29 settembre 2018

BMW: la storia del motore boxer

A quasi 70 anni dalla R 32, la prima moto BMW, fa il suo debutto nel settembre 1992 la R 1100 RS e con essa un motore boxer di nuova concezione. Se fino a quel momento le moto di serie BMW con motore boxer erano raffreddate prevalentemente ad aria, con il raffreddamento aria/olio inizia una nuova era

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I motivi tecnici che inducono ad abbandonare la precedente costruzione sono diversi. I limiti di rumorosità sempre più severi costringono i costruttori di moto non solo ad attutire nel modo più efficiente possibile i rumori di aspirazione e di scarico, ma anche a ridurre i rumori meccanici dell’unità di propulsione al minimo praticabile dal punto di vista tecnico. Un altro motivo tecnico consiste nella maggiore resistenza del propulsore a una maggiore spinta. Il raffreddamento a olio è sensibilmente più efficace proprio nella zona della testata cilindri, più esposta alle sollecitazioni termiche. Il raffreddamento a liquidi assicura inoltre un riscaldamento più omogeneo del propulsore. Il raffreddamento aria / olio presenta inoltre un vantaggio particolare nelle partenze a freddo: l’impiego dell’olio come mezzo di raffreddamento favorisce un riscaldamento più veloce del motore rispetto a quanto accade nei motori raffreddati ad aria. Ne conseguono una minore usura e una durata più lunga. Il nuovo motore boxer della R 1100 RS presenta una cilindrata di 1.085 cc con un alesaggio di 99 mm e una corsa di 70,5 mm. La potenza è di 90 CV a 7.250 giri/min. Per la prima volta in un motore boxer di serie BMW Motorrad punta per questo propulsore su quattro valvole per cilindro. Realizzato con architettura CIH (CIH: Camshaft-in-head), un albero a camme per ogni cilindro è azionato per mezzo di una catena di comando collocata posteriormente ai cilindri da un contralbero posizionato sotto l’albero a gomito. Le punterie, ora molto corte rispetto al modello precedente, assicurano una distribuzione molto più rigida e quindi più resistente alla velocità che offre i margini necessari per il futuro sviluppo della potenza. Grazie a questa misura costruttiva il livello di rumorosità meccanica si riduce ulteriormente. Allo stesso tempo, la preparazione della miscela, ottenuta fino a quel momento tramite carburatore a pressione costante, è affidata a un moderno sistema di iniezione nel collettore di aspirazione abbinato a un sistema Bosch Motronic. Unitamente a una sonda Lambda ora consente anche l’impiego di un catalizzatore a tre vie e prepara quindi il boxer al futuro anche in termini di emissioni. Il cambio a tre alberi a cinque rapporti e riserva dell’olio separata è accoppiato con flangia in modo tradizionale.
Nel corso dei 15 anni successivi questo motore raffreddato ad aria / olio subisce ulteriori sviluppi. A partire dal 1999 nei modelli R 1150 la cilindrata sale a 1.130 cc e dal 2004 i modelli R 1200 raggiungono persino una cilindrata di 1.170 centimetri cubici. L’aumento di cilindrata a 1.170 cc va di pari passo con una intensa rivisitazione tecnica del motore allo scopo di ottenere più fluidità di marcia e comfort. Il motore boxer BMW è quindi equipaggiato per la prima volta con un albero di equilibratura che ruota in direzione contraria rispetto al senso di rotazione dell’albero a gomito e che elimina quasi completamente il momento d’inerzia di prim’ordine per mezzo di due masse di compensazione sfalsate di 180 gradi. Mai prima si era avuto un motore boxer BMW dal funzionamento così fluido come nei modelli R 1200. Tre anni dopo il suo debutto, nell’autunno 2007, questo propulsore viene ulteriormente affinato dal punto di vista tecnico. La R 1200 GS, ad esempio, ora eroga una potenza di 105 CV, contro i precedenti 98 CV. Con un numero di giri massimo salito a 8.000 giri/min e una fascia di regime ancora più ampia, il motore risponde nella fascia superiore dell’arco di regime in modo ancora più dinamico e con una maggiore accelerazione. La trasmissione secondaria rivisitata consente una trazione ancora più vivace che in passato. Il cambio a sei marce rivisitato con diametri dei cuscinetti maggiorati tiene conto dell’aumento di coppia.
Nell’autunno 2009 BMW Motorrad compie un altro grande passo nello sviluppo del motore della R 1200. Viene montato il motore boxer DOHC, molto simile nel suo principio di progettazione e nella struttura fondamentale, e già utilizzato nel 2007 nella HP2 Sport da 133 CV. Il nuovo motore boxer è ora dotato di due alberi a camme in testa per ogni cilindro, debutta nella R 1200 GS e si presenta rivisitato e ottimizzato in modo mirato. Se il propulsore precedente assicurava già una spinta propulsiva di tutto rispetto in qualsiasi condizione d’uso, la nuova R 1200 GS migliora ulteriormente la risposta e la performance complessiva. Con una potenza di 110 CV a 7.750 giri/min, un numero di giri massimo aumentato di 500 a 8.500 giri/min e quindi una fascia di regime ancora più ampia, il boxer risponde nell’intero arco di regime con ancora più dinamismo, accelerazione ed elasticità.
1/58 BMW mostra la R 1200 GS 2010, dotato di un nuovo motore boxer, sempre di 1.170 cc, capace di erogare una potenza massima di 110 CV a 7.750 giri e un coppia di 12,3 kgm a 6.000 giri.
Tre anni dopo, nel 2012, BMW Motorrad presenta per la prima volta il successore completamente rinnovato montato nella R 1200 GS che utilizza per la prima volta l’acqua anziché l’olio come liquido di raffreddamento, in tempo per segnare il 90simo anniversario del motore boxer BMW Motorrad, con cui tutto ha avuto inizio. La performance auspicata e il rispetto dei requisiti di legge previsti in futuro sono garantiti tra l’atro con l’implementazione del nuovo sistema di raffreddamento. Mentre il motore boxer da 125 CV continua ad essere raffreddato da un sistema ad aria /liquidi, il fluido di raffreddamento non è più l’olio motore, ma una miscela di glicole e acqua. Grazie a una maggiore capacità termica, garantisce una dissipazione più efficiente del calore. In questo cosiddetto raffreddamento di precisione sono raffreddati esclusivamente gli elementi del motore particolarmente esposti a sollecitazioni termiche. Nel complesso però il motore continua ad affidarsi sostanzialmente al raffreddamento ad aria, il che consente di preservare l’aspetto tipico del motore boxer. A tale scopo i radiatori di dimensioni piccole sono stati integrati discretamente nel veicolo. Si tratta del primo motore boxer BMW Motorrad di serie in cui le testate cilindri DOHC non sono più attraversate dal flusso in orizzontale, bensì in verticale. Altre novità mondiali nella storia del motore boxer BMW Motorrad sono la trasmissione integrata con frizione in bagno d’olio e funzione antisaltellamento nonché la trasmissione cardanica ora posizionata sul lato sinistro. Con 125 CV a 7.700 giri/min e una coppia di 125 Nm a 6.500 g/min, il nuovo motore offre prestazioni superlative in termini di propulsione e guida. Nel 2018, con le nuove BMW R 1250 GS e R 1250 RT debutta infine l’evoluzione logica e coerente di questo motore di successo.
1/13 BMW R 1200 GS: confronto motori (a sinistra il boxer 2013)
Le nuove R 1250 GS (cliccate qui per scoprirne tutti i dettagli e vedere le foto) e R 1250 RT (qui trovate tutte le info e le immagini) sono equipaggiate con una nuova versione del bicilindrico boxer a fasatura variabile. Il nuovo motore vanta una cilindrata di 1.254 cc (prima: 1.170 cc), il rapporto tra alesaggio e corsa è ora di 102,5 a 76 mm (prima: 101 a 73 mm), la potenza erogata è di 136 CV a 7.750 g/min e la coppia massima pari a 143 Nm a 6.250 g/min (prima 125 CV a 7.750 g/min e 125 Nm a 6.500 g/min). Con un aumento di cilindrata del 7 %, il nuovo motore boxer presenta una coppia superiore del 14% e il 9% di potenza in più rispetto al modello precedente, è il motore boxer BMW più potente mai prodotto in serie. Oltre alla potenza massima aumentata, a incidere sulla fluidità di guida è l'aumento di coppia e dell’elasticità. Nell’arco di regimi da 2.000 a 8.250 g/min è disponibile costantemente una coppia di oltre 110 Nm; tra 3.500 e 7.750 g/min sono disponibili oltre 120 Nm.

Anche in questa nuova versione il boxer è raffreddato ad aria/liquido. Nel raffreddamento di precisione, gli elementi del motore particolarmente esposti a sollecitazioni termiche – le due testate e parti dei cilindri – sono attraversati da liquido di raffreddamento. La dissipazione del calore avviene attraverso i radiatori collocati nella parte anteriore della moto.

Attraverso le immagini presenti nella gallery qui sotto potete vedere le varie fasi di funzionamento del boxer a fasatura variabile (qui il video).
1/17 BMW R 1250 GS 2019: il nuovo motore boxer a fasatura variabile
Nello sviluppo del nuovo motore boxer della R 1250 GS e della R 1250 RT 2019, l’obiettivo dei tecnici di Monaco era quello di incrementare i valori di potenza e coppia del modello precedente, nonché aumentare la silenziosità di funzionamento, la fluidità di marcia e ottimizzare i valori di emissioni e di consumo. Tali ottimizzazioni sono state rese possibili dall’impiego della tecnologia BMW ShiftCam. Si tratta di una tecnologia nuova in ambito motociclistico, per la fasatura e l’alzata variabile delle valvole sul lato aspirazione.

Il cuore di questa tecnologia è costituito da un albero a camme d’aspirazione monoblocco, che per ogni valvola da azionare dispone di due camme: una camma di carico parziale e una camma di carico pieno, aventi ciascuna un profilo diverso. Mentre la camma di carico parziale è stata progettata per influire sull’ottimizzazione dei consumi e la fluidità di marcia, la camma di carico pieno punta a ottimizzare la potenza. Grazie a uno spostamento assiale dell’albero a camme di aspirazione, le valvole di aspirazione vengono azionate o dalla camma di carico parziale o dalla camma di carico pieno in funzione del carico e del regime. Lo spostamento assiale dell’albero a camme di aspirazione, e con esso l’intervento della camma di carico parziale o della camma di carico pieno, avviene attraverso una scanalatura sull’albero a camme e tramite un attuatore elettromeccanico.

La diversa conformazione del profilo delle camme consente anche una variazione dell’alzata della valvola di aspirazione. Mentre la camma di carico pieno mette a disposizione la massima alzata della valvola, la camma di carico parziale produce un’alzata ridotta della stessa. Allo stesso tempo, le camme di aspirazione per la valvola di aspirazione sinistra e destra differiscono per alzata e posizione angolare. Questa differenza di fase determina un’apertura differita e di diversa ampiezza delle due valvole di aspirazione. L’effetto di questa differenza di fase produce una rotazione e quindi una maggiore vorticosità della miscela aria-benzina che affluisce nella camera di combustione. La Casa dichiara che, con un adeguato stile di guida, la tecnologia BMW ShiftCam consente di ridurre il consumo di carburante anche del 4% rispetto al modello precedente.

Anche il motore delle nuove BMW R 1250 GS e R 1250 RT è a flusso verticale, con il vantaggio che i condotti di aspirazione possono essere progettati indipendentemente dal comando valvole e che per entrambi i lati dei cilindri sono realizzabili delle lunghezze di aspirazione identiche. Inoltre, l’iniettore è stato collocato in modo da spruzzare il carburante nel modo più diretto possibile davanti alle valvole di aspirazione ed assicurare una formazione ottimale della miscela. I due alberi a camme per ogni lato del cilindro sono azionati, come in passato, dalla catena che scorre nel vano dietro ai cilindri (sul lato destro del motore sopra l’albero di equilibratura e a sinistra sopra l’albero a gomito). La catena di comando aziona un albero intermedio, collocato tra l’albero a camme di aspirazione e l’albero a camme di scarico, a partire dal quale si effettua l’accoppiamento dinamico con gli alberi a camme tramite coppie di ruote dentate cilindriche. Per ridurre ulteriormente il rumore di funzionamento, la catena di comando è ora realizzata come catena dentata (prima: catena a rulli). Come in passato le quattro valvole formano tra di loro un angolo molto acuto. Sul lato aspirazione, l’angolo formato dalle valvole è di 8 gradi, sul lato di scarico di 10 gradi. I diametri delle teste di valvole misurano 40 mm sul lato di aspirazione e 34 mm sul lato di scarico. Il diametro dello stelo della valvola misura all’incirca 5,5 mm. Come in passato, le valvole sono azionate da bilancieri leggeri e resistenti ai regimi elevati, il cui design è stato acquisito dal motore a quattro cilindri della BMW S 1000 RR. La registrazione del gioco delle valvole si effettua con spessimetri intercambiabili.
Contrariamente ai modelli precedenti, le nuove R 1250 GS e R 1250 RT sono dotate di due sensori antibattito in testa, che consentono di utilizzare anche carburanti con qualità inferiore a RON 95, caratteristica utile durante i viaggi negli angoli più remoti del pianeta. Nelle nuove R 1250 GS e R 1250 RT viene impiegata una nuova gestione motore digitale, la cosiddetta BMS-O. Le sue caratteristiche principali sono l’iniezione sequenziale, un layout compatto e un peso ridotto. La preparazione della miscela viene eseguita dall’iniezione elettronica di carburante tramite corpi farfallati con diametro di 52 millimetri. L’iniezione avviene tramite nuovi iniettori a doppio getto.

Analogamente ai modelli precedenti, anche nel nuovo propulsore troviamo un albero di equilibratura che riduce le vibrazioni. Trasmissione e frizione sono integrate nel carter del motore. La trasmissione al cambio a sei rapporti avviene grazie a una frizione multidisco in bagno d’olio con otto dischi. Il sistema frizione è dotato di un meccanismo antisaltellamento.

Il nuovo impianto di scarico delle nuove R 1250 GS e R 1250 RT, realizzato completamente in acciaio inox, è progettato per un’erogazione di coppia e di potenza ottimali in abbinamento con la tecnologia BMW ShaftCam e funziona in base al principio del 2 in 1. Sono stati ridefiniti ex novo sia la forma che la lunghezza nonché il diametro dei due condotti del collettore e del silenziatore. La depurazione dei gas di scarico avviene attraverso un catalizzatore regolato da una sonda lambda. Le nuove R 1250 GS e R 1250 RT soddisfano le norme vigenti in materia di emissioni (Euro 4) e sono già equipaggiate per i requisiti futuri (Euro 5, dal 2020).
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