Rapporto Compressione Variabile sul motore Infiniti 2.0 VC-turbo
Il propulsore Infiniti 2.0 VC-turbo ha un rapporto di compressione variabile, con i vantaggi della sovralimentazione abbinati a quelli di un RC elevato. Ecco come funziona, caratteristiche e foto di un ingegnoso sistema denominato "Harmonic"
Motore Infiniti 2.0 VC-turbo | Cosa è il rapporto di compressione
Prima di parlarvi del motore Infiniti 2.0 VC-turbo, vogliamo far luce sul rapporto di compressione per capirne poi l’importanza e le sue caratteristiche.
Il rapporto di compressione (RC) è uno dei dati tecnici caratteristici di un motore a combustione interna, ed è definito come: il rapporto tra il volume massimo (quando il pistone si trova al PMI) e quello minimo (quando il pistone raggiunge il PMS), misurabile all’interno del cilindro. Da esso dipende il rendimento ideale del propulsore. Nei motori ad accensione comandata, l’aumento del RC entro certi limiti comporta guadagni di rendimento, mentre oltre determinati valori causa perdite di efficienza: uno degli aspetti negativi, ad esempio, è la forma della camera di combustione che diventa meno favorevole.
Specialmente per i propulsori da competizione, i tecnici cercano comunque di ottenere un RC il più elevato possibile, che permette una più elevata velocità di propagazione della combustione, grazie alla maggiore pressione e temperatura a cui si viene a trovare la miscela aspirata. In questo modo, fornendo un maggiore lavoro in fase di compressione, si ottiene un picco di pressione più elevato in quella di combustione, a tutto vantaggio dell’efficienza termodinamica. Alcuni esempi numerici: il motore della FIAT 500 del 1957 aveva un RC di 6,5:1, mentre i vecchi diesel arrivavano a 22:1.
Nei primi propulsori turbo era tenuto molto basso per evitare fenomeni di detonazione o autoaccensione dovuti all’eccessiva pressione che la sovralimentazione avrebbe determinato nella camera di combustione. Il 6 cilindri boxer della prima Porsche 911 Turbo del 1975 aveva un rapporto di compressione di 6,5:1 e utilizzava miscele molto ricche per abbassare la temperatura finale di compressione grazie all’evaporazione della benzina, evitando così nocivi fenomeni di detonazione. L’evoluzione della tecnica, specialmente dell’elettronica di controllo dell’iniezione e dell’accensione, ha portato i motori a benzina ad avere rapporti di compressione sempre più elevati, fino al 14:1 dei propulsori aspirati più moderni (Mazda Skyactiv).
Ovviamente i motori sovralimentati hanno rapporti di compressione più bassi per i motivi suddetti, anche se per merito dei sistemi di alzata variabile delle valvole, questi valori sono maggiori rispetto al recente passato. Infatti troviamo un RC intorno a 10:1 nei MultiAir Alfa Romeo e di 10,5:1 nei BMW con il sistema Vanos.
Motore Infiniti 2.0 VC-turbo | Rapporto di compressione variabile
L’ideale sarebbe poter variare opportunamente il rapporto di compressione, per ottenere al contempo le elevate prestazioni di un motore turbocompresso e i bassi consumi di un aspirato di ultima generazione. In passato molti costruttori hanno tentato di realizzare propulsori con questa peculiarità, ad esempio la scomparsa SAAB con il suo SVC (Saab Variable Compression).
Il nuovo motore Infiniti VC-Turbo, un quattro cilindri di 2 litri presentato in occasione del Salone di Parigi del 2016, riesce a coniugare i vantaggi della sovralimentazione con quelli di un rapporto di compressione elevato, “semplicemente” variando, in maniera continua, il suo RC tra un minimo di 8:1 (da propulsore turbo a elevate prestazioni) e un massimo di 14:1 (da aspirato all’avanguardia) con un ingegnoso sistema chiamato Harmonic Drive. Così, ai bassi carichi il motore funziona con il RC più elevato, a beneficio dell’efficienza e quindi dei consumi; salendo di giri invece il RC diminuisce, evitando problemi di detonazione e l’adozione di ritardi di accensione sfavorevoli per le prestazioni del propulsore.
Motore Infiniti 2.0 VC-turbo | Come funziona
La biella “motrice” non è collegata tradizionalmente al perno di manovella, ma a un bilanciere (detto multilink) imperniato sull’albero motore. All’estremità opposta del bilanciere è accoppiata una biella “secondaria” che, con il suo movimento, fa variare l’altezza raggiungibile da quella “motrice”, e quindi dal pistone, facendo ruotare il bilanciere stesso intorno all’asse del perno di manovella. La biella “secondaria”, imperniata su un apposito albero di comando eccentrico, è mossa da un braccio attuatore. Quest’ultimo è collegato a un propulsore elettrico azionato da una centralina elettronica, che modifica la geometria del primo a seconda delle condizioni di marcia (vedi schema sopra). Si evidenzia che è il bilanciere a trasferire la forza motrice all’albero motore, assolvendo nel contempo alla funzione di regolazione dell’altezza della biella “motrice”. In base ai dati tecnici forniti dalla Casa abbiamo calcolato che, per passare dal rapporto di compressione minimo al massimo, il pistone alza il suo PMS di circa 1,2 mm.
Facciamo notare che la corsa, invece, rimane inalterata a fronte di una variazione “virtuale” della lunghezza della biella dovuta allo spostamento di quella secondaria. La particolarità di questo sistema è che la biella “motrice” nel suo movimento disegna, rispetto all’asse del cilindro, angoli molto ridotti. Tutto ciò si traduce in una drastica riduzione delle vibrazioni (in un 4 cilindri in linea dipendono dalle forze del secondo ordine, ruotanti con velocità angolare doppia rispetto a quella del motore) e del rumore, a tutto vantaggio del comfort di marcia, caratteristica cruciale per un marchio premium come Infiniti. Tant’è che il propulsore non ha bisogno di alberi controrotanti. Un’altra caratteristica del motore giapponese è la possibilità di lavorare con ciclo Atkinson ai RC più alti e con normale ciclo Otto nelle altre condizioni di esercizio. In questo modo si ottimizzano i consumi e, allo stesso tempo, si ottengono brillanti prestazioni quando necessario.
Motore Infiniti 2.0 VC-turbo | Lo sviluppo
Lo sviluppo di questo propulsore ha comportato circa vent’anni di lavoro. La Casa ha dichiarato che sono stati realizzati più di 100 prototipi di motore, con 30.000 ore al banco prova (equivalenti a circa 5 milioni di chilometri su strada). Nell’ultima fase di sviluppo c’è stato anche l’apporto dei motoristi della Renault F1, in particolare per ottimizzare la resistenza di alcuni componenti critici come i cuscinetti. Ci sono altre caratteristiche che fanno del Infiniti VC Turbo un propulsore unico. L’iniezione avviene con due iniettori, uno nel condotto di aspirazione, l’altro direttamente nel cilindro; possono funzionare singolarmente o insieme a seconda delle condizioni di marcia. Il mantello del pistone è rifinito “a specchio” con uno speciale trattamento al plasma, seguito da tempra e lucidatura: ciò consente, secondo il costruttore, di ridurre l’attrito tra pistone e canna del 44%. Il turbocompressore è single-scroll con collettore di scarico integrato nella testa, per migliorare la risposta in accelerazione e ottenere una posizione ottimale del catalizzatore. La pompa dell’olio bistadio è a geometria variabile, così come la portata del liquido di raffreddamento. Il basamento del motore è in alluminio, mentre i componenti dell’Harmonic Drive sono realizzati in acciaio ad alto tenore di carbonio.
Secondo Infiniti, questo propulsore fornirà prestazioni ai livelli delle migliori unità del suo segmento, ma con consumi ridotti ed emissioni inferiori a quelle di un Diesel di pari potenza. Non rimane che attendere l’uscita del nuovo SUV Infiniti ispirato al concept “QX sport inspiration” per saggiare su strada le caratteristiche di un motore che si annuncia profondamente innovativo.
Motore Infiniti 2.0 VC-turbo | Scheda tecnica
Motore: a benzina, ciclo Otto o Atkinson
Rapporto di compressione: variabile tra 8:1 e 14:1
Alesaggio x corsa: 84 mm x 90,1 mm
Cilindri: 4 in linea
Cilindrata: variabile tra 1.970 cm3 (RC massimo) e 1.997 cm3 (RC minimo)
Valvole: 4 per cilindro con fasatura variabile su aspirazione e scarico
Alimentazione: 2 iniettori per cilindro (uno nel collettore di aspirazione, uno “diretto” nel cilindro)
Sovralimentazione: un turbocompressore single-scroll con intercooler
Potenza massima: 200 kW (272 CV) – regime non dichiarato
Coppia massima: 390 Nm – regime non dichiarato
Motore Infiniti 2.0 VC-turbo| Video
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