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Nello scorso approfondimento della rubrica legata alle powerunit, abbiamo trattato l’importanza del turbo compounding e del matching col motore. In tale approfondimento si analizzano pregi e difetti, limiti e compromessi da dover accettare, non per ultimo le soluzioni offerte. Senza dilungarci troppo, come promesso, analizziamo la soluzione offerta da Audi SQ7 e cerchiamo di capire come mai è così efficiente. Tra un attimo sarà tutto estremamente chiaro.
Innanzi tutto parliamo di un Motore V8, Diesel, TDi, con 4 valvole per cilindro. La coppia delle valvole di scarico sono disaccoppiate, ed è la chiave per la differenziazione del turbocompound ai vari regimi. Inoltre sono presenti quindi due turbocompressori in parallelo, riducendo problemi di regolazione della portata e di dimensionamento dei due turbo (generalmente differenti se il layout è seriale). Oltre ai turbocompound vi è la presenza di un compressore volumetrico comandato elettricamente da un motore elettrico asincrono, collegato ad un alternatore e alimentazione. Può essere benissimo un sistema di tipo micro-hybrid: la potenza elettrica generata in fase di frenata viene recuperata e va ad alimentare il compressore volumetrico.
La valvola (per ogni cilindro) porpora, scarica sempre gas esausti, mentre l’altra valvola (rossa) rimane chiusa. La modulazione delle due valvole avviene ai regimi medio-alti, cioè elevate velocità di rotazione del motore. Ai carichi parziali, ciò vuol dire che avremo parzializzato o ridotto la quota di combustibile iniettato (ricordiamoci che è un motore Diesel che lavora in eccesso d’aria) e tutta la portata dei gas (bassa, parzializzata), passa per le valvole A (porpora) ed entra nel turbocompressore 1. Non funzionano né il turbo (turbocompressore) 2, né il compressore elettrico.
Alle basse velocità di rotazione avrò chiuso la valvola di By-pass del compressore elettrico e lascerò l’aria entrare in esso, dopo aver ceduto calore con lo scambiatore (CAC1). In questo modo si aumenta la PR (pressure ratio) e si garantiscono valori di pressione massima maggiore nel cilindro; e dovendomi espandere, teoricamente, fino ad 1 bar, otterrei un lavoro netto nella corsa di espansione maggiore.
Una volta superato il transitorio, partenza scattante o sorpasso, devo evitare di aumentare troppo la pressione d’inerzia della colonna di fluido in ingresso, con la conseguenza di maggiori pressioni di sollecitazione a livello meccanico per il motore Diesel, da limitare per evitare di eccedere con i costi dei materiali di progettazione del motore (fattore in cima alla piramide della progettazione ingegneristica). Per evitarlo apro la valvola di bypass e l’aria a una certa pressione, andrà laddove incontra minor resistenza al moto, cioè seguirà il condotto ed entrerà in camera.
Alle alte velocità e alti carichi sto elaborando una grossa portata che farebbe fatica a fuoriuscire solo ed esclusivamente dalle valvole A (porpora), ciò aumenterebbe il lavoro di pompaggio e ridurrebbe quello netto estraibile all’albero motore: non va bene. Apro l’altra coppia di valvole, lavoro con una permeabilità doppia e gestisco meglio i flussi in uscita come se fosse una turbina twin- scroll (doppio effetto).
In questo modo entrambi i turbo (1 e 2) dell’Audi SQ7 lavorano con una portata pari al massimo diviso due, distribuendola uniformemente e siccome si parla di macchine ad azione, non accrescono in modo esagerato la velocità di rotazione della girante: Più portata, stessa sezione, maggiore velocità! Il turbo non può girare troppo forte per limitazioni meccaniche e anche perché, valori troppo elevati a portate non troppo alte, porterebbero a bassa efficienza.
Chiaramente tutto dipende dall’efficienza del sistema adottato, dalla mappa di funzionamento del turbocompound e dal matching col motore endotermico realizzato. Il tutto per fare in modo che si garantisca una coperta di alta efficienza in punti di funzionamento in funzione del motore e delle sue caratteristiche; nel nostro caso:
Ascisse velocità rotazione (RPM), ordinate sinistra Potenza (kW) e destra Coppia (Nm). L’erogazione di coppia è semplicemente perfetta, vediamo come attorno ai 2800-3200 si ha il massimo di coppia e potenza, un funzionamento molto equilibrato. Audi SQ7 risolve parecchi svantaggi elencati nel precedente approfondimento e garantisce un’ottima efficienza. Il difetto? Costa!
