ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΚΙΝΗΤΗΡΩΝ TSI

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΚΙΝΗΤΗΡΩΝ TSI

Πρόκειται για έναν από τους πιο δημοφιλείς κινητήρες παγκοσμίως και έχει δημιουργήσει αρκετό θόρυβο γύρω από το VW group.
Όταν κυκλοφόρησε αρχικά ο συγκεκριμένος κινητήρας τα αρχικά TSI σήμαιναν Twincharged Stratified Injection. Είχε ονομαστεί έτσι προκειμένου να διαχωριστεί.....
από τους ήδη υπάρχοντες υπερπληρωμένους ΤFSI (Turbocharged Fuel Stratified Injection) και υπεδείκνυε τη διπλή υπερπλήρωση που υφίστατο στον συγκεκριμένο κινητήρα καθώς και τον άμεσο ψεκασμό καυσίμου κατευθείαν στο θάλαμο καύσης. Ωστόσο στις μέρες μας ο όμιλος VW ονομάζει όλους τους υπερπληρωμένους κινητήρες ανεξαρτήτως τύπου υπερπλήρωσης TSI. Τα αρχικά SI αναφέρονται στις λέξεις Stratified injection που σημαίνουν στρωματοποιημένη έγχυση και αναφέρονται στους γνωστούς σε όλους FSI φυσικής αναπνοής. Οι συγκεκριμένοι κινητήρες μπορούν να δουλέψουν με πολύ φτωχό μείγμα σε συνθήκες χαμηλού φορτίου δεδομένο που δε συναντάται συνήθως  στους υπερπληρωμένους TSI γιατί δεν υπάρχουν υπερπληρωμένοι κινητήρες που να δουλεύουν με πολύ φτωχό μείγμα, τουλάχιστον με τον τρόπο που γίνεται σε φυσικής αναπνοής κινητήρες διότι πολύ απλά θα έσπαγαν.Στους TSI το SI δε σημαίνει stratified injection όπως αναφέρθηκε παραπάνω, ωστόσο έχει διατηρηθεί για ομογενοποίηση των μοντέλων του ομίλου και για να μη δημιουργείται σύγχυση. Ο TSI  είναι ο μοναδικός κινητήρας ευρείας παραγωγής παγκοσμίως αυτήν τη στιγμή που ενσωματώνει τη λεγόμενη διπλή υπερπλήρωση. Διπλή υπερπλήρωση σημαίνει ότι έχουμε 2 υπερπληρωτές που δρουν από κοινού σε σειριακή σύνδεση και εκτοξεύουν τις τιμές ισχύος και ροπής σε υψηλότατα επίπεδα για κινητήρες 1.4, 1.2 &1.8 λίτρων. Με αυτήν την σχεδίαση έχουμε μέγιστη απόδοση με ελάχιστη κατανάλωση καυσίμου που αποτελούν τα βασικά χαρακτηριστικά των κινητήρων TSI. Με την υπερτροφοδότηση, τον άμεσο ψεκασμό βενζίνης και το σχεδιασμό Downsizing εκπληρώθηκαν οι απαιτήσεις των πελατών και σχεδιάστηκε ένας κινητήρας με υψηλή δυναμική οδήγησης και χαμηλή κατανάλωση καυσίμου. Ο κινητήρας TSI στα Skoda είναι ο πρώτος κινητήρας που λειτουργεί σύμφωνα με τον σχεδιασμό Downsizing. Η βασική ιδέα του σχεδιασμού Downsizing είναι η μείωση του κυβισμού χωρίς να επηρεάζεται όμως η ισχύς του κινητήρα. Με την μείωση του κυβισμού αυξάνεται η αποδοτικότητα του κινητήρα, διότι μειώνονται έτσι οι απώλειες τριβής. Εκτός απο αυτό οι κινητήρες είναι ελαφρύτεροι και συνεπώς διαθέτουν μικρότερη κινούμενη μάζα. Γιαυτό οι κινούμενες μάζες στους κινητήρες που λειτουργούν σύμφωνα με το σχεδιασμό Downsizing είναι μικρότερες κάτι που έχει σαν συνέπεια την χαμηλότερη κατανάλωση καυσίμου και ταυτόχρονα χαμηλότερες εκπομπές καυσαερίων.


Έτσι λοιπόν περισσότερο μέταλλο συνεπάγεται την διατήρηση μεγαλύτερων ποσών θερμότητας και το μαντέμι (ο χυτοσίδηρος) χαρακτηρίζεται από την μεγάλη θερμοχωρητικότητα και την μικρή θερμοαγωγιμότητα του. Μαζί με τις υψηλές πιέσεις που επικρατούν στους θαλάμους καύσης η θερμοκρασία του μοτέρ αυξάνεται σημαντικά και για αυτό το λόγο η αντλία του νερού έχει αντικατασταθεί από μία ισχυρότερη νέα, η οποία μάλιστα διαθέτει ενσωματωμένο μαγνητικό συμπλέκτη που ρυθμίζει την λειτουργία του κομπρέσορα. Η μεγαλύτερη πρόκληση για τους μηχανικούς ήταν η παράλληλη λειτουργία του turbo (στροβιλοσυμπιεστή καυσαερίων) και του κομπρέσορα (μηχανικού υπερσυμπιεστή τύπου Roots).Οι μηχανικοί γνωρίζοντας το από καταβολής μειονέκτημα των στροβιλοσυμπιεστών εξάτμισης στις χαμηλές στροφές όπου η κινητική ενέργεια των καυσαερίων είναι χαμηλή το γνωστό σε όλους μας turbo lag καθώς και τη χαμηλή χωρητικότητα του κινητήρα έκαναν το εξής "απλό". Τοποθέτησαν έναν μηχανικό υπερσυμπιεστή που παίρνει κίνηση από τον στροφαλοφόρο άξονα και δεν εξαρτάται από τα καυσαέρια της εξαγωγής με τέτοιο τρόπο ώστε να λειτουργεί από το ρελαντί μέχρι τις 3500 στροφές όπου εκεί απεμπλέκεται μέσω ηλεκτρομαγνητικού συμπλέκτη και αναλαμβάνει πλέον την πρωτοβουλία αποκλειστικά ο υπερπληρωτής εξάτμισης μέχρι το όριο της περιστροφής του κινητήρα.



Στην πράξη ο μηχανικός υπερσυμπιεστής λειτουργεί με μέγιστη πίεση υπερπλήρωσης 0.8 bar και ήδη από τις 2500 στροφές δουλεύει ταυτόχρονα με τον υπερσυμπιεστή εξάτμισης διατηρώντας την πρωτοκαθεδρία ως τις 3500 στροφές όπου και απεμπλέκεται πλήρως για να αναλάβει το turbo με μέγιστη πίεση υπερπλήρωσης το 1.1 bar και να εκτοξεύσει την ιπποδύναμη στους 170 ίππους και τη ροπή στα 240nm αποδιδόμενα ήδη από τις 1750 στροφές και διατηρώντας τα σταθερά στο διάγραμμα ως τις 4500 στροφές.O συγκεκριμένος τύπος κομπρέσορα αποτελείται από δύο λοβούς που περιστρέφονται με πολλαπλάσια και αντίθετη φορά για να συμπιέζουν τον αέρα στους θαλάμους. Με αυτό τον τρόπο επιτυγχάνεται αύξηση της ισχύος του κινητήρα στις χαμηλές στροφές λειτουργίας του, σχεδόν από το ρελαντί. Έχουμε να κάνουμε με ένα ζεύγος γραναζιών που υπάρχει στους άξονες των λοβών. Η συγκεκριμένη συναρμογή παίζει τον ρόλο ενός μειωτήρα στροφών και αναλαμβάνει να ρυθμίζει την λειτουργία, άρα και την πίεση, του κομπρέσορα ανάλογα με τις συνθήκες λειτουργίας του μοτέρ. Να σημειωθεί πως ο κομπρέσορας δεν παίρνει κίνηση απευθείας από τον στροφαλοφόρο αλλά είναι γεφυρωμένος με ιμάντα με τον μαγνητικό συμπλέκτη που ενσωματώνεται με την αντλία νερού.
Ανάλογα με την κλίση του, ένα κλαπέτο κανονίζει πως ο φρέσκος αέρας θα περάσει τόσο από το turbo όσο και από τον κομπρέσορα. Αυτό ισχύει όταν υπάρχει ταυτόχρονη λειτουργία των δύο συστημάτων τα οποία βρίσκονται συνδεδεμένα σε σειρά. Στην περίπτωση που τον πρώτο λόγο έχει ο κομπρέσορας, τότε το κλαπέτο φράζει την δίοδο του αέρα προς το turbo. Στην συνέχεια το κλαπέτο γυρίζει και αφήνει τον αέρα να περάσει, όπως σε ένα συμβατικό σύστημα turbo, μίας και ο στροβιλοσυμπιεστής καυσαερίων αναλαμβάνει από τις μεσαίες στροφές και έπειτα. H ταχύτερη εμπλοκή του turbo επιτρέπει στον κομπρέσορα να ανακουφιστεί νωρίτερα, περιορίζοντας τις απώλειες ισχύος.

Με αυτόν τον τρόπο,  ο κινητήρας ανεβάζει στροφές χωρίς ο κομπρέσορας να του πέρνει ισχύ. Ο κομπρέσορας λειτουργεί και σαν ένα μέσο υποβοήθησης για να υπερνικήσει την αδράνεια ο στροβιλοσυμπιεστής ο οποίος αρχίζει να παίρνει φόρα μετά τις 2.400σ.α.λ. Κάπου στις 3.500σ.α.λ. και ενώ η τουρμπίνα έχει πάρει για τα καλά τα πάνω της ο κομπρέσορας δεν χρειάζεται πλέον και τίθεται προσωρινά εκτός μάχης. Η μέγιστη πίεση του Twincharger φτάνει τα 2,5bar στις 1.500σ.α.λ. με το turbo και τον κομπρέσορα να λειτουργούν παράλληλα με την ίδια περίπου σχέση πίεσης (περίπου 1,53bar). Χωρίς την βοήθεια του κομπρέσορα ένας κανονικός turbo κινητήρας αγγίζει μόλις τα 1,3bar.

Αυτή είναι η σχεδιαστική φιλοσοφία του κινητήρα TSI γιατί στην πραγματικότητα και στην πράξη υπάρχουν  πολλές διαφορές ανάμεσα στους 1.4, 1,8 & 1.2.λίτρων. η σχεδιαστική βάση αυτών των κινητήρων ήταν ο 1.4 TSI και μετά εξελίχθηκαν και οι υπόλοιποι. Διαφορές θα δούμε στον σχεδιασμό του κορμού, στους εξωτερικούς αυλούς των χιτωνίων, στο σύστημα εισαγωγής και χρόνου εισαγωγής του αέρα και στο σύστημα ψύξης του αέρα. Ακόμα και σε οχήματα του group που μοιράζονται τον ίδιο κινητήρα θα συναντήσουμε διαφορές μέχρι και στην χαρτογράφιση του εγκεφάλου. (πηγή mechluke.blogspot.gr,caroto.gr,wikipedia,skoda)