TSI (Twincharged Stratified Injection) – aktualizace

TSI je zkratka označující přeplňované benzínové motory s technologií přímého vstřiku paliva. Tato motorová řada je používána prakticky u všech značek koncernu Volkswagen. Motory TSI jsou konstruovány podle zásad downsizingu, jinými slovy se vyznačují vysokým výkonem získaným z malého objemu.

Motory TSI existují v různých objemových variantách, počínaje objemem 1 litr pro městská vozítka až po 5 litrů pro AUDI RS6. Různé motory však disponují odlišnou technikou a i napříč koncernovými značkami není označení stejných motorů jednotné. Např. automobilka Audi označuje tyto motory zkratkou TFSI. Aby byla identifikace motoru ještě složitější, jsou motory TSI vyráběny již v druhé generaci (EA111 a EA211) a navíc i během jedné generace došlo k mnoha podstatným konstrukčním změnám. Zkrátka podle označení na zadní části karoserie motorista těžko pozná s čím má tu čest.

TSI (Twincharged Stratified Injection)

První motor s označení TSI byl již v roce 2005 motor 1.4 TSI. Tento zážehový agregát s přímým vstřikem paliva označovaným jako FSI byl zajímavý především dvojitým přeplňováním. Motor byl totiž vybaven do série zapojeným turbodmychadlem a Rootsovým kompresorem. Díky tomuto dvojitému přeplňování dosahoval motor výkonů srovnatelných s motory 2,3 litru. Přičemž spotřeba byla nižší zhruba o 20%.

 

Video:

Motor 1.4 TSI s dvojitým přeplňováním má přes svůj relativně malý objem vysoký výkon a proto se s ním setkáte především u sportovních vozů jako: Škoda Fabia RS, Seat Ibiza Cupra, Golf GT, VW EOS. V roce 2006 tento motor zvítězil v anketě mezinárodní motor roku, a i v dalších letech získal prakticky každý rok některý z motorů TSI cenu ve své kategorii.

TSI (Turbocharged Stratified Injection)

---

První generace motorů TSI (EA111)
Zatímco Volkswagen původně pod označením TSI prodával pouze výše popsaný dvakrát přeplňovaný motor, od roku 2008 se v nabídce objevily motory se stejným písmenným označením (TSI), ale s jinou konstrukcí.

Tato generace motorů již neměla dvojité přeplňování, ale pouze jedno turbodmychadlo. Toto malé turbodmychadlo s elektricky řízeným obtokem rychle reagovalo na pokyny řidiče, a motor táhnul již od nižších otáček. Díky přímému vstřikování paliva FSI, které ochlazovalo spalovací prostor, mohl mít motor vyšší kompresi (účinnost). Motor získával dostatečné měrné množství vzduchu díky chladiči stlačeného vzduchu. I olejové hospodářství bylo modernizováno a dostalo čerpadlo s proměnlivým výkonem. Konstruktéři se ve vývoji rozvodových mechanismů vrátili zpět k použití rozvodových řetězů, tyto řetězy však byly později předmětem kritiky, viz níže. Navzdory kritice všechna jmenovaná technická vylepšení pomohla snížit spotřebu motoru a emise výfukových plynů.

Motory TSI EA111 měly problémy s rozvodovými řetězy
Automobilka Volkswagen u první generace motorů TSI využívala rozvodových řetězů, které měly být zárukou bezúdržbovosti a dlouhé životnosti nových motorů. Alespoň tak tomu bývalo dříve ještě před érou rozvodových řemenů, které je nutné v určitých cyklech měnit. Řetězový převod v motorech TSI nebyl bohužel zcela dobře navržen a v průběhu výroby se množily potíže z životností. Potíže by způsobené vytahaným rozvodovým řetězem a často končily i přeskočením řetězu a následnou kolizí pístu s ventilem. Zaručeně odhalených příčin těchto potíží byla celá řada, od lajdáckého dodavatele řetězů až po příliš vysokou teplotu oleje. Ať je pravda kdekoliv, jednořadé rozvodové řetězy byly jednoduše poddimenzovány.

Postupem času se objevilo komplexní servisní řešení obsahující kromě jiného řetězu i odlišné řetězové kolo a upravený napínák. Škoda Auto tak s nástupem nového Rapidu (2012) tento problém definitivně vyřešila.

---

Druhá generace motorů TSI (EA211 a EA888)
S nástupem nové koncernové podvozkové platformy označované jako MQB přišla i nová generace motorů TSI. Prvním vozem s novou technikou bylo Audi A3 v roce 2012.

Motory TSI byly nově skloněny o 12° vzad a všechny dostaly výfuk ze zadní strany. I přes stejné obchodní označení se jednalo o zcela novou generaci motorů označovanou podle uložení v karoserii jako EA211. Jejich konstrukce byla od základu přepracována a s předchozí generací EA111 měly nové motory shodnou prakticky pouze rozteč válců. Nové agregáty EA211 byly navrženy modulárně, takže umožňovaly velkou variabilitu jednotlivých verzí.

Základ tvořila opět technika přímého vstřiku paliva FSI. Všechny motory dostaly hliníkový blok, monolitické víko hlavy válců s integrovanými vačkovými hřídelemi a rozvodem 2xOHC. Turbodmychadlo nově tvořilo jeden montážní modul s katalyzátorem. Hlava válců měla integrované sběrné potrubí. Z druhé strany sací potrubí zase tvořilo jeden celek s integrovaným chladičem stlačeného vzduchu. Palivo bylo dodáváno systémem common-rail se vstřikovacími tlaky až 200 barů (pozn. tlak v pneumatice je cca 200 kPa = 2 bary) prostřednictvím pětiotvorových trysek a až třemi vstřiky během jednoho spalovacího cyklu.

U motorů 1.2 a 1.4 TSI byly použity bezúdržbové rozvodové řemeny se skelnými vlákny, které by neměly trpět nedostatky předchozí generace. Životnost nových rozvodových řemenů by měla být shodná s plánovanou životností vozu. Výkonnější motor 1.8 TSI dostal pro jistotu rozvodový řetěz. Klikové hřídele i pístní skupina byly odlehčeny a průběh spalování byl optimalizován. Všechny motory dostaly 4 ventily na válec a proměnné časování. Turbodmychadlo dostalo elektricky ovládaný obtokový ventil, který přispívá k rychlejší reakci motoru na povely řidiče a kratší přechodové stavy. Chlazení motoru bylo řešeno pomocí dvou okruhů, zvlášť pro blok a zvlášť pro hlavu motoru. Takové řešení společně s integrovaným sběrným výfukovým potrubím v hlavě válců přispívalo rychlejšímu ohřevu motoru a minimalizovalo negativa studených startů. Výsledkem je nižší spotřeba a emise výfukových plynů. Nové motory měly rovněž redukovanou celkovou hmotnost.

Technickým vrcholem nabídky se stal motor 1.8 TSI / 132 kW / EA888, který kombinoval přímé (FSI) a nepřímé (MPI) vstřikování, proto měl motor dva vstřikovače na válec. Dále motor disponoval variabilním časováním sacích i výfukových ventilů. Výfukové ventily měly navíc i variabilní zdvih. Motor dostal inovovaný tepelný management řízený podle zatížení a otáček motoru. Ke kultivovanosti chodu motoru přispívaly i dva vyvažovací hřídele.

Motor 1.0 TSI
V roce 2015 představil německý koncern VW na motorářském symposiu ve Vídni nový tříválcový benzínový motor TSI, který nahradí dosavadní čtyřválcový motor 1.2 TSI. Nový motor řady EA211 bude pro začátek nabízen ve dvou výkonových variantách 63kW (86 koní)/160Nm a 85kW (115 koní)/200Nm. Tento motor bude mít z nové řady motorů TSI nejmenší zdvihový objem. Motor přináší řadu inovací, jako např.:

• přímé vstřikování paliva se systémem common-rail s tlakem 250 barů
• sací potrubí s integrovaným mezichladičem
• výfukové svody jsou integrovány v hlavě válců a jsou tedy zároveň chlazené chladicí kapalinou motoru, což umožnuje efektivní ochlazování výfukových svodů, turbodmychadla a katalyzátoru a to bez zbytečného obohacování směsi, tento dříve používaný způsob totiž zvyšoval spotřebu paliva
• nové turbodmychadlo vydrží teploty až 1050 °C (u starších provedení to bylo 970°C)
• motor využívá proměnné časování sacích i výfukových ventilů, ale nevyužívá tzv. Millerův cyklus (zkrácení komprese pozdějším uzavřením sacích ventilů)
• výfukové ventily jsou plněny sodíkem, sodík se při vyšších teplotách stává tekutým a „šejkovým“ efektem odvádí teplo z rozžhavené spodní části ventilu
• hliníkový blok váží 78 kg a má zalité ocelové vložky válců, vložky lépe drží a díky hrubému povrchu lépe odvádějí teplo
• plně řiditelné olejové čerpadlo. Oproti motorům 1.8 TSI, které měly dvoustupňovou regulace, je regulace u motoru 1.0 TSI plynulá.
• motor nemá vyvažovací hřídel, aby nezvyšoval hmotnost a tření v motoru. Vyvažování zajišťuje záměrný nevývažek na dvouhmotovém setrvačníku a řemenice s tlumičem torsních kmitů. Nevývažky obou dílů jsou vůči sobě přesazené a tím vznikají kmity působící proti principiální nevyváženosti tříválce.
• motor se v emisní variantě Euro 6c obejde bez filtru pevných částic, viz rámeček dole

 

Motor 1.5 TSI
V roce 2016 představil německý koncern VW na motorářském symposiu ve Vídni nový čtyřválcový benzínový motor TSI, který nahradí dosavadní motor 1.4 TSI. Nový motor řady EA211 bude pro začátek nabízen ve dvou výkonových variantách: 96kW (130 koní)/200Nm a 110kW (150 koní)/250Nm. Motor přináší řadu inovací, jako např.:

• kompresní poměr 12,5:1
• Millerův cyklus, do kterého motor přechází při jízdě s lehkým plynem
• proměnné časování ventilů, uzpůsobené pro Millerův cyklus
• turbodmychadlo s proměnnou geometrií lopatek VTG. Tato technika nebývá u benzínových motorů obvyklá, jelikož spaliny jsou o 100° C teplejší než u nafty, jemný mechanismus lopatek tedy potřebuje odolnější a dražší materiály. Technologie VTG rozšiřuje pásmo vysokého točivého momentu, motor 1.5 TSI dosahuje již při 1300 ot./min momentu 200Nm
• přímé vstřikování paliva se systémem common-rail s tlakem 350 barů (zvýšení tlaku o 40%) způsobuje jemnější rozprášení paliva, což přináší účinnější spalování a nižší emise
• vypínání válců poloviny válců ACT
• snížení vnitřního tření v motoru pomocí polymerních povlaků na ložiskách, chemicky nanášených površích válců, které nahrazují ocelové vložky. Toto řešení snižuje hmotnost a lépe odvádí teplo.
• použití „řídkého“ oleje 0W-20

Motory TSI s filtrem pevných částic Od roku 2017 budou zážehové motory TSI a TFSI postupně vybavovány filtry pevných částic. Tímto opatřením klesnou emise pevných částic o 90%. První vozy s touto technologií budou Tiguan 1.4 TSI a Audi A5 TFSI.

 Víte, že:

Slabina technologie agregátů s přímým vstřikem paliva (ne pouze TSI):
V sacích kanálech a na samotných lopatkách turbodmychadla se usazuje karbon z recirkulovaných výfukových plynů, které přepouští EGR ventil zpět do sání, aby zlepšil emise výfukových plynů. Tím se ale dostává karbon do sání, usazuje se zde a pomalu jej ucpává. Časem tak klesá množství nasátého vzduchu a tím i výkon. Jelikož u přímého vstřikování motor nasává pouze čistý vzduch, a ne směs vzduchu s benzínem, tento usazený karbon není čím omývat. Částečně se dá těchto úsad zbavit při vysoké zátěži motoru, kdy se horkem stávají tekutými a jsou pozvolna vtahovány do válců. Druhý způsob je použití benzínů s čistícími aditivy, která se s výfukovými plyny dostanou skrz EGR zpět do sání a sníží tam smáčivost povrchu, takže úsady hůře ulpívají.

 

Foto/zdroj: www.volkswagen.cz, en.wikipedia.com, www.cargroup.org, www.audi-mediaservices.com, www.crewevw.co.uk
Klíčová slova: Škoda, TSI, přímý vstřik benzínu, dvojité přeplňování, FSI, TFSI, motor, motory, označení motoru