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Titolo: Motori per il futuro: GDI-SIGMA (tecnico)

La tecnologia GDI-SIGMA in realtà consiste in almeno 4 tecnologie
diverse, ognuna viene poi impiegata su mezzi diversi. Per ora le prime
applicazioni "effettive" sono il GDI-CVT sul SUW Advance e il GDI-ASG
sul SUW Compact.
Prima un breve riepilogo e poi le spiegazioni. Mi dispiace non poter
pubblicare i grafici vari, cercherò di rendere tutto al meglio.
Inoltre ricordo che questi sono dati ufficiali Mitsubishi quindi non
stupitevi se danno tutto fantastico :)
GDI-CVT - GDI e CVT vengono integrati in una singola unità
GDI-ASG - le capacità di accensione del GDI vengono sfruttate per un
sistema idling-stop accettabile
GDI-HEV - sfrutta il GDI per massimizzare l'efficienza elettrica
GDI-Turbo (!) - un turbocompressore viene inserito nel GDI per
ottenere prestazioni ed economia (doppio!)
GDI-CVT
Un CVT applicato ad un motore convenzionale ha diversi problemi:
perdite di guida (drive) cinghia-frizione, vibrazioni del veicolo,
perdite al convertitore di coppia, e bassa efficienza. Inoltre si ha
un raggio operativo stretto che riduce la guidabilità
Il GDI-CVT riduce le perdite cinghia-frizione abbassando la pressione
della linea idraulica (hydraulic line pressure) durante le condizioni
di carico ridotto. Quando viene rilevata un'accelerazione, la
trasmissione ECU (Electronic Control Unit) alza la pressione della
linea. La frizione ridotta aumenta l'economia. Inoltre, elimina gli
slittamenti portando l'ECU del motore alla potenza limite (?)
La risonanza torsionale si verifica quando le pulegge con forte
energia inerziale vengono unite ad un avantreno con poco rigidità,
causando vibrazione. La risposta superiore del GDI permette un
controllo di coppia ad alta velocità. "Accordare" (tuning) la coppia
alla risonanza del telaio riduce le vibrazioni e migliora la
sensazione di accelerazione
I convertitori di coppia, simili a quelli delle trasmissioni
automatiche convenzionali, migliorano la sensazione di accelerazione e
la guidabilità di un CVT. Tuttavia, buchi di coppia prima e dopo il
rilascio della "frizione" (release of the lock-up friction clutch),
che è fatta per evitare slittamenti alle velocità alte del motore,
causano alcune dannose perdite interne.
Il GDI, con la sua risposta istantanea, minimizza il buco di coppia.
Il raggio operativo della frizione (lock-up clutch) è esteso, portando
minori slittamenti e un maggiore risparmio di carburante.
Poichè l'output del motore è trasferito attraverso una sola cinghia e
due pulegge idrauliche, il raggio operativo del CVT è generalmente
limitato a circa 1500 giri, sopra i quali fattori come slittamento,
perdite di frizione e durata limitano le performance. I motori a
benzina convenzionali tuttavia sono più efficienti alle alte velocità
del motore, con una ridotta economicità sotto i 1500 giri.
Al contrario, il GDI, operando in combustione ultra-magra nelle
condizioni di carico ridotto, è in massima economia alle velocità del
motore richieste per un CVT. L'iniezione durante la corsa di
compressione crea una miscela aria/carburante stratificata e
ultramagra che è ricca vicina alla candela e magra in periferia. Il
motore brucia una miscela magra sul 40:1 quando è "fermo" e tra 30:1 e
20:1 in condizioni normali.
GDI-ASG
Usando il sistema di misura giapponese 10*15 per il consumo di
carburante che simula condizioni di guida cittadina, l'attesa (idling)
causa il 15% dei consumi su un comune motore MPI, e anche col GDI
mantiene il 10%. Gli automobilisti tuttavia non gradiscono di staccare
l'iniezione ogni volta che si fermano, perchè riavviare è problematico
(? NdDrake) e fa perdere tempo.
Un sistema automatico di idling-stop (spegnimento da fermo, ma lascio
in inglese che è più facile) è un sistema non costoso ma altamente
efficace che disattiva automaticamente il motore quando viene
arrestato, e lo riavvia quando il pedale della frizione o viene
rilevata una cambiata. Nonostante i loro vantaggi i sistemi
idling-stop accoppiati ai motori convenzionali si sono dimostrati
impopolari. La maggior parte dei problemi nasce dalla combustione
ritardata. Un motore convenzionale a benzina ha bisogno di tempo per
riaccendersi. Tuttavia, se il motore non riesce ad attivarsi prima che
il guidatore completi le operazioni di cambio e frizione, si bloccherà
(it will likely stall). Quindi, il guidatore deve seguire una precisa
sequenza d'avvio che sembra innaturale per evitare il blocco.
Il motore GDI parte in maniera significantemente più veloce di un
motore convenzionale perchè la benzina viene iniettata direttamente
nel cilindro alla fine della spinta di compressione. La prima
combustione avviene quindi a 1/6 di giro dopo che il carburante è
stato iniettato. Il GDI partirà prima che il guidatore completi le
operazioni con frizione e cambio - non importa quanto le compia
velocemente - eliminando virtualmente la necessità di seguire una
sequenza di avvio (gu??? NdDrake). Al contrario, la prima combustione
su un motore MPI avviene tra un giro e un giro e mezzo dopo
l'iniezione. L'abilità caratteristica del GDI di partire
istantaneamente elimina i fastidi (hassles!!!!!!) legate ai sistemi
idling-stop. Per dirla in un altro modo, il GDI-ASG migliorerà i
consumi sembrando tuttavia non intrusivo alla maggior parte dei
guidatori.
Inoltre, il GDI-ASG è equipaggiato con un sistema di rigenerazione
dell'energia di frenata che migliora ancora i consumi. I miglioramenti
all'alternatore e alle sue tecnologie di controllo hanno permesso di
generare potenza dall'energia cinetica sviluppata nella decelerazione.
GDI-HEV
Nonostante siano molto efficienti, i sistemi ibridi non hanno trovato
un'approvazione molto estesa. Uno dei fattori fondamentali è il loro
costo proibitivo: i sistemi ibridi convenzionali richiedono meccanismi
complessi per il drivetrain (scusate ma non vorrei sbagliare un
termine importante, NdDrake), un generatore ad alta potenza d'uscita,
e batteria ad alta capacità - tutti componenti costosi. Inoltre, le
unità del generatore e le batterie tendono a essere grandi e pesanti
causando restrizioni al design e alle prestazioni.
Il GDI-HEV è un'alternativa economica. Un semplice CVT, un piccolo
generatore integrato e batterie compatte sono state sviluppate apposta
per il GDI-HEV. Tutto questo è combinato con le tecnologie GDI per
affrontare i problemi elencati e rendere popolare il sistema. Come
altri tipi di sistemi HEV paralleli, il GDI-HEV ha un generatore
elettrico che assiste il motore durante i momenti di massimo carico e
spinge il veicolo in condizioni di sforzo ridotto.
Il tempo di accensione per un GDI limita a 0.1 secondi il tempo
necessario perchè la coppia del generatore elettrico accenda il
motore, dopodichè il generatore assiste l'accelerazione. Al contrario,
la mancanza di accelerazione soddisfacente è anticipata in un HEV
convenzionale, poichè la risposta del motore più lento causa un
leggero ritardo prima che il generatore inizi ad assistere
l'accelerazione.
Quando il motore si attiva e disattiva, mentre si utilizza il
generatore elettrico, causa significanti fluttuazioni di coppia che
causano nei sistemi ibridi degli scatti. Il GDI riduce queste
fluttuazioni di coppia. Può mantenere una combustione stabili di
miscela ultra-magra stratificata, quindi la coppia di combustione
viene mantenuta costante e bassa. I motori convenzionali bruciano
miscele più ricche, che causano salti significativi nella coppia da
combustione.
Il GDI-HEV è equipaggiato con un sistema di rigenerazione dell'energia
delle frenate che converte l'energia cinetica del veicolo in movimento
in elettricità. Tuttavia l'energia recuperabile sarà limitata se c'è
una decelerazione ridotta. In tali condizioni, l'energia recuperata
attraverso la frenata non genererà abbastanza elettricità e bisognerà
consumare carubrante per generare l'elettricità necessaria in
condizioni di carico elevato o molto basso. Con i motori
convenzionali, questa sistuazione peggiorava le economie di carburante
perchè non erano efficienti durante le situazioni a basso carico. Il
GDI supera questo problema lavorando in modalità ultra-magra,
mantenendo l'economia del sistema.
La combustione ultramagra consente anche un altro beneficio: il
GDI-HEV puòà lavorare con batterie più piccole e leggere di quelle
degli HEV convenzionali, riducendo i limiti a design e prestazioni.
GDI-Turbo
La capacità del GDI di cambiare tra due modalità di iniezione migliora
il potenziale della sovralimentazione turbo.
In condizioni di basso carico, il GDI opera in combustione ultra-magra
iniettando benzina durante la spinta di compressione.
Il GDI passa automaticamente alle prestazioni superiori in condizioni
di carico elevato. Il carburante viene iniettato durante la corsa di
aspirazione creando una miscela omogenea. Per ottenere la coppia alta
in basso il GDI passa temporaneeamente alla Miscela a Doppia Fase. Il
carburante viene iniettato durante la corsa di aspirazione e di
compressione per creare una miscela ricca e stratificata.
Nei motori turbo convenzionali, il knocking (tarda ora e non mi viene
in mente: detonazione per caso? NdDrake) causato dal calore nega il
miglioramento ai bassi e medi regimi.
Il GDI elimina il knocking iniettando il carburante due volte con la
Miscela a Doppia Fase. Durante l'aspirazione viene iniettato uno
spruzzo lungo a forma di cono, troppo magro per accendersi. Il
carburante evapora immediatamente, raffreddando l'interno della camera
di combustione. Questo raffreddamento elimina il knocking e migliora
l'efficienza volumetrica permettendo una maggiore coppia a bassi e
medi regimi. Una seconda iniezione alla fine della compressione crea
una miscela ricca che fornisce una buona potenza.
Un motore turbo convenzionale ha un basso rapporto di compressione di
circa 8.5:1 per evitare il knocking. Anche se abbassare il rapporto di
compressione migliora la coppia ai bassi e medi regimi, peggiorano i
consumi.
La capacità di evitare il knocking del GDI permette di mantenere un
rapporto di compressione relativamente alto di 10:1 anche con la
sovralimentazione turbo. Inoltre, l'efficienza volumetrica migliorata
grazie al turbo permette di operare con miscele ultramagre anche in
condizioni di carico elevato, estendendo il raggio operativo della
combustione ultra-magra.
Due problemi considerati inevitabili nei motori turbo convenzionali
con un uso impegnativo dell'acceleratore sono il turbo-lag causato dal
ritardo della turbina, e il turbo-kick (più volgarmente il classico
"calcione") che viene provocato dal volume d'aria più elevato che fa
girare di colpo la turbina.
Nel GDI, poichè è necessaria molta aria per mantenera la combustione
ultramagra, la turbina sta già girando a velocità molto alte (20mila
giri!) prima dell'accelerazione. E poichè nella turbina sta già
arrivando lo stesso volume d'aria come nella piena accelerazione, il
turbo-lag viene minimizzato.
FINE!
E con questo si chiudono i miei reports da Monaco, tranne per chi
volesse altre informazioni sui modelli già presenti sul mercato, nel
qual caso tirerò fuori altri dati per gli interessati (ho i dati
tecnici di Carisma, Space Runner, Pajero Pinin). Ringrazio ancora
Diego per il materiale e per la grande pazienza visto che ci ho messo
un mese ESATTO a postare il tutto. Ma penso ne valesse la pena :)
Mi scuso per tutti gli errori di traduzione e di tecnica sicuramente
presenti, ho tempo per scrivere solo la notte ormai, quindi :(
See you,
           Silver Drake
-- 
Mitsubishi Colt SA "Venus" 1.3 12V GLXi Pilot
          (Copilotato by Pam)
 former Y10 Junior '96 (Last Series) Driver
             ICQ: 17994150
       SportivitàTM Prophet 22/75

Molto interessante...
Sai nulla sui motori GDI che la fiat dovrebbe montare dopo il 2000?
Ciao
Darkman

Ma questa é la Festa di san GDI!   :-)
Interessante, qualche perplessità rimane ma interessante...
Zotto

 wrote:
|Molto interessante...
|Sai nulla sui motori GDI che la fiat dovrebbe montare dopo il 2000?
Si tratta di GDI "prima fase", ovvero quelli già in circolazione sulla
gamma Mitsu. Non mi ricordo se l'Aurelia debba usare il 2.4 (di cui
trovi alcuni dati nel thread sui monovolume aperto da ROX) oppure un
2.0 fatto apposta, comunque la tecnologia è quella "base" che trovi
spiegata un bel po' di post sopra in "GDI e GDI-Sigma".
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