Tsi вып двигатель что это такое

Что такое двигатель TSI

Дата публикации: 21 января 2019 .
Категория: Автотехника.

Многие современные модели автомобилей от всемирно известного концерна Volkswagen (а также Skoda, SEAT и Audi) укомплектованы бензиновым двигателем TSI. Разработка подобного мотора была начата еще в конце 90-х годов. Тогда же появились и его первые образцы. Начало же массового производства двигателя с аббревиатурой TSI приходится на 2005/2006 годы. В нашей статье мы постараемся простым языком рассказать о конструктивных особенностях этого силового агрегата.

Классификации (модификации)

Классификация по способу нагнетания воздуха в камеры сгорания двигателей TSI:

• с одинарным турбонаддувом — воздух нагнетается только одной турбиной.
• с двойным турбонаддувом — воздух нагнетается компрессором механического типа и турбонагнетателем.

Двигатели TSI с одной турбиной имеют максимальную мощность 140 л.с., то есть, все моторы линейки VAG TSI до 140 л.с. идут с одним нагнетателем. А моторы мощностью от 150 л.с. имеют в своем устройстве механический компрессор и турбонагнетатель.

Классификация ДВС серии TSI по мощности и объему:

• 105 л.с., объем двигателя 1,2 литра.
• 122 л.с., объем двигателя 1,4 литров.
• 140 л.с., объем двигателя 1,8 литров.
• 180 л.с., объем двигателя 2,0 литра.
• 200 л.с., объем двигателя 3,0 литров.

Отдельные модификации бывают форсированными и дефорсированными, в связи с чем мощность может отличаться.Двигатель TSI (тсай/тси) — устройство, в котором конструкторам удалось создать оптимальное взаимодействие непосредственного впрыска и турбонагнетателя. Такие моторы стали конкурентами надежным японским двигателям, хоть и одноразовым некоторым из них.

TSI соответствует современным экологическим нормам и выдает хорошие эксплуатационные характеристики.

TSI с малыми объемами двигателя обеспечивают высокую мощность, такую как у атмосферных бензиновых моторов, но с большим объемом.

Аналоги турбированных и атмосферных двигателей

Двигателю TSI мощностью 1,2 литра с 105 «лошадками» соответствует по характеристикам двигатель без турбины объемом 1,6 литров.

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

Принципиально отдельные узлы и системы двигателей не отличаются от аналогов, но некоторые конструктивные решения достаточно оригинальны.

Система турбонаддува

Основной особенностью стало применение на части двигателей двойного наддува, но не с большой и малой турбинами, как это иногда делается, а добавкой механического нагнетателя.

Выделяется несколько режимов работы системы:

• отсутствие наддува при минимальной нагрузке, компрессоры отключены, воздух идёт через обходной клапан;
• подключение только механического компрессора, не обладающего инерцией и хорошо справляющегося при средних нагрузках;
• совместная работа роторного нагнетателя с турбиной при переходе к значительным нагрузкам, что устраняет даже малейшие признаки турбоямы;
• отключение компрессора и работа турбины на полной мощности при максимальных нагрузках.

Такая гибкость позволяет сохранять максимальную эффективность и минимум аэродинамических потерь в тракте во всём диапазоне оборотов и крутящего момента, выравнивая его полку на внешней скоростной характеристике двигателя.

В последнее время появились достаточно эффективные турбины с изменяемой геометрией и малой инерционностью, что позволило отказаться от достаточно дорогого и массивного механического компрессора.

Система охлаждения

Высокое давление наддува требует охлаждения поступающего в цилиндры воздуха. При его нагреве уменьшается стойкость двигателя к детонации и ухудшается экономичность из-за меньшей плотности горячего газа на впуске. Поэтому в двигателях используется интеркулер – дополнительный радиатор с жидкостным теплообменником.

Подобное решение почти повсеместно применяется в дизельных двигателях, не менее уместно оно и в высокоэффективных бензиновых ДВС.

Система впрыска

Бензин распыляется прямо в цилиндры через многоточечные форсунки, что обеспечиваем хорошую гомогенизацию смеси. Чем выше давление впрыска, тем этот процесс эффективней, поэтому используются инжекторы и топливный насос очень высокого давления, до 150 атмосфер.

Направление факела всех отверстий в форсунках ориентировано на днище поршня, что позволяет осуществлять послойное смесеобразование за счёт отражения потока и направления его к свече зажигания. Изменение момента впрыска реализует все прочие выше перечисленные режимы.

Блок цилиндров

Существуют разные версии блоков, в том числе и более прочные чугунные, но в последнее время используются алюминиевые блоки с запрессованными чугунными гильзами.

Такие решения применяются и во многих других моторах, не всегда удачно. Дело в том, что уменьшение толщины стенок гильз для улучшения теплоотдачи ведёт к короблению и задирам.

Не во всех двигателях семейства эту проблему удалось полностью решить, особенно при использовании коротких поршней с минимальными потерями на трение, но это беда почти всех современных двигателей.

Плюсы и минусы

Благодаря своей конструкции двигатель TSI имеет немало преимуществ. Среди них:

• высокая производительность двигателя при небольшом объеме;
• хорошая тяга уже на низких оборотах;
• экономичность (расход 7,2 л);
• компактность и небольшой вес (вес снижен на 14 кг);
• возможности тюнинга и форсирования;
• экологичность (меньше объем выбросов углекислого газа).

Но при всех достоинствах есть и свои недостатки. Особенно это касается двигателей EA 111 и EA888 Gen 2:

• большой расход масла (замена масла после 7,5-10 тыс. километров пробега);
• растягивание цепи ГРМ и обрыв;
• высокое требование к качеству масла и к качеству топлива;
• медленный прогрев двигателя.

Двойной турбонаддув и послойный впрыск

Пожалуй, наиболее яркой и наиболее важной особенностью описываемых моторов, а это моторы бензиновые и только они, является наличие двойной системы турбонаддува. Здесь имеется и обычная турбина, которая вращается при помощи потока отработанных газов, а так же механический компрессор, приводимый в движение механическим же приводом. Благодаря такому тандему, воздух равномерно и в достаточной мере поступает в камеру сгорания не зависимо от оборотов двигателя.

Для обычных турбомоторов характерным является такой эффект, как турбо яма. Она возникает на низких оборотах двигателя, когда поток выхлопных газов не может достаточно быстро вращать турбину и соответственно турбокомпрессор не закачивает в цилиндры нужное количество воздуха. С этим борются при помощи турбин с изменяемой геометрией лопасти, или как в двигателях Twincharged Stratified Injection при помощи механического компрессора. И такой компрессор показывает себя очень даже неплохо.

Еще одной изюминкой TSI двигателей является система послойного впрыска топлива. Она позволяет более качественно готовить топливную смесь, и достигать более полного ее сгорания. Ну а это, как вы понимаете, повышает эффективность двигателя, его экономичность и экологические показатели. Так например, если мощность обычного турбомотора объемом 1,2 литра будет составлять 90 лошадиных сил, то такой же по объему TSI двигатель выдаст уже более сотни лошадок.

Читайте также: Что такое GDI двигатель и как он устроен.

Устройство

Сильно в строение углубляться я не стану, однако постараюсь затронуть важные элементы и отличия. Для начало посмотрите на основные блоки, вот небольшая схема.

Агрегат переработан значительно, особенно стоит отметить — два нагнетателя, новую систему охлаждения, впрыск топлива, облегченный блок двигателя. Теперь по порядку.

1) Механический компрессор и турбонагнетатель, основные отличия

Устройство таково, что они расположены по разные стороны блока. Обыкновенный компрессор использует энергию выхлопных газов (расположен с одной стороны). Отработанные газы сами раскручивают турбинное колесо, затем через специальные приводы создается нагнетание в цилиндры двигателя — сжатого воздуха (о простом турбированном варианте писал здесь). Принцип работы старого типа мотора, более эффективное, чем у просто бензинового двигателя, но не такой эффективный как у TSI. Простой турбированный агрегат мало эффективен на холостых и низких оборотах, проявляется эффект так называемой «турбо ямы» (когда полная мощность проявляется только от 3000 оборотов и выше), то есть всегда нужно газовать.

Что не скажешь про TSI. Все отличие состоит в том — что он содержит еще механический компрессор (с другой стороны), который работает на низких оборотах. Таким образом всегда происходит нагнетание сжатого воздуха (через специальные устройства). Благодаря этому механическому компрессору — мощность не падает, даже с низов прекрасная тяга, эффект «турбо ямы» побежден!

Прекрасный симбиоз работы: механический нагнетатель на «низах» обычный классический ТУРБО «наверху», провалов мощности нет!

2) Система охлаждения

Здесь также имеются усовершенствования. Появляется понятие «охлаждение жидкостью» (обычные турбо варианты охлаждаются только воздухом). Система охлаждения имеет патрубки которые проходят через интеркулер. Благодаря чему основной воздух нагнетается в цилиндры, показатель давления выше. Результат равномерное заполнение камеры сгорания топливной смесью и увеличение динамики. Уже при 1000 — 1500 об/мин получаем заявленный крутящий момент в 210 Нм. Вот небольшая схема системы охлаждения, видно расположения патрубков.

3) Впрыск топлива

Очень интересная система. Во-первых топливо подается сразу в цилиндры двигателя (обходя топливную рейку), во-вторых смешивание с воздухом происходит «послойно» за счет чего достигается сгорание с высокой эффективностью. Два этих фактора позволяют немного увеличить мощность и снизить расход топлива. Вот схема основных элементов топливной системы.

4) Облегченный блок

Нужно отметить, что инженеры бились над снижение веса блока агрегата. И знаете удалось убрать порядка 14 килограмм — значительный показатель. Использовали новую конструкцию размещение самого блока и головки, новые распредвалы и пластиковая крышка.

TSI зарекомендовали себя как очень производительные моторы — при относительно малом объеме можно достигнуть очень высоких показателей в «лошадиных силах». Так обычный турбированный тип от volkswagen, при объеме 1,2 литра имеет мощность примерно 90 л.с, TSI — может выдать при этом же объеме около 102 л.с.

К чему можно придраться?

Преимущества TSI-двигателя несколько омрачаются некоторыми недостатками. Во-первых, он требует исключительно качественных расходников, и в первую очередь бензина, который, как известно недешев. Рекомендуется не пренебрегать и положенными регулярными тех. обслуживаниями.

Во-вторых, зимние проблемы: на холостых движок разогреться не в состоянии. Добирать рабочую температуру приходится уже на ходу, в движении. Людям, использующим машину преимущественно по маршруту «дом — работа», придется привыкнуть к некоторой прохладе в салоне при хороших минусах за бортом: печка просто будет гонять холодный воздух от движка. При этом проблем с заводом автомобиля наблюдаться не будет, движение можно начинать чуть ли, не сразу после включения зажигания.

Однако никаких других неприятностей и трудностей, пожалуй, агрегат не доставит. Можно сказать, мощность и надежность – вот что такое TSI двигатель от компании Volkswagen.