mercoledì , 25 aprile 2018
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BMW B58: scopriamo ogni segreto del nuovo 6 cilindri

BMW
BMW B58 Engine – BMW 340i LCI

BMW B58: scopriamo, in dettaglio, il nuovo 6 cilindri di BMW frutto di una progettazione modulare, si dimostra esser un ritrovato tecnologico di prim’ordine

BMW B58: scopriamo, in dettaglio, il nuovo 6 cilindri di BMW frutto di una progettazione modulare, si dimostra esser un ritrovato tecnologico di prim’ordine. E’ da evidenziare che in questi 10 anni, dal debutto del primo 6 cilindri sovralimentato di BMW, la tecnologia automobilistica ha compiuto passi da gigante. Trasmissioni automatiche che soppiantano in toto quelle manuali, realizzate anche con 10 rapporti, veicoli elettrici che iniziano ad avere prestazioni da supersportive, veicoli a guida autonoma, LED, etc, etc…

BMW è partita dal propulsore N54, che è stato poi evoluto in N55. Da questa esperienza nel campo dei propulsori a ciclo otto a 6 cilindri, ha esteso le proprie conoscenze con i propulsori N63 (8 cilindri) ed N20 (4 cilindri).

Forte di tutto ciò, ha sviluppato una propria famiglia di motori modulari della famiglia B (B38, B48, B58) che ha fatto il suo debutto con la BMW 340i LCI. In questo articolo, vorrei fornire un esame approfondito su questo motore, sulla base di fonti multiple di informazioni tecniche e anche la mie osservazioni. 

BMW N54 Engine
BMW N54 Engine

Piccola premessa: la situazione nell’anno 2004

Già nel l’inizio del 21 ° secolo, vi è stata una tendenza emersa tranquillamente all’interno del settore auto:  il desiderio di potenza. A quel tempo, i motori a 6 cilindri di solito avevano una potenza nell’ordine dei 200 CV, e il territorio sopra 300 CV appartiene a motori di fascia alta come i V8 / V10 / V12 etc.

Il primo produttore di auto che ha iniziato la “guerra di potere” nel settore dei mezzi a prezzi accessibili è Nissan – che ha rilasciato la Infiniti I35 alla fine del 2001, equipaggiata con il motore VQ35DE V6, che ha superato la soglia di 250 CV per la prima volta per un’auto di lusso entry-level . BMW era molto al di sotto di quel valore, quindi è corsa ai ripari, presentando nell’aprile del 2005, la BMW 330i con il nuovo N52 6 cilindri 3.0 litri da 258 CV.

Ma era ancora lontano dalle potenze dei grossi V6 Toyota e Mercedes, che superavano quota 300 CV, anche con 3.5 e 3.8 litri di cilindrata. BMW avrebbe potuto aumentare la corsa dei suoi 6 cilindri aspirati, ma il gap sarebbe stato comunque elevato ed avrebbe fatto perdere in reattività. Ecco che nasce il propulsore N54.

La nascita del propulsore N54, antesignano di tutti i nuovi turbo-compressi

In realtà il 3.0 litri  6 cilindri, sovralimentato con doppio turbocompressore, non è una cosa estranea in BMW. Già in passato Alpina aveva reso biturbo un 6 cilindri in linea che andava ad equipaggiare la sua B10. N54 era in effetti già pronto nel 2003, ma BMW ha ritenuto non opportuno lanciarlo sul mercato, dato che i suoi principali competitors erano indietro sulla tecnologia a ciclo otto. Con i nuovi progressi tecnologici, il gruppo Volkswagen e Toyota, hanno spostato più avanti i limiti dei motori a ciclo otto e, così, BMW è dovuta correre ai ripari, mettendo sul mercato velocemente il suo primo biturbo. Per questo motivo, il propulsore N54, ha avuto un bel po’ di problemi di gioventù, che si sono risolti con il tempo.

Addio doppia turbina, una singola, ma twin-scroll

Dopo il pensionamento di N54, arriva il propulsore N55. Sviluppato in un periodo di grave crisi finanziaria (2008) accoppia grandi ricercatezze tecniche, con alcune economie di scala. L’ultimo motore B58 è totalmente diverso da quello N54 e N55. La sua progettazione è completamente orientata verso le prestazioni, mentre il precedente N54 / 55 hanno un potenziale limitato, che impedisce loro di prendere carichi elevati.

Modifiche chiave

Ci sono due modifiche principali che distinguono B58 da N54 / 55:

  • Blocco cilindri del B58 è closed-deck; mentre N54 / 55 sono open-deck;
  • B58 sta usando un intercooler aria-liquido, rispetto agli N54 / 55 con intercooler aria-aria.

Diamo prima un’occhiata al basamento closed deck del B58. Per natura, il blocco cilindri closed deck è molto più forte rispetto al tipo open deck, quindi è più adatto a carichi elevati ed a sopportare alte pressioni. Questo spiega il motivo per cui per il motore S55 (usato su M3 / M4), BMW ha bisogno di convertirsi dall’Open Deck di N55 ad un design Closed Deck. Questo è anche il motivo per cui BMW non ha mai aumentato ufficialmente la potenza di N54/N55 oltre i 340 CV (perché il blocco semplicemente non può aumentare la sua potenza, senza rischiare la sua integrità strutturale).

BMW B58 Engine Block - Closed Deck
BMW B58 Engine Block – Closed Deck
BMW N54 Engine Block - Open Deck
BMW N54 Engine Block – Open Deck

Il basamento Closed Deck di BMW B58

Sebbene il basamento Closed Deck di BMW B58 è strutturalmente forte, ha anche dei difetti. Per esempio comporta un costo di produzione elevato; Anche il flusso di refrigerante è più ristretto, fattore che obbliga BMW ad utilizzare un modulo di gestione del calore dedicato sul motore B58. D’altra parte, questo non significa che il design open deck è una cattiva scelta. L’open deck è più leggero ed ha sistema di raffreddamento, più adatto per propulsori che non hanno un’elevata pressione in camera di combustione.

Gli N54 / 55 usano canne cilindro in ghisa riportata, ma sui BMW B58 è diverso: si utilizza una tecnologia più avanzata denominata “Electric Arc Wire Spraying”. Questo e un tipo di spruzzo del ferro tramite arco plasma, che crea uno strato di spessore sottile (0,3 mm) di ferro sulla superficie della parete del cilindro ed elimina la necessità di utilizzare le canne cilindro. L’obiettivo finale è quello di ridurre la massa. A titolo d’esempio, questa metodologia è utilizzata su motori quali il V6 della Nissan GT-R o il V10 della Lexus LF-A. Attualmente, la tecnologia è divenuta più accessibile, tanto da esser utilizzata anche da FORD per i suoi motori EcoBoost.

Il nuovo B58 costa più dei precedenti 6 cilindri in linea sovralimentati

Si può anche notare che la maggior parte dei motori a 6 cilindri in linea di BMW siano tutti “sottoquadro”, e questo accade anche su B58. Il motore BMW B58 ha un alesaggio di 82 millimetri ed una corsa di 94,6 mm. Lo scopo di tale geometria non enfatizza la coppia ai bassi regimi, ma è per un discorso di ingombri. BMW aveva utilizzato motori a corsa corta, ma per mantenere la stessa cilindrata, il suo alesaggio sarebbe dovuto crescere. Dal momento che qui 6 cilindri sono disposti in linea, questo avrebbe portato ad avere un blocco cilindri eccessivamente lungo, e quindi difficile da organizzare con gli spazi all’interno del vano motore, o richiede forzatamente un veicolo con un “naso” più lungo (che è inutile per molti modelli di auto). Inoltre, un albero motore più lungo sarebbe stato più debole.

D’altra parte, i motori turbo possono beneficiarne dalla corsa lunga: a causa del turbo lag, è bene avere una coppia superiore quando il motore è in modalità “aspirata”; ciò contribuisce a rendere più pronta la risposta dell’acceleratore percepita del conducente.

Alla luce di quanto evidenziato, la progettazione Closed Deck sembra costare di più per BMW da realizzarsi. Tuttavia, dal punto di vista olistico, è un’altra storia: B58 non è un singolo prodotto, in realtà si tratta di un membro della famiglia di motori della famiglia “B” di BMW. I motori B utilizzano il principio modulare di progettazione: lo stesso alesaggio, stessa corsa, ed anche lo stesso blocco tra le versioni a benzina / diesel. Pertanto, tutti questi motori possono condividere molte parti del processo di progettazione e di fabbricazione, e in definitiva ridurre i costi totali.

Intercooler Aria – Liquido

BMW B58 Engine Air-Liquid Intercooler
BMW B58 Engine Air-Liquid Intercooler

L’intercooler aria-acqua sul propulsore BMW B58 è integrato nel plenum di aspirazione, che si trova sulla parte superiore del motore ed al di sotto della testata. Dal momento che l’aria di aspirazione non ha più bisogno di essere indirizzato all’intercooler dal paraurti anteriore (come l’N54 / 55), tale disegno compatto porta degli enormi vantaggi per il B58: il percorso di aspirazione viene ridotto in modo significativo, il che migliora la risposta dell’acceleratore.

BMW B58-N55 Cooling Circuit
BMW B58-N55 Cooling Circuit

Ci sono altre peculiarità che indicano che il propulsore B58 è concepito come un motore ad alto rendimento. Per esempio il suo albero motore è forgiato, questo le rende più duro dell’unità utilizzata per N55. Anche le bielle sono forgiate sul BMW B58.

BMW B58 Crankshaft
BMW B58 Crankshaft

Miglioramenti continui

Come accennato in precedenza, la costruzione del monoblocco con design Closed Deck di BMW B58 provoca che il flusso del refrigerante debba scorrere in interstizi più ristretti, e solleva un requisito difficile per il sistema di raffreddamento del motore.

BMW B58 Heat Management
BMW B58 Heat Management

Pertanto, BMW utilizza un sistema chiamato “Heat Management Module” su B58, che viene meccanicamente azionato dall’albero motore mediante una cinghia Poly-V. All’interno del modulo, la velocità del flusso del refrigerante viene regolata da una valvola rotativa. La pompa del liquido di raffreddamento, di tipo meccanico, ha evitato il fastidio di un possibile failure elettrico come accadeva nei precedenti motori BMW. Tuttavia, anche per affrontare la necessità di raffreddamento del turbocompressore, anche a motore spento, una pompa elettrica supplementare dedicata, viene aggiunta al gruppo turbo per affrontare questo problema.

Distribuzione ottimale del peso

Sul motore N54 / 55,  l’alternatore, il compressore AC, la catena di distribuzione ed gruppo del filtro dell’olio motore, sono ubicati verso la porzione anteriore del motore, pertanto, il centro di gravità del motore tende ad essere spostato in avanti.

Il propulsore B58 tratta il tutto in modo diverso: pone il filtro dell’olio ed il suo radiatore, il sistema VANOS e la catena di distribuzione sul retro del motore. Questo è buono per la distribuzione del peso, ma aumenta di molto la difficoltà di manutenzione.

Sebbene il tappo del filtro dell’olio, sia ancora raggiungibile distendendosi all’interno del vano motore, questo non si può dire del sistema VANOS, che è praticamente a contatto con la parete parafiamma. Quindi se i proprietari di una 340i dovranno rimettere a nuovo il sistema VANOS, saranno obbligati a rimuovere il motore dal vano motore per accederci. Se tutto ciò accade in garanzia, il problema non si pone, mentre se si verifica fuori periodo di copertura, sono dolori.

Sistema VALVETRONIC e corpo farfallato

Il sistema VANOS è responsabile della regolazione dell’angolo di anticipo ed il sistema Valvetronic viene utilizzato per il controllo dell’altezza delle valvole e funge da corpo farfallato. Il sistema Valvetronic su N55 è alla sua 3a generazione, mentre su BMW B58 è alla sua quarta revisione. Non vi è alcun cambiamento fondamentale nel principio di funzionamento, la differenza principale nel sistema Valvetronic del B58 è che sposta il servomotore dal coperchio valvole, al di fuori dello stesso, in alto a destra rispetto alla testata. Tale riprogettazione porta due importanti vantaggi:

  • Ha ridotto significativamente lo spazio di installazione;
  • Fa scendere l’altezza totale del motore ed abbassa il centro di gravità dello stesso.
BMW B58 - Valvetronic Servo Motor
BMW B58 – Valvetronic Servo Motor

In teoria, un corpo farfallato è inutile data la presenza del Valvetronic. Tuttavia sul motore B58 c’è una valvola a farfalla di fronte all’ingresso dell’intercooler. L’utilizzo del corpo farfallato ha tre principali vantaggi in tal caso:

  • quando c’è un cambiamento improvviso del carico, il meccanismo Valvetronic può non reagire abbastanza velocemente per adattarsi alle nuove esigenze di funzionamento; la valvola a farfalla può contribuire a fornire una transizione senza soluzione di continuità;
  • un leggero vuoto è necessario per la ventilazione del motore;
  • Il corpo farfallato agisce come backup ridondante in caso di malfunzionamento del Valvetronic.
BMW B58 - Valvola a farfalla
BMW B58 – Valvola a farfalla

Sistema di alimentazione

Un cambiamento importante al sistema di erogazione di carburante del motore BMW B58 è che ogni iniettore è adesso collegato direttamente al rail, non attraverso una linea ad alta pressione supplementare come nel motore N55. Il vantaggio è la riduzione delle perdite di pressione (più lungo è il percorso maggiore è la perdita) ed un controllo leggermente più veloce e preciso sulla pressione.

BMW B58 - Engine Rail Injection
BMW B58 – Engine Rail Injection

Il motore B58 sta ancora utilizzando gli iniettori a valvola solenoidale, non più i costosi piezo-elettrici utilizzati nei precedenti N54 e sul grosso V8 N63. Il motivo di non utilizzare l’iniettore piezo è a causa dell’elevato tenore di zolfo nella benzina di mercato degli Stati Uniti, il che rende l’attuazione della funzione “lean burn” impossibile.

BMW B58 Injector - Iniettore a solenoide Bosch
BMW B58 Injector – Iniettore a solenoide Bosch

Turbo compressore

Il B58 sta ancora utilizzando un turbocompressore TwinScroll simile a quello di N55, tuttavia è più grande nelle dimensioni. Rispetto all’unità N55, il turbocompressore B58 ha una turbina del 6% più grande, e il diametro della ruota del compressore è aumentata del 10%, quindi il nuovo 3.0 litri 6 cilindri B58, guadagna il 20% in pressione di sovralimentazione.

BMW B58 Engine - Turbo TwinScroll
BMW B58 Engine – Turbo TwinScroll

Dal grafico curva di potenza / coppia ufficiale riportato in calce, la potenza ha un’area plateau dopo 5.000 RPM. Questo è molto probabilmente dovuto alla logica del software ECU che limita l’erogazione, o BMW ha realizzato la curva di proposito – dal momento che ogni “vincolo”  di potenza in uscita dovrebbe avere una curva regolare, non un plateau così brusco come questo qui. Quindi questo indica il B58 dovrebbe avere una versione ad alta potenza (e di fatto BMW già offre il BMW M Performance Power Kit sulla BMW 340i, che porta la potenza a 265 kW / 360 CV e la coppia a 500 Nm (da 450 Nm originari).

BMW B58-N55 Output Curve
BMW B58-N55 Output Curve

Il turbocompressore del motore B58 utilizza un attuatore elettrico per controllare la valvola wastegate; questo è un approccio diverso rispetto al motore N55, che utilizza un sistema di controllo della pressione di carica controllata dal vuoto. Tuttavia a causa dell’elevato calore generato dal turbocompressore, BMW pone uno scudo termico intorno al componente elettrico dell’attuatore.

ECU – specifica per B58

Si tratta di una tradizione per BMW inserire all’interno del vano motore la ECU. Sul motore N55 la centralina si trova sotto il plenum di aspirazione e quindi, raffreddato con l’aria di aspirazione. Per il motore B58, la posizione dell’ECU è fuori dal motore, e precisamente accanto al puntone dell’ammortizzatore lato guida. Diversamente che in passato, ora gli spinotti e le prese non sono sigillate. Questo potrebbe rappresentare un problema nel lungo periodo, a causa degli agenti atmosferici.

BMW B58 ECU
BMW B58 ECU

About Michele Picariello

Ingegnere Meccanico con la passione per la scrittura. Si dedica da tempo alla ricerca di informazioni tecniche e commerciali per il mondo BMW e le realtà ad esso connesse.

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