Prova su strada della gamma di motori Audi - Parte 1: 1.8 TFSI

La gamma di unità di azionamento del marchio è l'epitome di soluzioni incredibilmente high-tech.

Una serie sulle vetture più interessanti dell'azienda

Se stiamo cercando un esempio di strategia economica lungimirante che assicuri lo sviluppo sostenibile dell'azienda, allora Audi può essere un ottimo esempio in questo senso. Negli anni '70, quasi nessuno avrebbe potuto immaginare il fatto che ora l'azienda di Ingolstadt sarà un concorrente alla pari di un nome così affermato come Mercedes-Benz. La risposta alle ragioni si trova in gran parte nello slogan del marchio "Progress through Technologies", che è alla base del difficile percorso percorso con successo verso il segmento premium. Un'area dove nessuno ha il diritto di scendere a compromessi e offre solo il meglio. Quello che Audi e solo una manciata di altre aziende possono fare garantisce loro la domanda per i loro prodotti e il raggiungimento di parametri simili, ma anche un onere enorme, che richiede un movimento costante sul filo di un rasoio tecnologico.

Come parte del gruppo VW, Audi ha l'opportunità di sfruttare appieno le opportunità di sviluppo di una grande azienda. Quali che siano i problemi che VW ha, con la sua spesa annua in ricerca e sviluppo di quasi 10 miliardi di euro, il gruppo è in cima alla lista delle 50 aziende più investite nel settore, davanti a giganti come Samsung Electronics, Microsoft, Intel e Toyota (dove questo valore ammonta a poco più di 7 miliardi di euro). Di per sé, Audi è vicina a BMW in questi parametri, con il loro investimento di 4,0 miliardi di euro. Tuttavia, parte dei fondi investiti in Audi proviene indirettamente dalla tesoreria generale del gruppo VW, poiché gli sviluppi sono utilizzati anche da altri marchi. Tra le aree principali di questa attività vi sono le tecnologie per la produzione di strutture leggere, l'elettronica, le trasmissioni e, naturalmente, gli azionamenti. Ed ora veniamo all'essenza di questo materiale, che fa parte della nostra serie, che rappresenta soluzioni moderne nel campo dei motori a combustione interna. Tuttavia, in qualità di divisione d'élite di VW, Audi sviluppa anche una linea specifica di propulsori progettati principalmente o esclusivamente per i veicoli Audi, e ve ne parleremo qui.

1.8 TFSI: un modello di alta tecnologia a tutti gli effetti

La storia dei motori TFSI a quattro cilindri in linea di Audi risale alla metà del 2004, quando fu lanciato il primo turbocompressore a benzina a iniezione diretta EA113 al mondo come 2.0 TFSI. Due anni dopo apparve una versione più potente dell'Audi S3. Lo sviluppo del concetto modulare EA888 con trasmissione ad albero a camme con catena è iniziato praticamente nel 2003, poco prima dell'introduzione dell'EA113 con cinghia di distribuzione.

Tuttavia, l'EA888 è stato costruito da zero come motore globale per il Gruppo VW. La prima generazione è stata introdotta nel 2007 (come 1.8 TFSI e 2.0 TFSI); con l'introduzione del sistema di fasatura variabile delle valvole Audi Valvelift e una serie di misure per ridurre l'attrito interno, la seconda generazione è stata notata nel 2009, seguita dalla terza generazione (2011 TFSI e 1.8 TFSI) alla fine del 2.0. Le serie a quattro cilindri EA113 e EA888 hanno ottenuto un incredibile successo per Audi, vincendo un totale di dieci prestigiosi premi International Engine of the Year e 10 Best Engines. Il compito degli ingegneri è quello di creare un motore modulare con una cilindrata di 1,8 e 2,0 litri, adattato per l'installazione sia trasversale che longitudinale, con attriti interni ed emissioni notevolmente ridotti, che soddisfi i nuovi requisiti, tra cui Euro 6, con prestazioni migliorate. resistenza e peso ridotto. Basato sull'EA888 Generation 3, l'EA888 Generation 3B è stato creato e introdotto lo scorso anno, operando secondo un principio simile al principio Miller. Ne parleremo più avanti.

Tutto questo suona bene, ma come vedremo, ci vuole molto lavoro di sviluppo per realizzarlo. Grazie all'aumento della coppia da 250 a 320 Nm rispetto al suo predecessore da 1,8 litri, i progettisti possono ora cambiare i rapporti del cambio con rapporti più lunghi, il che riduce anche il consumo di carburante. Un enorme contributo a quest'ultimo è un'importante soluzione tecnologica, che è stata poi utilizzata da numerose altre aziende. Si tratta di tubi di scarico integrati nella testata, che consentono di raggiungere rapidamente la temperatura di esercizio e raffreddare i gas sotto carico elevato ed evitare la necessità di arricchire la miscela. Tale soluzione è estremamente razionale, ma anche molto difficile da attuare, data l'enorme differenza di temperatura tra i liquidi su entrambi i lati dei tubi del collettore. Tuttavia, i vantaggi includono anche la possibilità di un design più compatto, che, oltre a ridurre il peso, garantisce un percorso del gas più breve e ottimale verso la turbina e un modulo più compatto per il riempimento forzato e il raffreddamento dell'aria compressa. Teoricamente, anche questo sembra originale, ma l'implementazione pratica è una vera sfida per i professionisti del casting. Per fondere una testata complessa, creano un processo speciale utilizzando fino a 12 cuori metallurgici.

Controllo flessibile del raffreddamento

Un altro fattore importante nella riduzione del consumo di carburante è associato al processo di raggiungimento della temperatura di esercizio del liquido di raffreddamento. Il sistema di controllo intelligente di quest'ultimo gli permette di interrompere completamente la sua circolazione fino a raggiungere la temperatura di esercizio, e quando ciò accade la temperatura viene costantemente monitorata in funzione del carico del motore. Progettare un'area in cui il refrigerante allaga i tubi di scarico, dove c'è un gradiente di temperatura significativo, è stata una sfida enorme. Per questo, è stato sviluppato un complesso modello analitico al computer, inclusa la composizione totale del gas / alluminio / refrigerante. A causa della specificità del forte riscaldamento locale del liquido in quest'area e della necessità generale di un controllo ottimale della temperatura, viene utilizzato un modulo di controllo del rotore polimerico, che sostituisce il termostato tradizionale. Pertanto, nella fase di riscaldamento, la circolazione del liquido di raffreddamento è completamente bloccata.

Tutte le valvole esterne sono chiuse e l'acqua nella camicia gela. Anche se la cabina ha bisogno di essere riscaldata nella stagione fredda, la circolazione non viene attivata, ma viene utilizzato un circuito speciale con un'elettropompa aggiuntiva, in cui il flusso circola attorno ai collettori di scarico. Questa soluzione consente di fornire una temperatura confortevole in cabina molto più velocemente, pur mantenendo la capacità di riscaldare rapidamente il motore. Quando la valvola corrispondente viene aperta, inizia la circolazione intensiva del fluido nel motore: questa è la velocità con cui viene raggiunta la temperatura di esercizio dell'olio, dopodiché si apre la valvola del suo radiatore. La temperatura del liquido di raffreddamento viene monitorata in tempo reale in funzione del carico e della velocità, variando da 85 a 107 gradi (la massima a bassa velocità e carico) in nome di un equilibrio tra riduzione degli attriti e prevenzione dei colpi. E non è tutto: anche quando il motore è spento, una speciale pompa elettrica continua a far circolare il liquido di raffreddamento attraverso la camicia sensibile all'ebollizione nella testata e nel turbocompressore per rimuovere rapidamente il calore da essi. Quest'ultimo non intacca la parte superiore delle magliette per evitare la loro rapida ipotermia.

Due ugelli per cilindro

Soprattutto per questo motore, per raggiungere il livello di emissioni Euro 6, Audi introduce per la prima volta un sistema di iniezione con due ugelli per cilindro, uno per l'iniezione diretta e l'altro per il collettore di aspirazione. La capacità di controllare in modo flessibile l'iniezione in qualsiasi momento si traduce in una migliore miscelazione di carburante e aria e riduce le emissioni di particolato. La pressione nella sezione di iniezione diretta è stata aumentata da 150 a 200 bar. Quando quest'ultimo non è in funzione, il carburante viene fatto circolare anche tramite collegamenti di bypass attraverso iniettori nei collettori di aspirazione per raffreddare la pompa ad alta pressione.

All'avviamento del motore, la miscela viene assorbita dal sistema di iniezione diretta e viene eseguita una doppia iniezione per garantire un rapido riscaldamento del catalizzatore. Questa strategia consente una migliore miscelazione a basse temperature senza allagare le parti metalliche fredde del motore. Lo stesso vale per i carichi pesanti per evitare la detonazione. Grazie al sistema di raffreddamento del collettore di scarico e al suo design compatto, è possibile utilizzare un turbocompressore monogetto (RHF4 di IHI) con una sonda lambda davanti e un alloggiamento realizzato con materiali più economici.

Ciò si traduce in una coppia massima di 320 Nm a 1400 giri / min. Ancora più interessante è la distribuzione della potenza con un valore massimo di 160 CV. è disponibile a 3800 giri (!) e rimane a questo livello fino a 6200 giri con notevoli potenzialità di ulteriore incremento (installando così diverse versioni del 2.0 TFSI, che aumenta il livello di coppia negli alti regimi). Pertanto, l'aumento di potenza rispetto al suo predecessore (del 12%) è accompagnato da una diminuzione del consumo di carburante (del 22%).

(da seguire)

Testo: Georgy Kolev