BMW S63TU: il cuore pulsante della nuova M5 F10
Già in passato vi abbiamo anticipato che il nuovo V8 Biturbo della M5 F10 non è la medesima unità installata nei vani motori dei SAV X5 ed X6.
Ora abbiamo la possibilità di eseguire una buona scheda radiografica del propulsore ad alte prestazioni della berlina monacense, grazie ad una intervista rilasciata dal sito M-Power, del Responsabile dello sviluppo e progettazione Motori di BMW, Jürgen Poggel.
Poggel pone l’accento subito sui vantaggi del propulsore sovralimentato rispetto al medesimo in modalità aspirata: coppia elevata a basso numero di giri.
Viene da se il paragone con il precedente V10 NA da 5.0 litri. Il nuovo V8 offre quasi 700 N m di coppia ad un regime di rotazione più basso di circa 1’500 rpm. Inoltre il “vecchio” aspirato aveva quasi 300 N m di coppia in meno.
Verrebbe da pensare che tutta questa coppia in basso non consenta al propulsore di raggiungere elevati regimi di rotazione. Niente di più falso. Il V8 TwinPowerTurbo che equipaggia la M5 F10, è in grado sì di avere 680 N m di coppia a 1 500, ma anche di esprimere 412 kW (560 CV) a 6 000 rpm e di allungare senza problemi fino a 7 200 rpm.
Valori che lo avvicinano moltissimo ad un aspirato di grande capacità, pur avendo un vantaggio maggiore in termini di coppia motrice e disponibilità nei regimi medio-bassi.
In questo modo si può avere una vettura con diverse anime. Si può passeggiare tranquillamente per il traffico cittadino sfruttando le grandi doti di elasticità del propulsore, oppure far in modo che la lancetta del vostro contagiri sia sempre prossima alla zona rossa.
Una vettura oltremodo poliedrica che si adatta alle più disparate esigenze.
Divertimento, ma anche meno consumi e sopratutto emissioni, rispetto al precedente V10.
Più potente, ma anche più “economico”. Quadratura del cerchio? Forse.
Nei primi test su strada la M5 F10 ha registrato prestazioni entusiasmanti, ma non allo stesso modo entusiasma alla guida. Si è lodato il lavoro effettuato dai tecnici Motorsport, ma per alcuni si è persa una grossa componente emozionale. Sarà vero? Ai fortunati possessori di questo ordigno lascio la parola, per ora continueremo ad occuparci di tecnica.
Il propulsore S63TU è stato profondamente rivisto rispetto a quello installato sui SAV.
IL SISTEMA DI RAFFREDDAMENTO DELLA CARICA (INTERCOOLER)
Partendo dal sistema di raffreddamento della carica che è stato completamente riprogettato, grazie ad un nuovo sistema di intercooler aria-acqua che riduce di molto il DELTA di temperatura. In questo modo si aumenta la densità della carica e si riesce ad aumentare la potenza del propulsore.
Inoltre, l’utilizzo degli scambiatori aria-acqua ha permesso di ridurre di molto il cammino delle tubazioni adibite alle mandate e ritorno della carica, posizionando anche in maniera ottimale gli intercooler.
Sistema di raffreddamento della carica con intercooler Aria-Acqua:
- A Radiatore
- B Radiatore del liquido di raffreddamento aggiuntivo
- C pompa elettrica del liquido di raffreddamento per bancata 1
- D Aria più fredda di carica per bancata 1
- E Vaso di espansione
- F DME bancata 1
- G DME bancata 2
- H Aria più fredda di carica per bancata 2
- I Pompa elettrica del liquido di raffreddamento per bancata 2
- J Radiatore del liquido di raffreddamento aggiuntivo
IL SISTEMA VALVETRONIC
Poi passiamo all’altra grande innovazione, che per la prima volta in assoluto, trova riscontro su un propulsore firmato Motorsport: il sistema VALVETRONIC.
Con il sistema VALVETRONIC, la quantità d’aria aspirata è regolata direttamente dalle valvole, senza l’ausilio della valvola a farfalla, che causerebbe solo un’ulteriore perdita di carico lungo i condotti di adduzione.
Il sistema è in grado di regolare l’esatta quantità d’aria necessaria per il carico richiesto. Quando il cilindro ha la miscela esatta di aria-combustibile, allora le valvole di aspirazione si chiudono. Questo consente di avere una maggiore libertà sulla gestione del propulsore, svincolandosi quasi completamente dalla catena cinematica.
- Sistema VANOS sul lato scarico
- Albero a camme lato scarico
- Bilanciere
- Valvola idraulica HVA con regolatore
- Molle valvole sul lato di scarico
- Valvola di scarico
- Valvola di aspirazione
- Valvola idraulica HVA con Regolatore
- Molle valvole sul lato di aspirazione
- Bilanciere
- Servomotore sistema VALVETRONIC
- Albero eccentrico
- Molla
- Bilanciere intermedio
- Albero a camme lato aspirazione
- Sistema VANOS sul lato aspirazione
IL SISTEMA DI SOVRALIMENTAZIONE
Il sistema Cross bank exhaust manifold, prevede a sfruttare le onde di pulsione che vengono generate naturalmente dall’architettura V8 con imbiellaggio ad albero piatto (accensioni in camera più irregolari, ma maggior reattività nel salire e scendere lungo l’arco di funzionamento), ottimizzando i flussi e riducendo le perdite di carico. Questo sitema è ottimale nel caso di sovralimentanzione mediante due gruppi turbocompressore separati.
Facendo un esempio “banale”, utilizzassimo un unico gruppo turbocompressore con il sistema CBEM, avremo che parte delle onde di pulsione si disperderebbero anche negli altri condotti di scarico, facendo perdere velocità al fluido e quindi riducendo l’energia cinetica che andrebbe ad alimentare la turbina. In questo modo minori prestazioni a parità di condizioni al contorno.
Nel propulsore S63TU, non solo abbiamo due gruppi turbocompressore distinti, ma sono anche muniti di tecnologia TwinScroll (quindi doppio stadio) che permette di aumentare ulteriormente l’energia che è possibile prelevare dal fluido in evoluzione, riducendo ulteriormente le perdite di carico ed aumentando così la potenza complessiva.
PERCHE’ SOVRALIMENTARE?
A volte si sente dire che i motori turbo sono preferiti dalle case automobilistiche perchè è possibile ricavare maggior potenza a parità di cilindrata e sono quindi più facili da costruire.
Poggel smentisce in maniera categorica, in quanto per i propulsori sovralimentati vi è uno studio molto più approfondito sulla fluidodinamica interna, rispettare elevati requisiti termici ed utilizzare materiali più robusti rispetto ad un pari potenza aspirato.
Il motore V8 della BMW M5 può funzionare con temperature di scarico fino a 1 050 ° C.
Più alta è la temperatura allo scarico, meglio è in quanto non è necessario arrichire la miscela di aria-combustibile per far funzionare in maniera ottimale le sonde lambda ed i catalizzatori.
Queste elevate temperature, però, devono essere padroneggiate e controllate.
Non si può salire a prescindere, altrimenti verrebbero meno tante caratteristiche meccaniche e non dei componenti utilizzati per il propulsore.
Il blocco motore, con una massa di circa 200 kg, può arrivare a pieno carico a temperature di almeno 110-115 ° C, e la temperatura dei collettori di scarico e turbocompressori può raggiungere tranquillamente i 1 000 ° C.
IL SISTEMA DI RAFFREDDAMENTO
Un propulsore che sviluppa così tanto calore, deve smaltirlo in maniera rapida ed efficiente.
Ecco perchè si è ricorso ad un sistema di scambiatori per l’olio motore esterni al motore stesso e si è progettata la coppa dell’olio in maniera tale da reistere a decelerazioni pari a 1,3 G. Praticamente si può andare in pista senza aver timore di grippare il propulsore.
In particolari condizioni di funzionamento, l’olio lubrificante può raggiungere delle temperature prossime ai 150 °C, fino a lambire i 200 °C intorno alle camice dei cilindri. Il problema per questo propulsore non si pone, dato che riesce a modificare gli intervalli di manutenzione “valutando” la bontà dei fluidi al proprio interno. Quindi il proprietario di questa “signorinella” può dormire sonni tranquilli, anche dopo un utilizzo intenso in pista.
Inoltre i nuovi propulsori Motorsport possono fare a meno di utilizzare un olio con viscosità 10W-60, ma accontentarsi dei normali olii multigrado tutt’ora in commercio.
Per il liquido di raffreddamento, invece, abbiamo ben tre radiatori. Uno grande che asservisce l’intero sistema, e due piccoli di supporto per le basse temperature, in modo da ottimizzare sempre le risorse ed aumentare al contempo le masse radianti quando è richiesto un elevato carico al propulsore senza incorrere, però, in ingiurie meccaniche.
- BMW S63 – Radiatore Olio
