Az EA211 TSI evo motorcsaládja legújabb generációját mutatja be a Volkswagen a 37. Bécsi Motorszimpózium alkalmával.
A jövőbeni járműflottákra és károsanyag-kibocsátásra vonatkozó előírások egyaránt további fejlesztéseket tesznek szükségessé az üzemanyag-fogyasztás, illetve a szén-dioxid-kibocsátás és egyéb károsanyag-emisszió területén. E nagyra törő célkitűzések teljesítése érdekében műszaki fejlesztések egész sorát foglalták össze a mérnökök az új EA211 TSI evo motorcsaládban, amelyeket egészen újszerű égésfolyamat során alkalmaztak. Az eredmény már rendkívül korán (1300 percenkénti fordulatszámtól) és igen széles fordulatszám-tartományban rendelkezésre álló maximális forgatónyomaték, valamint a mindennapos közlekedés során is jelentősen, 100 kilométerenként akár egy literrel csökkenő üzemanyag-fogyasztás.
Immár több mint tíz éve szerepelnek a Volkswagen kínálatában a TSI jelzésű közvetlen befecskendezésű, feltöltött Otto-motorok. Ez idő alatt számos innovatív műszaki fejlesztésük látott napvilágot. Az egyszeri és kettős feltöltés, az integrált töltőlevegő-hűtés, a jelentős termodinamikai előnyöket kínáló, hengerfejbe épített kipufogó-gyűjtőcső vagy éppen a négyhengeres konstrukcióban elsőként alkalmazott részleges hengerlekapcsolás eredményeképpen ez az Otto-motor mindinkább az üzemanyag-takarékosság igazi specialistái közé lépett elő.
Legújabb motorgenerációjával a Volkswagen ismét tovább haladt egy lépéssel, az EA211 TSI evo legjelentősebb műszaki újdonságai ugyanis akár tízszázalékos hatásfok-növekedést eredményezhetnek az eddigi, 92 kW (125 LE) teljesítményű, 1,4 literes TSI aggregáthoz képest. Különösen fontos e tekintetben, hogy a fogyasztáscsökkenés a motor üzemi karakterisztikájának széles tartományára érvényes, így az nem csupán próbapadi körülmények között érvényesül, hanem az ügyfelek mindennapos autóhasználata során is jól érzékelhető. Az alkalmazott új, illetve továbbfejlesztett technikák:
– Miller-ciklus igen magas, 12,5:1 sűrítési aránnyal
– Változó turbinageometriájú turbófeltöltő (VTG)
– Közös nyomócsöves (common-rail) befecskendezés akár 350 bar nyomással
– Innovatív hőmenedzsment
– Részleges hengerlekapcsolás (ACT)
– APS-bevonatolt (atmoszférikus plazmaszórás) hengerperselyek
Részletes leírás: A 110 kilowattos (150 LE) változat alumínium forgattyúsházának perselyeit APS (atmoszférikus plazmaszórás) bevonattal látják el. A finomszemcséjű porszórás és az ennek megfelelően optimalizált hónolás kombinációja egyfajta kenőanyag-tárolóként szolgáló, apró mélyedéseket hoz létre a felületen, nagyban csökkentve a dugattyúgyűrűk súrlódását, s ezzel kopását. A megoldás további előnye a szürkeöntvényéhez képest megnövelt hőelvezetés, ezáltal az égésfolyamat során a kopogási hajlammal szembeni fokozott ellenálló képesség, valamint a hatékonyabb korrózióállóság a világpiacon kapható gyenge minőségű üzemanyagok használatakor. Az APS technológia a hideg motor hibrid hajtásrendszerekre jellemző, nagy terhelés alatt gyakori beindítása mellett is különösen kopásállónak bizonyult.
A hengerfejet szintén teljes egészében átdolgozták a tervezők, többek között hatékonyabb hőelvezetésű vízköpenyt alakítottak ki, a szelepvezérlést és az égésteret pedig a Miller-ciklus szerinti égésfolyamat optimális megvalósításának megfelelően alakították ki. A hengerfejbe integrált kipufogó-gyűjtőcső jól bevált megoldását továbbra is megtartották, a szívóoldali vezérműtengely állításáról pedig – az EA211 megoldásától eltérően – központi léptetőszeleppel készült, gyors működésű hidraulikus vezérműtengely-állítás gondoskodik. Az akár 300 fok főtengelyszög/másodperc állítási sebesség szintén a töltetvezérlés dinamikáját segíti.
Az EA211 további műszaki megoldásaként alkalmazott részleges hengerlekapcsolás (ACT) technikáját ugyancsak továbbfejlesztették a tervezők, amely az EA211 TSI evo révén immár jóval nagyobb darabszámban jelenhet meg a sorozatgyártásban. E konstrukció szintén nagyban hozzájárul az új aggregát gazdaságosságához, jelentős, és az ügyfelek által is jól érzékelhető előnnyel szolgálva. A rendszer egészen a középső terhelési tartományokig önműködően zárja a 2-es és a 3-as henger szívó- és kipufogószelepeit, miközben a benzinbefecskendezést is szünetelteti.
Az új fejlesztésű, jellegmezős szabályzású hűtőmodul a motor még gazdaságosabb hőmenedzsmentjét teszi lehetővé. Alkalmazásával többek között a felmelegedési fázis alatt mindvégig álló hűtőfolyadék biztosítható a forgattyúházban és a teljes motorban, az így elérhető gyors felmelegedés pedig nem csupán az utastér fűtéskomfortját javítja, hanem a motor kopását is nagymértékben csökkenti. A jellegmezős szabályozású hűtőmodul további előnye, hogy a motor teljes üzemi tartományában optimális hűtésben részesülhet.
A TSI evo további fejlett megoldása a belső súrlódások csökkentésének széleskörű csomagja, amely egyebek mellett jellegmezős szabályozású, változó szállítású kenőolajszivattyút, a főtengely első főcsapágya számára polimer bevonatolást, illetve 0W-20 besorolású, alacsony viszkozitású kenőolaj használatát foglalja magában.
A Miller-ciklus az új EA211 TSI evo család meghatározó fejlesztése. A termikus hatásfok ebből származó emelkedése négy fő fejlesztési célkitűzés következetes megvalósításának eredménye:
– A geometriai sűrítési arány növelése, a termikus hatásfok emelésére a mindennapos használat üzemi körülményei között
– A sűrítési csúcshőmérséklet csökkentése a szívószelepek korai zárásával, illetve a szívóütem alatt ebből adódó expanziós hűtőhatás révén
– A töltetáramlás optimalizálása a lángfront gyors terjedése érdekében, a magas fajlagos terhelés alatti kopogási hajlam mérséklésének szolgálatában
– A töltési fok növelése hatékonyabb turbófeltöltéssel
A TSI evo világújdonsága az elektromos állítású, változó turbinageometriájú turbófeltöltő (VTG-ATL). A szívószelep Miller-ciklusra jellemző, korai zárása a hagyományos motorokhoz viszonyítva csökkenő töltési fokot eredményez. Az ebből származó szívási fojtáscsökkenés a részleges terhelési tartományokban szintén hozzájárul a TSI evo kínálta fogyasztási előnyökhöz. A koncepcióból adódó kisebb effektív lökettérfogatot az alacsony fordulatszám tartományokban is kellően intenzív forgatónyomaték érdekében megnövelt töltőnyomás egyenlíti ki, ami különösen kis fordulatszámoknál jelent nagy kihívást a feltöltőrendszer számára. A változó turbinageometriájú turbófeltöltés egyfelől a turbina szállítási karakterisztikájának munkapont szerinti optimalizálásával már alacsony fordulatszámoknál is nagy turbinateljesítményre, így magas töltőnyomásra kínál lehetőséget. Másfelől a VTG-turbina erősebb torlóhatása és a turbófeltöltő (ATL) jelentősen mérsékelt tehetetlenségi nyomatéka együttesen igen érzékeny gázadási reakciókat eredményez. A maximális forgatónyomatékig tartó terhelésnövekedés itt mintegy 35 százalékkal gyorsabban megy végbe, mint az 1,4 literes TSI motorban (92 kW/125 LE). A VTG-technika összességében a TSI evo égésfolyamatának alapvető eleme.
A közvetett töltőlevegő-hűtés szintén tartalmaz újdonságot. Az EA211 konstrukciójától eltérően a hűtő a kompresszorkerék kilépőnyílása után, a fojtószelep előtt kapott helyet, kiegészítő hűtést biztosítva utóbbi számára. Az újszerű beépítési pozícióval sikerült továbbra is kompakt beépítési dimenziók mellett növelni a hűtő teljesítményét és méretét. Ezzel a töltőlevegő a környezeti levegő hőmérsékletét akár mindössze 15 fokkal meghaladó értékre hűthető vissza.
A befecskendezésben első ízben jelenik meg a Volkswagen negyedik generációs, közvetlen befecskendezésű rendszere. A berendezés egésze, illetve komponensei továbbfejlesztésével a befecskendezési nyomás már 350 bar-ra emelkedhetett, az ebből adódó kisebb cseppméretek következtében pedig javult a keverékképzés minősége, ami többek között jóval kisebb mértékű részecske-kibocsátásban mutatkozik meg. Az innovatív, mindössze hat milliméter átmérőjűre csökkentett porlasztócsúcsok előnyös beépítési lehetőségeket kínálnak az égéstérbe, kedvezőbb szilárdsági feltételeket biztosítanak és csökkentik az injektor hőmérséklet-terhelését.
