Diesel e ciclo Otto hanno definitivamente intrapreso la strada dell'iniezione diretta ad alta pressione. Solo così è possibile ridurre consumi ed emissioni inquinanti, con grande vantaggio anche del confort di guida.

Gli anni 1997 e 1998 segnarono una tappa importante o meglio una svolta epocale nella storia dei propulsori per auto, infatti risale a quell'epoca l'esordio dei motori Diesel a iniezione diretta con sistema ad alta pressione Common Rail della Bosch (su progetto preliminare di Magneti Marelli) e dei motori a benzina a iniezione diretta GDI realizzati da Mitsubishi. Da allora, cioè dalle prime Alfa 156, Mercedes Classe C e Mitsubishi Carisma, gli stessi sistemi o altri analoghi (in particolare quello di Lucas molto simile al sistema Bosch) furono adottati da tutte le Case automobilistiche, a conferma della validità di questi progetti sia nel loro aspetto tecnico, sia dei risultati di resa/consumi/emissioni inquinanti. Basta dire che alla fine del 2000 dalle catene di produzione Bosch è uscito il tremilionesimo sistema Common Rail e che nello stesso anno la produzione mensile è raddoppiata, passando da 90.000 a 180.000 pezzi. Per l'anno in corso le previsioni parlano addirittura del raggiungimento di 5 milioni di pezzi, ma il 2001 è anche l'anno del lancio del Common Rail di seconda generazione, con una pompa di alta pressione rinnovata, una centralina di controllo più potente e una pressione d'esercizio fino a 1.600bar contro i precedenti 1.350. Sempre il 2001 è l'anno d'esordio dell'iniezione Diesel ad alta pressione anche per un altro colosso della componentistica auto, Delphi Automotive Systems. La casa americana ha elaborato un sistema che ha in comune con quello Bosch quasi esclusivamente il principio dell'iniezione ad alta pressione (anche in questo caso l'ordine è dei 1.600bar), mentre nel dettaglio progettuale ne differisce sostanzialmente, come vedremo di seguito. Le prime Case auto che hanno stretto accordi con Delphi sono Renault e Ford, che stanno lanciando in questi giorni rispettivamente un motore 1.5 dCi sul modello Clio e un motore 1.8 Duratorq TdCi sulla Focus.

Nel rispetto della Euro IV
In occasione di una conferenza stampa tenuta nel mese di aprile, Klaus Krieger, Direttore dello Sviluppo del Settore Tecnica di Iniezione Diesel della Robert Bosch in Germania, ha descritto in maniera molto chiara e sintetica come i veicoli Diesel rispetteranno i futuri valori limite dei gas di scarico. Negli anni a venire, infatti, le sempre più severe normative in materia di gas di scarico richiederanno il rispetto di valori limite sempre più bassi. La direttiva Euro IV richiede, per quanto riguarda il particolato, un ulteriore dimezzamento del valore attualmente in vigore; le emissioni di HC e NOx dovranno a loro volta essere ridotte di quasi la metà. Nell'anno 2005, quando entrerà in vigore la Euro IV, non saranno più sufficienti gli interventi all'interno del motore, in particolare per quanto riguarda le automobili appartenenti al segmento di lusso. Si renderà indispensabile un efficiente post-trattamento dei gas di scarico con un filtro per il particolato e, se necessario, un catalizzatore DeNox aggiuntivo. Un'evoluzione analoga si prospetta anche per i veicoli commerciali.
Bosch offre diversi sistemi di iniezione: pompa distributrice a pistoni assiali e radiali, Unit Injector e Common Rail. Tutti puntano al raggiungimento dei medesimi obiettivi: ottimizzare i consumi, le emissioni e la potenza. Quale sia il sistema impiegato, dipende dall'architettura del motore, oltre che dalla potenza specifica che s'intende ottenere.
Le pressioni di iniezione elevate assicurano, tra l'altro, un ridotto livello di emissioni di particolato. Nei moderni motori Diesel, il carburante viene già attualmente iniettato con pressioni molto elevate: nel sistema Unit Injector la pressione è a 2.050bar; la pompa distributrice a pistoni radiali VP 44 raggiunge circa 2.000bar al polverizzatore. Il sistema Common Rail viene prodotto in serie con pressioni di iniezione massime di 1.600bar. La prossima generazione, con una pressione di 1.800bar, viene sviluppata per un impiego nella produzione di serie a partire dal 2004.
Le ridotte tolleranze relative alla portata ed all'inizio dell'iniezione assicurano, in aggiunta alle elevate pressioni di iniezione, che durante la combustione si formi un basso livello di sostanze nocive. Bosch sta lavorando intensamente all'ottimizzazione dei singoli componenti. Per gli iniettori Common Rail, ad esempio, si sta lavorando allo sviluppo della tecnologia piezoelettrica. Essa sarà pronta per la produzione di serie a partire dal 2004 e consentirà, grazie ai tempi di commutazione particolarmente brevi, un dosaggio estremamente preciso della quantità di carburante da iniettare, soprattutto negli impianti di iniezione multipli.
Anche la conformazione del processo di combustione racchiude in sé un notevole potenziale di miglioramento: una o due iniezioni preliminari, ad esempio, eviterebbero la formazione di fumo bianco e blu subito dopo la partenza a freddo e permetterebbero di ridurre la rumorosità di combustione. Una post-iniezione immediatamente successiva all'iniezione primaria ridurrebbe le emissioni di fuliggine ed una ulteriore favorirebbe la rigenerazione del filtro per il particolato.

UIS - Unit Injector System
L'UIS (iniettore-pompa) è un sistema di iniezione ad alta pressione, con valori di iniezione estremamente elevati, superiori a 2.000bar, ed una pre-iniezione assai precisa. Dopo che, nell'autunno 1998, l'Unit Injector System della Bosch aveva debuttato con successo nella produzione di serie sul propulsore quattro cilindri TDI di 1.9 litri montato a bordo della Volkswagen Passat, gli ingegneri Bosch che si occupano dello sviluppo dei motori hanno optato in favore del sistema iniettore-pompa anche sul motore Diesel a tre cilindri della Lupo, ribattezzata come "l'automobile da tre litri" (100km con 3 litri).
Gli iniettori singoli riservati a ciascun cilindro, che svolgono sia la funzione di iniezione sia quella di generatori di pressione, permettono all'UIS di raggiungere le pressioni suddette. Questo consente di ottenere un'eccezionale polverizzazione del carburante e, di conseguenza, una combustione particolarmente efficiente, abbinata a ridotti valori di consumo e di emissione nocive. In tal modo, la Volkswagen Lupo, dotata del motore TDI a tre cilindri e del sistema di iniezione con iniettori-pompa di Bosch, costituisce, con il suo consumo medio di 2,99 litri per 100 chilometri rilevato secondo le normative europee, non solo l'automobile di serie più economica del mondo, ma è anche la prima vettura Diesel a livello mondiale a rispettare i severi valori limite D4.
Attraverso il comando a valvole magnetiche dell'UIS, è possibile ottenere un dosaggio preciso e tempestivo della quantità di carburante da iniettare anche ai bassi carichi. La pre-iniezione garantisce un inizio della combustione delicato, evitando così il noto e fastidioso "battito in testa". Al contempo il tipico forte rumore del motore Diesel ad iniezione diretta diventa un ricordo del passato.
Infine, i motori dotati di UIS si contraddistinguono per la loro grandissima forza di ventilazione e per la loro elevata potenza massima.

Common Rail con regolatori piezoelettrici
Ma anche così non si è certo giunti al termine delle potenzialità di sviluppo del Common Rail: l'anno 2002 vedrà l'introduzione sul mercato del Bosch-CRS con regolatori piezoelettrici che, in confronto alle valvole magnetiche attualmente impiegate, permettono di raggiungere velocità di apertura decisamente più elevate. Con questa innovativa tecnologia è possibile ampliare il potenziale della tecnologia Common Rail - un importante contributo per il rispetto delle future e sempre più severe norme in materia di gas di scarico.

Il Multec di Delphi
A circa due anni di distanza rispetto alla Bosch, anche Delphi Automotive Systems ha recentemente proposto una sua versione di Common Rail. Grazie anche a questo vantaggio temporale, Delphi ha potuto studiare un sistema sempre basato sull'alta pressione, ma migliorato in alcuni dettagli. Il Comon Rail Multec_ DCR 1400 della Delphi Automotive Systems, è caratterizzato innanzitutto da una forma sferica anziché a "flauto", che offre nuove soluzioni di adattabilità negli spazi tipicamente ristretti di un motore. Dal serbatoio a sfera si dipartono cinque tubetti, quattro dei quali conducono il carburante ai cilindri del motore ed uno lo riceve dalla pompa ad alta pressione; gli iniettori elettronici hanno un diametro regolare di 17mm e contengono al loro interno il connettore elettronico e il tubetto di recupero carburante. La pompa ad alta pressione incorpora al suo interno una pompa più piccola che risucchia il carburante dal serbatoio, rendendo inutile la presenza di una pompa di alimentazione.
In questa seconda generazione di Common Rail la principale miglioria tecnica è rappresentata dal flusso controllato di gasolio verso l'accumulatore. Grazie ad una valvola di dosaggio (IMV - Inlet Metering Valve) non avviene mai che la pompa d'alta pressione invii gasolio in eccesso al Rail, ma in ogni momento invia la quantità necessaria in funzione dello stress del motore. In questo modo non esiste più il problema del recupero e ricircolo del combustibile in eccesso nel serbatoio. Il risultato concreto è anche un risparmio del 4-5% di combustibile rispetto al sistema tradizionale. Ma l'innovazione maggiore è rappresentata dall'azione di controllo eseguita da un elettromagnete. Immersa nel gasolio ad alta pressione, la microvalvola che comanda la salita dell'ago dell'iniettore viene mossa da un elettromagnete situato nel cuore dell'iniettore, consentendo di ridurre al minimo i tempi di reazione. Infatti l'elettromagnete non deve vincere un differenziale di pressione quando comanda l'apertura e la chiusura degli iniettori. Questo controllo, che avviene per tutta la durata della vita del veicolo, garantisce un'iniezione ottimale ed elimina i rischi di rumorosità e inquinamento che si verificherebbero con la parziale otturazione degli iniettori. Effettivamente, provando ad ascoltare il rumore di un motore dotato di questo sistema Common Rail (attualmente sono quelli della Ford Focus 1.8 TdCi e della Renault Clio 1.5 dCi) diventa difficile percepire differenze rispetto ad un motore benzina.

Iniezione diretta benzina
La capacità del motore Mitsubishi GDI (Gasoline Direct Injection) di assicurare sia un'elevata potenza, sia un eccellente rendimento nei consumi, deriva dalla capacità di operare in due diversi modi di combustione, a seconda delle condizioni di guida: "modo a combustione ultramagra", quando la potenza non è una necessità, come nel traffico cittadino o in autostrada a velocità di crociera; "modo a potenza superiore", quando serve più potenza, come in un sorpasso, o per affrontare una salita.
Il motore Mitsubishi 1,8 GDI assicura il massimo rendimento dei consumi in condizioni di guida normali, a velocità fino a 120km/h, nel modo a combustione ultramagra. Ne risulta un risparmio di carburante senza precedenti, con un miglioramento del 20% rispetto al motore benzina 1,8 MPI, senza alcun sacrificio in termini di coppia e potenza. Per produrre maggiore potenza e coppia per la guida alle alte velocità o in fase di forte accelerazione, il motore Mitsubishi 1,8 GDI passa in modo dolce e automatico al modo a potenza superiore. Produce così una coppia e una potenza del 10% superiore rispetto al motore benzina 1,8 MPI, assicurando un piacere di guida davvero fuori dal comune.
Il motore GDI ha introdotto una tecnologia innovativa nel mondo dei motori benzina: sia l'iniezione di carburante sia la miscelazione di carburante e aria, avvengono all'interno del cilindro. Ciò consente un preciso controllo sulla quantità di carburante utilizzato e sui tempi di iniezione.
Il motore benzina Mitsubishi GDI offre la potenza e il rendimento di un motore benzina e i consumi ridotti tipici dei motori Diesel, mantenendo le emissioni di scarico ad un livello straordinariamente basso.
La versione Bosch dell'iniezione diretta benzina (che la casa tedesca ha battezzato FSI - Fuel Stratified Injection) è analoga al sistema Mitsubishi, soprattutto per quanto riguarda il principio della combustione diversa a seconda delle condizioni di guida: a carica stratificata e funzionamento omogeneo. In particolare, la formazione della miscela avviene nel vano della combustione e, nel funzionamento a carica stratificata, la nuvola della miscela infiammabile viene posizionata nella zona della candela al momento dell'accensione. Il grande contributo di Bosch in questo settore forse va ricercato nella centralina Motronic MED7 che governa elettronicamente l'iniezione stessa (e che ha visto il suo esordio nella produzione di serie con la VW Lupo FSI). E' proprio grazie a questo controllo elettronico che è possibile ridurre drasticamente i consumi con punte fino al 40%.