Venticinque anni del motore Audi TDi

Venticinque anni del motore Audi TDi

20 lug, 2014

Fonte: Volkswagen Group Italia

 

Verona, Italia. Luglio 2014. Nel 2014 Audi festeggia un anniversario molto importante: i primi 25 anni del TDI. Il primo motore 2.5 TDI a iniezione elettronica, montato sulla Audi 100 è stato presentato da Audi nel 1989 in occasione del Salone di Francoforte. Da allora il Marchio dei 4 anelli è stato sempre all’avanguardia nella realizzazione e nello sviluppo di questa tecnologia per motori Diesel.

“25 anni di TDI significa un quarto di secolo all’insegna dello sviluppo, dell’efficienza, della dinamica e della forza“, afferma , Membro del Consiglio di amministrazione di AUDI AG per lo Sviluppo Tecnico. “Siamo fieri di questi 25 anni, perché proprio Audi è stata la prima casa automobilistica a presentare sul mercato il motore TDI, che continua ad essere, tra le tecnologie volte a garantire l’efficienza dei motori, quella che ha avuto in assoluto il maggior successo. Questa tipologia di motore è alla base del nostro successo soprattutto nella fascia alta del mercato automobilistico”.

Dal 1989 la tecnologia TDI ha portato il motore Diesel all’apice del successo.

L’evoluzione è stata segnata da diverse pietre miliari, tra cui l’introduzione della sovralimentazione, il perfezionamento dell’iniezione e l’ottimizzazione della depurazione dei gas di scarico sono state quelle più significative. In termini di cilindrata, questi 25 anni di TDI hanno portato a un miglioramento del 100% sia delle prestazioni sia della coppia. Inoltre, nello stesso lasso di tempo le emissioni di gas di scarico sono state ridotte del 98%.

Sino a oggi Audi ha prodotto circa 7,5 milioni di motori TDI: solo nel 2013 è stata quasi raggiunta la soglia delle 600.000 unità. Grazie alla nuova tecnologia, il marchio dei 4 anelli ha potuto ridurre le emissioni medie di CO2 del 3% nei nuovi modelli destinati al mercato europeo. Dei 156 modelli Audi con tecnologia TDI, ben 58 hanno un’emissione che va da 85 ai 120 grammi di CO2. La Audi A3 ultra con motore 1.6 TDI ha un consumo medio di 3,2 litri ogni 100 chilometri. La definizione “ultra” è sinonimo di sostenibilità a 360 gradi. Audi sta ampliando con grande energia la gamma degli efficientissimi modelli ultra.

Tutti i modelli TDI proposti oggi da Audi sono efficienti, puliti, confortevoli e potenti.

Fatta eccezione per la Audi R8, in tutte le famiglie di modelli sono presenti motorizzazioni con cilindrate che spaziano dai 1.6 ai 4.2 litri e potenza da 90 CV (66 kW) nel 1.6 TDI sino a 385 CV (283 kW) nel 4.2 TDI. Il bestseller indiscusso nelle classifiche di vendita è il 2.0 TDI. Ne sono stati venduti complessivamente circa 3 milioni di unità, ben 370.000 solo l’anno scorso.

La tecnologia TDI Audi ha riscontrato un enorme successo ed è proiettata al futuro. La nuova versione del 3.0 TDI clean diesel a basse emissioni, sottoposta a un radicale reengineering, impone nuovi standard. Nei modelli compatti sarà presentato a breve il nuovo 1.4 TDI clean diesel a 3 cilindri. Nei motori TDI V6 sarà montato un compressore elettrico addizionale per conferire maggiore potenza e propulsione alla vettura anche a bassi regimi: ciò renderà la guida ancora più sportiva e dinamica.

Con il Audi segna l’inizio di una nuova era del TDI elettronico.

I nuovi elementi ibridi saranno lanciati a breve sul mercato. In futuro verrà offerta ad ogni cliente una soluzione personalizzata che comprenderà anche il TDI con tecnologia ibrida plug-in. Per quanto riguarda i combustibili, il Marchio punta sulla sostenibilità e quindi sulla produzione di con un impatto ambientale zero.

Entro il 2020 Audi desidera ridurre il consumo delle sue autovetture in modo da raggiungere un’emissione complessiva di 95 grammi di CO2 ogni chilometro. I tecnici lavorano alacremente non solo allo sviluppo dell’ibridazione, ma anche in tutti gli altri campi classici legati alle tecnologie automobilistiche. Tra questi la diminuzione dell’attrito, il sistema di gestione dell’energia termica e la combustione con particolare attenzione all’iniezione e alla sovralimentazione. Audi non punta sul “downsizing”, ma sul “rightsizing”: ogni vettura deve avere il motore che fa per lei. E infatti le versioni TDI da 6 e 8 cilindri sono estremamente efficienti in quanto, sulle vetture che li montano, funzionano alla perfezione anche ai bassi regimi.

Le competizioni fanno parte del DNA di Audi. Il circuito rappresenta il banco di prova più temuto per le nuove tecnologie che diventeranno in futuro produzione di serie. Il debutto del motore TDI si ebbe nel 2006 durante la 24 Ore di Le Mans. Da allora, con motorizzazioni TDI il marchio dei quattro anelli si è assicurato ben otto vittorie complessive in nove partecipazioni. Gli stessi requisiti devono essere soddisfatti sia in gara che nella produzione in serie: lo scopo da raggiungere è quello di ottenere da ogni goccia di carburante la massima potenza. I successi nell’ambito delle gare sono la prova tangibile del potenziale della tecnologia TDI Audi. La conferma più recente è stata la doppia vittoria conseguita nel 2014 nella più prestigiosa di tutte le gare, la 24 Ore di Le Mans.

 

Biturbo elettrico e Ibridizzazione

Normalmente, la potenza del motore TDI viene generata dalla sovralimentazione del turbocompressore che a sua volta dipende dall’energia dei gas di scarico. Grazie al compressore ausiliario azionato elettricamente il Biturbo elettrico elimina questa dipendenza, aumenta rapidamente la pressione e la coppia anche in presenza di un numero di giri basso.

25 anni dopo il lancio del TDI, Audi fa il prossimo grande passo in avanti, donando al motore a gasolio un carattere più sportivo e grintoso. Oltre al classico turbocompressore a gas di scarico, il Biturbo elettrico presenta un secondo compressore montato in serie. Al posto della girante monta un piccolo motore elettrico che in soli 250 millisecondi porta la girante del compressore ad una potenza di circa 10 CV e al numero massimo di giri.

Il compressore elettrico si trova a valle dell’intercooler. La valvola di bypass del turbo si chiude con un numero di giri basso e con un’energia altrettanto bassa dei gas di scarico, di conseguenza l’aria viene inviata nel compressore elettrico. Il Biturbo elettrico può essere integrato in diverse soluzioni in modo flessibile e compatto.

Audi ha realizzato due studi pilota con il Biturbo elettrico: nella Audi A6 TDI concept è montato il nuovo 3.0 TDI Monoturbo e nella RS 5 TDI concept nel 3.0 TDI Biturbo. Il Monoturbo eroga 326 CV (240 kW) di potenza costante e sviluppa una coppia di 650 Nm tra 1.500 e 3.500 giri. Il compressore elettrico copre la coppia al di sotto di questa soglia e garantisce una risposta rapida e un’ottima flessibilità: in sesta è possibile accelerare da 60 a 120 km/h in 8,3 secondi e non più in 13,7 secondi.

Ancora più entusiasmante è il V6 Biturbo nella Audi RS 5 TDI concept che eroga 385 CV (283 kW) con una coppia massima di 750 Nm e un numero di giri compreso tra i 1.250 e i 2.000. In partenza il compressore elettrico fa sì che la coppia disponibile sia normale. Se il conducente continua ad accelerare, l’autovettura è in grado di raggiungere i 100 km/h in circa 4 secondi. Grazie all’interazione intelligente con il turbo la pressione è immediatamente disponibile dopo ogni cambio di marcia.

Entrambi gli studi hanno inoltre evidenziato che la potenza viene erogata in modo quasi uniforme anche in presenza di un numero di giri basso. Il Biturbo elettrico rende il motore più potente proprio nelle situazioni in cui, nella guida di tutti i giorni, è necessario che lo sia. Riduce il fabbisogno di scalare le marce e consente così di tenere basso il numero dei giri.

I conducenti con uno stile di guida più sportivo apprezzeranno la potenza nel sorpasso e all’uscita delle curve. Il Biturbo elettrico è particolarmente indicato per diversi modelli Audi, anche con motore a benzina. Sarà disponibile di serie a breve nei modelli TDI.

L’energia che il compressore elettrico necessita per il proprio azionamento viene in gran parte ottenuta senza incidere sui consumi mediante recupero nelle fasi di rilascio. Il Biturbo utilizza per l’alimentazione una rete dedicata da 48 volt, una batteria a ioni di litio collocata nel bagagliaio e un impianto elettronico di potenza. Il collegamento con l’impianto elettrico da 12 V dell’autovettura avviene tramite un trasduttore DC/DC.

L’uso di un impianto elettrico dedicato da 48 volt offre numerosi vantaggi. Infatti, potrà alimentare i dispositivi elettrici del futuro come per esempio gli elementi riscaldanti termoelettrici, i freni posteriori elettromeccanici o i gruppi ausiliari del motore come la pompe dell’olio e quella dell’acqua che hanno bisogno di più di 12 V.

L’aumento della tensione riduce la corrente e quindi saranno necessari cavi con diametro inferiore che contribuiranno a ridurre il peso dell’autovettura. Audi pensa già di lanciare la rete dedicata da 48 V in vari modelli.

Contemporaneamente gli ingegneri di Audi continueranno a lavorare all’elettrificazione del propulsore. A ogni Cliente sarà offerta una soluzione personalizzata. I moduli dei sistemi ibridi presentano già numerose soluzioni: dal Biturbo elettrico al TDI con tecnologia plug-in. L’interazione con il motore elettrico offre nuovi scenari, perché permette di spostare i punti di carico e quindi di ridurre sia i consumi sia i livelli di emissione. Nel traffico cittadino il motore elettrico è un propulsore a emissioni zero.

Un’altra interessante opzione, in materia di propulsione elettrica, è il motore elettrico e-quattro della serie quattro. Audi ha presentato questa novità in numerose showcar.

L’asse anteriore viene azionato dal TDI e da un motore elettrico, mentre quello posteriore da un secondo motore elettrico. La batteria può essere ospitata anche nel tunnel del pianale.

I conducenti con uno stile di guida più sportivo apprezzeranno la potenza nel sorpasso e all’uscita delle curve. Il Biturbo elettrico è particolarmente indicato per diversi modelli Audi, anche con motore a benzina. Sarà disponibile di serie a breve nei modelli TDI.

L’energia che il compressore elettrico necessita per il proprio azionamento viene in gran parte ottenuta senza incidere sui consumi mediante recupero nelle fasi di rilascio. Il Biturbo utilizza per l’alimentazione una rete dedicata da 48 volt, una batteria a ioni di litio collocata nel bagagliaio e un impianto elettronico di potenza. Il collegamento con l’impianto elettrico da 12 V dell’autovettura avviene tramite un trasduttore DC/DC.

L’uso di un impianto elettrico dedicato da 48 volt offre numerosi vantaggi. Infatti, potrà alimentare i dispositivi elettrici del futuro come per esempio gli elementi riscaldanti termoelettrici, i freni posteriori elettromeccanici o i gruppi ausiliari del motore come la pompe dell’olio e quella dell’acqua che hanno bisogno di più di 12 V.

L’aumento della tensione riduce la corrente e quindi saranno necessari cavi con diametro inferiore che contribuiranno a ridurre il peso dell’autovettura. Audi pensa già di lanciare la rete dedicata da 48 V in vari modelli.

Contemporaneamente gli ingegneri di Audi continueranno a lavorare all’elettrificazione del propulsore. A ogni Cliente sarà offerta una soluzione personalizzata. I moduli dei sistemi ibridi presentano già numerose soluzioni: dal Biturbo elettrico al TDI con tecnologia plug-in. L’interazione con il motore elettrico offre nuovi scenari, perché permette di spostare i punti di carico e quindi di ridurre sia i consumi sia i livelli di emissione. Nel traffico cittadino il motore elettrico è un propulsore a emissioni zero.

Un’altra interessante opzione, in materia di propulsione elettrica, è il motore elettrico e-quattro della serie quattro. Audi ha presentato questa novità in numerose showcar.

L’asse anteriore viene azionato dal TDI e da un motore elettrico, mentre quello posteriore da un secondo motore elettrico. La batteria può essere ospitata anche nel tunnel del pianale.

 

Audi e-diesel

La filosofia Audi prevede anche un profondo impegno e un approccio innovativo e rivoluzionario nella creazione di una tipologia di gasolio di nuova generazione. A questo scopo la Casa tedesca collabora con l’azienda americana Joule. Fondata nel 2007 a Bedford nel Massachusetts, questa azienda biotecnologica americana produce combustibili sintetici, Audi e-diesel e Audi e-ethanol, utilizzando microorganismi particolari. Entrambi i prodotti hanno un impatto zero sull’ambiente dato che durante la combustione viene prodotto tanto CO2 quanto ne viene legato durante la produzione.

Un’autovettura che utilizza il nuovo Audi e-diesel ha, secondo le valutazioni più recenti, un bilancio CO2 positivo paragonabile a un’auto con motore elettrico con energia proveniente da fonti rinnovabili.

Per Audi e-diesel e Audi e-ethanol sono necessari acqua, CO2, energia solare e microorganismi particolari. Si tratta di organismi monocellulari con una grandezza pari a circa 3 millesimi di millimetro. Come le piante, questi organismi producono la cosiddetta fotosintesi ossigenica, sfruttando la luce del sole e l’anidride carbonica, ad esempio dai gas di scarico, per formare carboidrati e crescere. A tale scopo non hanno bisogno di acqua pulita ma solo di acqua salata e/o non potabile. Come prodotto secondario della fotosintesi ossigenica viene generato ossigeno.

Gli esperti di Joule hanno modificato il processo di fotosintesi in modo da permettere ai microorganismi di produrre anidride carbonica direttamente degli alcani, parti integranti del gasolio o anche dell’. I carburanti vengono scissi dall’acqua e depurati.

Audi e-diesel ha il vantaggio di essere altamente puro. A differenza del gasolio ottenuto dal petrolio, che è sostanzialmente una miscela di idrocarburi, quello di Audi è assolutamente privo di zolfo e di aromatici. Grazie all’elevato numero di cetani questo nuovo combustibile è particolarmente infiammabile. La sua composizione chimica permette di miscelarlo illimitatamente al gasolio di origine fossile. Nei motori clean diesel il Audi e-diesel può essere utilizzato senza apportare grandi modifiche al propulsore.

Nel 2012 Audi e Joule hanno costruito nel deserto dello Stato del New Mexico un impianto pilota. Questo si trova in una zona poco fertile, non interessante per la coltivazione e con un alto numero di ore di luce. La collaborazione tra le due aziende è iniziata già nel 2011 e Joule ha brevettato questa nuova tecnologia. Audi lavora in esclusiva con Joule nel campo delle applicazioni legate al mondo automobilistico. Joule vanta un grande know-how nel settore dei test su combustibili e motori, inoltre implementa sistemi di valutazione LCA (Life Cycle Assessment). La sua esperienza aiuta gli ingegneri Audi nello sviluppo di combustibili commerciabili che potrebbero andare in produzione già nei prossimi anni.

A prescindere dalla collaborazione con Joule, Audi investe numerose risorse nello sviluppo di combustibili innovativi a impatto CO2 zero. Audi e-gas a Werlte nella Bassa Sassonia è il primo impianto industriale power-to-gas a livello mondiale che produce gas metano sintetico sfruttando fonti rinnovabili come l’eco-energia, l’acqua e anidride carbonica, ottenute attraverso lo stoccaggio di grandi quantità di energia pulita quale la solare e la eolica.

Audi, in collaborazione con l’azienda francese Global Bioenergies, esplora le possibilità per la produzione di e-benzina sintetica.

 

Le Showcar di Audi con motori TDI

La produzione di concept car è iniziata nel 2005 e continua ancora oggi. A questo scopo sono stati realizzati motori TDI da quattro, sei, otto, dieci e persino dodici cilindri.

 

2007: la Audi Q7 coastline

La showcar Q7 V12 TDI 500 CV (368 kW) e coppia pari a 1.000 Nm, è stata presentata da Audi nel gennaio del 2007 in occasione del Salone dell’Auto di Detroit per anticipare l’inizio della produzione dei modelli di serie iniziata nel 2008. Grazie alle sue prestazioni, questo concept SUV, si è subito fatto strada tra le concorrenti della categoria delle autovetture sportive: accelerazione da 0 a 100 km/h in 5,5 secondi e attivazione del limitatore elettrico di velocità a 250 km/h.

La tecnologia del sei litri TDI era quella di serie. Grazie agli iniettori piezoelettrici l’impianto Common Rail era in grado di generare una pressione di iniezione fino a 2.000 bar. Entrambi i turbocompressori a geometria variabile erano in grado di generare una pressione di sovralimentazione nominale pari a 1,6 bar. Il carter era realizzato in ghisa grafitica vermicolare e i cilindri erano montati ad un angolo di 60°. Inoltre il V12 Diesel di Audi era particolarmente interessante per il suo straordinario comfort di guida.

 

2008: la Audi R8 V12 concept e la R8 TDI Le Mans

La Audi R8 V12 TDI concept è stata presentata agli inizi del 2008 a Detroit e alcune settimane dopo, un modello analogo, il R8 TDI Le Mans veniva esposto al Salone dell’Auto di Ginevra. Entrambi i modelli riprendevano le vittorie del 2006 e 2007 del Marchio con la Audi R10 TDI in occasione della 24 Ore di Le Mans.

Così come per i modelli da competizione, anche la showcar disponeva di un propulsore da 6.0 V12 TDI. Il motore era montato centralmente dietro al pilota e al copilota, al posto del vano che normalmente nella R8 ospita il vano bagagli.

I 500 CV (368 kW) e la coppia da 1.000 Nm raggiunta a 1.750 giri erano in grado di portare questa biposto da 0 a 100 km/h in 4,2 secondi, per una velocità massima di 300 km/h. Secondo i calcoli, i consumi erano al di sotto dei dieci litri per 100 chilometri.

 

2008 : la Audi A3 TDI clubsport quattro

La Audi A3 TDI clubsport quattro è stata presentata per la prima volta nel maggio del 2008. Aveva una potenza di 224 CV (165 kW) e a 1.750 giri raggiungeva una coppia pari a 450 Nm. La showcar era in grado di accelerare da 0 a 100 km/h in 6,6 secondi e di raggiungere la velocità massima di 240 km/h.

I valori specifici del 2.0 litri Diesel erano 113,8 CV (83,8 kW) e 228,7 Nm per litro di cilindrata. Una turbina a geometria variabile maggiorata era responsabile di comprimere l’aria nelle camere di combustione, mentre l’impianto Common Rail iniettava il gasolio a una pressione pari a 1.800 bar. Le camere di risonanza collocate nei terminali di scarico, donavano al 2.0 TDI un suono pieno.

 

2010: la Audi e-tron Spyder

La Audi e-tron Spyder è stata una delle novità del Salone dell’Auto di Parigi del 2010.

Era una biposto cabrio lunga quattro metri. Presentava un telaio Audi Space Frame in alluminio, una carrozzeria in CFK rinforzata al carbonio e un motore ibrido plug-in.

Il 3.0 TDI Biturbo a trazione posteriore erogava 300 CV (221kW) e una coppia di 650 Nm. Due motori elettrici ciascuno da 87 CV e 352 Nm azionavano l’asse anteriore, erano selezionabili singolarmente e quindi garantivano un “torque vectoring” intelligente. L’alimentazione avveniva tramite una batteria a ioni di litio con una potenza pari a 9,1 kWh. L’autonomia dei motori elettrici era pari a 50 km e quindi la Audi e-tron Spyder consumava solo 2,2 litri di gasolio ogni 100 km (59 grammi di CO2 ogni chilometro). Parametri fondamentali: da 0 a 100 km/h in 4,4 secondi, con velocità massima autolimitata pari a 250 km/h.

 

2013: la Audi nanuk quattro concept

Lo studio tecnologico Audi nanuk quattro concept è stato presentato nel 2013 in occasione della Salone di Francoforte. Questo crossover concilia il dinamismo di una sportiva ad alte prestazioni con la competenza che Audi ha acquisito nella trazione quattro su strada, pista e sterrato. Il motore era un V10 TDI montato longitudinalmente sull’asse posteriore. Questo potente 5 litri Diesel era in grado di generare una potenza di 544 CV (400 kW) già da 1.5000 giri e una coppia di 1.000 Nm.

Il motore dispone di una sovralimentazione biturbo e della tecnologia Audi Valvelift System (AVS) che nel frattempo Audi a continuato a sviluppare ulteriormente. Il suo impianto Common Rail genera una pressione pari a i 2.500 bar. La Audi nanuk quattro concept è in grado di accelerare da 0 a 100 km/h in 3,8 secondi, raggiungendo la velocità massima di 305 km/h. In media il consumo è pari ad appena 7,8 litri di carburante ogni 100 km.

 

Dal 2005 al 2009: altre showcar con motori TDI

Audi ha presentato al pubblico altre concept car con motori TDI. Al Salone di Detroit nel 2005, Audi ha presentato la allroad quattro con l’allora nuovissimo V8 Diesel che poco dopo è entrato a far parte della produzione di serie. Nel 2008 a Shanghai Audi ha presentato il Cross Coupé e ,a Los Angele,s il Cross Cabriolet quattro. Il biposto chiuso era alimentato da un 2.0 TDI, mentre il Cabrio dal 3.0 TDI. Sempre a Detrot, ma agli inizi del 2009 Audi ha presentato lo Sportback concept. Il predecessore della Audi A7 Sportback presentava un motore 3.0 TDI clean diesel con catalizzatore SCR (selective catalytic reduction).

 

Pietre miliari tecnologiche

Audi ha lanciato i motori TDI nel 1989 e, da allora, non ha mai smesso di perfezionarli.

Nel corso di questi 25 anni Audi ha consolidato il suo primato nel know-how di questa tecnologia e ha introdotto innovazioni che sono altrettante pietre miliari.

 

Gli anni ’70: le sfide create dalla crisi del petrolio

Lo sviluppo della tecnologia TDI è iniziata in Audi durante la metà degli anni ‘70 in piena crisi petrolifera, quando ci fu la necessità di mettere a punto un nuovo motore con consumi più bassi. Durante la fase di sviluppo, il team composto da dieci ingegneri Audi decise per il metodo multi-iniezione; Bosch sviluppò una pompa assiale a pistoni comandata elettronicamente in grado di generare una pressione di 900 bar. Un supporto a doppia molla apriva lo spillo dell’ugello in due fasi permettendo la preiniezione di piccole quantità di combustibile in modo da rendere la combustione più uniforme e meno rumorosa.

 

1989: 2.5 TDI

Una delle pietre miliari della tecnica automobilistica fu presentata da Audi nel 1989 in occasione del Salone di Francoforte con il 2.5 TDI montato nella Audi 100. Il 5 cilindri in linea da 2.461 cc era un turbodiesel a iniezione diretta con controllo completamente elettronico: era nato il primo TDI. All’epoca nessuno avrebbe mai pensato che questa innovazione sarebbe stata introdotta di serie in Europa nella produzione dei motori a gasolio e che avrebbe segnato l’inizio di una nuova era.

Con una potenza di 120 CV (88 kW) e coppia pari a 265 Nm, quest’ultima raggiunta a 2.250 giri, introdusse uno standard completamente nuovo. La Audi 100 2.5 TDI era in grado di raggiungere i 200 km/h di velocità e di consumare in media solo 5,7 litri di gasolio ogni 100 km. A partire dal 1994 fu lanciato nella Audi A6 da 140 CV (103 kW) un cinque cilindri con una nuova pompa a pistoni radiali, catalizzatore di ossidazione e il ricircolo dei gas di scarico. In alternativa venne offerta anche una versione da 115 CV (85 kW).

 

1991: 1.9 TDI con Turbina a geometria variabile

I motori TDI iniziarono a essere introdotti con successo da Audi anche nelle autovetture di classe media. Nel 1991 la Audi 80 fu dotata del quattro cilindri 1.9 TDI da 90 CV (66 kW) e una coppia pari a 182 Nm. Quattro anni più tardi seguì un’evoluzione da 110 CV (81 kW) per la Audi A4. Responsabile della crescita di potenza fu un nuovo turbo con palette regolabili sul lato dei gas di scarico, il turbocompressore a geometria variabile, che permetteva l’aumento uniforme della coppia già a 1.700 giri.

 

1997: prima mondiale per il V6 TDI

Il 1997 segna un nuovo sviluppo pionieristico di Audi. L’innovazione per il settore delle autovetture a gasolio era la combinazione di un V6 TDI con una testata a quattro valvole. Il 2.5 aveva una potenza di 150 CV (110 kW) e una coppia di 310 Nm. Il motore presentava diffusori a vortice, condotti di aspirazione tangenziali e una pompa di iniezione radiale in grado di generare una pressione di 1.850 bar. Il 2.5 TDI fu montato nei modelli A4, A6 e A8 e nella sua ultima versione erogava 180 CV (132 KW).

 

1999: V8 TDI

3.328 cc, quattro alberi a camme sovrapposti, due turbo a geometria variabile: dall’ottobre del 1999 il V8 TDI, all’epoca il non plus ultra tra i motori Diesel, iniziò ad essere montato nella Audi A8. Il suo carter era realizzato in ghisa grafitica vermicolare leggera e super resistente, l’aria di alimentazione e i gas di scarico erano raffreddati ad acqua. Un impianto Common Rail, allora una novità per Audi, iniettava il gasolio con una pressione pari a 1.350 bar. Grazie ai suoi 225 CV (165 kW) e alla coppia pari a 480 Nm, il V8 TDI era in grado di portare la vettura alla straordinaria velocità massima di 242 km/h.

 

2001: 1.2 TDI

Nel 2001 Audi inanellò un ulteriore successo: la Audi A2 1.2 TDI riuscì a raggiungere un consumo medio di 2,99 litri ogni 100 km (81 grammi di CO2 ogni chilometro). La cinque porte compatta con carrozzeria aerodinamica in alluminio, montava un tre cilindri da 1,2 litri con una potenza di 61 CV (45 kW) ed una coppia di 140 Nm.

La due valvole per cilindro utilizzava una turbina a geometria variabile, un dispositivo di iniezione con iniettore e pompa con pressione pari a 2.050 bar lanciato l’anno prima dal Gruppo Volkswagen. Ancora oggi la A2 1.2 TDI rimane l’unica 5 porte in grado di percorre 100 km con 3 litri di carburante.

 

2004: 3.0 TDI

Nel 2004 debutta il 3.0 TDI, il primo dei motori a V di Audi con angolo di 90 gradi, una distanza tra i cilindri pari a 90 millimetri e una trasmissione a catena sulla parte posteriore. Come tutti gli altri grandi motori Audi a gasolio, anche questo presentava un blocco in ghisa grafitica vermicolata. I gas di scarico venivano invece puliti per mezzo di un filtro antiparticolato, che all’epoca rappresentava una novità assoluta per il marchio.

Un’altra novità era rappresentata dagli iniettori piezoelettrici “inline” che erano in grado di iniettare minuscole quantità di gasolio: l’apertura e chiusura rapidissima degli ugelli permetteva di ottenere un’iniezione multipla. Questo tipo di iniezione consentiva l’aumento modulato della pressione fino ad un massimo di 1.600 bar e una combustione silenziosa. Il V6 TDI veniva offerto in tre versioni: da 204 CV (150 kW), 224 CV (165 kW) e 233 CV (171 kW). Questo tipo di motori fu utilizzato con successo in numerosi modelli e, nel 2009, Audi ne introdusse una seconda generazione.

 

2008: V12 TDI

Alla fine del 2008, il dodici cilindri del Q7 segnò la consacrazione ufficiale della tecnologia , collocando i modelli a gasolio tra i migliori a livello mondiale. Gli elementi caratteristici erano l’impianto Common Rail e i 2.000 bar di pressione generati da entrambi i turbocompressori a geometria variabile. L’angolo di 60 gradi tra le bancate garantiva un’eccellente equilibratura delle masse e, quindi, una marcia piacevole.

Il 6.0 V12 TDI erogava una potenza di 500 CV (368 kW) e una coppia di 1.000 Nm, questa raggiunta da 1.750 a 3.250 giri. Con questo motore il SUV era in grado di accelerare da 0 a 100 km/h in 5,5 secondi, come un’auto sportiva, e di raggiungere una velocità massima limitata elettronicamente a 250 km/h.

 

2009: 3.0 TDI clean diesel

Nel 2009 Audi introdusse la tecnologia clean diesel in risposta alle richieste di abbattimento dei gas di scarico imposte soprattutto negli Stati Uniti. Il 3.0 TDI clean diesel era dotato di un impianto Common Rail con una pressione di 2.000 bar e un nuovo tipo di sensori di combustione. Le emissioni venivano ridotte grazie all’iniezione omogenea e alla combustione ottimale del gasolio. Il NOx era abbattuto da un catalizzatore SCR (selective catalytic reduction) collocato nel tratto di scarico.

L’additivo liquido AdBlue atomizzato nei gas di scarico si trasformava in ammoniaca che abbatteva i NOx riducendoli in acqua e azoto.

 

Nel 2013 fu introdotto un nuovo componente che riuscì a unire le funzioni del filtro particolato e del catalizzatore SCR. L’abbattimento dei NOx viene eseguito da un substrato ceramico, il titanato di alluminio o il carburo di silicio che si trovano sulle pareti del filtro. Un ulteriore catalizzatore (Ammonia Slip Catalyst, ASC) depura il rimanente cloruro di ammoniaca prodotto in presenza di carichi elevati.

 

Glossario TDI

Dalla A come Audi 100 TDI alla U come Ugelli multiforo: Audi conosce alla perfezione l’ABC tecnologico dei motori Diesel.

 

Audi 100 TDI (1989)

Una delle pietre miliari della tecnica automobilistica, fu presentata da Audi nel 1989 in occasione del Salone dell’Auto di Francoforte. Il 5 cilindri TDI da 2.461 cm3 della Audi 100 era il primo turbodiesel a iniezione diretta con controllo completamente elettronico. Il bi-valvola da 120 CV (88 kW) di potenza e coppia pari a 265 Nm, quest’ultima raggiunta a 2.250 giri, forniva una potenza notevole a consumi ridotti già allora in modo esemplare.

I diffusori a vortice collocati nell’ingresso servivano per generare la turbolenza. La pompa di distribuzione e di iniezione era in grado di generare una pressione pari a 900 bar, mentre gli ugelli a cinque fori garantivano un’erogazione omogenea degli iniettori.

Il blocco iniettori a doppia molla, una delle principali innovazioni nello sviluppo del TDI, permetteva la pre-iniezione e quindi la riduzione delle emissioni di rumore dovute alla combustione, mentre l’intercooler riduceva la temperatura dell’aria di aspirazione compressa.

 

Audi e-diesel

Audi e-diesel è il combustibile sintetico neutro in termine di CO2 del futuro. Viene prodotto con microrganismi particolari, che vivono in acqua e sono in grado di produrre per fotosintesi alcani a catena lunga, che sono i componenti principali del gasolio.

Questi microrganismi hanno bisogno solo di luce e CO2. Il nuovo combustibile si contraddistingue per la sua purezza chimica e per l’elevato numero di cetani.

Insieme all’azienda biotecnologica statunitense, la Joule che si trova in New Mexico, Audi ha costruito un impianto pilota che accanto al Audi e-diesel, produrrà anche il Audi e-etanolo. Le autovetture che utilizzeranno questi combustibili saranno ugualmente ecologiche come le auto elettriche, alimentate da eco-energia.

 

Attrito interno

Audi è riuscita a ridurre sensibilmente l’attrito interno di molti motori TDI. Ha raggiunto quest’ obbiettivo utilizzando tra l’altro tecnologie di lavorazione high-end quali per esempio il laser e l’occhiale di levigatura per la superficie della canna dei cilindri.

Le superfici di corsa più resistenti e precise permettono di minimizzare le tensioni dell’anello, permettendo al pistone di scorrere in maniera più uniforme. I cuscinetti più piccoli dell’albero a gomito, della biella e dell’albero a camme contribuiscono a ridurre sensibilmente l’attrito.

Decisamente innovativi sono anche i materiali utilizzati per la lavorazione dei motori.

Nel nuovo 3.0 TDI ad esempio il primo anello del pistone presenta un rivestimento realizzato con un processo all’avanguardia. Gli spinotti sono dotati di un rivestimento fine in carbonio chiamato DLC (Diamond-like-carbon) simile al diamante.

 

Biturbo

Il 3.0 TDI Biturbo è il più potente V6 Diesel di Audi. Una sezione collega entrambi i compressori, che sono montati in serie. A basse velocità la valvola è chiusa e quindi il lavoro principale viene svolto dal compressore piccolo che presenta una turbina con geometria variabile, mentre il compressore più grande si occupa della precompressione. A circa 2.500 giri la valvola inizia ad aprirsi e il compressore più piccolo passa gradualmente gran parte del suo lavoro al compressore più grande. La valvola si apre completamente a 3.500 e 4.000 giri: a questo punto lavorerà solo il compressore più grande.

Considerando che Audi ha come obiettivo quello di garantire prestazioni elevate, l’azienda ha sviluppato ulteriormente tutti i dettagli del motore. Per donare al Diesel lo stesso suono del otto cilindri, è stato inserito un attuatore acustico nel sistema di scarico. Il 3.0 TDI Biturbo è montato anche nella Audi SQ5 TDI, che è il primo modello della gamma S Audi con motore Diesel.

 

Biturbo elettrico

Il Biturbo elettrico è una tecnologia rivoluzionaria di Audi. Il turbo lavora insieme a un compressore ausiliario, azionato elettricamente. La girante è stata sostituita da un piccolo motore elettrico che permette di portare rapidamente il compressore a un numero di giri molto elevato.

La turbina elettrica si trova a valle dell’intercooler e nella maggior parte dei casi viene bypassata. Quando l’energia dei gas di scarico è bassa a causa del numero di giri ridotto,  la valvola di bypass si chiude, attivando il nuovo componente. Il Biturbo elettrico permette di generare potenze fino ad ora sconosciute durante la fase di partenza e con un numero di giri basso.

 

Catalizzatore SCR

SCR (selettive catalytic reduction) significa riduzione catalitica selettiva e di fatto è l’abbattimento del NOx nei gas di scarico. Da un serbatoio dedicato viene spruzzato nel catalizzatore SCR un prodotto che si chiama AdBlue. Il flusso caldo dei gas di scarico fa precipitare la soluzione acquosa in ammoniaca, che a sua volta trasforma il NOx in innocuo azoto e acqua. Il 3.0 TDI di Audi presenta il catalizzatore SCR con il filtro particolato

 

Clean diesel

La tecnologia clean diesel ha permesso ad Audi di adattare i sui motori TDI ai limiti della nuova direttiva Euro 6 sui gas di scarico, e quindi di ridurre sensibilmente le emissione di CO2. Normalmente è necessario eseguire interventi nel motore e nel sistema dei gas di scarico, mentre con i motori ed i modelli più piccoli basta l’uso di un catalizzatore DeNox.

La tecnologia è molto più complessa invece per i modelli e i motori più grandi. Per esempio il nuovo 3.0 TDI presenta un catalizzatore di ossidazione più grande e nella versione da 218 CV (160 kW) questo è riscaldabile elettricamente. Il catalizzatore di ossidazione si trova montato in posizione coassiale dietro l’uscita del turbocompressore. Per la prima volta nella storia dell’automobilismo, Audi è riuscita a combinare un catalizzatore NOx Storage con un filtro particolato e l’iniezione SCR (selettive catalytic reduction). Un dosatore si occupa di spruzzare l’additivo AdBlue.

 

Common Rail

Il sistema di iniezione Common Rail è un dispositivo di alimentazione che permette di mantenere costantemente elevata la pressione (fino a 2.000 bar) del combustibile nel motori di serie Audi. Esso viene alimentato i da una pompa che è attivata dal motore.

Gli iniettori sono collegati al Common Rail tramite tubi d’acciaio corti e l’apertura e la chiusura sono comandati da impulsi elettrici.

La tecnologia Common Rail permette di separare il processo di generazione di pressione dall’iniezione e quindi ciò lascia ai tecnici la libertà di selezionare gli iniettori più idonei.

Grazie a questo sviluppo sono possibili per ogni passaggio fino a nove iniezioni singole.

Le pre-iniezioni permettono di aumentare gradualmente la pressione e quindi garantiscono una combustione silenziosa, mentre le post iniezioni riducono le emissioni di gas di scarico e contribuiscono alla rigenerazione del filtro particolato.

 

Filtro particolato

La combustione del Diesel nel motore produce in alcune zone delle camere di combustione del particolato. Audi è in grado di ridurre questo particolato del 95% grazie a un filtro particolarmente efficiente.

Il particolato rimane imprigionato nelle pareti porose del filtro e viene bruciato regolarmente a seconda del profilo di guida impiegato. La combustione del particolato viene facilitata da post-iniezioni specifiche che permettono di far aumentare temporaneamente la temperatura dei gas di scarico

 

Ghisa grafitica vermicolare

Nei motori V6 TDI e in quelli a 8 cilindri Audi utilizza per il carter la ghisa grafitica vermicolare (GJV-450). Questo materiale presenta una struttura vermicolare ottenuta con un processo di fusione tecnologicamente avanzato e si contraddistingue per l’estrema resistenza anche ad alte temperature. Rispetto alla ghisa tradizionale (GJl) questo materiale innovativo permette di utilizzare spessori inferiori e quindi di ridurre il peso.

 

Gruppi ausiliari

Audi lavora allo sviluppo dell’efficienza anche dei gruppi ausiliari dei motori. Per esempio le nuove pompe dell’olio sono regolate idraulicamente dal flusso volumetrico e quindi utilizzano solo l’energia di cui hanno effettivamente bisogno. Come obiettivo a medio termine, Audi sta lavorando a gruppi ausiliari elettrici.

 

Ibridizzazione

Audi offre già sul mercato diversi modelli ibridi e quest’anno sarà presentato ai rivenditori il modello compatto A3 Sportback e-tron con tecnologia ibrida plug-in. Il prossimo passo sarà rappresentato da una serie di nuovi modelli con motori montati longitudinalmente.

I componenti modulari longitudinali di seconda generazione sono stati studiati per poter essere utilizzati con motori elettrici sia nei motori a scoppio che nelle versioni TDI. In base al modello saranno proposte soluzioni personalizzate. Audi ha sviluppato inoltre una matrice tecnica che permette di combinare il livello di elettrificazione con il motore ibrido plug-in.

 

Intercooler

L’aria d’aspirazione viene compressa dal turbo ad una temperatura che può raggiungere i 200° C. L’aria calda ha una densità bassa e quindi anche un basso tenore di ossigeno per la combustione. Per questo motivo a valle del turbocompressore viene montato un intercooler che comprime l’aria prima dell’ingresso nella camera di combustione raffreddandola sensibilmente.

L’intercooler è un componente standard di Audi. A seconda del tipo di costruzione, si utilizza come fluido di raffreddamento l’aria e/o l’acqua del sistema di raffreddamento del motore. Anche per gli intercooler gli ingegneri Audi fanno particolare attenzione all’efficienza sia in termini di peso, che di rendimento e riduzione della resistenza fluido dinamica.

 

Principio piezoelettrico

Il principio piezoelettrico è l’alleato ideale dell’iniezione common rail. In presenza di una carica elettrica, i cristalli piezo cambiano la loro struttura in una frazione di millesimi di secondo e quindi ruotano leggermente. Gli iniettori sono rivestiti con centinaia di piastrine piezoelettriche sovrapposte; l’estensione dei blocchi viene trasmesso direttamente (inline) all’nello spillo dell’iniettore senza alcun componente meccanico.

Dopo alcuni millesimi di secondo gli iniettori si richiudono. Ciò permette di iniettare quantità piccolissime nell’ordine di 0,8 milligrammi, cioè meno di un millesimo di grammo.

 

Riciclo dei gas di scarico (EGR)

Il NOx viene generato dall’elevata temperatura di combustione presente nei motori.

L’uso del sistema di riciclo dei gas di scarico permette l’abbattimento di gran parte dei NOx. Nei motori TDI di Audi il EGR ha il compito di rimette la maggior parte dei gas di scarico nelle camere di combustione in modo da ridurre il fabbisogno di aria fresca e di permettere di abbassare la temperatura di combustione.

Il EGR di prima generazione è stato introdotto di serie da Audi già nel 1994 nel 5 cilindri da 2,5 litri TDI. Oggigiorno quasi tutti i motori dispongono di un dispositivo raffreddato per migliorare le prestazioni. Il gas di scarico nel suo flusso di ritorno verso il motore, passa attraverso un dispositivo di raffreddamento ad acqua. Il nuovo 2.0 TDI e il futuro 1.4 TDI presentano un EGR raffreddato e uno non raffreddato.

 

Sistema di gestione termica

Il sistema di gestione dell’energia termica permette di ridurre il consumo di combustibile dei motori TDI di alcuni punti di percentuali. La gestione della temperatura differisce nei dettagli a seconda della tipologia di motore. Per esempio il nuovo 3.0 TDI presenta un blocco motore ed una testata con sistemi di raffreddamento separati. Per ridurre le perdite di pressione, le camicie d’acqua della testata sono suddivise in due parti.

In fase di riscaldamento il fluido di raffreddamento non viene messo in circolo e il sistema di raffreddamento dell’olio viene bypassato. In questo modo l’olio motore raggiunge rapidamente la sua temperatura di esercizio e ciò riduce sensibilmente le perdite a causa di attrito generate dall’olio freso e viscoso nell’albero motore e nelle valvole. Il sistema di circolazione della testata alimenta il sistema di riscaldamento dell’abitacolo e del EGR. Anche col motore a caldo e basso carico, l’acqua nel carter non viene messa in circolazione e questo naturalmente riduce il fabbisogno energetico della pompa dell’acqua.

 

Tecnologia a quattro valvole

I motori a 4 valvole sono più efficienti rispetto a quelli a 2 valvole perché lo scambio di gas avviene in maniera più rapida e il grado di saturazione è più elevato. Questa tecnologia permette di utilizzare il combustibile in maniera più efficiente ottenendo quindi un rendimento e una coppia migliori oltre ad una riduzione dei consumi e delle emissioni.

La tecnologia a 4 valvole con due alberi a camme sovrapposti è stata introdotta da Audi nel 1997 nel motore V6 TDI da 2,5 litri. Questo ha permesso di posizionare l’ugello di iniezione in un punto ideale e ciò nel centro della camera di combustione. Un altro grande vantaggio è rappresentato da entrambi i canali d’ingresso. Nel diffusore a vortice l’aria d’ingresso viene miscelata a basso carico e basso numero di giri e ciò permette di aumentare la coppia. Il diffusore tangenziale garantisce una dinamica elevata attraverso la riduzione dell’attrito a numero di giri elevato.

 

Turbina a geometria variabile

Nei motori TDI la turbina a geometria variabile (TGV) è un componente standard Audi.

Questo permette di generare in modo uniforme la coppia già a basso numero di giri.

Quando il conducente accelera le palette della turbina si appiattiscono. Il diametro dell’ingresso del blocco turbina si restringe e ciò obbliga il gas di scarico a fluire a una velocità superiore. La girante ruota più rapidamente, aumenta la quantità di aria fresca alimentata e quindi cresce di conseguenza la pressione.

L’aumento dei gas di scarico o un aumento di pressione riporta le palette in posizione verticale. Il diametro dell’ingresso si dilata e quindi i gas di scarico fluiscono più lentamente. Anche la girante ruoterà più lentamente mentre sia la pressione che il rendimento della turbina rimangono quasi costanti. Nei motori TDI più potenti Audi utilizza la turbina a geometria variabile con posizionatori elettrici mentre in quelli a 4 cilindri con posizionatoti pneumatici.

 

Turbocompressore a gas di scarico

Il compressore è composto da una turbina attivata dal flusso dei gas discarico, e da un compressore volumetrico per l’aria di aspirazione. Entrambi i componenti sono montati su un unico albero l’uno di fronte all’altro, e il loro numero massimo di giri può raggiungere i 200.000 giri. I turbocompressori di Audi sono in grado di generare una pressione relativa pari 2,2 bar, il 3.0 TDI Biturbo a pieno carico comprime 1.200 m3 nominali di aria all’ora.

In futuro, il programma Audi prevede di affiancare un Biturbo elettrico ai Monoturbo e Biturbo tradizionali. Audi continuerà a sviluppare le sue tecnologie turbo ad alta pressione in modo da migliorare la risposta, l’efficienza, il peso ed il suono dei motori.

 

Ugelli multiforo

I Common Rail di Audi sono realizzati con componenti di altissima precisione. Gli ugelli permettono di iniettare quantità piccolissime di combustibile nelle camere di combustione a una pressione che può raggiungere 2.000 bar e a una velocità superiore a quella del suono.

In alcuni motori Audi utilizza iniettori piezoelettrici con ugelli ad otto fori, ognuno dei quali con un diametro di circa 0,1 mm. L’atomizzazione estremamente fine produce una nebulizzazione omogenea nella camera di combustione che velocizza l’accensione e la combustine in modo uniforme, con basse emissioni di rumore e, soprattutto, in maniera efficiente.

 


Share and Enjoy

  • Google Plus
  • Facebook
  • Twitter
  • Delicious
  • LinkedIn
  • StumbleUpon

TAGS: audi e-diesel audi tdi biturbo elettrico etanolo joule. bedford Ulrich Hackenberg

Lascia una risposta

 
Pinterest