1 просмотров

Что такое двигатель TSI: особенности работы, характеристики и ресурс

Что такое двигатель TSI: особенности работы, характеристики и ресурс

Появление новых моторных технологий, таких как прямой или непосредственный впрыск топлива в цилиндры в сочетании с турбонаддувом, вынуждает компании активно их применять, несмотря на возникающие проблемы. Такие двигатели сложнее, менее надёжны, нуждаются в более качественном топливе и масле. Но конкуренция заставляет любыми способами повышать экономичность, снижать массу и габариты, обеспечивать рост показателей экологичности. Всё это привело немецкий концерн VAG к появлению довольно спорной линейки моторов TSI.

Что такое двигатель TSI

Требование экологических стандартов в Европе способствовало разработке двигателя TSI, который при небольшом объеме показывает высокую производительность и низкий расход топлива. Работа основывается на использовании двойного наддува и прямого впрыска топлива. Механический компрессор работает в паре с турбиной. Такие двигатели устанавливаются на марки Skoda, Audi, Volkswagen, Seat и некоторые другие.

Двигатель TSI

Разработки двигателя TSI велись еще в начале 2000-х, но в массовое производство двигатель пошел в 2005 году. Это была первая линейка TSI, которая была существенно обновлена в 2013 году, но об этом чуть ниже.

Статья в тему:  Toyota 1jz ge vvt i технические характеристики. JZ Двигатель: Технические характеристики

Многие спорят над правильной расшифровкой аббревиатуры TSI. Стоит сказать, что изначально было название Twincharged Stratified Injection (Двойной наддув послойный впрыск). После стали выходить модели с одной турбиной и аббревиатуру стали переводить как Turbo Stratified Injection (Турбированный послойный впрыск). В автомобилях Audi этот силовой агрегат имеет маркировку TFSI.

Особенности конструкции и работы двигателя TSI

Основная особенность большинства силовых агрегатов линейки – двойная система нагнетания воздуха. В ней устанавливаются стандартный турбокомпрессор, приводимый в движение за счет потока отработанных газов и механический нагнетатель, с ременным приводом от коленвала.

Конструкция и работа мотора с двойным наддувом

Комбинация устройств нагнетания воздуха предназначена для получения номинального момента в практически в полном диапазоне скоростей вращения.

Механический нагнетатель представляет систему из двух роторов, размещенных в одном корпусе. Направления вращения роторов противоположны (система типа Roots). Первый обеспечивает принудительное всасывание воздуха из трубопровода, второй – его сжатие и нагнетание во впускной коллектор. Параллельно нагнетателю установлена заслонка, обеспечивающая регулирование давления в контуре.

Система, кроме непосредственно компрессоров (турбины и механического) включает

  • набор датчиков измеряющих давление в трубопроводе всасываемого воздуха, впускном коллекторе, давление наддува;
  • управляющих исполнительных механизмов.

К последним относятся:

  • Магнитная муфта для включения и выключения механического нагнетателя. Сигнал управления подается от БУ. При его наличии напряжение поступает на катушку, подвижный сердечник перемещает фрикционный диск, передающий вращающее усилие от шкива на ротор компрессора. Нагнетатель остается в работе до тех пор, пока не будет снят сигнал управления.
  • Серводвигатель, служащий для управления регулирующей заслонкой. Если заслонка закрыта, весь поток воздуха проходит через нагнетатель. При повороте заслонки часть сжатого воздуха с выхода компрессора поступает на вход, что приводит к снижению давления наддува. Если компрессор отключен, заслонка переводится в полностью отрытое положение.
  • Клапан ограничения давления предназначен для управления перепускным клапаном, регулирующим давление наддува от турбины. Срабатывает он в случае, когда поток выхлопных газов раскручивает турбокомпрессор, и в контуре создается избыточное давление наддува. В этом случае сигнал от клапана ограничения поступает на вакуумный привод перепускного клапана, последний открывается, направляя часть потока отработанных газов мимо турбины.
  • Клапан рециркуляции работает при закрытой дроссельной заслонке (принудительный холостой ход). Его задача – предотвратить нагнетание воздуха в пространстве между выходом турбокомпрессора и заслонкой.
Статья в тему:  Все о шинах. Пневматические шины: виды, конструкция, применение Покрышки пневматических шин с металлическим кордом отработанные

Принцип работы системы

Система двойного нагнетания воздуха работает в нескольких режимах (в зависимости от числа оборотов двигателя):

  1. Безнаддувный – холостой ход, скорость до 1000 об/мин. В этом режиме на магнитную муфту не подается управляющий сигнал, механический нагнетатель не включается, установленная параллельно ему регулирующая заслонка открыта полностью. Поток отрабюотанных газов не может раскрутить турбину до скоростей, обеспечивающих нагнетание.
  2. Механический наддув. Режим характерен для частоты вращения вала вала в диапазоне от 1000 до 2400 об/мин. В этом режиме подается сигнал на магнитную муфту, включающую механически нагнетатель. Сервопривод закрывает регулирующую заслонку. Растет число оборотов турбины, обеспечивая незначительное дополнительное сжатие воздуха. Давление нагнетания составляет порядка 0.17 МПа.
  3. Двойной наддув от механического и турбокомпрессора (скорость вала 2400-3500 об/мин). Основное давление нагнетания создается турбиной, получающей достаточную энергию от потока выхлопных газов. Механический нагнетатель вступает в работу при резком увеличении нагрузки, например, при значительных ускорениях и обеспечивает дополнительное сжатие. Давление нагнетания составляет до 0.25 МПа.
  4. Турбонаддув (3500 об/мин и выше). Энергии отработанных газов достаточно, чтобы турбина создавала необходимое давление наддува. Механический нагнетатель не работает (заслонка полностью открыта). Давление составляет около 0.18 МПа.

За счет такой комбинации устраняется характерный для турбированных моторов т.н. «эффект турбоямы», когда на низких оборотах энергии выхлопных газов недостаточно, чтобы турбокомпрессор обеспечивал необходимое давление нагнетания.

Статья в тему:  Обзор лады калины 2 хэтчбек. Лада Веста: Фото, Видео, Обзоры

Силовые агрегаты TSI без механического нагнетателя

Для двигателя TSI Volkswagen без механического нагнетателя используется практически традиционная схема с одним трубокомпрессором. При этом конструкция турбины оптимизирована для получения высокого крутящего момента в широком диапазоне скоростей вала (практически от 1.5 тыс. до 4 тыс. об/мин). Достигается это за счет благодаря значительному низкому моменту инерции вращающихся деталей – за счет применения материалов, снижающих вес рабочего колеса и уменьшения его наружного диаметра без потери эффективности производительности.

Принцип работы двигателя сохранил классический вариант регулирования давления нагнетания с перепускным клапаном. Основной особенностью системы стало применение отдельного контура жидкостного охлаждения нагнетаемого воздуха (в системах с двойным наддувом используется воздушное охлаждение). При этом охладитель (радиатор из алюминиевых пластин с трубками для подачи охлаждающей жидкости) размещен непосредственно во входном коллекторе.

Система впрыска

Для двигателя TSI Shkoda, Volkswagen, Seat и TFSI Audi реализована система непосредственного впрыска топлива (в обозначениях производителя Stratified Injection – послойный впрыск). Фактически, она является аналогом системы GDI (Gasoline Direct Injection – непосредственный впрыск бензина), впервые примененной на авто японского производителя Mitsubishi.

Основным достоинством считающейся наиболее прогрессивной системы для бензиновых моторов является значительное сокращение расхода топлива (может достигать 15%) при снижении в выхлопе концентрации опасных веществ.

Устройство системы

В состав системы входят 2 контура:

  1. Низкого давления (давление 0.05-0.5 МПа) – топливный бак с установленным топливным насосом, фильтр и датчик низкого давления.
  2. Высокого давления.
Статья в тему:  Как зарегистрировать автомобиль в другом регионе РФ – куда обращаться и сколько это стоит? Как приобрести автомобиль в другом регионе: подробное руководство Переоформление автомобиля в другом регионе.

В контур высокого давления входят:

  • Топливный насос высокого давления (ТНВД). Устройство обеспечивает подачу топлива под давлением от 3 до 11 МПа на топливную раму и далее в форсунки. Насос плунжерного типа, приводится от распредвала ГРМ, работающего на впускные клапаны.
  • Регулятор давления предназначен для дозировки подачи.
  • Датчик высокого давления передает информацию в БУ, который формирует сигнала на управление ТНВД и регулятором.

Работа системы

Хотя в названии системы используется только термин «послойный впрыск», она обеспечивает, в зависимости от режима работы силового агрегата, несколько видов образования топливо-воздушной смеси:

  • Послойное, характерно для работы двигателя в бОльшей части диапазона – на средних и малых скоростях. При этом дроссельная заслонка открыта практически полностью, впускные — закрыты. Нагнетаемый в камеры сгорания воздух, за счет высокой скорости, образует вихрь. Впрыск топлива производится на конечном отрезке такта сжатия. При этом в области искрового промежутка свечи образуется ограниченный объем обогащенной смеси (коэффициент избытка воздуха – 1.5-3). Вокруг очага воспламенения остается объем несмешанного с топливом воздуха, обеспечивающий теплоизоляцию.
  • Стехиометрическое гомогенное (легковоспламеняемое однородное) для значительных нагрузок и скоростей вала. Заслонки — открыты, как дроссельная (в соответствии с нажатием педали газа), так и впускные. Топливо подается на такте впуска. В результате образуется однородная топливо-воздушная смесь с коэффициентом запаса воздуха 1. Сгорание происходит во всем объеме камеры
  • Обедненное гомогенное для промежуточных режимов работы. Образование смеси происходит при полном открывании дроссельной при закрытых впускных заслонках на такте впуска. Коэффициент избытка воздуха 1.5, в смесь может добавляться часть (до 25%) отработанных газов.
Статья в тему:  Норма давления шины кама лада гранта. Подходящие размеры колес и рекомендуемое давление в шинах лады гранта

В результате работы в нескольких режимах смесеобразования достигается необходимое для каждого режима работы двигателя качество смеси и ее сгорание, что повышает КПД двигателя, обеспечивает экономию топлива и снижение содержания вредных веществ в отработанных газах, дает некоторый прирост мощности.

Недостатки

Самое слабое звено у TSI — это турбины. Рекомендуется охлаждать турбину после длительных поездок, то есть на холостом ходу дать поработать минут 10 (как перегретые моторы нельзя глушить, дают поработать на холостому ходу, здесь то же самое, только с турбиной). И, рекомендуется перед каждой поездкой дать поработать, чтобы турбина нагрелась.

Если двигатель с двойным турбонагнетателем, то есть есть еще компрессор, то компрессор надежный в работе и не требует особых манипуляций при эксплуатации.

Плохого качества бензин (имеет повышенную концентрацию серы и других веществ) и моторного масла могут резко уменьшить ресурс мотора, даже ресурс может уменьшиться в 3 раза. То есть, ресурс двигателя при такой эксплуатации составит до 150 000 км пробега до кап ремонта. Этому подвержены форсированные двигатели с большим объемом масла.

Вне зависимости от модификации TSI турбина может сломаться уже через 100 000 км пробега. В остальном мотор надежный. Но, если придется ремонтировать весь двигатель, ремонт получится очень дорогим, поэтому переплачивать за топливо и масло, чем уменьшать ресурс агрегата.

Новинка в семействе двигателей TSI

На новые версии автомобилей Golf уже устанавливают один из самых совершенных (по утверждению производителя) двигатель Volkswagen 1,5 TSI ACT BlueMotion.

Статья в тему:  Газ 31105 объем двигателя. Технические характеристики двигателя «Chrysler

Этот 130-сильный мотор имеет определенные конструктивные особенности:

  • Процесс сгорания топлива осуществляется по оптимизированному циклу Миллера, предусматривающему более раннее закрытие впускных клапанов. Это позволяет увеличить компрессию до 12,5 (без риска возникновения калильного воспламенения топливно-воздушной смеси). Такое техническое решение приводит к дополнительному снижению расхода топлива и уровня вредных выбросов.
  • Силовой агрегат оснащен системой активного управления цилиндрами (об этом свидетельствует аббревиатура ACT в названии мотора). Она работает при оборотах двигателя в диапазоне 1400÷4000 об/мин и скорости движения до 130 км/час. Когда для комфортной езды (например, при движении по трассе без резких ускорений) не нужна полная мощность мотора, бортовой компьютер автоматически отключает два цилиндра. Причем процесс перехода в «усеченный» режим происходит незаметно для водителя, и только на цифровом дисплее приборной панели появляется соответствующая надпись.

На заметку! В сочетании с 7-ми ступенчатой АКПП (с двойным сцеплением) предусмотрен так называемый микрогибридный режим, когда в определенных условиях (например, при спуске по склону) двигатель полностью выключается. А это дополнительная экономия 0,4 литра бензина на каждые 100 км пробега.

  • Система наддува также претерпела изменения. В ней используется турбина с изменяемой геометрией (VTG). Она позволяет увеличить эффективность работы нагнетателя и обеспечить оптимальное наполнение цилиндров воздухом даже при самых высоких нагрузках.

Все вышеописанные инновационные технические решения обеспечили автомобилям, оснащенным двигателями Volkswagen 1,5 TSI ACT BlueMotion, «дизельную» экономию топлива (4,8 л на 100 км в смешанном режиме эксплуатации) при значительно более низкой цене силового агрегата.

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector