridoi dell’azienda stupisce vedere personale di etnia diversa e di età decisamente giovane. Si parla inglese alla GM Powertrain e si percepisce che lo scambio di esperienze è globale: un modo rapido per accrescere il know-how. La struttura è stata realizzata dal 2006 al 2008 e con un investimento che in 10 anni ha raggiunto i 60 milioni di € e che oggi comprende 15 sale prova motore (e altre 4 in fase di allestimento), banchi prova veicolo e laboratori nei quali sono studiati la fluidodinamica, i sistemi di iniezione e l’elettronica di controllo. 
A tale proposito i software delle centraline motore sono scritti direttamente all’interno, con un evidente integrazione con l’hardware e un graduale aumento del know-how specifico che altre Aziende, anche importanti, non hanno. Sui motori diesel, ad esempio, ci sono 150 funzioni brevettate e dunque esclusive per le centraline GM che sono poi assemblate da fornitori esterni. E le prove sia sui motori sia sui veicoli, sono effettuate anche in una sala climatica in grado di simulare le reali condizioni di utilizzo in un ampio spettro di situazioni.
Tre famiglie
Al termine del nostro istruttivo ‘tour aziendale’ abbiamo incontrato l’ing. Gianmarco Boretto, responsabile dello sviluppo del motore 1.6 CDTi. Lui la sa davvero lunga sui diesel e approfittiamo della sua competenza per avere qualche informazione in più. Nella nomenclatura GM il motore di 1.6 litri è definito Mid-size Diesel Engine (MDE), per differenziarlo dai piccoli (Small-size, SDE) come l’1.3 e dai Large-size (LDE) come il 2.0 della Insignia. C’è pure il 4 cilindri 2.5 e 2.8 litri montato sulla Chevrolet Colorado che appartiene alla famiglia XLDE per arrivare fino al grosso diesel montato sul GMC Sierra, un V8 di 6.6 litri sviluppato negli USA ma che utilizzerà presto una centralina ‘torinese’. Per tutte le famiglie di motori GM applica i medesimi criteri progettuali con le dovute differenze tipiche dell’area di utilizzo. Come ci ha detto Boretto, ad esempio per il mercato USA l’utilizzo del sistema di riduzione catalitica selettiva SCR è tassativo, poiché i loro limiti sull’emissione di NOx sono più restrittivi rispetto al nostro Euro6, mentre in Europa l’SCR è utilizzato sul 2 litri della Insignia e Zafira. Su Mokka e Astra, invece, il 1.6 CDTI è dotato del catalizzatore LNT (Lean NOx Trap) posto a monte del filtro antiparticolato per catturare e ridurre chimicamente gli ossidi d’azoto (NOx) presenti nei gas di scarico, senza utilizzare additivi (come invece avviene nell’SCR).
Compatto e leggero
Il motore 1.6 CDTi è un’unità molto importante per GM in termini di volumi produttivi. Le linee di assemblaggio ubicate a Szentgotthard, in Ungheria sono state progettate per essere fortemente flessibili e in grado di produrre più motori con cambio tipo molto rapido, a seconda delle richieste del mercato. Questo quattro cilindri è un bialbero quattro valvole con dimensioni caratteristiche ‘quadre’ di 79,7 x 80,1 mm per 1.598 cm3. L’interasse tra i cilindri è di 88.7 mentre le canne dei cilindri, in ghisa, hanno spessore di 2,5 mm, ben superiore a quello di molti motori direttamente concorrenti, a garanzia di una elevata stabilità termica. Nella fluidodinamica ha avuto grande importanza la riduzione delle perdite di carico nei condotti di aspirazione e l’ottimizzazione della turbolenza per migliorare la combustione. Nel diesel, come ci ha spigato Boretto, è importante curare il cosiddetto ‘swirl’ ovvero il moto a spirale che assume la carica quando entra nel cilindro e crea un vortice ad asse verticale in grado di accelerare la propagazione della fiamma. Questo, unito all’utilizzo di iniettori Denso alimentati a una pressione di 2000 bar e con 8 fori di polverizzazione con fino a 10 iniezioni a ciclo, ha permesso di raggiungere elevate efficienze della combustione.
Tali risultati sono stati ottenuti attraverso un loop di simulazioni al computer e di prove sperimentali su un motore monocilindrico prima di essere applicate al motore definitivo. Per quanto riguarda la sovralimentazione è stato applicato un turbocompressore a geometria variabile VTG della Borg Warner (ex KKK). Col termine geometria variabile, in questo caso si intende la variazione comandata della posizione di una serie di deflettori posti nella bocca di ingresso della turbina dove si espandono i gas di scarico. In questo modo si riesce a regolarne la velocità di rotazione per adattarla ai transitori senza perdere energia dei gas di scarico, cosa che invece avverrebbe utilizzando un semplice by-pass. Il software della centralina è scritto poi per mantenere i valori di coppia motrice pressoché costanti per un ampio range di giri, favorendo l’abbinamento di questi motori col cambio automatico per ottenere consumi addirittura inferiori rispetto a quelli rilevabili con cambio meccanico. Dal punto di vista strutturale il motore si distingue per un monoblocco completamente in alluminio che ha consentito di ottenere un rapporto peso/CV tra i più bassi della categoria (1,4 kg/kW). Una parte importante nell’efficienza meccanica è dato, oltre che dalla riduzione per quanto possibile dell’attrito tra le parti in moto relativo, dal sistema di lubrificazione, che come noto svolge anche funzione di raffreddamento con pressioni e portate che comportano notevoli consumi di potenza. In questo caso la pompa dell’olio può lavorare a due diversi livelli di pressione e portata, tenuti più contenuti nei transitori, dove le temperature sono inferiori. A questo proposito è anche possibile bypassare la portata d’olio per raffreddare i pistoni, utilizzando una valvola a solenoide controllata dalla ECU. In condizioni di massimo risparmio circola circa il 50% della portata dell’olio necessaria a pieno carico.
Anche il circuito di raffreddamento incorpora qualche interessante novità: il flusso nella testata è trasversale, con passaggio diretto dalla zona più calda (lo scarico) a quella meno calda (l’aspirazione), mentre la pompa di circolazione può essere fermata utilizzando una frizione elettromagnetica. Questo consente anche un più rapido transitorio dopo l’avviamento a freddo, per raggiungere in fretta la temperatura d’esercizio, che specie nei diesel è fondamentale sia per ottenere buoni rendimenti termici sia per il corretto funzionamento dei dispositivi di trattamento dei gas di scarico.
Questi ultimi, come abbiamo già accennato, per soddisfare la normativa Euro6 possono essere costituiti dal catalizzatore selettivo SCR oppure dal Lean NOx trap (LNT) uniti al filtro antiparticolato.
Whisper Diesel
Un altro punto sul quale vale la pena soffermarci è lo studio effettuato da GM per contenere le vibrazioni e la rumorosità, fattori non sempre controllati sui diesel. Il rumore è dato sostanzialmente da due fonti: le vibrazioni che si trasmettono attraverso la struttura del motore e il rumore tipico della combustione.
Il primo può essere controllato con un attento studio CAE sulla struttura del basamento, mentre il secondo è legato all’efficienza della combustione e all’utilizzo di componenti a bassa emissione acustica. Il risultato è una curva della ‘rumorosità’ che in tutto l’arco di utilizzo del motore (ovvero tra i 1.000 e i 4.000 giri) è attorno ai 5 dB(A) inferiore rispetto ai motori direttamente concorrenti. Non per nulla la GM definisce ‘whispering’ i suoi nuovi motori diesel… (Franco Daudo)
