Biesse Racing Bergamo

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La ricerca di potenze sempre più elevate nel settore delle auto sportive ha alzato l’asticella anche per i segmenti sottostanti. Senza quasi accorgercene anche su vetture di gamma media sono comparse soluzioni tecniche di alto livello, che permettono agli appassionati di esplorare prestazioni fino a poco tempo fa riservate a poche supercar.

I dati che ci vengono raccontati dalla stampa e dalle case costruttrici sono gli stessi da decenni. Si parla dei soliti 0-100, i cavalli dichiarati e gli ultimi ritrovati sulla tecnologia di bordo, purtroppo ormai sempre più legata all’infotainment. Questi elementi sono certamente facili da assimilare ma ci dicono poco su ciò che stiamo davvero comprando.

Scavando sotto la superficie si scopre che il livello della motoristica odierna è a tratti impressionante e che, scegliendo bene la base, si possono ottenere prestazioni di alto livello senza dover investire necessariamente dei budget da multinazionale.

Per approfondire questo discorso il motore BMW B58 è uno tra i migliori esempi. Nonostante non appartenga alla cerchia delle più esclusive vetture M si tratta di un tre litri in linea che risponde in modo esemplare alle preparazioni di qualsiasi livello, pur restando sfruttabile ed affidabile. Un altro valido sostenitore di queste argomentazioni è il 2.5 TFSI Audi, che analizzeremo prossimamente.

Con questo articolo analizzeremo cosa succede all’interno di questo motore per produrre una potenza simile ad una M3 G80.

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DUE RIGHE SU QUALE MOTORE STIAMO ANALIZZANDO

Senza divagare sulla nomenclatura dei nomi dei propulsori della casa bavarese occorre fare un minimo cenno storico per individuare di quale motore stiamo parlando. Il B58 nasce nel 2015 come progetto completamente nuovo, appartiene alla famiglia dei motori modulari BMW (B38/B48/B58) con cilindrata unitaria di 499 cm³. Ovvero con la stessa componentistica interna BMW produce sia i motori a 3 cilindri (B38), 4 cilindri (B48) e 6 cilindri (B58). Un modo abbastanza geniale per produrre motori di qualità abbassando significativamente i costi di produzione.

L’oggetto del nostro approfondimento è la sua ultima versione B58TU, dove “TU” sta per Technical Update, quindi aggiornamento tecnico (per i più nerd il gen2). Questa versione è stata introdotta a fine 2018 ed è montato su tutti i modelli M40i (M240i G42, M340i G20, M440i G22, X3/X4 M40i G02/06).

Il motore originale si presenta con 374cv e 500Nm di coppia, prestazioni di tutto rispetto ma lontani dai numeri delle vetture con cui abbiamo fatto il paragone.

STAGE2 DA 500CV: COME RESTA AFFIDABILE IL MOTORE CON IL 34% DI POTENZA IN PIU’?

Osservando il grafico sulla vettura oggetto del nostro sviluppo si nota un incremento di potenza di circa 130cv, mentre la coppia sale di ben 200Nm, una trasformazione radicale che alla guida trasforma completamente le prestazioni della vettura.

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ENTRIAMO NEL DETTAGLIO APRENDO IL MOTORE

L’auto stock ha una pressione turbo di 1.0 bar, per ottenere i 500cv dobbiamo salire a 1.6 bar. Si passa da una potenza specifica di 124cv/L a 166cv/L. Come vedremo successivamente lo Stage2 non è solo una questione di boost aumentato, ma per capire cosa succede all’interno del motore partiamo dalle componenti interne.

Il motore B58 è stato progettato per garantire un’elevata affidabilità nel tempo: di serie viene infatti fornito con pistoni e bielle forgiate, soluzione che solitamente si trova esclusivamente in vetture ad altre prestazioni. Un altro punto a favore per quanto riguarda la durabilità delle componenti interne è che l’albero motore, notoriamente sottoposto a stress intensi, in tutte le generazioni di questo motore è condiviso con la sua controparte a gasolio, il B57. Naturalmente, trattandosi di un motore a gasolio, l’albero motore è progettato per resistere a forze superiori, soprattutto con sovralimentazione elevata.

Le pareti dei cilindri del motore B58 sono rivestite mediante spruzzatura a filo con arco elettrico (LDS). In questo procedimento un filo metallico conduttivo viene riscaldato fino alla fusione, il metallo fuso viene poi spruzzato ad alta pressione all’interno dei barilotti dei cilindri. Questo strato di materiale ferroso, spesso circa 0,3 mm, è estremamente resistente all’usura e favorisce un efficiente trasferimento di calore dalle camere di combustione al basamento e, da lì, ai condotti del liquido refrigerante. Questo permette una maggiore compattezza e una riduzione del peso, non essendo più necessarie le camicie in ghisa nei cilindri. Unica nota negative su questa lavorazione è che non permette però la rettifica dei cilindri.

Tutti i B58 inoltre hanno delle accortezze progettuali relative alle attuali classi di emissioni. Tutti i motori moderni sono dotati della tecnologia start and stop, BMW ha sviluppato delle soluzioni per compensare il mancato apporto di olio durante queste fasi.  Quando il motore si arresta, la pompa dell’olio infatti (azionata meccanicamente) non può più mantenere la portata, il film d’olio defluisce e si crea contatto solido fra perno di biella e bronzina. Al riavviamento occorre un certo tempo prima che il film lubrificante si ricostituisca completamente, in questo breve intervallo la bronzina può subire usura.

Per migliorare questo aspetto le bronzine sono state quindi trattate con rivestimento IROX, che riduce tale usura al minimo. Le bronzine con rivestimento sono montate solo sul lato della biella, poiché qui si concentra il maggior carico. Le bronzine IROX si riconoscono dal colore rosso dovuto allo speciale rivestimento, costituito da una matrice di resina legante in poliammide-immide con particelle dure e lubrificanti solidi incorporati. La poliammide-immide, insieme alle particelle dure, fa sì che la superficie della bronzina sia talmente dura da impedire qualunque abrasione di materiale. I lubrificanti solidi riducono l’attrito superficiale e sostituiscono il film d’olio che, durante la fase di avviamento, è temporaneamente assente tra la bronzina e il perno di biella.

I pistoni, non solo sono rimasti invariati nelle varie generazioni, ma sono anche condivisi con il motore B48, evidenziando la modulabilità di questa famiglia di propulsori. Il cielo dei pistoni inoltre presenta una camera di combustione ricavata, pensata per l’iniezione diretta per prevenire il fenomeno del knock.

Le valvole sono realizzate in acciaio inconel riempite di sodio: questo, durante l’esercizio, fonde e circola dissipando il calore dal fungo al gambo, riducendo la temperatura della valvola.

Il B58 è inoltre provvisto dei cosiddetti “oil squirters”, una soluzione che prevede degli ugelli che spruzzano olio sotto il cielo del pistone e sulle pareti per permettere un maggior raffreddamento e una maggiore lubrificazione.

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Nonostante siano molto simili, le due generazioni differiscono per alcune scelte tecniche. Nella GEN1 infatti la distribuzione era a doppia catena posteriore, quindi vicina all’abitacolo. Questa scelta fu fatta per spostare verso il posteriore i carichi, rivelandosi però una soluzione che rende complesse le lavorazioni sulla distribuzione e sulle camme. Dalla TU, la distribuzione è tornata ad essere monocatena anteriore, permettendo quindi un accesso più facile e una maggiore semplicità, senza intaccare le prestazioni o l’affidabilità.

BMW per questa generazione ha introdotto una nuova pompa benzina da 350 bar, per rispettare le nuove normative anti inquinamento. Questo, dal punto di vista del tuning, permette di raggiungere potenze più elevate con la turbina di serie (>500whp) e la possibilità di utilizzare etanolo. La modifica della pompa di pressione nella prima generazione è un intervento molto frequente per poter raggiungere le stesse prestazioni della TU.

Tra la GEN1 e la TU cambia la profondità delle candele all’interno della camera di scoppio: nella TU sono 2 mm più profonde, permettendo una maggiore pressione di sovralimentazione.

Un ulteriore evoluzione riguarda un diverso processo di levigatura (honing) dell’alesaggio del cilindro, che permette di mantenere al bottom dead center temperature più basse sulle gonne del pistone. Questo permette di salire ulteriormente in sicurezza con la pressione di sovralimentazione.

Nel TU, BMW ha ridisegnato la forma della testa in funzione del tipo di applicazione: questo motore viene infatti fornito in due livelli di potenza diversi: uno da 340 cavalli e uno da 374 cavalli. Nel primo caso, ovvero il motore montato sulla Supra GR, i sei collettori di scarico sono integrati nella testa, fornendo poi due connettori finali che si collegano al compressore. Nel secondo caso i sei collettori sono singoli e non sono integrati nella testa, raggruppati in due coppie che poi confluiscono nel turbo compressore twin scroll. Il vantaggio della prima soluzione è che il collettore di scarico si trova all’interno del sistema di raffreddamento, scambiando calore con questo e permettendo temperature più basse. Nel secondo caso, invece, la singolarità dei collettori permette prestazioni più elevate anche sotto stress. Quest’ultima soluzione era l’unica applicazione disponibile nel B58 GEN1.

STAGE2: QUALI SONO I COMPONENTI NECESSARI

Come accennavamo sopra lo Stage 2 non è solo più pressione del turbo, è anche la riduzione delle perdite e meno calore attorno al turbo.

Con Ragazzon abbiamo sviluppato un impianto di scarico completo con bypass OPF/GPF che abbassa la contropressione. Il twin-scroll lavora con flussi più regolari e grazie al catalizzatore sportivo ad alte prestazioni si contiene la temperatura dei gas di scarico EGT, un parametro che va sempre tenuto sotto controllo con motori elaborati. Questo dialoga bene con le valvole Inconel che sono progettate proprio per far fronte ad EGT elevate, un altro aspetto che denota come il propulsore sia strutturato per reggere potenze maggiori.

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Il catalizzatore Ragazzon a matrice metallica ha 300 celle, mentre l’impianto di serie è composto da due monoliti ceramici, uno da 600cpsi e un secondo da 400cpsi.

Passando al lato più emozionale di questo upgrade scopriamo che oltre ad avere una profonda valenza tecnica il nuovo impianto esalta in modo spettacolare la sonorità del 6 cilindri, garantendo un perfetto compromesso tra comfort e sportività. Il monoturbo ha un suono estremamente pulito e regolare, produce una tonalità molto distintiva con cui non si passa di certo inosservati.

La finitura estetica permette di rendere più aggressiva la parte posteriore con le 4 uscite in stile ///M.

La qualità costruttiva è eccelsa, si tratta di acciaio con finitura sabbiata per le parti di scarico centrale, saldature al tig e terminali cromati. Al momento per questo modello è certamente una delle soluzioni con il rapporto qualità prezzo più interessante.

SISTEMA DI ASPIRAZIONE

Rispetto ai motori di generazione precedente, come l’N55, il B58 utilizza un circuito di induzione completamente ridisegnato per accorciare nettamente il percorso dell’aria.

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Tra gli upgrade che abbiamo apportato al motore troviamo anche l’aspirazione diretta con inlet maggiorato.

Arma speed in questo caso ha svolto un lavoro egregio con un condotto in fibra di carbonio, pensato per offrire il tragitto più efficiente e rettilineo verso il turbo mantenendo bassa la temperatura d’ingresso. Oltre al beneficio funzionale, emergono i sound caratteristici prima filtrati dall’aspirazione di serie, mentre ora si aprezzano i suoni provenienti dal lato freddo della turbina, indice di un circuito meno strozzato.

Con un sistema di filtrazione dell’aria più performante si porta alla girante di aspirazione della turbina una colonna d’aria più densa e meno turbolenta. Questo impatta positivamente anche sulla temperatura dell’aria aspirata (IAT) perché il charge cooler deve sottrarre calore a una massa d’aria con una temperatura di ingresso più bassa.

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IMPIANTO DI RAFFREDDAMENTO

Per contenere l’innalzamento delle temperature troviamo un nuovo sistema di raffreddamento separato, un concetto utilizzato anche nel motore N63TU2 (BMW M5 F90). Il principio di funzionamento di raffreddamento separato sfrutta una valvola elettrica (eSCV) per disaccoppiare a richiesta il flusso tra il basamento e la testata. Questo avviene sia nella fase di riscaldamento che durante il funzionamento a carico parziale. Di conseguenza il motore raggiunge più rapidamente la temperatura di esercizio nella fase di riscaldamento e può funzionare con emissioni ridotte in condizioni di carico parziale.

Per garantire il massimo raffreddamento in condizioni di carichi dinamici elevati e/o alte temperature ambientali, il collegamento al radiatore viene completamente aperto (100%) e il circuito del liquido di raffreddamento secondario viene totalmente chiuso.

Heat soak, cos’è e perché conta?

Dopo tirate o soste a caldo i componenti assorbono calore e e lo cedono all’aria in ingresso. Se l’aria entra più calda, la ECU taglia anticipo/boost per contenere il rischio knock. Lo Stage 2 aiuta perché l’aspirazione isolata e l’inlet maggiorato riducono le temperature, mentre lo scarico più libero scarica la turbina. 

Per chi volesse svolgere un uso particolarmente intensivo consigliamo di aggiungere il radiatore frontale del charge cooler. Così si riduce l’heat soak del circuito di aspirazione: dopo un pull o in piena estate le IAT restano stabili, la ECU non è costretta a togliere anticipo/boost e la resa rimane ripetibile giro dopo giro.

Alimentazione e combustione. La HPFP da 350 bar della TU mantiene su livelli ottimi anche con la portata d’aria maggiore portata dallo Stage 2. Con la turbina originale e percentuali di etanolo entro il 25% di etanolo la pompa di alta pressione è più che sufficiente per garantire il flusso di carburante agli iniettori. Solo con turbina maggiorata si incontra il limite della pompa alta pressione in zona 560cv.

CALIBRAZIONE SOFTWARE CENTRALINA MOTORE

La messa a punto della centralina motore è cruciale per ottenere il risultato di potenza e garantire il corretto funzionamento del motore. E’ quello che realmente ci permette di sfruttare tutti gli elementi meccanici che abbiamo descritto. Attraverso il software motore possiamo controllare e regolare ogni aspetto della meccanica con assoluta precisione.

Per farlo ci serviamo degli strumenti più avanzati attualmente disponibili, in particolare un sistema di acquisizione dati con lettura della RAM in tempo reale. Durante le fasi di calibrazione possiamo osservare esattamente quale punto del software sta leggendo la centralina per andare a regolare esattamente il punto di nostro interesse.

Con la mappatura interveniamo anche sul sistema di raffreddamento potenziandolo al massimo nelle condizioni di forte stress termico, sulla M240i in foto oltre una certa soglia abbiamo aumentato il regime della pompa dell’acqua per migliorare il raffreddamento.

Per scelta abbiamo deciso di mantenere le logiche originali di correzione dell’anticipo, questo garantisce affidabilità assoluta in quanto rispettiamo i limiti progettuali imposti da BMW. Per fare questo si sacrifica qualche cavallo agli alti regimi ma visti i risultati ottenuti non è certo un problema.

MAP SWITCH: COME FUNZIONA

Il progresso sul nostro campo di azione sull’elettronica motore si estende anche all’implementazione di funzioni non presenti sulla vettura originale. In particolare possiamo creare delle mappature differenziate selezionabili al volante anche in corsa. Questa innovativa funzione permette all’utilizzatore di selezionare la mappatura corretta in base al tipo di utilizzo, condizioni ambientali e carburante utilizzato.

In questo caso abbiamo programmato 4 mappature:

  1. Potenza stock
  2. 425cv per 95RON
  3. 470cv per 100RON heavy duty (uso in pista)
  4. 500cv per 100RONE10

 

Questo significa che non è necessario sempre utilizzare la potenza massima quando non serve spremere il motore.

MAPPATURA DEL CAMBIO

Lo ZF8 è un cambio molto robusto, con prestazioni capaci di non far rimpiangere un doppia frizione. Per lo Stage2 abbiamo sviluppato una mappatura del cambio dedicata alla messa a punto del motore per armonizzare il funzionamento del cambio con i nuovi livelli di coppia e potenza.

In particolare lavoriamo sui limitatori di coppia portandoli ai valori scelti in fase di messa a punto motore, in questo modo il cambio viene correttamente configurato con la reale coppia prodotta dal propulsore.

Il passaggio di marcia viene velocizzato significativamente. Per rendere questa maggiore velocità più facile da gestire la velocità di cambiata aumenta proporzionalmente con le modalità di guida, esattamente come avviene sull’auto di serie la massima prestazione si ottiene nella modalità SPORT+.

Rispetto all’auto stock la sensazione di cambiata in mappatura 4 in SPORT+ è davvero emozionante, lo stacco delle frizioni è velocissimo ed è accompagnato da un suono che ricorda quello delle auto da competizione, molto simile a quello di una M4 GT4 G82.

In conclusione potremmo riassumere lo Stage2 con l’eliminazione delle restrizioni nello scarico e nell’aspirazione, lasciando che le tecnologie che abbiamo descritto facciano al meglio il loro mestiere. La mappatura non spreme il motore, lo porta semplicemente al suo funzionamento ottimale con gli upgrade a scarico e aspirazione.

Il risultato è una spinta più piena ai bassi e medi regimi, con un allungo eccellente che non crolla appena salgono le temperature. È qui che si capisce perché il B58 “nasce pronto”: perché ogni elemento della preparazione Stage 2 dialoga alla perfezione con ciò che BMW ha messo sotto il cofano.

Per chi lo richiedesse su questo modello è possibile attivare una nostra garanzia sulle parti meccaniche “BIESSE Bergamo Warranty”. La garanzia copre i danni su eventuali guasti al motore e permette di ricevere l’assistenza sulla manutenzione del veicolo nel nostro centro.

Per ricevere maggiori informazioni o richiedere un preventivo potete contattarci scrivendo all’indirizzo info@biesseracingbergamo.com o chiamando il numero 035 0267556.

* Dati rilevati nel nostro centro prove in Via Leonardo da Vinci, 3/b, Torre de’ Roveri (BG)

** Le modifiche ai dispositivi anti-inquinamento sono destinate esclusivamente all’uso pista dove consentito dalla normativa vigente.

L’incremento della potenza massima del motore dei veicoli viene effettuato esclusivamente su richiesta per usi sportivi in spazi privati o circuito. Non è concesso utilizzare i file per circolare su strade aperte con veicoli che hanno subito manomissioni meccaniche o che non rientrano nei limiti di legge stabiliti negli art.78, 79 del codice della strada.

Biesse Racing Bergamo  s.r.l. declina qualsiasi responsabilità circa l’utilizzo dei veicoli sottoposti a lavorazione al di fuori dei limiti previsti dalle norme sopracitate e non sarà responsabile di eventuali limitazioni o cancellazione della garanzia ufficiale del costruttore.

Il dati di potenza e coppia dichiarati sono un’indicazione basata sui risultati ottenuti sul nostro banco prova in fase di sviluppo, ovvero con auto in condizioni meccaniche perfette, carburante premium e temperature dell’aria ottimali.I valori possono subire variazioni di +/- 5% sulla potenza complessiva in base alle condizioni di prova sull’auto del cliente (temperatura aria, qualità carburante utilizzato, stato meccanico della vettura).I nostri software vengono prodotti singolarmente sulla base delle richieste del cliente ed anche questo può influire sul valori di incremento effettivi.

L’opzione test su banco prova comprende una serie di acquisizioni su uno dei nostri banchi a rulli. Le prove vengono effettuate prima e dopo l’intervento di modifica software gestione motore, in modo da poter comparare i risultati ottenuti con i valori originali. I test vengono sempre svolti con almeno 3 lanci sia con auto originale che successivamente alla modifica o fino a quando necessario per determinare correttamente la potenza. Anche un eventuale aggiustamento della calibrazione prevede una nuova sessione di test senza maggiorazioni sul prezzo concordato. Eventuali lanci su banco oltre i 3 previsti non comportano costi aggiuntivi e possono essere eseguiti a discrezione dei tecnici.In caso di installazione di stage avanzati è possibile richiedere che i test vengano svolti anche in fase intermedia per valutare il miglioramento legato ad upgrades meccanici, questa opzione comporta un aumento del preventivo da concordare in fase di prenotazione.