Volkswagen na sympoziu o motorech

Prvním zástupcem této budoucí generace zážehových motorů je motor TSI 1,5 litru, který bude uveden na trh koncem roku 2016, zpočátku s výkony 96 kW a 110 kW. Jedním z mnoha výjimečných prvků nového agregátu je poprvé u velkosériově vyráběného zážehového motoru použité výfukové turbodmychadlo s proměnnou geometrií rozváděcích lopatek (VTG). Budoucí legislativní limity pro flotilovou spotřebu paliva a emise vyžadují další pokroky v oblastech spotřeby paliva i emisí CO₂ a dalších látek. Pro dosažení těchto ambiciózních cílů disponují nové motory EA211 TSI evo mnoha technickými inovacemi ve spojení s novým spalovacím procesem. Výsledkem je výrazné snížení spotřeby paliva v praktickém provozu zákazníků až o jeden litr na sto kilometrů a zároveň dynamická charakteristika s maximálním točivým momentem dostupným v širokém rozsahu již od extrémně nízkých otáček (od 1 300 1/min).

Volkswagen nabízí zážehové motory s přeplňováním a přímým vstřikováním paliva již více než deset let pod zkratkou TSI. Během této doby byly do sériové výroby zavedeny četné inovace. Zážehový motor získával stále více na hospodárnosti díky jednoduchému a dvojitému přeplňování, integrovanému chlazení stlačovaného vzduchu, integrovanému sběrnému výfukovému potrubí s výhodami v oblasti termodynamiky a systému deaktivace válců, který byl poprvé použit u čtyřválce. Volkswagen jde s nejnovější generací motorů ještě o krok dál. Důležité technické moduly nové řady jednotek EA211 TSI evo zvyšují účinnost až o 10 procent v porovnání s dosavadním čtyřválcem 1.4 TSI (92 kW). Důležitá je přitom skutečnost, že spotřeba paliva byla snížena v širokém rozsahu provozních podmínek a nikoli jen v podmínkách normovaného testovacího cyklu. Pro zákazníky to znamená značné zvýšení hospodárnosti v jejich každodenním praktickém provozu. V nových motorech nalézají uplatnění následující nová, resp. přepracovaná technická řešení: 

- Millerův cyklus s vysokým kompresním poměrem 12,5:1

- výfukové turbodmychadlo s proměnnou geometrií rozváděcích lopatek (VTG)

- vstřikovací soustava common rail s tlakem až 350 barů

- inovativní řízení chladicí soustavy

- systém deaktivace válců ACT

- povrchová úprava stěn válců APS (vzdušné plazmatické naprašování)

Vložky válců v hliníkovém bloku motoru mají u varianty s výkonem 110 kW povrchovou úpravu stěn APS (vzdušné plasmatické naprašování). Nanesením vrstvy jemnozrnných částic, v kombinaci s optimalizovaným honováním, vzniknou na povrchu malé mazací dutiny, které zajišťují klouzání pístních kroužků s minimálním třením a opotřebením. Dalšími výhodami tohoto řešení jsou zvýšený odvod tepla v porovnání s šedou litinou, v důsledku toho zvýšená odolnost vůči detonačnímu spalování a vyšší odolnost vůči korozi při použití paliv nižší kvality na světových trzích. Také při spouštění studeného motoru, které je při vyšším zatížení typické pro hybridní systémy, nabízí technologie APS mimořádnou odolnost vůči opotřebení.

Hlava válců byla zásadně přepracována. Mimo jiné byl optimalizován vodní plášť pro lepší odvádění tepla a pro optimální realizaci Millerova cyklu byly přizpůsobeny úhly sklonu ventilů i tvary spalovacích prostorů. Zachován byl osvědčený koncept sběrného výfukového potrubí integrovaného do hlavy válců. Vačkový hřídel sání je na rozdíl od motorů EA211 nastavován hydraulickým systémem s centrálním ovládacím ventilem. Vysoká rychlost změny nastavení až 300° úhlu otočení klikového hřídele za sekundu zvyšuje dynamiku řízení plnění válců.

Systém deaktivace válců ACT, další konstrukční modul řady EA211, byl vylepšen a s motory TSI evo bude sériově vyráběn ve velkých počtech. Také tento systém přispívá k hospodárnosti agregátu a představuje důležitou funkci, jejíž přínosy budou zákazníci oceňovat v běžném každodenním provozu. Až do oblasti středního zatížení uzavírá systém sací a výfukové ventily válců 2 a 3, přičemž zároveň deaktivuje vstřikování.

Nový elektronicky řízený chladicí modul umožňuje efektivní řízení chladicí soustavy motoru. Chladicí modul může mimo jiné ponechat v zahřívací fázi chladicí kapalinu bez oběhu v celém motoru, resp. v bloku válců. S tím související rychlé zahřátí motoru na provozní teplotu zvyšuje tepelný komfort v interiéru a navíc snižuje tření v zahřátém motoru. Další výhoda elektronicky řízeného chladicího modulu spočívá v tom, že motor může být optimálně chlazen podle potřeby v celém rozsahu provozních podmínek.

Další rozsáhlá opatření v konstrukci motorů TSI evo snižují tření. Patří mezi ně mimo jiné elektronicky řízené, zcela variabilní olejové čerpadlo, polymerová povrchová úprava prvního hlavního ložiska klikového hřídele a přechod na motorový olej s nízkou viskozitou třídy 0W-20.

Zásadní inovací nové jednotky EA211 TSI evo je Millerův cyklus. Z toho plynoucí zvýšení termodynamické účinnosti bylo důsledně realizováno čtyřmi hlavními vývojovými cíli: 

- zvýšení geometrického kompresního poměru a nárůst účinnosti v podmínkách reálného silničního provozu

- snížení teploty na konci komprese časným uzavřením sacích ventilů a s tím spojené expanzní ochlazování v sacím traktu

- optimalizace pohybu směsi pro rychlé šíření plamene snižující sklon k detonačnímu spalování při vysokém specifickém zatížení

- zvýšení hustoty nasávaného vzduchu efektivním přeplňováním výfukovým turbodmychadlem.

Světovou novinkou v konstrukci motoru TSI evo je použití výfukového turbodmychadla s elektricky nastavitelnou geometrií rozváděcích lopatek (VTG-ATL). Časným uzavřením sacích ventilů v Millerově cyklu se snižuje stupeň plnění v porovnání s motorem se standardním časováním ventilů. Z toho plynoucí větší otevření škrticí klapky při částečném zatížení přispívá ke snížení spotřeby jednotky TSI evo. Vysoký plnicí tlak eliminuje důsledky koncepcí podmíněného nižšího efektivního zdvihového objemu a zajišťuje vysoký točivý moment v nízkých otáčkách. Systém přeplňování je tak vystaven velmi vysokým požadavkům zejména při nízkých otáčkách motoru. Výfukové turbodmychadlo s proměnnou geometrií rozváděcích lopatek nabízí optimalizací průtokové charakteristiky turbíny v závislosti na provozních podmínkách možnost poskytovat velmi vysoký výkon turbíny, a tím i vysoký plnicí tlak, již od nízkých otáček motoru. Zesílený efekt akumulace tlaku výfukových plynů roztáčejících turbínu VTG v kombinaci s nižším momentem setrvačnosti ATL přispívá kromě toho k velmi spontánním reakcím. Při přechodu na maximální zatížení je nejvyšší točivý moment k dispozici o 35 procent dřív než u motoru 1.4 TSI (92 kW). Technologie VTG je integrovanou součástí řízení spalovacího procesu motoru TSI evo.

Také u nepřímého chlazení stlačovaného vzduchu bylo realizováno nové technické řešení. Na rozdíl od motoru EA211 je chladič umístěn za výstupem z kompresoru v tlakovém potrubí před škrticí klapkou, která je díky tomu také chlazena. Díky novému umístění se podařilo zvětšit rozměry a výkonnost chladiče při zachování velmi kompaktního uspořádání. Chladič je schopen snížit teplotu stlačovaného vzduchu až na úroveň, která je jen o 15 kelvinů vyšší než teplota venkovního vzduchu.

Nový motor poprvé používá čtvrtou generaci systému přímého vstřikování Volkswagen. Díky optimalizaci celkového systému a jeho komponentů se podařilo zvýšit vstřikovací tlak na 350 barů. S tím související jemnější rozprášení paliva s menšími kapkami zlepšuje tvorbu směsi, což vede mimo jiné k výraznému snížení emisí pevných částic. Inovace v podobě zmenšení průměru špičky vstřikovače na 6 mm umožňuje výhodnou integraci do spalovacího prostoru, zvyšuje pevnost a snižuje teploty v místě upevnění vstřikovačů.