Il nuovo 2.8 FSI con Audi valvelift system

La Audi amplia la gamma dei suoi motori V6 a benzina. Il nuovo 2,8 litri, che celebrerà il proprio debutto sulla Audi A6 verso la fine dell’anno, offre una potenza di 154 kW (210 CV) e una coppia massima di 280 Nm, disponibile da 3.000 a 5.000 giri. Il nuovo V6, dotato dell’efficientissima iniezione diretta FSI, presenta inoltre una tecnologia completamente nuova di distribuzione, denominata Audi valvelift system, che, abbinata all’ulteriore riduzione dell’attrito di tutti i componenti, consente di diminuire i consumi del 10 per cento. La Audi vede nel nuovo valvelift system una soluzione con ottime prospettive per il futuro. La struttura semplice e compatta garantisce un’elevata compatibilità e una produzione efficiente, l’esecuzione modulare consente notevoli sinergie nelle gamme di motori Otto. Gran parte dei nuovi componenti viene prodotta in proprio nello stabilimento di Györ nella parte nord-occidentale dell’Ungheria dove vengono realizzati anche i motori a V.

Elevata potenza massima, eccezionale ripresa ai medi regimi, bassi consumi e funzionamento regolare: questi i punti di forza di tutti i motori a V della Audi. La nuova gamma di motori V6, V8 e V10 è stata presentata per la prima volta nel 2004. Le sue caratteristiche tecniche sono l’angolo standard di 90° tra le bancate, la distanza di 90 mm fra i cilindri e l’azionamento degli alberi a camme e dei gruppi ausiliari mediante catene di distribuzione, sistemate con il minimo ingombro sul retro dei motori. Fra il 3.2 FSI e il 2.4 fa ora il proprio ingresso il nuovo 2.8 FSI.

Con 84,5 mm l’alesaggio del 2.8 FSI è uguale a quello del suo fratello maggiore. La corsa invece, anziché 92,8 mm, è di soli 82,4 mm. Questa configurazione a corsa relativamente breve dà origine a una cilindrata di 2.773 cm3 e una brillantezza impareggiabile.

Il basamento in lega leggera, derivato dal 3.2 FSI, ha dimensioni assai compatte con soli 360 mm di lunghezza, 430 mm di larghezza e 228 mm di altezza. Il suo peso è di appena 33 kg mentre quello complessivo del motore è di 165 kg. Le due bancate di cilindri sono sfalsate di 18,5 mm l’una rispetto all’altra.

Il basamento viene realizzato tramite fusione in conchiglia a bassa pressione da una lega ipereutettica di alluminio con il 17 per cento di silicio e il 4 per cento di rame. I suoi punti di forza risiedono nell’elevata resistenza statica e dinamica, nella deformazione minima e nella buona dissipazione di calore. Un bedplate, ossia un telaio intermedio in cui sono integrati in fase di getto i ponti dei cuscinetti, migliora ulteriormente la rigidità torsionale e di conseguenza la risposta alle vibrazioni. Per il conducente tutto ciò si traduce in un eccezionale comfort di marcia. I ponti dei cuscinetti in ghisa grigia assorbono gran parte delle forze nel bedplate e allo stesso tempo mantengono nei limiti il gioco dei cuscinetti principali dell’albero motore.

Il diametro dei perni di manovella e dei cuscinetti principali è stato ridotto rispettivamente da 56 mm a 54 mm e da 65 mm a 58 mm per diminuire l’attrito. Le bielle trapezoidali forgiate ottenute per cracking si contraddistinguono per il peso ridotto, di appena 0,52 kg ciascuna. Sull’albero di equilibratura posizionato nella V del monoblocco, che elimina le cosiddette coppie libere di prim’ordine, gli ingegneri hanno adeguato i pesi alle nuove condizioni.

Ponte di spessore ridotto: 5,5 mm fra i cilindri

Il monoblocco in lega leggera non presenta camicie separate. Le camicie vengono ricavate direttamente dal materiale mediante un procedimento meccanico in tre fasi che rispetto ai metodi tradizionali risulta particolarmente ecologico. I ponte di soli 5,5 mm di spessore fra i cilindri sono dotati di fori di raffreddamento. Uno strato di scorrimento resistente all’usura in Ferrostan, ossia un rivestimento in ferro applicato galvanicamente, ricopre gli steli dei pistoni in alluminio pressofuso, ciascuno dei quali pesa solo 420 grammi, inclusi perni e segmenti.

Debutto mondiale: Audi valvelift system

Le due testate a quattro valvole del 2.8 FSI sono simili a quelle del 3.2 FSI. Sia i due alberi a camme di aspirazione, sia i due di scarico si possono spostare in continuo di un angolo di manovella di 42 gradi mediante variatori di fase allo scopo di uno riempimento ottimale delle camere di combustione. Mentre sul lato di scarico sono stati modificati solo minimi particolari, su quello di aspirazione fa il suo debutto una tecnologia innovativa: l’inedito Audi valvelift system per il comando variabile dell’alzata valvola.

Le tecnologie tradizionali in questo campo utilizzano tutte elementi supplementari meccanici come componenti commutabili o mobili fra alberi a camme e valvole. Ciò comporta parecchi svantaggi: l’attrito aumenta, le masse in movimento crescono e la rigidità del meccanismo di azionamento delle valvole diminuisce.

La Audi ha intrapreso una strada radicalmente nuova altrettanto efficace e al contempo geniale per la sua semplicità. Audi valvelift system a due stadi, che sposta l’azionamento direttamente sugli alberi a camme, viene utilizzato fra albero a camme e valvola, rinunciando a componenti aggiuntivi di disturbo.

Sui due alberi a camme di aspirazione principali del nuovo 2.8 FSI sono presenti denti di accoppiamento su ciascuno dei quali si trovano tre cosiddetti elementi camma. Si tratta di boccole cilindriche dotate di due profili contigui per piccole e grandi alzate delle valvole ovvero per il funzionamento a carico parziale o a pieno carico.

Una dentatura interna consente di spostare longitudinalmente gli elementi camma di circa 7 millimetri. Questa funzione viene svolta rispettivamente da due perni metallici che risiedono in posizione verticale sulla testata sopra l’albero e che vengono abbassati di quattro mm da attuatori elettromagnetici ultrarapidi. Funzionano in combinazione con scanalature di spostamento su entrambe le estremità degli elementi camma.

Semplicemente geniale: lo spostamento dell’elemento camma

Il perno abbassato penetra nella scanalatura con il suo profilo a spirale. Grazie a questa scanalatura l’elemento camma nella sua rotazione si sposta in senso longitudinale, quindi il perno metallico, ora privo di corrente, viene spinto all’indietro meccanicamente. L’elemento camma quindi adesso si trova esattamente a contatto con un cuscinetto assiale. Un perno a molla, integrato nell’albero a camme principale, garantisce il suo arresto ingranando con la sua testa sferica in una scanalatura interna. A far successivamente tornare l’elemento camma nella sua posizione iniziale provvede il secondo perno insieme alla scanalatura di spostamento sul lato opposto.

Tramite nuovi bilancieri a rullo, particolarmente stretti, il più alto dei due profili delle camme, quello per il pieno carico, apre le valvole di 11 mm, il profilo per il carico parziale le apre rispettivamente di soli 5,7 e 2 mm; con carico parziale le due valvole di aspirazione di ciascun cilindro vengono aperte “asimmetricamente” in modo mirato. Insieme ad una speciale configurazione del canale di aspirazione e della camera di combustione, ciò determina un effetto combinato di swirl e tumble, grazie al quale il 2.8 FSI non presenta valvole di regolazione del flusso di carico nel tratto di aspirazione, una novità per un motore FSI.

Le operazioni di commutazione avvengono molto rapidamente in un ciclo di lavoro, ovvero in due rotazioni del motore, in una fascia di regime da 700 a 4.000 giri.

Brevi interventi combinati come il passaggio all’accensione ritardata, la fasatura dell’albero a camme e la chiusura della valvola a farfalla impediscono che la coppia cambi improvvisamente durante la commutazione dell’alzata valvole.

Il processo avviene dolcemente e in modo impercettibile. Durante l’accelerazione il conducente avverte solamente una formazione di potenza uniforme, simile a quella di una turbina e tipica di tutti i motori V6 della Audi.

La gestione del motore non si avvale di alcun debimetro, ma si orienta principalmente alla pressione del condotto di aspirazione, alla posizione dell’albero a camme e al regime. In quelle fasce di regime in cui il 2.8 FSI funziona senza alcun depotenziamento, nel condotto di aspirazione la pressione è costante e quindi non si possono rilevare informazioni di comando univoche per la gestione del motore.

Questo compito viene svolto da un sistema ottimizzato di sensori dell’albero a camme che osservano attentamente la posizione degli alberi a camme di aspirazione regolabili. La gestione del motore possiede numerose funzioni, dispone di due programmi di lavoro completi per il carico parziale e il pieno carico e controlla la fase di commutazione tra i due stati di funzionamento.

Audi valvelift system garantisce il massimo risparmio pari anche al sette per cento con marcia costante nel regime medio di carico parziale. Il risparmio di carburante rispetto a un motore tradizionale si registra in particolare quando il conducente passa a una marcia superiore a velocità media. In quinta il motore della Audi A6 funziona a carico parziale fino a 140 km/h, in sesta fino a 150 km/h con l’alzata valvole minore.

Anche quando il V6 funziona a pieno carico, il conducente percepisce la superiorità della nuova tecnologia, che grazie alla sua semplice configurazione consente regimi elevati fino a 6.800 giri e un’erogazione di potenza proporzionata a questa brillantezza. E all’avviamento a freddo presenta un ulteriore vantaggio: le emissioni si riducono perché il catalizzatore raggiunge più rapidamente la temperatura di esercizio.

Superiorità tecnica dell’FSI: compressione di 12,0:1

Con il suo elevato rapporto di compressione di 12,0:1, il 2.8 FSI garantisce una combustione particolarmente efficiente. Ciò è reso possibile dall’iniezione diretta di benzina FSI che lavorando in funzionamento omogeneo, ovvero con Lambda = 1, sottrae calore alla miscela nella camera di combustione tramite l’evaporazione del carburante . La tecnologia FSI realizzata dalla Audi ha chiaramente dimostrato il suo potenziale di superiorità nel giugno 2001 quando un motore FSI ha consentito al prototipo sportivo della Audi R8 di vincere la 24 ore di Le Mans. Negli anni successivi si sono aggiunte altre 64 vittorie su 80 partenze.

Una pompa ad alta pressione, azionata dall’albero a camme di aspirazione destro, alimenta la benzina in due serbatoi collegati fra loro (“rail”). Con una pressione massima di 100 bar l’impianto di iniezione Common Rail inietta il carburante in dosi esatte direttamente nelle camere di combustione. Nel condotto di aspirazione a due stadi in materiale sintetico una valvola azionata a depressione commuta fra lunghi tratti d’aspirazione per una brillante ripresa e brevi tratti d’aspirazione per una potenza elevata.

Ulteriori progressi sono stati fatti sul 2.8 FSI per quanto riguarda le catene di distribuzione che comandano gli alberi a camme. Gli ingranaggi intermedi e gli ingranaggi delle catene degli alberi a camme sono stati dotati di più denti in modo da funzionare più silenziosamente e ridurre le forze delle catene. Un effetto analogo lo produce la configurazione triovale, ovvero leggermente triangolare, degli ingranaggi della catena sugli alberi a camme. Grazie a questa geometria vengono ridotte le oscillazioni torsionali dell’albero a camme e le ripercussioni sulla catena. Anche le tre catene a rulli Simplex, ottimizzate per la silenziosità di funzionamento e la massima resistenza all’usura, sono state rinnovate rendendo così superfluo ogni intervento di manutenzione e persino la sostituzione per tutto il loro ciclo di vita. La riduzione delle forze nella trasmissione a catena consente una minore forza di smorzamento dei tenditori idraulici e un minor precarico comporta anche un minor attrito.

Una quarta catena aziona la pompa dell’olio, componente anch’esso sottoposto a notevoli modifiche.

Ridotta la portata di circa il 30 per cento, questa pompa ora lavora con regolazione in funzione del flusso e quindi del fabbisogno. A 4.600 giri passa dal livello di bassa a quello di alta pressione, successivamente vengono attivati anche gli ugelli per il cielo dei pistoni che impediscono la formazione di picchi di temperatura. Direttamente accanto alla pompa è applicato un radiatore acqua/olio separato.

Meno attrito, meno consumi

Riducendo anche le dimensioni della pompa dell’acqua e con ulteriori perfezionamenti, i progettisti del motore sono riusciti a diminuire notevolmente il totale delle perdite dovute all’attrito. La cosiddetta pressione media d’attrito a 2.000 giri è scesa di 0,22 bar ovvero del 25 per cento. Per quanto riguarda i consumi, questi accorgimenti hanno determinato un risparmio del 5 per cento circa.

Sulla A6 il 2.8 FSI, con una potenza di 154 kW (210 CV) a 5.500 giri e una coppia costante di 280 Nm fra 3.000 e 5.000 giri, darà prova della sua eccezionale regolarità di funzionamento e le sue potenzialità di risparmio. Il consumo normalizzato della Audi nel ciclo MVEG è di 8,7 litri di super ogni 100 km, un enorme passo avanti rispetto al V6 da 2,8 litri che fino al 2000 veniva montato sulla generazione A6 di allora. Combinato con un cambio manuale a cinque rapporti all’epoca consumava 9,9 litri di super ogni 100 km, ovvero 1,2 litri o quasi il 14 per cento in più; inoltre con 142 kW (193 CV) produceva una potenza inferiore dell’otto per cento.