Volkswagen Golf 1.4 Twincharger

Un compressore meccanico Roots abbinato ad un turbocompressore a gas di scarico, il tutto combinato con i vantaggi dell’iniezione diretta FSI: è questo, in estrema sintesi, il cuore dell’inedita tecnologia Twincharger messa a punto da Volkswagen.

E se non è rivoluzione poco ci manca, perché la strada percorsa è decisamente innovativa. Va bene, i più ferrati in materia tra i nostri lettori ricorderanno certamente la mitica Lancia S4, il cui propulsore abbinava un turbo e un compressore volumetrico, ma il paragone non sarebbe corretto. Innanzi tutto perché la vettura italiana era una belva da competizione, mentre la tecnologia VW è pensata per rispettare i vincoli di costo e affidabilità della grande serie; in secondo luogo gli obiettivi del progetto sono profondamente diversi, dal momento che i tecnici tedeschi non hanno cercato il record della cavalleria disponibile, quanto piuttosto la riduzione dei consumi senza penalizzare le prestazioni. Infine, la presenza dell’iniezione diretta FSI rappresenta un ulteriore elemento di unicità del progetto, del quale in questo Focus vi sveliamo tutti i segreti.

Meno CO2 e consumi ridotti
In sintesi, il propulsore presentato in anteprima sulla Golf GT è un quattro cilindri di 1.4 litri dotato di doppia sovralimentazione (Twincharger) e iniezione diretta: eroga una potenza di 170 CV e sviluppa una coppia massima di 240 Newtonmetri costante fra 1.750 e 4.500 giri. Questi numeri significano una potenza specifica di 121 CV/litro e un valore di coppia pari a quello di un motore aspirato con cilindrata di circa 2.3 litri, rispetto al quale tuttavia il propulsore VW vanta consumi inferiori di circa il 20%.

Il progetto nasce dall’obiettivo, condiviso da tutti i costruttori europei, di ridurre le emissioni di CO2 (fino a raggiungere un valore di 140 grammi per chilometro nel 2008) e di conseguenza i consumi.

 

Accanto a questa sfida, naturalmente, i tecnici tedeschi hanno tenuto conto di altre esigenze, quali l’andamento il più possibile regolare della curva di coppia, elevati livelli di affidabilità e durata nel tempo, dimensioni compatte per poter installare il motore in molteplici veicoli e infine costi di produzione competitivi. Tanti obiettivi diversi, quindi, alcuni dei quali in apparente contrasto, conciliati attraverso una soluzione tecnica realmente innovativa.

Se la cilindrata scende…
Il presupposto è stato quello di ridurre la cilindrata, in quanto questo rappresenta l'intervento più efficace per abbattere i consumi. Grazie alle minori perdite per attrito che ne derivano, infatti, si ottiene un consumo specifico inferiore e quindi un rendimento migliore. Tuttavia, un motore con bassa cilindrata soddisfa solo in parte le aspettative dei clienti in termini di prestazioni e piacere di guida. Per ovviare a questo inconveniente, è stata scelta la strada della sovralimentazione, ma quale soluzione adottare?

Abbinamento vincente
Come noto, i motori turbo a bassa cilindrata sovralimentati con turbocompressore a gas di scarico pagano una certa "pigrizia" ai bassi regimi che li rende poco interessanti. Per risolvere questo inconveniente, la soluzione adottata consiste nell’abbinare al turbo anche un compressore azionato meccanicamente, che già ad un basso numero di giri alimenta il motore con aria esterna.

Utilizzando una sola forma di sovralimentazione, infatti, non si poteva raggiungere su un motore 1400 il difficile obiettivo di una potenza specifica di 121 CV per litro. Ma anche mediante un preinserimento del compressore, la struttura della pressione di alimentazione del turbocompressore a gas di scarico viene già aumentata in modo chiaro.

La massima pressione di alimentazione del Twincharger è circa 2,5 bar a 1.500 giri, con turbocompressore a gas di scarico e compressore meccanico che vengono fatti funzionare circa allo stesso rapporto di pressione (pressappoco 1,53 bar). Un motore con turbocompressore a gas di scarico, senza supporto del compressore raggiungerebbe qui un rapporto di pressione di circa 1,3 bar. Grazie all'impiego di un turbocompressore a gas di scarico a reazione rapida, il compressore meccanico può essere "scaricato" più in fretta mediante l'apertura continua della valvola di by-pass. Quindi, il funzionamento del compressore si limita a un piccolo ambito del diagramma caratteristico con rapporti di pressione prevalentemente bassi e quindi una bassa potenza assorbita. In questo modo, lo svantaggio del consumo di carburante causato dal sistema di compressione meccanica può essere limitato.

Come funziona
Quanto il motore è al minimo, il compressore fornisce una pressione di alimentazione di 1,8 bar e procura così la coppia necessaria per uno spunto corposo. Un innesto elettromagnetico integrato nel modulo della pompa dell'acqua si fa carico di collegare e disinserire il compressore, che viene azionato tramite una cinghia aggiuntiva. Già a 1.250 giri sono disponibili 200 Newtonmetri di coppia, valore che resta fruibile fino a 6.000 giri. Nel funzionamento dinamico del compressore, la regolazione automatica della pressione di alimentazione decide, a seconda delle richieste di trazione, se il compressore viene collegato o se il turbocompressore può produrre da solo la pressione di alimentazione necessaria.

Al crescere del numero dei giri, il turbocompressore a gas di scarico (con regolazione Wastegate) si aggiunge al compressore meccanico. In questa

 

modalità di funzionamento, compressore e turbocompressore a gas di scarico lavorano in serie. Il compressore viene azionato mediante un innesto elettromagnetico integrato in un modulo all'interno della pompa dell'acqua. Una valvola a farfalla gestisce il flusso dell'aria esterna verso il turbocompressore a gas di scarico o il compressore. Nel funzionamento "puro" del turbocompressore a gas di scarico la valvola a farfalla di regolazione è aperta. L'aria prende quindi la strada, nota nei motori turbo tradizionali, attraverso l'intercooler e la valvola a farfalla verso il tubo di aspirazione.

Se poi il numero di giri diminuisce nuovamente nell'ambito inferiore e quindi viene nuovamente richiesta potenza, il compressore viene nuovamente collegato. In pratica, questo significa che solo fino a 2.400 giri il compressore è necessario per il raggiungimento della pressione di alimentazione necessaria.

Il turbocompressore a gas di scarico, in compenso, è predisposto per offrire un rendimento ottimale agli alti regimi e mette a disposizione una sufficiente pressione di alimentazione anche a valori di rotazione intermedi. Ai bassi la sua funzione viene integrata dal compressore al fine di ottenere l'elasticità di marcia desiderata, con una pressione di alimentazione costante. Non c'è quindi il classico ritardo di risposta dei motori turbo.

A partire da 3.500 giri, invece, il compressore non è più necessario e il turbocompressore a gas di scarico fornisce da solo la pressione di alimentazione desiderata, anche dinamicamente nel passaggio dalla fase di rilascio al funzionamento a pieno carico.

In pratica il Twincharger 1400 viaggia come un grande motore aspirato da 2.3 litri di cilindrata, perché la coppia massima di 240 Newtonmetri è costantemente a disposizione fra 1.750 e 4.500 giri.

 

L'indicatore della pressione di alimentazione presente nel cruscotto, di serie nella Golf GT 1.4 TSI, consente di tenere sempre d’occhio l’attività del compressore e il complicato accordo dei due sistemi sotto il cofano.

Al volante
Grazie all'erogazione costante della coppia è possibile guidare in modo rilassato e piacevole sfruttando le grandi doti di elasticità del motore. Agli alti regimi il Twincharger gira molto più volentieri di un motore Diesel: il TSI 1.4 arriva perfino oltre i 7.000 giri. Grazie a questo superiore sviluppo di forza i sorpassi su strada, con progressioni chiaramente più rapide rispetto a un motore aspirato, danno particolare piacere a chi guida. La ripresa da 80 a 120 km/h in quinta in 8,0 secondi non identifica un valore fine a se stesso. Esso indica che, in questo modo, anche la sicurezza attiva è stata migliorata, senza ripercussioni sui consumi.

Infatti, oltre alla coppia esuberante, alla potenza elevata e alla conseguente guida rilassata, il nuovo motore offre valori di consumo molto bassi. Nella Golf GT il TSI 1.4 si accontenta di 7,2 litri di benzina per percorrere 100 chilometri. Ciò significa circa il 20 per cento in meno rispetto a un motore aspirato paragonabile per coppia e potenza, che dovrebbe avere a disposizione una cilindrata di circa 2.3 litri. Nel ciclo extraurbano, poi, il Twincharger consuma solo 5,9 litri.

Sul fronte della guidabilità, va segnalata la possibilità di attivare il cosiddetto "programma invernale”, in caso di carreggiata con neve o ghiaccio. Mediante un interruttore sulla consolle centrale davanti alla leva del cambio, è possibile ridurre il flusso di coppia alle ruote anteriori e impedire così le perdite di aderenza in partenza.

Naturalmente, le caratteristiche di questo propulsore sono ulteriormente esaltate se si opta per il cambio DSG, disponibile per il Twincharger a partire dalla primavera 2006.

Caratteristiche uniche
La scelta del propulsore di base è caduta sull'FSI della serie EA 111, impiegato sulla Golf nelle versioni 90 CV (1.4 litri) e 115 CV (1.6 litri). Il motore da 1.4 litri è un quattro cilindri a quattro valvole con cilindrata di 1.390 cm; distanza tra i cilindri di 82 millimetri e rapporto alesaggio/corsa 76,5 a 75,6 millimetri. I punti chiave nello sviluppo del motore Twincharger erano la costruzione di un nuovo basamento in ghisa grigia ad elevato carico, per resistere in modo duraturo alle pressioni elevate fino a 21,7 bar, una pompa dell'acqua con innesto elettromagnetico integrato e la definizione della tecnica di sovralimentazione.

Ma anche la tecnica di iniezione è stata variata. Nel motore TSI 1.4 litri viene infatti utilizzata per la prima volta una valvola di iniezione ad alta pressione a più fori, con sei fori di uscita del carburante. L'iniettore è disposto, come nei motori aspirati FSI, sul lato della aspirazione fra il condotto di aspirazione e il livello della guarnizione testata. La quantità estremamente variabile di carburante da iniettare (in condizioni d'impiego che vanno dal motore al minimo all'erogazione della piena potenza) richiede una elevata ampiezza della portata degli iniettori. Per poterla ottenere, la pressione massima di iniezione è stata aumentata a 150 bar. Inoltre solo mediante la tecnologia FSI era possibile raggiungere un rapporto di compressione di 10:1, decisamente elevato per un motore sovralimentato.

Affidabilità sperimentata
Naturalmente le caratteristiche della tecnologia Twincharger hanno richiesto la scelta di materiali particolarmente resistenti alle alte temperature e più in generale di componenti in grado di garantire la massima affidabilità anche se sottoposti a particolari sollecitazioni. Così nonostante un'elevata potenza specifica, un elevato livello di pressione all'interno del motore e regimi di rotazione fino a 7.000 giri al minuto, il Twincharger è studiato per garantire una lunga durata con gli stessi criteri che valgono per tutti i motori della Volkswagen.

Oltre 250 prototipi e motori pre-serie sono stati testati in tutti i cicli di verifica necessari. Ogni singolo componente di questo nuovo propulsore è stato sviluppato per assicurare la durata del motore e ha superato le sue relative verifiche di preservazione. Prove di fatica, corrispondenti a una prestazione di 300.000 chilometri, sono state concluse con successo. Il basamento è fatto di ghisa grigia e garantisce una completa sicurezza di funzionamento anche agli elevati picchi di pressione fino a 120 bar. Particolare attenzione, infine, è stata posta ai processi produttivi e alle relative tecniche di misurazione, che sono stati ottimizzati.

Una famiglia destinata a crescere
Il fatto che questa innovativa tecnologia di motori non sia stata pensata per modelli sportivi, ma venga utilizzata ampiamente, viene dimostrato dalla seconda variante di potenza del TSI. Con 103 kW / 140 CV e una coppia massima di 220 Newtonmetri, anche questa variante di motore convince con uno sviluppo di forza uniforme e superiore. Questa variante del TSI verrà utilizzata sulla Touran nella primavera 2006 e in seguito anche sulla Golf.

Gli appassionati più esigenti, comunque, non possono fare a meno di sognare le possibili applicazioni della tecnologia Twincharger su motori plurifrazionati: sembra proprio che grazie a VW il futuro dell’auto sportiva sarà quanto mai ricco di belle sorprese…