Volkswagen Touareg Hybrid con un nuovo TSI V6

Parallelamente alle varianti benzina e Turbodiesel, la Volkswagen porterà sul mercato la prossima generazione di Touareg anche con trazione ibrida. Consumi medi: sotto i 9,0 litri di carburante ogni 100 chilometri; emissioni di CO2: inferiori a 210 g/km.

Una prima occhiata alla tecnologia completamente ibrida che verrà impiegata in futuro nella Touareg ci viene offerta da un prototipo significativo.

La base concettuale di tale prototipo è data dalla generazione attuale di questo SUV. Dal punto di vista della motorizzazione, tuttavia, esso corrisponde già in larga parte alla Touareg Hybrid di domani. È motorizzato con un inedito TSI V6, dotato di un nuovo sistema a iniezione diretta di benzina, sovralimentato tramite un compressore meccanico, e abbinato a un motore elettrico. Come cambio è stato usato un automatico a 8 marce di nuova concezione.

Per le future Touareg V6 TSI Hybrid, la Volkswagen punta a una motorizzazione ibrido-parallela. Il fuoristrada dispone anche in questa versione di una trazione integrale permanente.

Il TSI V6 offre potenza massima e consumi minimi
Il TSI V6 del prototipo Touareg eroga 333 CV a 5.500 giri, ha una risposta rapida e “gira” in modo eccezionalmente agile. Dalla sua cilindrata di 2.995 cm3, eroga una coppia massima di 440 Nm già a partire da 3.000 giri. Questo TSI offre la stessa potenza di un otto cilindri, ma è molto più economico. Con il nuovo V6, la Volkswagen trasferirà per la prima volta il principio del downsizing intelligente (minore cilindrata più iniezione diretta di benzina e sovralimentazione) dal quattro cilindri TSI, che tanto successo ha riscosso in tutto il mondo, a un sei cilindri. E lo farà con il massimo dell’efficienza. Infatti, l’andamento molto dinamico della coppia, ottenuto grazie al compressore, acquista un ulteriore fascino grazie alla presenza del motore elettrico, in particolare alle basse velocità, quando la coppia, in caso di necessità, passa da zero al valore massimo. Ad aumentare ulteriormente l’efficienza, nel TSI V6 della Touareg Hybrid viene inoltre impiegata una pompa del liquido di raffreddamento del motore inseribile, che consente un preriscaldamento del motore; tale pompa è integrata nella gestione complessiva della temperatura del veicolo.

Il TSI V6 con il motore elettrico riduce i consumi sotto i 9,0 litri/100 km
Una potenza di 52 CV e una coppia fino a 300 Nm vengono erogate dal motore elettrico montato fra il TSI V6 e il cambio automatico a 8 marce. Al momento del cosiddetto “boost” (cioè quando è richiesto il fabbisogno massimo di potenza e coppia che viene supportato da entrambi i motori), si ottiene in breve tempo una potenza di 374 CV e una coppia massima di 550 Nm. In questo caso il prototipo Touareg V6 TSI Hybrid raggiunge i 100 km/h in soli 6,8 secondi.
Tuttavia, il sistema ibrido della Touareg non è stato studiato puntando solo al raggiungimento di prestazioni elevate, bensì all’ottenimento di consumi bassissimi e di emissioni estremamente ridotte. Quindi non deve sorprendere che questa meccanica consenta, come detto, un consumo medio piacevolmente basso, sotto i 9,0 litri di carburante ogni 100 km. Le emissioni di CO2 ammontano a meno di 210 g/km. La Touareg V6 TSI Hybrid adempirà fra l’altro alla norma sui gas di scarico Euro 5 e all’americana ULEV2.

Riduzione dei consumi di oltre il 25%
Rispetto a un SUV tradizionale di pari dimensioni, grazie al sistema ibrido si ottiene un risparmio dei consumi, nel ciclo urbano, di oltre il 25%. Nel ciclo combinato gli ingegneri del settore sviluppo hanno determinato un risparmio medio del 17%. Sostanzialmente sono quattro i dispositivi che permettono al prototipo Volkswagen di ottenere tali valori di consumo:
– il sistema start/stop: questo dispositivo integrato nella motorizzazione riduce significativamente, in particolare nel ciclo urbano, il consumo di carburante.
– il recupero in frenata: durante la frenata il motore elettrico, che in questo caso funziona da dinamo, recupera energia che viene immagazzinata nella batteria ad alta tensione (batterie al NiMH). In questo modo il motore elettrico recupera una parte dell’energia che gli serve, la cui entità viene regolata dal pedale del freno.
– il motore elettrico: l’uso della trazione elettrica a velocità inferiori a 50 km/h riduce sostanzialmente il consumo nel traffico cittadino. In questo caso il motore TSI V6 viene disinserito e separato dal cambio tramite una frizione dedicata. In questi casi la Touareg V6 TSI Hybrid si muove in modo assolutamente privo di emissioni. In questa modalità, la corrente va dalla batteria al motore elettrico tramite l’elettronica di potenza, comprensiva del convertitore in CA ad impulsi. Per le versioni di serie che verranno, è prevista l’attivazione della trazione esclusivamente elettrica anche tramite la pressione di uno specifico tasto E.
– l’inerzia: appena il conducente gas rilascia l’acceleratore, il TSI V6 viene separato dal cambio tramite una frizione. Ciò è possibile anche in presenza di velocità elevate (nelle future versioni fino a circa 160 km/h) e pertanto anche in autostrada. Grazie all’eliminazione delle perdite di coppia da trascinamento, la Touareg si muove molto meglio e il conducente può trasformare una guida previdente in un’ulteriore riduzione dei consumi.

Un mix intelligente di energia
Considerando i tipi di motorizzazione e il flusso di energia ad essi connesso, oltre alla trazione elettrica e all’inerzia, si ottengono due ulteriori tipi di funzionamento: la guida classica con motore a scoppio e il boost tipico dei veicoli ibridi.
Nella marcia con il solo motore a scoppio si distingue fra due casi. Nel primo caso la Touareg si comporta come un’automobile tradizionale: al posto del generatore a 12V tradizionale, il motore elettrico eroga solo quell’energia necessaria alla rete di bordo e alla climatizzazione, per cui lo stato di carica della batteria ad alta tensione resta costante. Nel secondo caso il motore a scoppio fornisce l’energia di trazione del veicolo in aggiunta all’energia che è necessaria per caricare la batteria ad alta tensione, tramite il motore elettrico che in questo caso funziona da dinamo. Tramite questo cosiddetto spostamento del punto di carico è possibile azionare il motore in una situazione avente un grado di efficacia più favorevole. Il compito del comando ibrido è quello di comandare questa alternanza di fasi elettriche e di fasi di carico attive in un modo che si generi il minimo dei consumi.
Il boost: al momento della richiesta del conducente di prestazioni massime (kick-down oppure leva del cambio in “S”) il motore elettrico supporta il TSI V6 oltre la curva caratteristica di pieno carico del motore. La potenza e la forza dei due motori vengono trasferite dal cambio automatico a 8 marce all’asse anteriore e posteriore. In questo modo sono disponibili per breve tempo, come detto, fino a 374 CV e una coppia massima di 550 Nm. Oltre a ciò, grazie alla sua estrema velocità di regolazione, il motore elettrico viene impiegato anche nell’ambito della cosiddetta compensazione dei transitori, allo scopo di ottenere interventi di coppia positivi e negativi. In caso di richiesta positiva di carico da parte del conducente, ovvero in accelerazione, il motore elettrico supporta ad esempio per un attimo il TSI V6. In questo modo la Touareg Hybrid risponde con superiore reattività. Gli interventi di coppia negativi sostituiscono per larga parte i classici interventi non efficienti del motore a scoppio, necessari per motivi di comfort, ad esempio nel cambio di marcia o in caso di cambi improvvisi di accelerazione.
La modalità attiva in quel momento viene rappresentata tramite un display del flusso dell’energia, rientrante nel sistema radio di navigazione RNS 510.

Il layout tecnico di base della motorizzazione ibrida
Per la Touareg la Volkswagen ha scelto una motorizzazione ibrido-parallela. Contrariamente agli altri possibili sistemi ibridi, in questo le caratteristiche offroad e la robustezza illimitata in durata sono garantite. Con un traino massimo di 3,5 tonnellate, la Toua¬reg V6 TSI Hybrid è inoltre un veicolo da traino ideale. Oltre a ciò, il sistema ibrido-parallelo offre un’efficienza migliore, nell’extraurbano e in autostrada, rispetto ad altre soluzioni ibride.
L’unità di motorizzazione stessa è costituita sostanzialmente dal V6 TSI, dal cambio automatico a 8 marce, ideale per l’impiego ibrido e per il traino, e dal modulo ibrido integrato fra il motore a scoppio e il cambio. Quest’ultimo pesa 55 chilogrammi. Tale modulo compatto contiene, in una scatola, la frizione di separazione a valle del motore V6 e il motore elettrico.
Il dispositivo di gestione del sistema ibrido si occupa dell’interazione fra i componenti. Questo elemento è stato integrato nel comando del motore e comunica tramite CAN-Bus fra l’altro con il cambio a 8 marce, la batteria ad alta tensione e l’elettronica di potenza, che regola il motore elettrico. Quest’ultima gestisce anche il flusso di energia fra il motore elettrico e la batteria. Tramite il convertitore DC/DC l’elettronica di potenza controlla inoltre che la rete di bordo a 12 V venga alimentata dal motore elettrico o dalla batteria ad alta tensione. A seconda dello stato di carica della batteria (capacità: 6 Ah), della velocità del veicolo e di altri parametri specifici del veicolo, la gestione del sistema ibrido sceglie automaticamente, dopo un’analisi istantanea di tutti i segnali, la modalità di funzionamento ideale.

La batteria ibrida al nickel-metallo idruro
La batteria impiegata dalla Volkswagen nella Touareg V6 TSI Hybrid al nickel-metallo idruro rispecchia la migliore tecnologia attualmente disponibile per l’immagazzinamento di energia nelle automobili. In particolare la sicurezza di funzionamento collaudata negli anni e la sua robustezza, nonché i notevoli vantaggi di prezzo, avallano l’impiego di tale batteria NiMH. Per risparmiare spazio, la batteria si trova nel vano precedenza usualmente riservato alla ruota di scorta. Per via di questa posizione di montaggio è stato necessario sollevare il pianale del bagagliaio del prototipo di soli 50 millimetri. La batteria pesa 67 chilogrammi, è composta da un totale di 240 celle singole e produce una tensione di 288 Volt. Tramite un canale addizionale integrato nella ventilazione interna della Touareg e due ventilatori separati, la batteria viene mantenuta a una temperatura ottimale. Il dispositivo di gestione della batteria ne sorveglia il funzionamento, in coordinamento con quello del sistema ibrido integrato nel comando del motore.
Linee elettriche specifiche collegano la batteria con l’elettronica di potenza situata nella parte anteriore dell’auto, a sinistra vicino al motore, e alimentano il motore elettrico o, al contrario, caricano la batteria attraverso il motore elettrico che opera da dinamo in caso di frenata (recupero) o tramite il TSI V6 (grazie allo spostamento del punto di carico). In caso di incidente la batteria ad alta tensione viene protetta da una cosiddetta “Protect Box”. Con tale box e l’impianto di ventilazione, il sistema della batteria pesa 79 chilogrammi.

Parziale compensazione del sovrappeso del sistema ibrido
Allo scopo di compensare una parte del peso dei componenti ibridi (ca. 175 chilogrammi), il prototipo presenta numerose modifiche rispetto alla serie. Un esempio di ciò è dato dalla trazione permanente su tutte le ruote 4XMotion. Nella Touareg attuale, la forza di trazione viene trasferita all’asse anteriore e a quello posteriore tramite un ripartitore di coppia con differenziale centrale bloccabile. Nella Touareg V6 TSI Hybrid, in luogo del ripartitore di coppia a due livelli, troviamo un leggero differenziale Torsen come quello impiegato dall’Audi nella Q7. Il tutto lasciando intatte le caratteristiche della Touareg quali la perfetta idoneità come veicolo da traino.

Altre variazioni rispetto alla Touareg di serie
Affinché la Touareg V6 TSI Hybrid continuasse a offrire tutte le funzioni rilevanti di comfort e sicurezza anche in modalità elettrica, è stato necessario sviluppare ex novo alcuni componenti. Pertanto il prototipo dispone di un servosterzo elettroidraulico che non dipende da una servopompa azionata dal motore a scoppio. Inoltre, nella Touareg V6 TSI Hybrid un compressore climatizzatore ad alta tensione garantisce temperature interne confortevoli anche quando il motore V6 è spento. Al posto dell’alternatore, il convertitore DC/DC integrato nell’elettronica di potenza garantisce un’alimentazione costante alla rete di bordo.
E anche il cambio automatico a 8 marce è stato deliberatamente previsto per un impiego ibrido. È dotato fra l’altro di uno speciale convertitore con frizione di bypass, di una pompa dell’olio elettrica addizionale (per il mantenimento dell’alimentazione dell’olio con V6 TSI spento), di un riscaldatore per raggiungere più velocemente la temperatura di funzionamento ottimale nonché di un controllo cambio modificato.

L’avviamento ha luogo con il motore elettrico
Il compito del motorino di avviamento è svolto dal motore elettrico. E questo compito è particolarmente esigente, dal momento che soprattutto il primo avvio del V6 TSI in caso di cambio di modalità di funzionamento durante la marcia deve essere particolarmente confortevole. Funziona come segue: non appena il motore deve essere riavviato, la frizione di bypass del convertitore del cambio viene portata in posizione “slittamento” mentre il numero di giri del motore elettrico viene aumentato a un valore nominale impostato dal controllo del cambio. Solo allora il dispositivo di controllo motore riceve il consenso all’attivazione della frizione di separazione. Grazie alla consecutiva chiusura della frizione il TSI V6 viene fatto girare dal motore elettrico e, non appena il riempimento dei cilindri rende possibile il raggiungimento della coppia nominale, viene avviato tramite abilitazione dell’iniezione e dell’accensione. La coppia del motore elettrico viene aumentata conformemente alla coppia trasferita in quel momento dalla frizione di separazione durante il procedimento di trascinamento e, dopo l’avvio del motore a scoppio, di nuovo ridotta in modo analogo al suo aumento di coppia. Se alla frizione di separazione viene imposta una chiusura forzata, la frizione di bypass del convertitore viene richiusa. Un sistema articolato che funziona egregiamente, dal momento che il conducente quasi non si accorge di tutto ciò. E così deve essere.

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Fonte: http://www.megamodo.com