Vi propongo un articolo tecnico interessante per gli appassionati di meccanica.
(traduzione dall'originale
http://www.autospeed.com/cms/A_1966/article.html)
Il VG30DETT
Progettato alla fine degli anni '80 il motore, un biturbo con doppio albero a camme in testa e 4 valvole per cilindro è uno tra gli 'instant classic' tra i motori turbo. Soprprendentemente sofisticato sia per i tempi sia per i costi di produzione, il motore equipaggiava la sportiva 300ZX TT. Gli ingegneri Nissan avevano delle aspettative molto alte per quella macchina ed i retroscena del motore rendevano molto chiaro questo proposito.
ANATOMIA DI BASE
Il VG30DETT è 2960cc di cilindrata con un rapporto super-quadro di corsa per alesaggio rispettivamente 83 e 87. Le camere di scoppio hanno un profilo "a tetto" con la candela posizionata quasi al centro del cilindro. Le quattro valvole del cilindro vengono azionate tramite punterie idrauliche con recupero automatico del gioco dai due alberi a camme posizionati in ogni testata.
Il rapporto di compressione di questo motore bi-turbo è 8,5 ad 1 e le sue specifiche originali mostravano una potenza SAE NET di 300 Cv a 6400 giri ed una coppia massima di 45,28 Kg/mt a 3600 giri ed è quasi un cubo in dimensioni: infatti è grosso 71x77,5x69,5 (LNxLAxH).
Basato sul meno potente VG30DE i maggiori cambiamenti sono stati causati dall'adozione dei due turbo. Ma non è stata esclusivamente rinforzato il motore a causa dei turbo, infatti si è colto questa opportunità per riprogettare completamente sia l'aspirazione che lo scarico.
Gli ingegneri infatti hanno adottato un duplice schema di turbo, intercooler, corpi farfallati oltre ai doppi collettori di aspirazione, scarico, doppio scarico completi di catalizzatori e marmitte.
SISTEMA D'ASPIRAZIONE
Il sistema d'aspirazione deve bilanciare due situazioni contrastanti:
1) Più è piccolo il diametro interno del sistema e maggiore è la perdita d'attrito (e la pressione interna).
2) Più è grande il diametro interno e più lenta sarà la velocità dell'aria con il conseguente scarso riempimento dei cilindri specialmente ai bassi regimi.
Oltretutto test e simulazioni rivelano che un collettore lungo aumenta la coppia sviluppata ai bassi regimi, ma posizionarli dentro un cofano sovraffollato risulta parecchio difficile.
I collettori, se fossero 36 cm, avrebbero il picco di efficienza a 4400 giri, mentre allungarli a 48 cm abbasserebbe il livello di picco a 3600 giri.
Siccome uno degli obbiettivi degli ingegneri era ottenere una coppia 'robusta', i collettori più lunghi sono diventati una necessità. Test successivi hanno poi dimostrato che i nuovi collettori da 48 cm sarebbero stati ottimali di un diametro di 48 mm.
E' interessante notare quanto studio sia stato fatto per ottimizzare questo particolare. Nella maggioranza dei motori turbo, compreso l'RB26DETT della stessa Nissan montato sulla Skyline GT-R non hanno assolutamente una ottimizzazione così spinta.
Una volta deciso per i collettori da 48 cm, il problema successivo è stato come posizionarli sotto il cofano. Il precedente VG30DE aveva una camera centrale posizionata al centro della 'V' tra le due bancate con collettori relativamente corti ma diretti, dalla camera centrale alle valvole d'aspirazione. La pressione registrata con questa disposizione era di 85 unità.
Le specifiche con cui sono stati ottenuti questi dati non sono completamente chiare)
Il primo prototipo del sistema d'aspirazione del VG30DETT piazzò una camera sopra ogni bancata del motore con i collettori che correvano sopra delle stesse. Ciò richiedeva che ogni collettore facesse quasi un inversione ad 'U' e venne quindi definito 'Design a Porta Inversa'.
La pressione misurata con questa configurazione era comunque molto alta, circa 105 unità, ovvero il 24% in più del VG30DE con la camera centrale.
Fu quindi studiato un 'Design Incrociato' in cui i collettori andavano ad alimentare la bancata opposta. Questa configurazione permetteva di utilizzare collettori molto lunghi offrendo una pressione misurata di 80 unità. Meglio quindi del VG30DE pur utilizzando collettori lunghi quasi il doppio. Il passaggio dalla configurazione a Porta Inversa a quella Incrociata ha aumentato di un buon 5% la potenza finale del motore.
Anche la parte che precede il sistema dei collettori è stata studiata intensamente. L'airbox racchiude due elementi filtranti distinti in modo da offrire una superficie filtrante sufficiente nello spazio angusto del cofano. Fu utilizzato un solo misuratore di flusso d'aria, ma il sistema di tubazioni che porta l'aria ad alimentare le due turbine fu sistematicamente sviluppato. La configurazione finale utilizzava un lunghissimo percorso che riduceva la pressione fino al 77% rispetto ad alcune soluzioni testate. Accoppiato ad una bocca di campana all'ingresso del MAF (Effetto Venturi) questo sistema aumentava di un ulteriore 2% la potenza erogata.
BITURBO
Da quando è stato lanciato il VG30DETT siamo stati abituati al fatto che i motori ad alte prestazioni fossero equipaggiati con doppi turbocompressori. In meri termini di costi, raddoppiare il numero dei turbo avrebbe dovuto essere proibitivo.
Gli ingegneri giustificarono l'adozione dei doppi turbo con alcuni studi particolareggiati. Per evitare le penalizzazioni in termini di risposta di un turbo singolo di grandi dimensioni, con una corrispondente maggior inerzia di rotazione, gli ingegneri montarono due turbo ibridi, ognuno con un compressore Garrett T25 e una turbina Garrett T2.
Utilizzare questi ibridi riduce l'inerzia di rotazione del 20% rispetto ad un convenzionale turbo T2 ed ecco la naturale conseguenza fu di usare due turbo più piccoli invece di uno singolo più grande.
Facendo un paragone con un singolo turbo di portata equivalente, l'utilizzo di due turbocompressori doppi riduce l'inerzia di rotazione del 30%.
Gli ingegneri Nissan però ci hanno rivelato che l'adozione di un sistema bi-turbo comincia a diventare conveniente solo per potenze superiori ai 250 cv.
FASATURA VARIABILE DELLE VALVOLE LATO ASPIRAZIONE
L' NVCS (Nissan Valve Timing Control System - Sistema di Controllo Fasatura delle Valvole Nissan) è utilizzato per variare la fasatura delle valvole lato aspirazione di 20°. Vediamo come:
NVCS acceso apre a 19° prima del Punto Morto Superiore
chiude a 49° dopo il Punto Morto Inferiore
NVCS spento apre a -1° prima del PMS, ovvero 1° dopo il PMI
chiude a 69° dopo il PMI
La fasatura delle valvole di scarico è fissa, aprono a 59° prima del PMS e chiudono a 9° dopo il PMS.
Al minimo o in situazioni di poco sforzo NVCS è disattivato, ma passando a situazioni di sforzo medio oppure alto NVCS viene attivato fino al raggiungimento dei 6100 giri. Oltre questa soglia viene nuovamente disattivato a causa del regime di rotazione elevato, ma nella fascia di regime in cui è attivo riesce ad aumentare la coppia erogata fino a 4,8 Kg/mt.
I 28° gradi totali di aumento quando NVCS è acceso son stati spesso comparati, in meglio, con quello che avrebbe potuto essere senza NVCS. Dello stesso periodo infatti esiste l'RB30ET, un 6 cilindri in linea con un solo albero a camme in testa mono-turbo. Nonostante l'architettura diversa era quanto di più simile c'era per effettuare i test, nei quali si è potuto notare come per tutto il range in cui NVCS lavora, fino ai 6100 giri quindi, la coppia erogata ha un delta quasi costante, anche negli 8° di aumento ma in cui NVCS è spento si ha una rotazione più bilanciata.
COMPONENTISTICA INTERNA
Le migliorie tra il VG30DETT ed il VG30ET includono l'utilizzo di pistoni speciali a dilatazione controllata, con inserti di acciaio (a basso coefficiente di dilatazione termica) incorporati tramite fusione nella lega di alluminio, canali di raffreddamento e spruzzatori d'olio. Inoltre gli spinotti sono totalmente mobili e le bronzine son state anche loro migliorate.
(N.d.r. Le bronzine sono in Kelmet una cuprolega molto resistente normalmente usata in motori da competizione)I collettori di scarico sono fatti in lega di Ghisa e Nickel D5S molto più resistente del tradizionale ferro ad alto contenuto di silice con un miglioramento nella dilatazione da 3 Kg/mm2 a 9 Kg/mm2 ad una temperatura massima dei gas di scarico di 900°.
(N.d.r. Il Ni-resist è una ghisa austenitica ad alto tenore di nickel con caratteristiche meccaniche elevate e con speciali doti di resistenza alla corrosione e all'ossidazione in ambienti ostili e all'esposizione continua a temperature elevatissime)Le bielle stesse sono di acciao microalluminato, un miglioramento che ha permesso oltre che a rinforzarle di diminuirne il peso di ben 93 gr. Anche l'albero motore è fatto della stessa lega, rinforzato nei banchi. Tra quello del VG30ET e il VG30DETT l\'albero a gomiti è più resistente del 10%.
(N.d.r. Oltre al materiale, l'albero motore del VG30DETT è forgiato anziché fuso.)La coppa dell'olio stessa è stata riconfigurata con l'aggiunta di una placca guida-olio che veicola l'olio estratto dai contrappesi dell'albero motore a ritornare nella parte più profonda della coppa stessa.
CONCLUSIONI
Mentre il motore RB26DETT che equipaggia la Skyline GT-R è quello che viene più riconosciuto e premiato quando viene considerata la linea della Nissan di motori turbo, ma il VG30DETT con il suo sofisticatissimo sistema di aspirazione e le valvole a fasatura variabile è senz'altro il più sofisticato tra i due.
(Ma non è incredibile considerare come un'azienda abbia sviluppato in contemporanea due motori 3 litri, 6 cilindri e bi-turbo così fantastici?)
Alla fine dello sviluppo del VG30DETT gli ingegneri coinvolti commentarono:
"Siamo fiduciosi che questo motore ha raggiunto il massimo come erogazione di cavalli e valori di coppia elevati, oltre che una elevata risposta degna di una nuova generazione di auto sportive"...
... E moltissimi tuner, nel corso degli anni, son stati d'accordo con loro...
