Двигатели TSI: мощность и экономичность

Попытки усовершенствовать двигатель внутреннего сгорания не прекращались ни на минуту, независимо от мировых войн и глобальных экономических кризисов. Продолжаются они и сейчас, хотя число скептиков, утверждающих, что ничего революционного в этой сфере создать уже нельзя, постоянно растёт.

С одной стороны, они действительно правы, но только частично – эволюционное совершенствование идёт полным ходом. Яркий пример тому – появление новой линейки силовых агрегатов под аббревиатурой TSI, отличающиеся повышенной мощностью при пониженном расходе топлива, а ведь обе этих характеристики считаются антагонистическими.

Их история начинается относительно недавно, с 2004 года, когда сравнительно маломощный двухлитровый атмосферный двигатель, известный под аббревиатурой FSI, специалисты Audi снабдили турбокомпрессором. В результате появился мотор TFSI (сокращение от Turbocharged FuelStratified Injection, в переводе на русский язык – «турбонаддув с послойным впрыском горючего»). Через два года автоконцерн Volkswagen разработал свою версию турбированного 2-литрового атмосферника, назвав его просто TSI, без буквы F. В настоящее время силовые агрегаты с такой маркировкой выпускаются концерном VAG для большого семейства моделей, представляющих бренды Volkswagen, Audi, Skoda и др. Впрочем, по сути оба типа двигателей практически неотличимы

Что собой представляют двигатели TSI

Ни в России, ни в Европе рядовой обыватель вряд ли сможет объяснить, что это такое – двигатель TSI, даже на концептуальном уровне. Между тем многие европейские автомобили немецкого, испанского и чешского производства поставляются именно с такими моторами.

Интересный факт: согласно опросам, значительная часть автовладельцев путает термин TSI с TDI, считая первые одной из разновидностей дизельных моторов. На самом деле TSI – чисто бензиновый двигатель, бензиновых аналогов которому не существует в природе. На сегодня самым известным представителем этого семейства можно назвать 1.4-литровый агрегат, который, несмотря на малый объём, отличается хорошей динамикой при отличной экономичности. Не случайно у него имеется множество престижных наград именно в этих номинациях.

Рассмотрим особенности конструкции этих двигателей.

Первое поколение таких инжекторных силовых установок, работающих на бензине, оснащалось двумя турбинами, работу которых поддерживал механический компрессор в паре с системой послойного впрыска бензина. В дальнейшем по мере усовершенствования конструкции было принято решение оставить только одну турбину, что не изменило обозначения агрегата, однако расшифровываться аббревиатура стала немножко иначе – слово Twincharger было заменено на Turbo, что и отразило отказ от двойной турбины. Так что сегодня аббревиатура двигателя TSI расшифровывается немного по-другому.

Разумеется, любой турбированный мотор конструкционно намного сложнее атмосферного. В данном случае конструкторам удалось добиться повышения мощности двигателя при одновременном улучшении экономичности, сделав автомобили, оснащённые моторами небольшого объема, очень динамичными. Правда, стоимость таких силовых агрегатов тоже намного выше, чем у классических атмосферных аналогов, но это, как говорится. Издержки технического прогресса.

Стоит отметить, что моторы первых поколений не отличались высокой надёжностью, но по мере устранения недоработок этот показатель удалось привести к каноническим величинам. В настоящее время линейка силовых агрегатов TSI считается одной из наиболее многочисленных, а наиболее популярной, как мы уже отмечали, оказалась 1.4-литровая версия, у которой тоже имеется немало модификаций.

Именно ему удалось разбить в пух и прах предубеждение, что моторы такого объёма сегодня мало востребованы в силу недостаточной мощности, не позволяющей увеличивать функционал автомобиля.

Действительно, мощность мотора 1.4 TSI удалось увеличить до 122 лошадиных сил, но и это не предел – при «правильной» перепрошивке и на модифицированных двигателях этот показатель составляет уже 140 лошадей, а последнее поколение способно развивать при том же объёме целых 170 л. с.

Согласитесь, просто фантастическая мощность для столь скудного объёма! Как же инженеры концерна VAG добились столь впечатляющих результатов? Дело в том, что изначально именно 1.4-литровый двигатель был взят за основу для разработки всех остальных линеек моторов, включая литровые и объемом 3.0 литра. По этой причине именно на нём немецкие специалисты тестировали все новинки, включая новую турбину, изготовленную по особой спецификации. В результате удалось добиться прироста мощности в 20 лошадиных сил, а по мере совершенствования конструкции и программного обеспечения этот показатель смогли повысить ещё больше.

Выйти на уровень 170 л. с. удалось благодаря внедрению ещё одной инновации – установке двух турбонагнетателей в составе отдельного нагнетателя и отдельного турбокомпрессора. Разумеется, пришлось существенно подправить и прошивку, под управлением которой и функционирует силовой агрегат.

Что означает двигатель TSI с точки зрения возможности его тюнинга? Сами конструкторы не исключают, что благодаря совершенствованию прошивки можно добиться ещё большего прироста мощности, но за счёт уменьшения ресурса мотора.

Обобщая вышесказанное, отметим, что все моторы данной линейки сконструированы и функционируют по одинаковому принципу. И только самый младший представитель семейства, литровый агрегат, немного выделается на общем фоне, поскольку он изначально проектировался исключительно с турбонаддувом – атмосферных аналогов у него не существует. В настоящее время этот мотор устанавливается на городские малолитражки – например, на модель UP от Volkswagen, а также на гибридные модификации.

Конструктивные особенности двигателя

Моторы семейства TSI являются показательным примером эволюционного пути развития ДВС. Если не считать турбонагнетателя, в остальном это классический бензиновый агрегат, которому присущ и БЦ, и поршневая группа, и остальные узлы. Особенностью его конструкции стало включение пары нагнетателей, что вынудило конструкторов внести изменения и в систему охлаждения, и в блок, отвечающий за впрыск бензина. Поскольку в результате таких изменений общий вес силового агрегата увеличился, его решили облегчить, заменив чугунный БЦ на алюминиевый.

Рассмотрим основные компоненты, характерные для двигателей TSI.

Турбонагнетатель в паре с механическим компрессором разнесены по разные стороны БЦ. При этом источником энергии для компрессора являются выхлопные газы, которые приводят в движение колесо турбины, и только затем через специально сконструированные приводы формируется давление, нагнетающее воздух в камеры сгорания.

Отметим, что турбированные двигатели старого типа считаются эффективнее атмосферных аналогов, но у силовых агрегатов семейства TSI этот показатель ещё выше. Здесь надо оговориться, что работа классического мотора с турбонаддувом оказывается малоэффективной на низких оборотах вращения коленвала, включая холостой ход. Этот недостаток известен как синдром «турбо ямы», когда мотор способен работать в режиме номинальной мощности только при достижении порядка 3000 оборотов/минуту. По этой причине во время разогрева силового агрегата водителю приходится постоянно нажимать на педаль акселератора, чтобы двигатель не работал в обеднённом режиме.

Моторы TSI в этом плане заметно совершеннее. Достигается это включением в конструкцию механического нагнетателя, который нормально работает на пониженных оборотах, в отличие от классической турбины, «заводящейся» на 2500-3000 оборотах.

Присутствие пары нагнетателей существенно улучшает работу двигателя, так как позволяет нагнетать воздух в цилиндры на всех режимах. Именно механический компрессор ответственен за стабильную работу силового агрегата на низких оборотах, поэтому здесь пресловутый синдром при исправной работе всех компонентов мотора не проявляется.

Синергия пары турбина-компрессор действительно впечатляет, и это именно то новшество, которые и позволило конструкторам основательно поработать над увеличением мощности агрегата при невысоком расходе горючего.

Существенному усовершенствованию подверглась и система охлаждения. В частности, в неё был интегрирован жидкостный охладитель, функции которого – понижать до рабочей температуру внутри компрессора и нагнетателя. У классических надувных моторов охлаждение турбины осуществляется исключительно за счёт естественного притока набегающего воздуха.

Еще одно усовершенствование – добавление специальных патрубков, маршрут следования которых проходит через интеркулер. Такая компоновка воздуховодов позволила нагнетать воздух в цилиндры под более высоким давлением. В результате послойного более равномерного заполнения камеры сгорания воздушно-топливной смесью и позволило оказать значимое влияние на динамику силового агрегата. Разумеется, в сторону увеличения.

В частности, при достижении порядка 1000-1500 оборотов/минуту крутящий момент достигает значений в районе 200-210 Н/метр.

Сильно изменилась и система впрыска. Можно сказать, что двигатели TSI в этом плане являются уникальными, поскольку бензин подается в КС, минуя топливную рампу. Послойная подача воздуха гарантирует максимально равномерное формирование ТВС, что отражается на эффективности её сгорания. В результате всех этих инноваций удалось повысить мощность силового агрегата при одновременной оптимизации расхода бензина – благодаря применению этой схемы удаётся экономить примерно пол-литра горючего на каждые 100 км.

Замена чугуна на алюминий при изготовлении блока цилиндров позволила значительно снизить массу мотора. Если быть точным, то БЦ стал весить на 14 кг. меньше, что для современного силового агрегата – прекрасный показатель. Впрочем, и сама конструкция блока в сочетании с головкой цилиндров подверглась модификации. Изменения коснулись и распредвалов, и крышки головки.

Резюмируя вышесказанное, можно утверждать, что немецким инженерам удалось добиться существенного увеличения производительности силового агрегата, невзирая на его объём. Таким образом, моторы объёмом иене 1.5 л, которые уже начали записывать в категорию малоперспективных, обрели вторую жизнь.

Так, обычный атмосферник от того же автоконцерна объёмом 1.2 л развивает мощность 90 лошадей, а его аналог с парой турбина-компрессор способен выдавать порядка 105 лошадиных сил.

Существенная модернизация линейки двигателей произошла в 2013 году, когда были усовершенствованы компоненты, ранее считавшиеся недостаточно надёжными. Так, ранее на моторах объемом 1.2/1.4 л. «слабым звеном» была цепь ГРМ, которую приходилось менять каждые 50-75 тысяч километров (в противном случае она просто разрывалась из-за воздействия повышенных нагрузок). Конструкторы решили заменить цепь классическим ремнём газораспределения, ресурс которого оказался минимум вдвое больше. Не стоит забывать, что ремень гораздо легче обслуживать и производить его замену, чем цепь.

Но у более производительных агрегатов объёмом 1.8/2.0 литра цепь решили оставить, сделав её крепче и усилив сам узел газораспределения.

Достоинства и недостатки двигателя TSI

Если обсуждать плюсы и минусы двигателей TSI конспективно, то можно выделить следующие достоинства:

• повышенная производительность;
• экологичность;
• отсутствие «турбоям» независимо от режима работы мотора;
• хорошая экономичность.

Рассмотрим все эти факторы более пристально. Силовой агрегат линейки TSI сочетает в себе преимущества турбонаддува и послойного формирования ТВС. Именно эти конструктивные особенности позволили увеличить мощностные характеристики за счет улучшения моментных параметров.

Другими словами, мощность двигателя с меньшим объёмом становится сопоставимой с показателями атмосферных моторов с намного большим объёмом камеры сгорания. Так, 1.2-литровый силовой агрегат TSI, оснащённый одной турбиной, способен выдавать 105 лошадиных сил. У атмосферников на такую мощность способен 1.6-литровый двигатель. Но и это не всё: немецким инженерам удалось добиться, чтобы максимум крутящего момента попадал и в низкочастотный диапазон, что значительно улучшило разгонную динамику.

Ещё одной характерной чертой моторов TSI считается оптимальный показатель соотношения экономичности к мощности, а ведь именно эти параметры являются основными антагонистами на пути усовершенствования ДВС: увеличение мощности, как правило, приводит и к росту расхода горючего, и наоборот.

Добавление к турбине механического компрессора позволило обрести двигателю небывалую эластичность, нехарактерную для классических турбированных силовых агрегатов.

По уровню выбросов углекислоты моторы TSI занимают лидирующие позицию, обеспечивая примерно вдове меньшую концентрацию СО2, чем в атмосферных аналогах.

Непосредственный впрыск решил проблему смесеобразования, сделав ТВС максимальной эффективной, улучшилась и подача смеси в цилиндры. Моторы последнего поколения обладают приличным ресурсом, что говорит о том, что инженерам из VAG удалось решить проблему надёжности двигателей TSI.

Наконец, не стоит сбрасывать со счетов и такие положительные моменты, как меньшую стоимость растаможивания ТС, оснащённых силовыми агрегатами этой линейки, а также обширные возможности для силового тюнинга – форсирование таких моторов осуществляется достаточно просто., часто – заменой прошивки на более совершенную.

Если условия эксплуатации таких агрегатов приемлемые, если использовать заправочные жидкости только хорошего качества и тщательно соблюдать все регламентные сроки по их замене, то ресурс двигателей может составить около 300 тысяч километров и более.

Узлом, требующим к себе повышенного внимания со стороны автовладельца, считается только турбина. Рекомендуется охлаждать её после каждой поездки, а также прогревать этот элемент мотора перед выездом из гаража. Механический компрессор вполне надёжен и не требует особого ухода.

Есть у моторов TSI и недостатки – они чувствительны к качеству расходных материалов, а ухаживать за ними намного сложней, чем за атмосферными собратьями.

В чём это выражается? Использование низкосортного бензина и масла уменьшает ресурс двигателя TSI в несколько раз. Если регулярно заливать в бак топливо, октановое число которого не соответствует заявленному, а уровень загрязнения превышает допустимые нормы, срок службы не превысит 100-130 тысяч километров, что для современного силового агрегата явно мало. К тому же ремонт такого двигателя слишком затратен. На моторах предыдущих поколений срок службы турбины редко когда превышает 100000 км.

Ещё одной головной болью агрегатов, выпущенных до 2013 года, считается привод ГРМ, оснащённый цепью. Из-за повышенных нагрузок она слишком быстро растягивается, в результате имеет место износ звеньев и проскальзывание цепи через зубья звездочек. Такая неисправность грозит выходом из строя поршней и клапанов, что заставляет владельцев достаточно часто осматривать этот узел на предмет наличия указанных недостатков. Слабым оказался и регулятор напряжения, поломка которого чревата аналогичными тяжёлыми последствиями.

Если оставлять машину на достаточно крутых горках с большим градиентом только на передаче, не используя стояночный тормоз, существует вероятность сдвига машины, при котором произойдёт проскальзывание цепи.

Автомобили, сошедшие с конвейера после 2013 года, лишены этих недостатков (имеются в виду версии 1.2/1.4-литровых двигателей серии EA211). У них цепь, как уже говорилось ранее, заменена на ремень.

Наконец, важным недостатком силовых агрегатов TSI следует считать повышенный расход ММ. Согласно заводским характеристикам, в зависимости от модели этот параметр составляет 0.5-1.0 л/100 км. Из-за увеличенного расхода масла страдают свечи, которые приходится часто менять.

Двигатели TSI в России

Автомобили, оснащаемые моторами этой серии, выпускаются достаточно давно. Разумеется, немалое их количество осело и в нашей стране, и за эти годы их владельцы исколесили немалое количество километров, чтобы составить собственное мнение об уровне надёжности и удобству обслуживания этих двигателей.

Если проанализировать их высказывания на специализированных форумах, вырисовывается следующая картина:

• силовые агрегаты TSI очень хорошо проявили себя в городских условиях, когда без возможности интенсивного разгона вы будете постоянно ощущать немалый дискомфорт;
• впрочем, и движение по загородным трассам оказалось вполне приемлемым, особенно во время преодоления затяжных подъёмов и при форсированном обгоне;
• а вот поездки на относительно небольшие дистанции для таких моторов нежелательны, особенно зимой, поскольку турбированные двигатели требуют длительного прогрева, так что при частых остановках приходится тратить немало времени впустую;
• большинство автовладельцев утверждает, что для северных регионов страны автомобили с такими силовыми агрегатами приобретать нежелательно по вышеописанной причине;
• столь же единодушно они отзываются о необходимости использовать только качественные расходники – масло, фильтра, топливо. Замену ММ желательно производить в наших условиях каждые 5000-7000 километров;
• при появлении посторонних шумов в районе двигателя следует как можно быстрее обратиться в автосервис – несвоевременное выявление неисправностей грозит существенными финансовыми тратами. Наиболее негативный исход – необходимость полной замены мотора;
• если вы планируете приобрести б/у автомобиль с двигателем TSI – не поленитесь изучить сервисную историю машины, обращая пристальное внимание на регулярность замены масла. Если оно менялось с увеличенным интервалом (более 40000 км.), то от такой покупки лучше отказаться.

В целом впечатления от этой линейки моторов можно охарактеризовать как положительные, но при условии бережной эксплуатации и своевременном проведении ТО. Впрочем, эти рекомендации применимы к абсолютно всем автомобилям.