Alla fine del 1997, in sostituzione della ormai anziana E36, BMW presenta il modello completamente rinnovato, che, pur ispirandosi alle linee guida della versione che l'ha preceduta, ha un corpo vettura totalmente inedito.
Inizialmente, le versioni disponibili al momento del lancio erano la 320d e la 328i, dotate rispettivamente di un quattro cilindri a gasolio di nuova concezione, caratterizzato dalla pompa rotativa, turbina a geometria variabile, iniezione diretta e quattro valvole per cilindro, 1951cc e 136cv, e di un sei cilindri in linea 2793cc da 193cv derivato dall'unità montata anche sulla E36.
La nuova piccola di Casa BMW rappresentava un passo avanti notevole sia per quanto riguarda le finiture, ora molto vicini a quelle della sorella maggiore Serie 5, sia sul piano tecnologico, essendo dotata di accessori fino a quel tempo esclusivi solo delle sorelle maggiori.
In seguito, la gamma fu arricchita delle nuove 316i (quattro cilindri, 1895cc, 105cv), 318i (quattro cilindri, 1895cc, 118cv), 320i (sei cilindri 1991cc, 150cv), e 330d (sei cilindri, 2926cc, 184cv).
Il modello ottenne da subito un buon successo, viste le ottime qualità dell'autotelaio e dell'assemblaggio in genere. Nel 1999, fu la volta della Ci, versione a due porte della berlina, con cui però condivideva pochissimi elementi.
Per esempio, il vano motore era più lungo di 8cm rispetto alla berlina, il frontale era specifico, così come la fiancata e la coda, più basse e profilate. Anche all'interno c'era qualche differenza, come la strumentazione con numeri in corsivo e fondo strumenti grigio, e i pannelli porta dedicati.
La nuova coupé venne presentata nelle varianti 318Ci (quattro cilindri, 1895cc, 118cv), 320Ci (sei cilindri, 1991cc, 150cv), 323Ci (sei cilindri 2494cc, 170cv) e 328Ci (sei cilindri, 2793cc, 193cv).
Nello stesso anno venne sostituita anche la classica versione Cabrio, che ora nasceva sul pianale opportunamente irrigidito della Coupé, e dotata di un tetto in tela ad azionamento elettrico, e caratterizzata da un aspetto molto elegante. Le motorizzazioni erano le stesse della versione "chiusa".
Risalente al 2000, la versione Touring, che offriva le stesse varianti della berlina con qualche punto in più sulla capacità di carico. Sempre nel 2000 fu la volta di un autentico mito a quattro ruote: la M3.
La nuova sportiva realizzata dalla M GmbH esclusivamente in variante Coupé e Cabrio, era dotata di un sei cilindri in linea 3.2cc, in grado di erogare 343cv, che la contrapposero ben presto ad auto di lignaggio ben superiore, come la Porsche 911.
Qualche tempo dopo, ne derivò una versione alleggerita in serie limitata, denominata CSL, che grazie ad accorgimenti volti a contenerne il peso, e ad una potenza di 360cv, consentiva alla già ottima sportiva di Monaco, tempi sul giro veramente notevoli.
Nel 2001, la gamma fu sottoposta ad un restyling abbastanza significativo. Sulla berlina furono modificati i gruppi ottici anteriori, ora con un taglio più "orientale" e filante, il cofano motore, con una nervatura più larga e un doppio rene di maggiori dimensioni, i trasparenti dei gruppi ottici posteriori, oltre ai parafango e ai paraurti, e piccoli aggiornamenti di dettaglio all'interno e ai rivestimenti.
Anche le motorizzazioni furono aggiornate, con il lancio dei nuovi Valvetronic a quattro cilindri che diedero vita alle nuove 318i (1995cc, 143cv). Le sorelle a sei cilindri subirono un incremento di cilindrata e potenza, raggiungendo i 2171cc per la 320i, che ora erogava 170cv, mentre la 323i fu sostituita dalla 325i (2494cc, 192cv), e la 328i dalla 330i (2979cc, 231cv).
Sul fronte del diesel, la 320d fu dotata di un nuovo Common rail da 150cv, mentre la 330d disponeva adesso di 204cv. Inoltre fu introdotta la nuova 318d, che con un due litri depotenziato a 115cv, andava a prendere il posto lasciato libero dalla predente 318tds.
Contestualmente, fecero la loro comparsa le versioni X a quattro ruote motrici, con un sofisticato sistema di trasmissione denominato X-Drive, e derivato direttamente dalla X5, che andò ad equipaggiare la 325Xi,330Xi e la 330Xd.
Il restyling interessò anche le varianti Coupé, Cabrio e Touring, che furono sottoposte agli stessi aggiornamenti esterni e meccanici, e ulteriormente affinate sotto tutti gli aspetti.
Tutte le versioni furono declinate in tre allestimenti che permettevano alla piccola BMW di aderire perfettamente alle esigenze di svariati tipi d'utenza: La Eletta, caratterizzata da un allestimento abbastanza simile alla precedente versione base;
la Attiva, che era la versione più sportiva, dotata di assetto M ed altri accorgimenti che ne esaltavano la sportività intrinseca; Futura, che grazie ad un allestimento particolarmente tecnologico, rappresentava la versione più raffinata.
Per quanto riguarda la sicurezza automobilistica, il crash test dell'EuroNCAP l'ha giudicata meritevole di 4 stelle.
Questo restyling permise alla E46 di reggere il mercato fino al 2005, anno in cui fu presentata la E90, caratterizzata da un design completamente nuovo, ispirato alle Serie 5 e Serie 7, benché molto meno "esasperato".
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