esigenza di contenere i con-sumi in misura sempre mag-giore, unita alla possibilità,

finalmente concreta, di abbattere leemissioni acustiche, fino a qualchetempo fa autentico tallone di Achilledi tale tipo di motorizzazioni, haportato vari costruttori a sviluppareuna nuova generazione di motoridiesel a iniezione diretta per impie-go automobilistico, in grado di of-frire prestazioni molto elevate e altempo stesso di rientrare nei severilimiti, per quanto riguarda le emis-sioni di scarico, previsti dalle più re-centi normative.Come noto, i diesel di questo tipopresentano sensibili vantaggi, ri-spetto a quelli a iniezione indiretta,in fatto di consumo specifico, ovve-ro di rendimento (oggi i migliorimotori per autocarri di linea sonoaddirittura scesi al disotto dei 140g/CV h, un valore che sino a pocotempo fa sembrava impensabile). La“ruvidità” e l’elevata rumorosità chefino a qualche anno fa affliggevanoil diesel a iniezione diretta erano le-gati a un notevole “ritardo” all’ac-censione e al fatto che nel cilindrovenivano raggiunte in tempi brevis-simi pressioni estremamente eleva-te. In altre parole, il gradiente dipressione era molto alto. Oggi, gra-zie alla disponibilità di sistemi diiniezione ad altissima pressione ealla possibilità di gestire elettronica-mente la “legge” di iniezione, questiproblemi sono largamente superatie il motore a iniezione diretta puòproporsi come grande protagonistaanche sulla scena automobilistica. Il

gruppo francese PSA, di cui Citroënfa parte insieme a Peugeot, ha svi-luppato una nuova gamma di moto-ri diesel a iniezione diretta ad alta

pressione denominati DW 10. Delletre varianti proposte abbiamo esa-minato l’unità siglata “ATED”, cheequipaggia una versione della Xan-

La tecnica del nuovo 2 litri turbodiesel a iniezione diretta con common rail del gruppo PSA.L’elettronica di controllo dell’iniezione, del turbocompressore e dell’EGR coniuga prestazioni

elevate, consumi contenuti e ridotte emissioni di scarico

di Francesco Coppa. Foto di Giuseppe Polari

MONOGRAFIA

tia (ma anche la Peugeot 406), conturbocompressore pilotato (coman-dato da un’elettrovalvola, la cuiapertura è gestita dal calcolatore) eintercooler; un turbocompressoretradizionale equipaggia, invece, laversione “TED”, prevista in abbina-mento col cambio automatico AL4(PSA) con 210 Nm di coppia tra-smissibile, mentre la TD 90 (previ-sta per la Xara) è caratterizzata dal-la sovralimentazione di tipo “dolce”,ossia con la sola funzione antinqui-namento, e dall’assenza dello scam-biatore di calore aria/aria.Si tratta di un propulsore a quattrocilindri in linea con cubatura di1997 cm3 e cilindrata unitaria di499,25 cm 3, ottenuta con un alesag-gio di 85 mm a fronte di 88 mm dicorsa, in grado di erogare 110 CV(80 kW) a 4000 giri/min (la potenzaspecifica è di 55,08 CV/litro), checorrispondono a 0,484 CV/cm2 ( p e r

Di dimensioni compatte per la categoria,il nuovo due litri turbodiesel a iniezionediretta ad alta pressione (nella foto afianco) ha il basamento in ghisa, connumerose nervature di irrigidimento,mentre la testata e la coppa dell’olio so -no in lega di alluminio. In evidenza gliorgani azionati dalla cinghia della distri -buzione: l’albero a camme è messo inmovimento attraverso la puleggia supe -riore, mentre la grossa ruota dentata adestra aziona la pompa che crea l’altapressione di alimentazione del combusti -bile; si riconoscono anche il tenditoremeccanico (sul ramo lasco), con rullodel diametro di 60 mm e la puleggia del -la pompa dell’acqua. In basso la puleg -gia di comando degli accessori, calettataall’estremità dell’albero motore.Sotto, il volano ha il diametro di attritodi 275 mm. La chiocciola del turbocom -pressore è sormontata dalla wastegate.

unità di superficie del pistone). Lacoppia è di 250 Nm a 1750 giri/min.Il rapporto di compressione vale18:1. In linea con la media, per que-sto genere di propulsori, la velocitàmedia del pistone è di 11,73 metri alsecondo; è buono anche il lavorospecifico (calcolato a regime di po-tenza massima) di 1,126 kJ/dm3.La testata, a due valvole per cilindroe con condotti di aspirazioneconformati in modo da impartireun’elevata turbolenza a vorticeorientato (“swirl”) all’aria aspirata, èin lega di alluminio e ospita gli or-gani della distribuzione, gli iniettorie le candelette di preriscaldamento.Il coperchio della testata è in mate-riale plastico e incorpora il disolia-tore, mentre un castelletto, semprein lega leggera, divide a metà, sulpiano orizzontale, i cinque supportidell’albero della distribuzione. Que-st’ultimo, vincolato assialmente dadue rondelle di spallamento sul ter-zo supporto (conteggiato a partiredal volano, secondo la consuetudineCitroën), reca due eccentrici per ci-lindro, che comandano le rispettivevalvole di aspirazione e scarico;sull’estremità lato volano, azionauna pompa del vuoto per il coman-do del servofreno e del dispositivodi ricircolo dei gas di scarico (EGR)nonché per il controllo della waste-gate. Gli iniettori sono gestiti elet-tronicamente attraverso un solenoi-de di comando e hanno il polveriz-zatore a cinque fori. Le valvole, lecui guide e sedi sono in acciaio sin-

La testata a due valvole per cilindro èalta 133 mm e ospita, oltre agli organidella distribuzione, anche gli iniettorie le candelette di preriscaldamento; sul-la sommità reca un elemento asporta -bile, realizzato in fusione unica semprein lega leggera, che costituisce la metàsuperiore dei supporti dell’albero delladistribuzione.

terizzato, ricevono il moto attraver-so bilancieri a dito, dalle dimensioniparticolarmente contenute, che con-tattano le camme tramite un rullo epoggiano su supporti idraulici tele-scopici a testa sferica, che assicura-no il recupero automatico del gioco.Parallele tra loro e all’asse del cilin-dro, le valvole sono richiamate damolle a elica, a nove spire, dal dia-metro di 20,9 mm. Le valvole di aspi-razione hanno il fungo da 35,6 mm,quelle di scarico da 33,8 mm, mentrelo stelo, identico per tutte, è da 6mm. L’alzata è di 8,85 mm all’aspira-zione e di 9,3 mm allo scarico. L’aspirazione ha una durata di 212°(9° - 23°), e lo scarico di 249,6°(46,6° - 23°).La puleggia di comando dell’alberoa camme, in lega leggera, è vincola-ta al mozzo dell’albero stesso trami-te tre viti. La cinghia dentata delladistribuzione aziona, oltre alla pom-pa dell’acqua, anche la pompa di al-ta pressione del gasolio. Quest’ulti-ma non è distributrice, pertantonon necessita di essere messa in fa-se. Il basamento, del tipo monobloc-co in ghisa con fori di passaggiodell’acqua tra i cilindri contigui, peril raffreddamento della parte supe-riore dei cilindri stessi, presenta del-le nervature di irrigidimento chesvolgono anche il compito di conte-nere la rumorosità e, sul fondo, re-ca gli ugell i che emettono gettid’olio per migliorare il raffredda-mento dei pistoni e la lubrificazionedelle canne dei cilindri e dell’accop-piamento pistone - spinotto - piededi biella. All’interno dei cilindri (con

A fianco, il coperchio della testata è inmateriale plastico e integra il decantato-re dei vapori d’olio presenti nei gas disfiato del basamento. L’olio raccoltoviene poi riconvogliato, per caduta, nel-la coppa.Al centro, l’albero a camme, dotato dicinque perni dal diametro di 26 mm, èmunito di otto eccentrici.In basso, i bilancieri a dito hanno di -mensioni molto contenute e sono fulcra -ti su supporti idraulici a testa sferica.

canne “integrali”), trovano postodei pistoni fusi in lega di alluminio,con due segmenti di tenuta più unraschiaolio (con prima cava ricavatain un inserto in ghisa austenitica econ riporto di materiale antigrip-pante sulle superfici di scorrimen-to), sul cui cielo sono ricavate le im-pronte in corrispondenza dei funghidelle valvole. La camera di combu-stione, ricavata nel cielo del pistone,

A destra, le valvole sono richiamate damolle a elica a nove spire, il cui diame-tro esterno è di 20,9 mm. La massa deisemiconi più il piattello e la molla è di34 g, a cui fanno riscontro i 62 g di pe-so della valvola di aspirazione (a destra)e i 60 g di quella di scarico.In basso a sinistra, i pistoni sono a duesegmenti di tenuta più raschiaolio e co-me in tutti motori diesel a iniezione di-retta, la camera di combustione è inte-grata nel cielo.In basso a destra, sul cielo dei pistonisono ricavate le nicchie per le valvole.Nella foto sono chiaramente riconosci -bili le tracce dei cinque getti emessi dalpolverizzatore. La camera di combustio-ne ha una forma toroidale, grazie allaquale è possibile impartire la correttaturbolenza all’aria. Ciascun pistone pe-sa 632 g e, mentre vi è una sola classedi diametro (quella standard, poichénon è prevista rettifica dei cilindri), esi-stono quattro classi di peso affinché ilcomplessivo pistone - spinotto - biellaabbia una massa omogenea in ciascuncilindro.

In alto a sinistra, la cava del segmento difuoco è ricavata in un inserto in ghisaaustenitica incorporato di fusione nellalega leggera del pistone. Sotto alla sededel raschiaolio sono presenti i fori dipassaggio del lubrificante asportato dalsegmento stesso. L’area di contatto pi -stone - cilindro è limitata alle due super -fici trattate con riporto antigrippante.In alto a destra, i profili dei segmenti ri-specchiano il compito che devono as -solvere: quello superiore, a doppio tra -pezio, ha uno spessore di 3,5 mm, quel-lo di tenuta inferiore è, invece, a “un -ghia”, da 2 mm, mentre lo spessore delraschiaolio, con molla a spirale, è di 3mm. La massa complessiva di questicomponenti è di 44 g.Al centro, lo spinotto, da 28 mm di dia-metro con foro assiale da 13 mm, hauna massa di 252 g. La biella, il cuipiede ha una sezione trapezoidale (inquesto genere di propulsori i carichi acompressione sono molto superiori aquelli inerziali) e bussola in bronzo conscanalatura per la distribuzione del lu-brificante, ha la testa scomponibile e ri-ferimenti numerati per il montaggio delrispettivo cappello (con doppia nervatu-ra di irrigidimento), fissato per mezzodi due viti con dado. L’interasse vale145 mm, cioè 1,647 volte la corsa, men-tre il peso è di 806 g.In basso, le bielle lavorano su cuscinet-ti ad attrito radente, dei quali la metàsuperiore è liscia e in materiale più resi-stente per la maggiore sollecitazione acompressione rispetto al semiguscio in-feriore, che presenta una scanalaturalongitudinale per il passaggio del lubri-ficante.

è dotata di rialzo centrale, per assi-curare un’adeguata turbolenzadell’aria. I pistoni sono vincolati allebielle, nel cui piede, dalla conforma-zione a testa di vipera (per soppor-tare il forte carico a compressionecaratteristico di questo tipo di pro-pulsori), è riportata una boccolascanalata in bronzo, per mezzo dispinotti flottanti da 28 mm con forodi alleggerimento centrale da 13mm. Le bielle, il cui interasse vale145 mm (1,647 volte la corsa), sono

forgiate in acciaio e hanno riferi-menti numerati per il rimontaggiodei rispettivi cappelli. Le semibron-zine di biella sono dotate di dente diposizionamento: quelle superiori, li-sce, sono in materiale più resistente(per sopportare il carico a compres-sione) rispetto ai semigusci inferio-ri, dotati di scanalatura per la circo-lazione del lubrificante. L’albero agomiti, fucinato in acciaio e conquattro contrappesi, ha i perni dibanco da 60 mm e poggia su cinquesupporti dotati di cuscinetti a gu-

scio sottile; i perni di biella sono da50 mm. Il basamento è chiuso infe-riormente dalla coppa dell’olio in al-luminio (in lamiera per le versionisenza aria condizionata).Il sistema di lubrificazione si avvaledi una pompa trocoidale, trascinatadall’albero motore tramite un girocatena (lato cinghia della distribu-zione), che assicura 4,0 bar di pres-sione a 4000 giri/min e 2,0 bar a1000 giri/min, con l’olio a tempera-tura di regime. La capacità massimadel circuito è di 4,5 litri.

Sopra, l’albero a gomiti, realizzato inacciaio, ha cinque perni di banco da60 mm di diametro a cui fanno riscon-tro i quattro perni di biella da 50 mm.Ha quattro contrappesi. Il gioco assialeè regolato da due coppie di semianellidi spallamento sul secondo (dal vola -no) supporto di banco.In basso a destra, sul fondo del basa -mento sono collocati gli ugelli per lalubrificazione delle canne dei cilindri edei piedi di biella e per il raffreddamen-to del cielo dei pistoni.

già accennato, al fine di ricercare ilmiglior compromesso tra prestazio-ni e consumi, gestisce l’interventodella sovralimentazione e, per ridur-re le emissioni nocive, in particolaregli ossidi di azoto, controlla il dispo-sitivo di ricircolo dei gas di scarico(EGR).

Schematicamente il sistema com-mon rail si avvale di una pompa pergenerare l’alta pressione, fino a1350 bar, del combustibile, di uncollettore (“rail”) comune a tutti gliiniettori, con funzione di serbatoiodel gasolio mantenuto alla pressio-ne impartita dalla pompa, e di iniet-tori elettroidraulici che determina-no l’inizio dell’iniezione e la quan-tità di carburante iniettata. L’inie-zione HDi, pertanto, è definita, nellacartografia di base della centralina,dal regime motore, dal flusso di ariae dalla pressione del carburante. Ladeterminazione della quantità dicarburante da iniettare sarà stabili-ta interfacciando questa cartografiacon le altre in memoria come quellerelativa alla posizione del pedaledell’acceleratore, del regime mini-mo, della quantità massima di car-burante ammessa della pressione disovralimentazione, del ricircolo gasdi scarico, integrandole con para-metri quali le temperature dell’ac-qua motore, dell’aria e del carbu-rante e la pressione atmosferica. Alfine di contenere la rumorosità tipi-ca di questo genere di propulsori,ad un regime inferiore ai 3200 gi-ri/min il calcolatore comandaun’iniezione pilota (“pre-iniezione”)prima dell’iniezione vera e propria

ELETTRONICA DI COMANDO PER INIEZIONE, TURBO ED EGRCaratteristico di questa nuova gam-ma di motori è il sistema a iniezionediretta ad alta pressione (HDi) concommon rail. Nella versione ATED,tuttavia, la gestione elettronica nonsi limita all’alimentazione ma, come

A fianco, la puleggia di azionamentodegli accessori (alternatore, servosterzoe compressore del condizionatore), ha ilmozzo parastrappi con assorbitoremeccanico.Al centro, sull’estremità lato volanodell’albero a camme è calettata la pompadel vuoto che crea la depressione necessa -ria al comando (indiretto, tramite elettro -valvole, e pilotato dal calcolatore di inie -zione) della valvola regolatrice di pressio -ne del turbocompressore e della valvola diricircolo parziale dei gas di scarico, per ri -durre le emissioni inquinanti.

(“iniezione principale”), mentre unasuccessiva post-iniezione consente,in presenza di uno specifico cataliz-zatore (deNOx), di abbattere ulte-riormente gli ossidi di azoto prodot-ti dalla combustione.Il gasolio proveniente dal serbatoio,aspirato dalla pompa di alimenta-zione, attraversa il circuito a bassapressione, e dopo essere stato filtra-to in un elemento a cartuccia, arrivaalla pompa che lo invia al collettoredi iniezione comune a una pressio-ne compresa tra i 200 (all’avviamen-to, dopo 1,5 giri motore, la pressio-

ne della pompa raggiunge i 200 bar)e i 1350 bar. La pompa di alta pres-sione è una Bosch “CP1” a tre pisto-ni con disattivatore del terzo pisto-ne in caso di utilizzo a basso carico(sopra il regime minimo e fino a 2/3del carico massimo) oppure quandola temperatura del gasolio supera i106°C. Un regolatore, collocato sullapompa, controlla la pressione delcarburante inviato al rail su cui so-no collocati la sonda di temperaturadel gasolio e il captatore di pressio-ne. L’iniettore è costituito da uncorpo unico con una camera di

pressione, collocata superiormentee una camera di comando in prossi-mità del polverizzatore, ed è sor-montato da un solenoide attuatore.Il carburante è ripartito uniforme-mente tra le due camere; pertanto,l’apertura dell’iniettore avviene perdifferenza di pressione tra le camerestesse, provocata dal sollevamentodell’ago dell’elettrovalvola, sottol’impulso elettrico gestito dalla cen-tralina che, liberando l’ugello di ri-torno carburante al serbatoio, deter-mina una caduta di pressione nellacamera superiore e permette all’ago

A destra, la pompa del circuito di altapressione del gasolio porta quest’ultimo(che viene inviato al collettore di inie -zione comune) a una pressione variabi-le tra 200 e 1350 bar. E’ a tre pistoni ra-diali con regolatore di pressione (dotatodi circuito elettrico, che intervienesull’alta pressione, e meccanico, che as-sicura la pressione minima e la com -pensazione delle variazioni di pressionedovute all’apertura degli iniettori) e di-sattivatore elettromagnetico del terzo pi-stone in caso di utilizzo del motore abasso carico o in caso di temperaturadel combustibile troppo elevataAl centro, il collettore comune (rail) col-legato ai quattro iniettori ha la funzionedi serbatoio per il gasolio erogato dallapompa di alta pressione. Al centro è vi-sibile il captatore di pressione (che in -terfaccia con la centralina la quale, asua volta, impartisce il segnale di corre-zione alla pompa), mentre all’estremitàdestra si riconosce la sonda di tempera-tura del carburante che, con lo stessoprocedimento del captatore, permettel’esclusione del funzionamento del terzopistone della pompa di alta pressionequalora la temperatura del gasolio do -vesse superare i 106°C.

motore spento, prima di effettuarequalsiasi intervento di manutenzio-ne e, per sicurezza, la sostituzione,dopo ogni intervento, dei raccordidegli iniettori.Il sistema di alimentazione dell’ariasi avvale di un turbocompressore, lacui pressione di sovralimentazione èregolata tramite un’elettrovalvolapilotata dalla centralina, di un inter-cooler, di una valvola di ricircoloparziale dei gas di scarico, anch’essacomandata da un’elettrovalvola ge-stita dal calcolatore, e da una pom-pa del vuoto, i cui condotti di de-pressione insistono sulle due elet-trovalvole. A differenza dei turbocompressoritradizionali, in questo caso la valvo-la regolatrice di pressione “waste-

gate”, in posizione di riposo, rimaneaperta: l’impulso elettrico prove-niente dalla centralina apre l’elettro-valvola; la depressione che si creanel condotto tra l’elettrovalvola e lawaste-gate, che è collegata a una ca-psula pneumatica, fa chiudere que-st’ultima, permettendo l’innalza-mento della pressione di sovrali-mentazione. Analogamente viene comandata lavalvola EGR di ricircolo dei gas discarico che, però, rimane chiusaquando non è azionata pneumatica-mente, ossia sopra i 2750 giri/minoppure ad un’altitudine superiore ai1500 metri. Questo dispositivo, che ha solamen-te una funzione antinquinamento,permette, attraverso un ripartitore

dell’iniettore di sollevarsi e dar luo-go all’iniezione, la cui sincronizza-zione è determinata da un captatoredi posizione dell’albero a camme. Ilcarburante che non partecipaall’iniezione, riscaldato dall’elevatapressione a cui è stato portato, ri-torna al serbatoio dopo essere statoraffreddato in uno scambiatore ter-mico con l’aria. L’elettrovalvola del solenoide di co-mando dell’iniettore è alimentataelettricamente in due fasi: una di ri-chiamo (della durata di 0,3 ms) a 80volt e 20 A e una di mantenimento a50 volt e 12 A, valori in apparenzapiuttosto elevati, ma giustificatidall’elevata pressione nel circuito diiniezione, che impone l’attesa al ri-torno alla pressione atmosferica, a

A fianco, l’iniettore è costituito da ununico corpo, sulla cui testa si troval’elettrovalvola di comando. L’elementosezionato permette di osservare il per -corso che il gasolio compie all’internodi esso, andando a riempire la cameradi pressione, sotto al solenoide, e la ca-mera di comando, sopra al polverizza -tore. L’impulso elettrico provenientedalla centralina fa sollevare l ’agodell’elettrovalvola che scopre l’ugello diritorno al serbatoio; nella camera supe-riore si verifica una caduta di pressio-ne. Di conseguenza, l’elevata pressioneesistente nella camera di comandospinge verso l’alto l’ago dell’iniettoreche, a sua volta, libera il polverizzatoredando luogo all’iniezione.Al centro, i raccordi tra il rail e gli iniet-tori devono essere sostituiti dopo ognismontaggio. La procedura di rimozionedei raccordi prevede che, sia sul rail chesugli iniettori stessi, vengano installatii tappi di sicurezza.

di aspirazione aria, di reiniettare neicilindri una percentuale di gas com-busti (riducendo, ovviamente, laquantità di ossigeno disponibile perla combustione) in funzione del se-gnale, elaborato dalla centralina,proveniente dal flussometro dell’aria

(che consente, inoltre, di correggerela quantità di carburante da inietta-re nelle fasi transitorie, limitando laformazione delle fumate), per ridur-re, come ricordato all’inizio del pa-ragrafo, le emissioni di ossidi di azo-to (NOx) allo scarico. m

Sopra, a) Motore HDI DW10. b) Siste -ma di iniezione con pompa ad altapressione, condotto “Common Rail” einiettori. c) Iniezione diretta a cinquegetti. d) Sezione della camera di combu-stione nella testa del pistone. Posiziona-mento delle valvole, dell’iniettore e dellacandela di preriscaldamento. A lato, schema del sistema di gestione.a) Calcolatore elettronico di gestionediesel. b) Sensori di: temperatura delgasolio, temperatura dell’acqua, tempe-ratura dell’aria di aspirazione, pressio -ne di sovralimentazione. c) Sensore diposizione delle camme. d) Iniettori (acinque fori). e) Condotto “CommonRail”. f) Pompa di alimentazione del ga-solio. g) Pre-filtro. h) Serbatoio del car-burante. i) Sensore del regime del moto-re. j) Acceleratore: sensore di carica delmotore. k) Filtro del gasolio. l) Pompaad alta pressione (1350 bar a 3200 gi -ri/min). m) Dispositivo di riscaldamen-to del gasolio. 1) Circuito di alimentazione del gasolioa bassa pressione. 2) Circuito di ali -mentazione del gasolio ad alta pressio-ne. 3) Circuito di ritorno del gasolio. 4)Circuito di controllo e di gestione elet -tronica.