Analisi tecnica del motore Subaru boxer diesel 2.0

Il nostro Esperto vi spiega come è fatto l'unico boxer diesel al mondo

24 luglio 2013 - 9:55

Subaru e Porsche sono attualmente i marchi depositari della tecnologia dei motori boxer, cioè a cilindri contrapposti orizzontali. In passato svariate altre Case automobilistiche hanno realizzato, per alcuni modelli, motori boxer tra le quali ricordiamo Alfa Romeo, BMW, VW, Citroen, Panahard, Chevrolet, Lancia, Tatra, Steyr-Puch. Il primo motore Porsche 4 cilindri boxer raffreddato ad aria, risale al 1948 (Porsche 356) e derivava direttamente dal motore Volkswagen che equipaggiava il Maggiolino e, negli anni di guerra, la Kubelwagen militare. Anche per Subaru il motore boxer, grazie anche ai numerosi successi sportivi nei rally degli anni ’90 e 2000, è ormai un marchio di fabbrica vincente e irrinunciabile tanto che nel 2008 la Casa delle Pleiadi introduce sui modelli Legacy e Outback anche il motore boxer diesel. L’avvio del nuovo progetto diesel inizia nel 1999 e nel 2004 i primi prototipi 1.3 e 1.7  girano al banco. L’obiettivo finale è però un 2 litri che, rispetto al corrispondente boxer a benzina, deve avere un alesaggio minore (camera di scoppio più compatta) ed una corsa più lunga, a parità di cilindrata. La scelta cade su una misura quadra di 86 x 86 mm.

VANTAGGI E SVANTAGGI DEL MOTORE BOXER – Prima di addentrarci nella descrizione del motore Subaru EE20 2.0 diesel, offerto attualmente anche per la gamma Subaru XV e Forester, vediamo quali sono i vantaggi tecnici che offre il motore boxer rispetto a quelli in linea o a V. Anzitutto la conformazione piatta riduce l’ingombro in altezza con evidenti vantaggi aerodinamici nel caso di motore anteriore (linea del cofano più bassa). Inoltre si abbassa il baricentro del veicolo poiché il peso del motore è più in basso. Anche la lunghezza del motore si riduce notevolmente rispetto ad un motore in linea di pari cilindrata e ciò può tornare utile per dedicare più spazio all’abitacolo o ridurre lo sbalzo anteriore o posteriore. Lo schema boxer permette di avere un albero motore più corto e compatto (perchè minore è la distanza fra i pistoni opposti), dunque più rigido e meno soggetto a flessione e torsione. Altro notevole pregio del motore boxer è la quasi totale assenza, in un 4 cilidri, di vibrazioni dovute alle forze alterne d’inerzia del 1° ordine e del 2° ordine che risultano perfettamente equilibrate. Infatti le forze generate dal moto alterno dei pistoni opposti si annullano reciprocamente. Anche le coppie del 1° ordine sono equilibrate, mentre, nel 4 cilindri, non lo sono quelle del 2° ordine a differenza del 6 cilindri boxer ove forze alterne e coppie sono tutte perfettamente equilibrate. Quindi nei motori boxer non sono necessari eventuali contralberi di bilanciamento, con notevole riduzione di peso e semplificazione meccanica. E’ importante sottolineare che il bilanciamento delle forze alterne d’inerzia si ottiene solo nei boxer veri in cui i pistoni si muovono in direzione opposta poiché le rispettive bielle sono collegate a perni di manovella distinti, sfalsati di 180°. Nel caso in cui le teste di biella dei pistoni contigui siano accoppiate sul medesimo perno di manovella (come sul motore Ferrari F1 3 litri V12 di 180° degli anni ’70), non si può parlare di motore boxer, poiché i pistoni si muovono nella stessa direzione. Più correttamente, questi ultimi si possono definire  motori a V di 180°. Esaminiamo ora gli aspetti negativi connessi al motore boxer contrapposto. In primo luogo il maggiore ingombro trasversale, inoltre la maggiore complessità costruttiva rispetto al motore in linea, a causa della presenza di due bancate separate (come nei motori a V) però a 180° fra loro. Quindi, a parità di n° di cilindri, alcuni organi della distribuzione devono essere raddoppiati (alberi a camme, cinghie o catene , ecc.). Questo comporta un aumento dei costi di produzione che deve essere compensato in qualche modo.

IL BOXER DIESEL SUBARU – Il motore Subaru EE20 2.0 diesel boxer orizzontale, è il primo propulsore di questo tipo espressamente progettato per applicazioni automobilistiche. Si tratta di un 4 cilindri iniezione diretta common rail di 1998 cc turbocompresso con monoblocco e testate in lega leggera. Eroga 147 CV al modesto regime di 3600 g/min con una coppia massima di ben 350 Nm da 1800 a 2400 g/min. Il rapporto di compressione è di 16:1. I pistoni, dal mantello ridotto, presentano sui fianchi un strato antiattrito in materiale grafitico e sono dotati di condotto interno circolare per l’olio al fine di raffreddare la parte superiore. Le bielle, molto corte, hanno il piano di giunzione dei cappellotti inclinato per facilitare l’assemblaggio e migliorare la lubrificazione. Particolarmente pregevole il compatto albero motore montato su 5 cuscinetti di banco e lungo meno di 35 cm grazie anche alle “mannaie” molto sottili. La distribuzione è a 4 valvole per cilindro parallele comandate, tramite bilancieri a dito con rullini centrali, da 4 alberi a camme in testa (2 per bancata) azionati da 2 catene singole (una per bancata) dotate di tendi-catena a pattino autoregistranti. Il diametro delle valvole di aspirazione è di 30,4 mm, quello delle valvole di scarico 26,7 mm. La registrazione del gioco valvole avviene tramite vite e controdado e ciò evita costosi smontaggi in sede di manutenzione. I condotti di aspirazione ricavati di fusione nella testata sono paralleli e studiati per ottenere la massima turbolenza, mentre quelli di scarico confluiscono in una singola uscita. Per contenere l’ingombro trasversale del motore, l’altezza delle testate è stata ridotta di 17 mm rispetto a quelle del boxer a benzina. Il sistema di iniezione diretta common rail funziona ad una pressione di 1800 bar, il turbocompressore è del tipo a geometria variabile. Molto razionale il posizionamento dell’intercooler sopra il motore, con due prese d’aria dinamiche in plastica ricavate nella parete interna del cofano motore. I supporti elastici del motore sono di tipo idraulico al fine di minimizzare le vibrazioni e la rumorosità trasmesse dal propulsore. Il peso complessivo del motore Subaru boxer 2.0 Diesel è di 177 Kg con una lunghezza di appena 35,3 cm (6,13 cm più corto del 2.0 boxer benzina). Spegnendo il motore ci si accorge di un’altra positiva particolarità del motore Subaru 2.0 Diesel: l’assenza del tipico sobbalzo che molti propulsori a gasolio trasmettono alla scocca in fase di spegnimento. Il nostro test drive della XV 2.0 D AWD ha confermato le eccellenti caratteristiche di questo propulsore, specie i termini di erogazione, coppia e silenziosità di funzionamento.

96 commenti

Pasquale
14:36, 24 luglio 2013

Interessante articolo, però tra gli svantaggi metterei anche le maggiori perdite di carico nei condotti di aspirazione dovute alla maggiore lunghezza e sarebbe interessante quantificare l'abbassamento del baricentro considerando la presenza del differenziale sotto al motore.
Saluti

Bruno
18:45, 24 luglio 2013

Gent.mo Sig. Cozzolino,
La ringrazio per aver letto il mio articolo, necessariamente breve per rispettare le regole del web. Indubbiamente, eventuali maggiori perdite di carico dovute ai lunghi collettori di aspirazione, sarebbero uno svantaggio. Per ovviare a ciò, in passato, sui motori boxer prestazionali si piazzavano i carburatori direttamente sulle rispettive testate. Lo stesso dicasi per i sistemi d'iniezione con valvole a farfalla multiple dei successivi motori da competizione. Oggi con i motori turbocompressi a iniezione diretta e con un attento studio fluodinamico, questo aspetto è facilmente ovviabile sfruttando la pressione di sovralimentazione. Entro certi limiti la lunghezza dei collettori di aspirazione può essere vantaggiosa poichè, abbinata ad un diametro del condotto limitato, aumenta l'effetto di sovralimentazione. Infatti l'energia cinetica della colonna gassosa in movimento nel condotto, dipende dalla massa di gas presente e dal quadrato della velocità dell'aria.
Ec= cost x l/d2 (d= diametro del condotto). Anche i collettori a geometria variabile dei motori a V o in linea, sfruttano questo principio.

Roberto
7:28, 4 maggio 2014

Gent.mo Ing. Pellegrini
Ho apprezzato molto la sua relazione sul motere boxer diesel.
Io possiedo una subaru Forester 2.0 D nel contesto sono soddisfatto ma l'unico handicap è il FAP o DPF spesso quando vado in montagna e non solo si intasa e a volte non riesce da solo a fare la rigenerazione , a forza di fare i vari tentativi il gasolio non bruciato nel FAP ” allunga l'olio motore” con coseguente spesa per il cambio olio prima del tempo e ripristino Fap in offiicina subaru tramite computer.
Vista la Sua competenza potrebbe darmi qualche consiglio per ovviare a questo disagio?
In attesa di una gradita risposta colgo l'occasione per porgerle i migliori saluti.
Grazie.

Roberto Razzani

Bruno
16:53, 4 maggio 2014

Egregio Sig. Razzani,
La ringrazio anzitutto per il suo cortese apprezzamento del mio articolo.
Il problema da Lei segnalato è noto e non riguarda soltanto il motore Subaru 2.0 D.
Ne sono soggette soprattutto le vetture diesel euro 4 inizialmente prive di filtro antiparticolato e in seguito aggiornate con DPF quando questo si è reso obbligatorio.
Tuttavia, anche vetture euro 5 non sono esenti da tale problematica. Alla base di tutto e doveroso denunciare una colpevole disinformazione nei confronti degli utenti, da parte delle Case costruttrici e delle relative reti di vendita, che dovrebbero informare correttamente (e ciò non avviene) la clientela circa i limiti funzionali dei suddetti filtri antiparticolato. Limiti ancor più inaccettabili perchè incidono pesantemente sui costi di gestione del veicolo (vedi frequenti sostituzioni olio motore e spese di assistenza) e in netto contrasto con lo stato dell'arte del bene automobile e dunque con le legittime aspettative degli utenti. Inoltre, se consideriamo che le “controindicazioni” funzionali dei filtri antiparticolato si manifestano soprattutto nell'uso urbano, per il quale invece il dispositivo è stato concepito (ed imposto, pena il divieto di circolazione) onde limitare in queste sedi le emissioni di particolato, allora si può individuare una tacita, colpevole complicità tra istituzioni e fabbricanti. Le Case automobilistiche sono ben consapevoli degli inconvenienti connessi a detti filtri, ma molto raramente se ne fanno carico dal punto di vista economico, tecnico e giuridico, appellandosi a presunte quanto discutibili responsabilità del cliente che non avrebbe rispettato il corretto uso del veicolo. Ma se il “corretto” uso preclude i percorsi cittadini o le strade di montagna, questi limiti, inaccetabili, andrebbero dichiarati esplicitamente , nero su bianco, prima della vendita.
Sulle vetture euro 4 nate senza DPF, all'atto della introduzione dell'obbligo, questo fu montato quasi sempre sotto il pianale della vettura (dopo il catalizzatore), quindi abbastanza lontano dal motore, perchè solo in quella zona c'era posto. Da ciò la necessità di creare delle post-combustioni per riscaldare fino a 600-650° il DPF al fine di creare le condizioni per la rigenerazione in marcia. Questa procedura obbligata crea eccesso di gasolio incombusto che cola attraverso i cilindri nella coppa olio, diluendo il lubrificante. Tale fenomeno è dannoso per il motore, quindi se si raggiunge il 7-10% di gasolio diluito nell'olio, si accendono le spie e bisogna sostituire tutto l'olio. Alla faccia dei tagliandi da fare ogni 20-30 mila Km. Può anche accadere che la spia non avverta, il livello dell'olio continui ad aumentare e si inneschi il pericoloso fenomeno dell'autoalimentazione del motore con gravi rischi di incidenti e sicura rottura del motore (vedi mio articolo ” Il diesel Impazzito” su SicurAUTO). Sulle vetture euro 5 di ultima generazione, alcuni costruttori hanno spostato il DPF in posizione molto ravvicinata al motore, onde facilitare il rapido riscaldamento del filtro e limitare le post-iniezioni. Altre Case hanno inserito un iniettore specifico nel sistema di scarico al solo scopo di creare una combustione del gasolio esterna al motore per portare in temperatura il DPF senza creare diluizione dell'olio. Nel caso del motore Subaru,data l'architettura boxer, è probabile che il DPF non sia molto vicino al motore e, percorrendo le strade di montagna con il motore sotto carico, si crei una quantità di particolato superiore al normale.
Presupponendo che le condizioni del motore siano perfette ( in particolare iniettori, pompa alta pressione e DPF), non esiste, per i motivi suesposti, una reale soluzione a portata di mano che scongiuri in via definitiva l'inconveniente da Lei segnalato. Esistono in commercio degli “emulatori” che consentono la eliminazione del DPF ma tale modifica non è ammessa dalle normative esistenti poichè in contrasto con le caratteristiche previste in sede di omologazione. Forse l'uso di gasolio a basso tasso di zolfo (quello più caro) potrebbe mitigare il problema. La ringrazio per l'attenzione.

Bruno Pellegrini

CESARI
11:09, 18 settembre 2014

In riferimento al problema del Signor Zilio Gianluca , in quanto si è verificato un caso analogo alla mia Legacy del 2011 . Problema risolto dall'officina Carraro di Treviso , dopo un lungo periodo di prove e contatti con la casa madre in Giappone . Alla fine era un cavo difettoso che sostituito non mi ha più creato disguidi , il pezzo è stato spedito in Giappone in quanto volevano capire perchè si verificavano questi spegnimenti strani . Saluti

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