Volkswagen Tiguan I рестайлинг кроссовер 1.4 TSI 150hp 4Motion AT 2011 г.

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.

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.

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.

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.

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.

Особенности конструкции

Производитель заостряет внимание на следующих особенностях мотора:

• Система двойного наддува с турбонагнетателем и механическим компрессором, который работает на низких оборотах (до 2400 об/мин), увеличивая крутящий момент. При частоте вращения двигателя чуть выше холостого хода нагнетатель с ременным приводом обеспечивает давления наддува в 1,2 бар. Максимальная эффективность турбокомпрессора достигается на средних оборотах. Применяется на модификациях двигателя с мощностью более 138 л.с.;
• Блок цилиндров выполнен из серого чугуна, коленчатый вал – кованый стальной конической формы, а впускной коллектор – из пластмассы и охлаждает воздух наддува. Расстояние между цилиндрами – 82 мм;
• Головка цилиндра из литого алюминиевого сплава;
• Пальцы двигателя с автоматической компенсацией зазора в гидроклапане;
• Термоанемометрический датчик массового расхода воздуха;
• Корпус дроссельной заслонки легкосплавный, с электронным управлением Bosch E-Gas;
• Газораспределительный механизм – DOHC;
• Гомогенный состав топливно-воздушной смеси. Во время запуска двигателя на впрыске создается высокое давление, образование смеси происходит слоями, а также прогревается катализатор;
• Цепь газораспределительного механизма необслуживаемая;
• Фазы распредвала регулируются бесступенчатым механизмом, плавно;
• Система охлаждения – двухконтурная, также регулирует температуру воздуха наддува. В версиях мощностью 122 л.с. и меньше – интеркулер жидкостного охлаждения;
• Топливная система снабжена насосом высокого давления с возможностью ограничения до 150 бар и регулировкой объема подачи бензина;
• Масляный насос с приводом, роликами и предохраняющим клапаном (Duo-Centric);
• ЭСУД — Bosch Motronic MED.

С выходом семейства двигателей E211 на заводе Skoda стали производить измененную версию двигателя 1.4 TFSI Green tec мощностью 103 квТ (140 л.с.), максимальный крутящий момент 250 Нм при 1500 об/мин. Модель для США имеет маркировку CZTA и развивает мощность 150 л.с, на чилийском рынке маркируется как CHPA — модификация мощностью 140 л.с. или CZDA (150 л.с.).

Отличия в новой легкой конструкции из алюминия, встроенный в ГБЦ выпускной коллектор и зубчатый ременной привод для верхнего распределительного вала. Отверстие цилиндра уменьшено на 2 мм и составило 74,5 мм, а ход увеличен до 80 мм. Изменения способствовали увеличению крутящего момента и добавлению мощности. Выпускная система из чугуна, включает один каталитический нейтрализатор, два нагретых кислородных лямбда-датчика, контролирующих выхлопные газы до и после катализатора

Линейка двигателей TSI

Линейка двигателей TSI включает несколько силовых агрегатов, различающихся по конструкции, объему и мощности.

• 1.2-литровый мотор мощностью 90 или 105 л.с. оснащается только турбокомпрессором;
• Турбированный двигатель 1.4 л. 122 или 140 л.с также выпускается без механического нагнетателя.

К силовым агрегатам с двойным нагнетанием относятся:

• 3-цилиндровый, объемом 1 л и мощностью 115 л.с;
• 1.4-литровые, развивающие 150, 160 и 170 л.с;
• 152-, 160- и 180-сильные объемом 1.8 л.;
• 2л, 170, 200, 210 и 220 л.с;
• 3-литровая V-образная «шестерка» мощностью 333 (379) л.с.