Fino a poco tempo fa, l’ultima frontiera in tema di motori a gasolio erano i propulsori con tecnologia "Common Rail" Unijet, che si chiamano in questo modo, ma in realtà di iniezioni di gasolio in camera di scoppio non ne fanno una ma due: una più piccola, iniziale, ed una principale, più grande. Oggi non è più così, perché i tecnici di Fiat-GM Powertrain hanno messo a punto i "Common Rail" di seconda generazione, che invece sono Multijet, cioè capaci di più iniezioni (da 3 a 5).
Il principio motoristico dei due sistemi è il medesimo. Già nell’Unijet, l’iniezione pilota innalza la temperatura e la pressione all’interno del cilindro, consentendo così - al momento dello scoppio principale - una migliore combustione. Potendo suddividere l’iniezione principale stessa in tante iniezioni più piccole, la quantità di gasolio bruciata all’interno del cilindro resta la medesima, ma si ottiene una combustione ancora più graduale e completa. Raggiungendo, così, ulteriori traguardi nel controllo del rumore di combustione, nella riduzione delle emissioni e nell’incremento delle prestazioni.
I motori "Common Rail" Multijet, dunque, si differenziano dai "Common Rail" Unijet essenzialmente per due componenti: gli iniettori e la centralina elettronica che li controlla. Per poter aumentare il numero delle iniezioni, infatti, occorrevano iniettori capaci di ridurre il tempo tra un’iniezione e l’altra, che perciò scende addirittura di un ordine di grandezza: da 1500 a 150 microsecondi. E poi era necessario diminuire la quantità minima iniettata: che passa da circa 2 a meno di 1 mm3. Bisognava, infine, avere una centralina "più intelligente", cioè capace di cambiare continuamente la logica di iniezione con il variare di tre parametri: il numero dei giri del motore, la coppia richiesta in quel momento dal guidatore e la temperatura del liquido di raffreddamento.
E in effetti, mentre il nuovo motore Multijet è in funzione la centralina riadatta in continuazione lo schema e il numero di iniezioni (oltre che la quantità di gasolio iniettata). Quando l’acqua è a meno di 60°C e la coppia richiesta è poca si fanno due iniezioni piccole e una grande, molto ravvicinate tra loro. Al crescere della coppia, le iniezioni diventano solo due: una piccola e una grande. Mentre nella condizione di alto numero di giri e grande richiesta di coppia, l’iniezione è una sola. Con la temperatura dell’acqua a più di 60°C, infine, le cose cambiano di nuovo e, per ridurre al minimo le emissioni, lo schema delle iniezioni diventa: una piccola, una grande, una piccola.
Esposti in teche di vetro, a Ginevra il pubblico può osservare da vicino il 1.3 16v Multijet da 70 CV e il 1.9 Multijet 16v da 140 CV.
1.3 16v Multijet
Appartiene alla famiglia Multijet il 1.3 16v, il più piccolo e avanzato tra i diesel a iniezione diretta "Common Rail" di seconda generazione.
Per realizzarlo i progettisti hanno preso tutta la tecnologia contenuta nel recentissimo motore 1.9 Multijet da 140 CV: dal dispositivo "Common Rail" ad alta pressione alle iniezioni multiple, dalle 16 valvole all’intercooler, alla camera di combustione di forma particolarmente efficiente. Poi, hanno aggiunto un sistema di aspirazione con collettore in plastica e condotti direzionali. E, infine, hanno ridotto massa e dimensioni del motore senza nulla perdere in raffinatezza e qualità tecnica.
Il risultato finale è il 1.3 16v Multijet, un propulsore a 4 cilindri in linea di 1.251 cm3, con un alesaggio di appena 69,6 mm e una corsa "lunga" di 82 mm. Le valvole sono quattro per cilindro e sono azionate direttamente da un doppio albero a camme in testa. La potenza massima è di 51 kW a 4000 giri/min (70 CV) e la coppia erogata di 180 Nm a soli 1750 giri/min.
Insomma, il 1.3 16v Multijet è un vero e proprio capolavoro di tecnologia in miniatura: "vestito" di tutti i suoi accessori, pesa solo 130 kg; ha dimensioni contenute, è lungo meno di 50 centimetri e alto 65; ha un "layout" dei componenti studiato per il minimo ingombro; garantisce i medesimi vantaggi di quelli più grandi perché non è stato "ridotto", ma "miniaturizzato".
Progettato, quindi, seguendo i criteri della massima razionalità, efficienza e affidabilità, il propulsore è il più piccolo diesel quattro cilindri "Common Rail" presente sul mercato. L’unico capace di racchiudere in un cilindro del diametro di meno di 70 millimetri ben sei componenti di dimensioni "normali". Vale a dire quattro valvole, un iniettore e una candeletta.
A questo importante primato di miniaturizzazione, che gli permette di essere montato non solo sulle supercompatte del segmento B ma anche sulle city car del segmento A, il nuovo motore aggiunge un altro record: essere il più potente. Infatti, nonostante la cilindrata davvero ridotta di 1251 cm3, il piccolo Multijet esce vincitore dal confronto con tutti gli "small diesel" dotati di turbina a geometria fissa oggi presenti sul mercato. Anche i più blasonati. Basti dire che, rispetto ai motori a gasolio compresi tra gli 800 e i 1500 cm3, è quello con le migliori prestazioni specifiche: 41 kW/l di potenza e 144 Nm/l di coppia.
Compatto e tecnologicamente sofisticato, dunque, il nuovo propulsore è anche capace di ottimi rendimenti ed è praticamente "for life". Il 1.3 16v Multijet, infatti, è progettato per una vita di 250.000 km, invece degli abituali 150.000. Una lunga esistenza, durante la quale non richiede alcuna manutenzione dei componenti meccanici (nemmeno, a 80.000 km, la canonica sostituzione della cinghia). E in cui gli intervalli per il cambio dell’olio si allungano da 20 a 30.000 km. Un olio, ovviamente, a bassa viscosità (quindi "fuel economy") e rispettoso dell’ambiente: al momento di cambiarlo si butta solo la cartuccia di carta e non tutto il filtro.
Non solo. Il 1.3 16v Multijet è anche un motore a vocazione ecologica, perché già oggi soddisfa i limiti di emissioni Euro 4 che entreranno in vigore nel 2006. Per di più, è uno dei pochissimi motori al mondo che possono ottenere questo risultato senza adottare un sofisticato dispositivo di post-trattamento allo scarico come la trappola del particolato. Insomma un motore intrinsecamente pulito: il livello di emissioni del particolato (responsabile delle polveri e delle polveri fini) - ad esempio - è addirittura inferiore a quello stabilito dalla futura normativa Euro 4.
Il 1.3 16v Multijet, quindi, rappresenta un vero e proprio balzo tecnologico che permetterà a Fiat di sfruttare il sempre maggiore interesse del mercato per i diesel, soprattutto quelli più piccoli. Complici la cilindrata e il peso ridotti, le emissioni contenute e il vantaggioso rapporto tra prestazioni e consumi, la quota del diesel, infatti, sta crescendo in maniera decisa anche nei segmenti bassi: nel ’97 era il 5%, oggi vale quasi il 20% e nei prossimi tre anni dovrebbe arrivare al 30-40%.
Per questo genere di motori significa, negli anni a venire, un mercato che - secondo le stime - conquisterà rapidamente 1.500.000 pezzi. Un ambito nel quale le piccole Fiat, equipaggiate con il sofisticato 1.3 16v Multijet potranno conquistare uno spazio importante. Perché se è vero, come la storia del diesel ha dimostrato, che il prodotto crea il mercato, ancora una volta Fiat è protagonista del cambiamento e pronta ad inserirsi con i propri modelli nel nuovo trend che ha contribuito a creare.
I vantaggi per il cliente
Per il cliente, tutta la tecnologia racchiusa nel piccolo 1.3 16v Multijet si traduce in una riduzione dei consumi che, rispetto all’attuale 1.9 JTD, a parità di massa e peso, è di circa il 10% e una variazione delle emissioni valutabile, sempre nei confronti della stessa vettura, in un 50% in meno. E questo senza contare:
la maggiore silenziosità (immaginate gli scoppi nel cilindro come un colpo su un tamburo: meno rumorosi tre colpi su un tamburo piccolo che un colpo solo su un tamburo grande);
il miglior comfort: minori masse alterne significano meno vibrazioni;
la dolcezza e la gradevolezza di guida dovute all’ottima progressione di coppia (che a sua volta è garantita dalla possibilità di un migliore controllo, momento per momento, della combustione);
l’elasticità e la prontezza di risposta di un diesel che somiglia sempre più ai motori a benzina per la più vasta escursione del numero di giri (ad esempio, non si avverte più il "taglio" di combustibile poco sopra i 4000 giri/min).
le caratteristiche ecologiche che consentono a questo motore di migliorare ancora la principale dote del diesel sul fronte ambientale - il consumo - riducendo al minimo il principale difetto che è l’emissione di particolato.
1.9 Multijet 16v da 140 CV
Derivato dal noto 1.9 JTD 8 valvole "Common Rail", si tratta di un "4 cilindri in linea" con alesaggio di 82 millimetri e corsa di 90,4 mm. Le valvole sono quattro per cilindro e sono azionate direttamente da un doppio albero a camme in testa. Il nuovo turbodiesel è stato oggetto di diversi interventi tecnici tesi a incrementare le prestazioni, la coppia motore ai bassi regimi e la riduzione della rumorosità e delle vibrazioni.
Ad esempio, il sistema "Common Rail" adottato dal 1.9 Multijet 16v prevede due nuove strategie di controllo automatico delle calibrazioni e del bilanciamento del gasolio iniettato, a vantaggio della silenziosità acustica e vibrazionale.
Inedite anche alcune componenti del motore: dalla testa cilindri con punterie idrauliche alle bielle e all’albero motore in acciaio; dal pistone con galleria interna per la circolazione dell’olio di raffreddamento ai cuscinetti di banco e di biella realizzati con materiale diverso rispetto al precedente. Nuovi anche il collettore di scarico e quello di aspirazione: il primo è di un particolare materiale ad alta resistenza, mentre il secondo è in alluminio pressofuso.
Cambiano, infine, l’impianto EGR a controllo elettronico e raffreddamento dei gas di scarico; il circuito di lubrificazione che ha una nuova pompa dell’olio e lo scambiatore esterno (aria/olio) per il raffreddamento dell’olio; il circuito di raffreddamento con una diversa pompa dell’acqua. Insomma, una lunga serie di migliorie e interventi che hanno dato vita a un propulsore affidabile, potente e dai consumi ridotti.
Grande potenza, dunque, (103 kW) e una coppia generosa (31 kgm) per il nuovo propulsore 1.9 JTD 16v.
Risultati raggiunti grazie a una diversa calibrazione del controllo motore; un aumento della pressione d’iniezione diretta portata da 1300 a 1400 bar; e una nuova taratura del turbocompressore. La sovralimentazione del propulsore, infatti, è realizzata con un turbocompressore Garrett dotato di turbina a geometria variabile che contribuisce a migliorare l’erogazione di potenza, conferendo allo stesso tempo caratteristiche di coppia molto elevata anche ai bassi regimi di rotazione. Basti pensare che tra i 1750 e 3250 giri/min, è disponibile il 90% della coppia massima. Dati che si traducono in una grande piacevolezza di guida e in prestazioni davvero brillanti. Per esempio, la Fiat Stilo 1.9 Multijet 140 CV (3 porte) tocca una velocità massima di 203 km/h (200 km/h per la 5 porte e la Multi Wagon), accelera da 0 a 100 km/h in 9,7 secondi e copre il chilometro da fermo in 30,9 secondi.
Prestazioni brillanti, dunque, a fronte delle quali i consumi si rivelano contenuti: la berlina fa registrare 7,6 l/100 km nel ciclo urbano, 4,2 l/100 km in quello extraurbano e 5,4 l/100 km nel misto, mentre i valori delle versioni 5 porte e Multi Wagon sono rispettivamente 7,8 l/100 km - 4,4 /100 km - 5,6 l/100 km.
I diesel a iniezione diretta: una storia firmata Fiat
Con la messa a punto del sistema Multijet, il Gruppo Fiat conquista un nuovo importante primato nel campo dei motori a gasolio. Risultato reso possibile dal grande know how accumulato in questo campo fin dal 1988, quando nasceva la Croma TDI, prima vettura diesel ad iniezione diretta del mondo. Si trattava, per quegli anni, di un risultato brillante, del primo importante passo avanti dei motori a gasolio per automobili verso una maggiore efficienza di combustione.
Grazie a quell’impostazione tecnica, che poi anche altri costruttori avrebbero adottato, le vetture diesel potevano garantire, contemporaneamente, maggiori prestazioni e minori consumi. Restava un problema: l’eccessivo rumore del propulsore ai bassi regimi di rotazione e nei "transitori".
Ed è qui che inizia la storia dell’Unijet o meglio lo studio di un sistema di iniezione diretta più evoluto, capace di ridurre drasticamente l’inconveniente dell’eccessiva rumorosità di combustione. Questa ricerca alcuni anni più tardi avrebbe portato all’Unijet, conquistando nel frattempo anche altri importanti vantaggi sul fronte dei rendimenti e dei consumi.
Per risolvere il problema, infatti, c’erano solo due possibilità: accontentarsi di un’azione passiva e quindi isolare il motore stesso per impedire alle onde sonore di propagarsi, oppure lavorare in modo attivo per eliminare l’inconveniente alla fonte, sviluppando un sistema di iniezione capace di ridurre il rumore di combustione.
Imboccata questa seconda strada, i tecnici del Gruppo Fiat concentrarono subito la ricerca sul principio del "Common Rail", scartando dopo un’attenta analisi altri schemi di iniezione ad alta pressione. Questi sistemi, infatti, non permettevano né di gestire la pressione in modo indipendente rispetto al numero di giri e al carico del motore, né di avere la preiniezione, che sono proprio i punti forti dell’Unijet.
Nato dal lavoro dei ricercatori dell’Università di Zurigo, e mai applicato prima su una vettura, il principio teorico sul quale si incominciò a lavorare era semplice e geniale insieme. Continuando a spingere gasolio all’interno di un serbatoio, si genera pressione all’interno del serbatoio stesso, che diventa un accumulatore idraulico ("rail"), cioè una riserva di combustibile in pressione pronto all’impiego.
Tre anni dopo, nel 1990, iniziava la preindustrializzazione dell’Unijet, l’impianto sviluppato da Magneti Marelli, Centro Ricerche Fiat ed Elasis sul principio del "Common Rail". Una fase che si concludeva nel 1994, quando Fiat Auto decise di scegliere un partner che avesse la massima competenza nel campo degli impianti di iniezione per motori diesel. Il progetto venne quindi ceduto alla Robert Bosch per la parte finale del lavoro, cioè il completamento dello sviluppo e l’industrializzazione.
Così a nove anni dalla Croma TDI, nell’ottobre del 1997, arriva sul mercato un’altra automobile da record: l’Alfa 156 JTD equipaggiata con un rivoluzionario turbodiesel che assicura risultati fino ad allora impensabili.
Le vetture dotate di questo motore, infatti, sono incredibilmente silenziose, hanno una risposta brillante come quelle con propulsori a benzina e fanno registrare, rispetto ad un analogo motore a precamera, un miglioramento medio delle prestazioni del 12 per cento, oltre che una riduzione dei consumi del 15 per cento.
Il successo delle Alfa 156 con motore JTD è immediato e ben presto, oltre ad essere impiegato su altri modelli di Fiat Auto, anche molte altre Case automobilistiche adottano propulsori simili. Adesso è la volta della seconda generazione dei motori JTD, quelli a iniezioni multiple e con 16 valvole.