I sistemi di propulsione ibrida Toyota HSD, High-Sinergy-Drive, di quinta generazione, sono contraddistinti tutti dallo stesso schema tecnico, ma assumono vari livelli di potenza potendo adottare sia la funzionalità full hybrid che quella con carica esterna plug in. La differenza sostanziale è rappresentata dal motore endotermico da piccolo tre cilindri che equipaggia la gamma Yaris, al quattro cilindri con varie cubature da 1.8, 2.0 e 2.5 litri. Quindi partendo dalla analisi fatta a suo tempo per il sistema che utilizza la Prius e C-HR plug in da 224cv che potete leggere (qui), vogliamo analizzare il sistema ibrido con il motore benzina di cubatura maggiore cherappresenta il punto di riferimento assoluto per lo sviluppo delle propulsioni ibride anche per il futuro.
Il propulsore oggetto dell’analisi è il Toyota siglato A25A-FXS, 2.5 litri quattro cilindri abbinato alla tecnologia full hybrid che genera la potenza di sistema di 218cv, se 2wd e 224cv se abbinato alla trazione iAWD, distinguendosi per la sua efficienza energetica con un notevole miglioramento della reattività. Per quanto riguarda il basso consumo di carburante ottenendo un’efficienza termica massima del 41%. Questo risultato è il risultato è dovuto allo sfruttamento ottimale della combustione del carburante mantenendo una buona performance generale, utilizzando al meglio lo schema di funzionamento secondo il ciclo Atkinson/Miller.
Riprogettata la camera di combustione in ogni dettaglio
Il rapporto di compressione salito a 14:1, un valore che in un motore a benzina può causare fenomeni di detonazione che i tecnici giapponesi hanno compensato attraverso una combustione più rapida evitando accensioni premature della miscela aria benzina. L’aumento della rapidità di combustione avviene attraverso il cambio del rapporto alesaggio/corsa.
L’adozione della corsa lunga consente di avere un diametro del pistone più contenuto, ed una miscela aria carburante più condensata verso la zona della candela. L’andamento della miscela viene gestito dall’angolo maggiore tra le valvole di aspirazione e scarico con un alzata maggiore maggiore della valvola di aspirazione. Infine, viene utilizzata una iniezione a doppia fase ad alta pressione con il nuovo sistema D-4S contribuendo alla reattività e all’efficienza del motore.
Motore a corsa lunga
Riducendo l’alesaggio si crea un volume minore con la miscela aria-carburante che si comprime in modo più rapido ed efficiente favorendo una combustione più veloce migliorando sia la risposta del motore che l’efficienza. I valori di alesaggio passano a 87,7 mm, e 103,48mm di corda hanno un tra di loro ridotto a 1,18. Un motore a corsa lunga offre una minore superficie di contatto con le pareti del cilindro, riducendo così la perdita di calore.
L’apertura maggiorata della valvola di aspirazione ha necessitato una nuova progettazione e realizzazione delle sedi delle valvole che permette di ottimizzare il flusso nel cilindro. Il cambiamento dell’angolo tra le valvole di aspirazione e scarico è voluto per migliorare la dinamica del percorso dell’aria verso la candela. Per ottenere un passaggio del flusso senza interferenze il piattello lato interno delle valvole rivestite al laser per avere una geometria senza spigoli e meglio raccordato.
Nuove sedi valvole e rivestimento al laser
L’uso del classico metallo sinterizzato come rivestimento avrebbe richiesto più spazio ed un raccordo poco funzionale. Per realizzare la forma più funzionale, la polvere metallica viene spruzzata sul lato superiore della valvola e poi fusa con un laser. Con questa innovazione, la luce di aspirazione ha una forma che ottimizza l’ingresso del gas senza ottenendo un flusso ottimale dei gas ed una camera di combustione compatta. Per sfruttare al massimo la nuova conformazione della camera di combustione viene utilizzata una nuova iniezione diretta di carburante D-4S. La doppia iniezione aiuta ad evitare la detonazione riducendo per perdite durante la fase di compressione.
Iniezione diretta per sfruttare il rapporto di compressione più alto
L’iniezione diretta di tipo doppio stadio, cioè in due tempi, permette un controllo più preciso della temperatura nella camera di combustione, soprattutto con gli elementi della miscela lontani dalla candela di accensione, che vengono bruciati con una seconda iniezione di carburante limitando il fenomeno dei gas incombusti e del particolato.
La geometria della camera di combustione e la disposizione dell’iniettore sono progettate, infatti, per ottimizzare il flusso dell’aria riducendo la possibilità che le goccioline di carburante si depositino sulle pareti o sul pistone. Il collettore di scarico è integrato parte nella testa con una struttura 4-2-1 aumentando l’efficienza di evacuazione all’interno del cilindro. Il condotto della valvola EGR viene raffreddato a liquido prima di essere introdotto nel cilindro con una riduzione delle perdite di pompaggio del 25%. Infine il perno di biella ha un disallineamento dell’asse del pistone rispetto alla rotazione dell’albero motore migliorando la reattività.
Nuovo motore elettrico e gestione della trasmissione
La parte elettrica viene rinnovata attraverso elementi già presenti nel nuovo sistema ibrido di quinta generazione. Viene cambiato il motore elettrico, con un elemento più leggero con il rotore più efficiente. La migliore risposta, unita ad un aggiornamento della trasmissione, con un nuovo inverter per portare la potenza elettrica dalla batteria al propulsore migliorando la risposta del sistema nel suo complesso riducendo il classico effetto scooter molto meno percepito nei sistemi Toyota di ultima generazione. La potenza alle ruote arriva in modo più rapido e quando il motore benzina viene collegato anch’esso alle ruote per il funzionamento in parallelo, avviene con un sistema diverso dal passato annullando le vibrazioni durante il passaggio.
Il tutto per una potenza per il motore benzina di 177cv a 6000 giri/min, e 221Nm di coppia da 3600 a 5200 giri/min. La parte elettrica eroga 120cv a 4200 giri/min per una coppia di 202Nm ed una potenza di sistema pari a 218cv nella versione a trazione anteriore e 222cv per quella integrale che aggiunge un secondo motore elettrico sull’asse posteriore. Il sistema ibrido che porta la sigla A25A-FXS viene montato su tutte le auto del gruppo Toyota/Lexus della fascia medio ed alta del mercato facendo registrare anche con modelli come i SUV alti, con un’efficienza aerodinamica bassa consumi nell’ordine di 25km/litro.
In collaborazione con Toyota T-Motor San Lazzaro si Savena (BO), Modena, Imola
