Abbiamo spesso parlato di come i giapponesi sfruttano ogni tecnologia possibile per migliorare le caratteristiche dei motori endotermici accoppiandoli a vari sistemi di propulsione ibrida.
L’utilizzo di cicli di combustione a rapporto di compressione variabile, Atkinson sono all’ordine del giorno. Si tratta, però, sempre di motori da aspirazione naturale, al massimo con compressore volumetrico come nel caso del Mazda Skyactiv-X già oggetto di trattazione.
Il motivo sta nella difficoltà di controllare il funzionamento del turbo, abbinato ad un ciclo a rapporto di compressione variabile. Quindi meglio usare un motore aspirato potendo contare sull’aiuto della propulsione elettrica.
In Europa, però, gli ingegneri non è che stiano a misurare il collo alle giraffe, ed in quanto a testaccia dura non sono da meno ai giapponesi. In particolare i tecnici del Gruppo Volkswagen, sotto la bandiera Audi, hanno messo appunto un propulsore 2.0 litri TSFI con tecnologia Valvelift che adotta il ciclo Miller per gestire il rapporto di compressione variabile.
Un motore Turbo, quindi, che riesce a superare l’ostacolo del difficile controllo della combustione. Il risultato sono 190cv per 320Nm di coppia, disponibili ad un regime di 1450 giri/min rimanendo costante fino alla quota di 4400 giri/min. Il consumo, secondo il ciclo di omologazione NEDC americano, è di 5.0 litri/100 km. Il merito di un risultato tanto notevole sta proprio nella scelta di usare il ciclo Miller. Per chi non è ancora a conoscenza di come funzionano i due cicli Atkinson e Miller, rimandiamo alla trattazione fatta a suo tempo.
In sintesi, il ciclo Miller consente di sfruttare un rapporto di compressione variabile. Nel caso del propulsore Audi avviene attraverso la chiusura anticipata o tardiva delle valvole di aspirazione. Ciò consente di migliorare il rendimento grazie alla riduzione delle perdite di pompaggio. Migliora la combustione, controllando i fenomeni di detonazione tipici dei motori a miscela magra ad alta potenza specifica.
I tecnici Audi sono riusciti a gestire una fase in incrocio delle valvole molto più ampia rispetto ai motori canonici. La presenza del turbo, inoltre, ha permesso di sfruttare una maggiore pressione e volume dell’aria in ingresso pur avendo tempi di aspirazione più brevi. La chiusura anticipata della valvola di aspirazione, prima che venga raggiunto il punto morto inferiore, riduce la quantità di aria aspirata in un motore aspirato, mentre nel caso di un motore turbo, l’aria, anche in minore quantità, conserva pressione e volume ottimale.
L’iniezione TSFI (Turbocharged Fuel Stratified Injection) è una vecchia conoscenza tecnica. Funziona sfruttando una doppia iniezione, combinando le caratteristiche di iniezione diretta con quelle indiretta. Un’iniezione aggiuntiva a monte della valvola di aspirazione consente un’efficace formazione della miscela integrandosi all’iniezione diretta nella camera di combustione.
Resta il problema della difficoltà di controllo dell’azione del turbo abbinato al Ciclo Miller. In questo caso è venuto in aiuto l’Audi Valvelift System. Il controllo di alzata variabile delle valvole consente di avere un apertura con tempi differenziati per funzionamento tanto carico parziale che per carichi più elevati alla massima potenza.
Nel caso del 2.0 liti TSFI Audi, il sistema viene usato anche per il controllo delle valvole di scarico. Sull’albero a camme, viene calettato un cilindro scorrevole. Su questo, vengono ricavate due tipi di camme. Una dal disegno specifico per carichi parziali, con angolo diverso, ed altre due con disegno adatto per massimi carichi.
Lo spostamento e l’azione differenziata delle valvole sulle punterie, avviene attraverso una guida di tipo elicoidale ricavata ai due lati delle valvole. Due attuatori elettroidraulici, intervengono spingendo un pistoncino il quale inserendosi nella guida sposta per effetto della sua forma il cilindretto mettendo in azione le valvole per carichi parziali. Un attuatore al lato opposto entra in azione riportando cilindretto in posizione per far lavorare la camme per le alte potenze.
L’azione del sistema sulle valvole di scarico garantisce il controllo del flusso ottimale dei gas diretti al turbocompressore. In sostanza, è possibile controllare il lavoro della girante in funzione delle necessità del volume di aria compressa che necessita in aspirazione a seconda del rapporto di compressione desiderato a monte. Il motore ha una doppia anima, efficiente, ma anche in grado di erogare quando serve i suoi 190cv.
Ci sono anche altre caratteristiche che hanno reso questo propulsore un gioiello della tecnica. La riduzione del peso ha consentito di ottenere un motore di soli 140kg. Il sistema di raffreddamento è controllato elettronicamente per consentire tempi di riscaldamento in condizioni di warm-up più rapidi ed un controllo della temperatura di esercizio più efficiente con minori perdite.
Il collettore di scarico è integrato nella testa, soluzione ormai utilizzata anche da tutti i concorrenti per il controllo dell’energia dei gas di scarico che alimentano la girante della turbina. Infine, anche la pompa olio ha portata variabile per migliorare l’efficienza.
Un propulsore che risponde alle esigenze di efficienza, potenza ed adattabilità anche a futuri sistemi ibridi. I tecnici Audi hanno ottimizzato quanto di meglio avevano sul loro immenso scaffale tecnologico per avere un propulsore Turbo, con funzionamento a ciclo Miller ad alta efficienza al pari dei migliori, se non superiore a quanto messo in campo dai costruttori del sol levante.
Daniele Amore