Integro con nuove interessanti info tecniche prese dal sito del G5C, che trattano dall'FSi in generale fino al TFSi.
Fonte: G5C.com (paul)
Con la dicitura FSI si intende la tecnologia utilizzata dal gruppo Audi/VW, di iniezione diretta della benzina nella camera di combustione.
FSI = Fuel Stratified Injection
Di seguito voglio illustrare le caratteristiche principali della tecnologia FSI.
Partirò con i motori 1.4 e 1.6 litri, per poi passare al 2.0 e infine del 2.0 TFSI, cioè quando la tecnologia dell'iniezione diretta della benzina si unisce con un turbocompressore.
I primi motori FSI comparsi sul mercato furono:
Motore 1.4 litri da 63 e 77 kW
Motore 1.6 litri da 81 e 85 kW
La gestione motore, in entrambi i casi è gestita dalla Bosch Motronic MED 7.
I due motori 1.4 e 1.6 hanno molte cose in comune: Il monoblocco, la testata, il comando e l'alloggiamento della distribuzione, la pompa olioe componenti ausiliari, sono identici. Ciò che differenzia il 1.6 dal 1.4 sono: la corsa maggiorata, il variatore di fase ma solo sul 1.6 da 85 kW, e l'evoluzione della iniezione detta "Doppia Iniezione".
Caratteristiche tecniche meccanica motore:
- Rivestimento motore con filtro aria e regolazione aria calda
- Parte superiore collettore di aspirazione in plastica
- Comando distribuzione tramite catena dentata
- Variazione di fase continua (solo su 1.6l da 85 kW)
- Radiatore olio (solo su 1.6l da 85 kW)
- Pompa olio controllata Duocentric
- Impianto di raffreddamento a doppio circuito
- Raffreddamento a flusso incrociato nella testata
- Ventilazione e sfiato basamento
Caratteristiche tecniche gestione motore:
- Iniezione diretta a benzina con doppia iniezione
- Centralina motore con trasduttore integrato della pressione ambientale
- Trasduttore temperatura aria aspirata nel rivestimento motore
- Impianto di alimentazione intelligente
- Bobina a scintilla singola
- Trattamento successivo dei gas di scarico con catalizzatore di accumulo NOx e trasduttore NOx
- Gestione radiatore e ventilatore integrata
Dati Tecnici
Motore 1.4l - 63kW FSI Motore 1.6l - 85 kW FS
Cilindrata 1390 1598
Configurazione 4 cilindri in linea 4 cilindri in linea
Valvole per cilindro 4 4
Alesaggio 76,5 mm 76,5 mm
Corsa 75,6 mm 86,9 mm
Rapporto di compressione 12 : 1 12 : 1
Potenza massima 63 kW a 5000 g/min 85 kW a 5800 g/min
Coppia massima 130 Nm a 3500 g/min 155 Nm a 4000 g/min
Gestione motore Bosch Motronic MED 7.5.11 Bosch Motronic MED 9.5.10
Carburante Super Plus senza piombo, RON 98 (Super senza piombo), RON 95 per potenza ridotta)
Controllo delle emissioni Catalizzatore a tre vie con controllo Lambda, catalizzatore ad accumulo di NOx
Normativa antinquinamento EU4
Meccanica Motore
Per ridurre le dimensioni del motore e i pesi, nella copertura superiore è stato integrato il sistema di aspirazione, fino alla valvola a farfalla. La copertura integra quindi il filtro aria, il sistema di regolazione aria calda per l'inverno, e la forma è stata studiata per smorzare anche la rumorosità di aspirazione. Infine trova posto anche il sensore per la temperatura aria aspirata.
Anche la parte superiore del condotto di aspirazione è in plastica, questo sia per ridurre i pesi, sia per migliorare la fluidodinamica dell'aria, perché le pareti lisce del condotto oppongono meno resistenza rispetto ai classici condotti in alluminio fuso.
Sia il motore 1.4 che 1.6 sono dotati di catena di distribuzione. L'alloggiamento della catena, viene unito al monoblocco e testata tramite viti, e viene sigillato con una guarnizione gomma/metallo.
Viene utilizzata una guarnizione coostampata in gomma e metallo, perché nell'alloggiamento è integrato il filtro olio, e nella zona di passaggio dell'olio al blocco cilindri la pressione è di circa 3.5 bar.
La elettrovalvola di ricircolo gas di scarico è invece imbullonata alla testata, preleva i gas dal 4° cilindro ed è configurata per elevate quantità di ricircolo gas.
La elettrovalvola in oggetto, è integrata nel circuito di raffreddamento, per evitare che raggiunga temperature troppo elevate.
Sui motori FSI è necessaria una quantità di gas di scarico in ricircolo possibilmente elevata per poter ridurre le emissioni di ossido di azoto. Per poter portare la quantità di gas in ricircolo il più vicino possibile al limite consentito è necessario che essa venga calcolata con precisione.
Se vi è un apporto di gas di scarico attraverso il sistema di ricircolo, la carica del collettore di aspirazione aumenta della quantità apportata e conseguentemente cresce anche la pressione nel collettore. Il sensore della pressione nel collettore di aspirazione misura tale pressione e invia il relativo segnale di tensione alla centralina motore. In base a questo segnale viene determinata la quantità totale (aria esterna + gas di scarico). Da questa quantità totale la centralina sottrae la massa d'aria esterna dal carico motore calcolato e ricava così la quantità di gas di scarico.
Il sistema di raffreddamento è configurato come sistema a doppio circuito. In tal modo si ha una conduzione separata del liquido di raffreddamento, a diverse temperature attraverso il blocco cilindri e la testata.
Il passaggio del liquido di raffreddamento viene gestita da due termostati presenti nel ripartitore del liquido: uno per il blocco cilindri e uno per la testata. Inoltre, su entrambi i motori, viene adottato il raffreddamento a flusso incrociato della testata.
Il termostato che gestisce il raffreddamento della testata, apre a 87° mentre il termostato per il blocco cilindri apre a 105°, questo fa si che il blocco cilindri si scalda rapidamente perché l'acqua rimane fino ai 105°, e ne consegue un minore attrito di albero, bielle e pistoni. La testata invece rimane a una temperatura inferiore, ottenendo così una carica di aria fresca maggiore, e diminuisce il pericolo del battito in testa.
Possiamo quindi dire che il raffreddamento del motore è diviso in 2 circuiti, e 1/3 del liquido refrigerante serve per il monoblocco e 2/3 per la testata.
Cosa importante, il radiatore dell'olio (solo per 1.6 da 85 kW) e la elettrovalvola di ricircolo gas di scarico e tutti gli altri componenti raffreddati, sono collegate al circuito della testata. Il blocco cilindri è quindi l'unico a mantenersi ad una temperatura di 105 °C.
Su questi motori, viene usata per la prima volta una pompa olio a pressione controllata.
La pompa tiene la pressione dell'olio costantemente sui 3.5 bar, qualsiasi sia il regime di rotazione del motore.
Questo sistema riduce la potenza assorbita dalla pompa del 30%, riduce l'usura dell'olio, perché l'olio in circolazione è minore, e si evitano sbalzi di pressione nel circuito, evitando anche la formazione di schiuma.
La pompa olio si trova nella parte bassa del blocco cilindri, è imbullonata, e viene azionata da una catena esente da manutenzione, pensionata da una molla speciale in acciaio.
Sul motore 1.6/85kW FSI viene impiegato un variatore di fase che opera senza soluzione di continuità . La variazione viene effettuata in funzione del carico e del regime motore da un regolatore rotativo a palette, direttamente sull'albero a camme di aspirazione.
Il variatore di fase migliorando il ricircolo di gas all'interno della camera di combustione migliora le prestazione e diminuisce le emissioni.
L'angolo massimo in cui può agire il variatore, sono 20° sull'albero a camme.
Rispetto al variatore di fare montato sul motore 1.4l da 77kW, questo sistema è più leggero, più economico, e la regolazione avviene anche con pressioni dell'olio basse.
La centralina motore, deve gestire 5 differenti modalità di funzionamento, e per ognuna di queste deve calcolare la quantità ottimale di benzina per una miscela aria/carburante ottimale.
Le 5 modalità sono:
- Carica stratificata
- Magra omogenea
- Omogenea
- Doppia iniezione per riscaldamento catalizzatore
- Doppia iniezione a pieno carico
Le prime tre modalità sono generiche per tutti i motori a iniezione, mentre la novità sta nelle ultime due modalità .
La carica stratificata, è possibile grazie ad una specifica geometria della camera di combustione, e ad una specifica fluidodinamica del condotto di aspirazione.
Inoltre il motore si deve trovare nelle condizioni di carico e temperatura liquido di raffreddamento e catalizzatori adeguate.
Nel collettore di aspirazione, una valvola chiude la metà inferiore del condotto, in modo che l'aria entri solo tramite la metà superiore, dando un movimento rotatorio alla carica nel cilindro. Ad aumentare il fenomeno di rotazione dell'aria nel cilindro detta "tumble" influisce la forma del cielo del pistone e il successivo movimento di risalita dello stesso. Nella fase di compressione viene iniettata la benzina ad una pressione che va da 40 a 110 bar, il flusso dell'aria porta la miscela infiammabile alla candela. L'iniettore non spruzza la benzina verso il cielo del pistone, ma verso il centro, verso la candela, e quindi la combustione si dice avvenire guidata nell'aria. Questo fa si che durante la combustione tra il cielo del pistone e la combustione ci sia uno strato di aria isolante che riduce lo scambio di calore, aumentando il rendimento del motore.
Nel funzionamento a carica Omogenea, la farfalla nel collettore di aspirazione è aperta, e l'aria entra utilizzando tutto il condotto di aspirazione. La carica omogenea permette di avere un basso consumo di carburante e basse emissioni. Nell'esercizio a carica omogenea, il carburante viene iniettato durante la fase d'aspirazione e non nella fase di compressione come nel funzionamento a carica stratificata. Questo fa si che la benzina abbia un tempo maggiore per miscelarsi completamente con l'aria. La combustione avviene quindi interessando tutta la camera di combustione. I vantaggi dell'esercizio a carica omogenea derivano dall'iniezione diretta nella fase d'aspirazione, durante la quale, una parte del calore dell'aria aspirata viene sottratta dall'evaporazione del carburante. Il raffreddamento interno riduce la tendenza al battito in testa, per cui può essere aumentata la compressione del motore e migliorato il rendimento.
La doppia iniezione per riscaldamento catalizzatore permette di portare il Kat. In temperatura più velocemente migliorando consumi ed emissioni.
La prima iniezione avviene a circa 300° prima del PMS di accensione, durante la fase di aspirazione. In tal modo si ottiene una distribuzione uniforme della miscela aria/carburante.
Alla seconda iniezione viene iniettata un'ulteriore piccola quantità di carburante a circa 60° prima del PMS di accensione. Questa miscela brucia molto tardi e la temperatura dei gas di scarico sale.
I gas di scarico più caldi riscaldano il catalizzatore, che raggiunge più rapidamente la sua temperatura di esercizio.
La doppia iniezione a pieno carico, incrementa la coppia motore nei giri più bassi.
Sui motori a benzina a iniezione diretta, ai regimi fino a 3000 g/min e a pieno carico, talvolta si verificano distribuzioni miscela non uniformi e indesiderabili. Con l'impiego della doppia iniezione si evita questo problema e si ottiene un incremento di coppia di 1-3 Nm.
La prima iniezione si verifica ancora a circa 300° prima del PMS di accensione, durante la fase di aspirazione. Con essa vengono iniettati circa due terzi della quantità di carburante da iniettare.
Nella seconda iniezione, la restante quantità di carburante, circa un terzo, viene iniettata all'inizio della fase di compressione. In questo modo una minor quantità di carburante si deposita sulla parete del cilindro. Il carburante evapora quasi completamente e la distribuzione della miscela risulta migliorata. Inoltre, nella zona della candela, è presente una miscela leggermente più ricca rispetto al resto della camera di combustione. Questo migliora l'andamento della combustione e riduce la tendenza al battito in testa.
L'impianto di aspirazione è stato modificato notevolmente. Il misuratore massa aria a film caldo è stato eliminato. Per il calcolo del carico motore viene utilizzato il sensore di temperatura aria aspirata presente nella copertura motore e un sensore per la pressione ambientale che si trova nella centralina motore.
Motore 2.0l FSI
Con al tecnologia FSI, quindi bassi consumi e basse emissioni, anche il motore 2.0 litri a benzina ha ripreso nuove dimensioni.
I principali perfezionamenti hanno riguardato:
- Un basamento in alluminio con camice in ghisa grigia,
- una valvola riciclo gas di scarico (EGR) raffreddata ad acqua,
- un impianto di scarico con due precatalizzatori vicini al motore.
- Un condotto d'aspirazione con rullo per la commutazione fra condotto di coppia e condotto di potenza,
- un nuovo modulo filtro olio,
- la Motronic Bosch MED 9.5.10,
- quattro valvole per cilindro, azionate tramite levette oscillanti a rullo con elementi idraulici verticali,
- testata in alluminio con due alberi a camme in testa e variazione continua dell'albero a camme d'aspirazione,
- iniezione diretta di benzina con pompa ad alta pressione regolata secondo fabbisogno.
Caratteristiche tecniche:
- Pompa di alta pressione ad un pistone
- Sistema d'aspirazione a geometria variabile
- Parte inferiore del sistema d'aspirazione con diaframmi movimento carica/farfalle collettore d'aspirazione
- Valvola riciclo gas di scarico raffreddata ad acqua
- Levette oscillanti a rullo con elemento di sostegno idraulico
- Due alberi a camme in testa con variazione continua dell'albero a camme d'aspirazione
- Meccanismo contralberi d'equilibratura nella coppa olio
- Combustione guidata dall'aria
Il collettore d'aspirazione a due geometrie, favorisce i valori di potenza e di coppia desiderati.
Il comando pneumatico del rullo di commutazione dalla posizione di coppia alla posizione di potenza è gestito tramite mappatura. Carico, regime di giri e temperatura sono i parametri che vi influiscono. Quando si necessita di coppia, l'aria viene aspirata attraverso il condotto piu lungo, mentre quando si richiede potenza, il motore aspira sia dal condotto lungo che da quello corto che si apre tramite il rullo di commutazione.
La testata del motore FSI di 2,0 l con tecnologia a 4 valvole, è in alluminio.
Le valvole vengono comandate tramite due alberi a camme compositi in testa, alloggiati con rigidità antitorsionale in un telaio a rastrelliera.
L'albero a camme di scarico viene azionato tramite cinghia dentata. L'albero a camme d'aspirazione viene azionato dall'albero a camme di scarico per mezzo di una catena semplice.
Ciascun condotto d'aspirazione è diviso in una metà superiore e in una metà inferiore per mezzo di una piastra di separazione.
L'impianto di scarico è a due condotti, al fine di aumentare la coppia nella fascia di giri inferiore. Ciascun condotto è dotato di un precatalizzatore.
I precatalizzatori sono collegati indissolubilmente al relativo collettore di scarico.
Due sonde a banda larga, fungenti da sonde per precatalizzatore, sorvegliano la composizione della miscela. A valle dei precatalizzatori vi sono due sonde a banda discontinua (sonde lambda piane), che sorvegliano l'azione dei precatalizzatori.
Successivamente, i due condotti dello scarico si riuniscono per entrare nel catalizzatore DeNOx.
Durante l'esercizio a miscela povera, il catalizzatore DeNOx accumula temporaneamente gli ossidi d'azoto (NOx), mentre il sensore dei NOx sorveglia il grado di saturazione e attiva la rigenerazione del catalizzatore.
Motore 2.0l TFSI
Il motore 2.0l TFSI è il primo motore a ciclo otto che coniuga la tecnologia e l'efficienza della iniezione diretta della benzina, alle prestazioni di un turbocompressore.
Nei condotti di aspirazione troviamo sempre le farfalle mobili che creano una ben specifica turbolenza "tumble" dell'aria nella camera di combustione, poi il dosaggio con precisione al millisecondo dell'iniezione fa si che la miscela aria benzina sia sempre ottimale in ogni condizione di esercizio.
Unendo a questa tecnologia, il turbocompressore si migliora e si aumenta la quantità di aria che va a riempire i cilindri, traducendo il tutto in maggiore potenza. La Turbina arriva sino a 180.000 giri/min.
A livello di prestazioni il 2.0l TFSI eroga una potenza di 200 cv e una coppia di 280 Nm a 1800 giri/min. La cosa davvero sorprendente è che la coppia max sia si a un numero di giri cosi basso, 1800, ma che a 5.000 giri la coppia sia ancora di 250 Nm, quindi sia ancora disponibile il 90% circa della coppia massima.
Rispetto al precedente 1.8l Turbo, questo nuovo 2.0l TFSI ha il 20% in più di coppia, e raggiunge prima il valore massimo. Anche il cosiddetto "turbo lag", tipica inerzia dei motori turbo, è quasi impercettibile. Il motore rispetta le severe normative anti inquinamento Euro 4, e ha un consumo medio dichiarato di 7,7 litri/100 km.
Questo motore, nonostante derivi dal 2.0 FSI, ha richiesto 3 anni di sviluppo. In particolare ha una nuova testata, una nuova geometria dei condotti di aspirazione; mentre pistoni, albero motore e bielle, sono state ottimizzate per una maggiore rigidità , durata e acustica.
Questo motore è stato davvero studiato a lungo e nei minimi dettagli, un esempio ne è la puleggia della cinghia di distribuzione, che per minimizzare le oscillazioni di rotazione, è stata fatta ovale, anziché circolare, questa è una anteprima mondiale.
complimenti! 
