Multivan2.0T (06J145722D) – Turbo a fatica multi-carburante termico-per Audi A4 Quattro|Modellazione dell'interazione della fatica-per la compatibilità con E85 e TSI

Il turbocompressore Multivan2.0T, designato dal codice articolo 06J145722D (con riferimento incrociato OEM-06L145722G), è progettato per un mondo flessibile di carburante-che i turbo convenzionali non sono mai stati progettati per gestire. Montata sull'Audi A4 Quattro con motore 2.0 FLEX/T (EA888 Gen3, famiglia TSI/TFSI), questa unità deve funzionare con uno spettro di carburanti che va dalla benzina RON95 (temperatura dei gas di scarico: 820 gradi) all'etanolo E85 (860 gradi) al metano (720 gradi). Ciascun combustibile produce un profilo di carico termico nettamente diverso-non solo nella temperatura di picco ma nella frequenza del ciclo termico: il contenuto di ossigeno più elevato dell'E85 accelera la combustione, producendo picchi di temperatura più netti (aumento di 200 gradi in 50 ms contro aumento di 150 gradi in 80 ms per la benzina). Il Multivan2.0T risolve questo problema attraverso alega per l'alloggiamento della turbina con un raffinato modello di interazione creep-fatica-la fusione utilizza una lega G-NiSiCr 45-35 con un'aggiunta dello 0,6% di niobio, che fissa i bordi dei grani e rallenta la coalescenza dei micro-vuoti sotto le sollecitazioni termiche alternate del funzionamento multicombustibile.

L'alloggiamento del compressore è dotato di aInduttore da 38 mmcon un eduttore da 51 mm, che fornisce un intervallo di flusso di massa di 0,08–0,22 kg/s con rapporti di pressione compresi tra 1,5:1 e 2,5:1. La mappatura del compressore raggiunge la sua efficienza massima del 76% a 2,0:1 PR e 165.000 giri/min, con l'isola che copre l'ampia fascia di giri/min (1.800–5.500) tipica dell'adattamento variabile del carburante del motore 2.0 FLEX/T. Il margine di aumento viene esteso al 34% attraverso aprofilo di ingresso conicoche accelera l'aria in entrata fino a Mach 0,80 nell'induttore-ottimizzato per le temperature dell'aria aspirata più elevate (fino a 65 gradi) riscontrate quando il motore funziona con il calore latente di vaporizzazione più elevato dell'E85.

L'alloggiamento della turbina è fuso da alega proprietaria G-NiSiCr 45-35con l'aggiunta del 45% di nichel, del 35% di cromo e dello 0,6% di niobio. L'aggiunta di niobio affina la distribuzione del carburo (dalla dimensione del grano ASTM 4 alla dimensione del grano 6), che aumenta la resistenza alla rottura per scorrimento viscoso del 22% a 850 gradi -la temperatura di picco raggiunta durante il funzionamento E85. Più criticamente, la legainterazione-fatica da creepè stato caratterizzato attraverso 2.000 cicli termici da 100 gradi a 850 gradi, che rappresentano la durata prevista del turbo con funzionamento a carburante misto-. Lo spessore delle pareti dell'alloggiamento è uniformemente-2 mm più sottile di 4,5 mm rispetto agli alloggiamenti convenzionali, per ridurre l'inerzia termica e consentire al turbo di raggiungere l'equilibrio più rapidamente durante le transizioni di carburante, ma la maggiore resistenza allo scorrimento della lega compensa lo spessore ridotto.

La girante della turbina è realizzata in aMAR-Superlega M-247contenente il 10% di cobalto, il 6% di tungsteno e il 5% di tantalio, offrendo un'eccezionale resistenza allo scorrimento a 880 gradi (il picco EGT per E85 a pieno carico sostenuto). La ruota presenta aDesign a 10 lamecon un momento di inerzia polare di 0,0032 kg·m²-una riduzione del 12% rispetto alle varianti precedenti per migliorare lo spool-up sui carburanti a basso-energia come il GNC. Il numero ridotto di pale aumenta l'ampiezza-del treno di impulsi dell'8%, compensando l'energia di scarico inferiore del 15% del metano rispetto alla benzina. La ruota è equilibrata al grado G1.0 con uno squilibrio residuo di 0,30 g·mm.

La girante del compressore è ricavata da un pezzo forgiatoAlluminio 7075-T6billetta con rivestimento anodizzato in due-fasi (spessore totale 45 µm), caratterizzata da ageometria ispirata al-passo-variabile-gli angoli delle pale variano da 28 gradi sul mozzo a 32 gradi sulla copertura, creando un profilo di compressione progressivo che si adatta alle diverse densità dell'aria risultanti dal maggiore raffreddamento evaporativo dell'E85 (temperatura dell'aria aspirata inferiore di 15 gradi rispetto al funzionamento a benzina). Questa compressione progressiva migliora del 4% l'efficienza del design off-del compressore durante la transizione dalla benzina (densità 1,18 kg/m³) all'E85 (densità 1,22 kg/m³).

D1: Il turbo è classificato E85, ma l'etanolo assorbe l'umidità. Ciò influisce sui componenti interni del turbo?
La natura igroscopica dell'etanolo influisce principalmente sul sistema di alimentazione, non sul turbocompressore. Il turbo non è esposto all'etanolo liquido-solo ai gas di scarico derivanti dalla combustione dell'etanolo, che hanno un contenuto di vapore acqueo più elevato (12% rispetto al. 8% della benzina). L'aggiunta di niobio all'alloggiamento della turbina ne migliora la resistenza all'ambiente di scarico leggermente più corrosivo. Il rivestimento anodizzato della girante del compressore è inoltre idoneo alla maggiore umidità dell'aria aspirata.

D2: Il motore funziona con E85 con un EGT di 860 gradi. Rientra nei limiti operativi del turbo?
Sì-la girante della turbina MAR-M-247 è progettata per una temperatura di ingresso continua di 880 gradi, fornendo un margine di sicurezza di 20 gradi al picco EGT di E85. L'alloggiamento in G-NiSiCr ha una durata alla rottura per scorrimento viscoso di 5.000 ore a 860 gradi , che supera la durata di servizio prevista di 3.500 ore del turbo nel funzionamento multicombustibile.

Q3: Utilizzo occasionalmente l'E85, ma utilizzo principalmente benzina. Il turbo necessita di qualche regolazione durante il cambio del carburante?
No, la-mappa adattiva del boost del carburante-dell'ECU seleziona automaticamente la tabella del ciclo di lavoro- del Wastegate appropriata in base alla lettura del sensore di etanolo. La progettazione meccanica del turbo è identica per tutti i tipi di carburante; l'unica regolazione è nel software dell'ECU.

Q4: Il funzionamento a metano produce 720 gradi EGT, molto più bassi della benzina. Ciò influisce sulla risposta al boost?
L'EGT inferiore del metano riduce l'energia dell'impulso di scarico di circa il 15%. La ruota della turbina più leggera del Multivan2.0T (0,0032 kg·m² contro 0,0036 kg·m² dell'unità standard) compensa questa riduzione, raggiungendo una soglia di sovralimentazione di 1.720 giri/min a metano rispetto a 1.600 giri/min a benzina-una differenza di soli 120 giri/min.

Q5: La valvola di bypass dell'olio mantiene la temperatura dell'olio a 110 gradi. Ciò causa coking dell'olio quando il motore funziona a metano con EGT inferiore?
Il punto di regolazione della valvola è di 110 gradi indipendentemente dal tipo di carburante. Durante il funzionamento a metano, l'EGT inferiore del turbo si traduce in temperature inferiori dell'alloggiamento dei cuscinetti (155 gradi contro 180 gradi sulla benzina), quindi la temperatura dell'olio può occasionalmente scendere a 105 gradi -ancora entro l'intervallo accettabile per gli oli 5W-30 e 0W-20. Al di sotto dei 115 gradi non avviene alcuna cokefazione.

D6: Il collegamento diesel common-rail: come si collega questo turbo ai sistemi di alimentazione diesel?
Il concetto di mappatura adattiva del carburante-utilizzato nell'algoritmo di controllo ECU di questo turbo è stato adattato dalle strategie di calibrazione diesel common-rail, in cui le variazioni della qualità del carburante (numero di cetano) richiedono tempi di iniezione e mappe di pressione diverse. La stessa metodologia di "cambio tabella"-rilevamento delle proprietà del carburante e selezione della calibrazione appropriata-è stata applicata alla logica di controllo della sovralimentazione di questo turbo a benzina.

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