Autokaleidoskop

Přeplňování spalovacích motorů je obecně efektivní cesta k vyšším výkonům, nižší spotřebě a čistším emisím. Nevýhodou přeplňování turbodmychadlem u menších motorů je malý točivý moment a nízký výkon v nižších otáčkách, kdy malé množství výfukových plynů nedokáže pořádně roztočit turbínu dmychadla. Proto VW připravilo systém twincharger, kdy v nízkých otáčkách pomáhá motoru mechanický kompresor Roots, který se automaticky připojuje a odpojuje. Přiřazeného zvýšení plnicího tlaku bylo dosaženo použitím mechanického kompresoru Roots společně s turbodmychadlem výfukových plynů. Motory 1.4 TSI s výkony 103 kW a 125 kW jsou vlastně dvojčata.

Nejefektivnější cestou jak snížit spotřebu paliva je tzv. downsizing. Zmenšením objemu válců dochází ke snížení třecích ztrát a díky vyšší účinnosti se snižuje i spotřeba. Po několikaletém vývoji se ukázalo, že nejvhodnější variantou přeplňovaných zážehových motorů je kombinace mechanického kompresoru a turbodmychadla. Kompresor totiž odstraňuje slabou akceleraci ve spodním rozsahu otáček. Naopak turbodmychadlo se vyznačuje prudkým nárůstem účinnosti ve vyšších otáčkách. Kombinace obou typů dmychadel v sériovém motoru je světovým unikátem.

Pro technologii vstřikování FSI, použitou už u mnoha vozů VW, se ukázal jako nejvhodnější čtyřválec se čtyřventilovou hlavou a objemem válců 1390 cm³ (vrtání 76,5 mm, zdvih 75,6 mm). Hlavním cílem při vývoji motoru TSI byla konstrukce velmi tuhého bloku válců z šedé litiny, schopného trvale odolávat maximálním spalovacím tlakům až 130 barů. Následně se konstruktéři zaměřili na plnicí agregáty a pohon kompresoru.

U motorů TSI jsou poprvé použity vysokotlaké vstřikovací trysky se šesti otvory. Podobně jako u atmosférického motoru FSI je vstřikovač umístěn na vstupní straně mezi plnicím kanálem a rovinou těsnění hlavy. Množství vstřikovaného paliva, které by mělo zajistit maximální výkon v rozsahu od volnoběhu až do maximálních otáček, vyžaduje dokonalé rozptýlení vstřikované dávky paliva. Proto byl maximální plnicí tlak zvýšen až na 150 barů a díky technologii FSI vykazuje kompresní poměr hodnoty 10:1, což je na přeplňovaný motor hodně vysoké.

Ke zvýšení točivého momentu při nízkých otáčkách slouží přídavné plnění Rootsovým kompresorem s mechanickým pohonem prostřednictvím řemenu. Specialitou použitého kompresoru je vnitřní převod předřazený synchronizačnímu soukolí, který zajišťuje vysoký výkon kompresoru i při nízkých otáčkách motoru. Kompresor uvádí v činnost elektromagnetická spojka, integrovaná v pohonu chladicího čerpadla.

Teprve při zvýšených otáčkách motoru se zapojuje výfukové turbodmychadlo s obtokovou regulací, zapojené do série s kompresorem. Přepínáním regulační klapky se plnicí vzduch přivádí buď do kompresoru, nebo do turbodmychadla. V režimu s plněním, zajišťovaným výhradně turbodmychadlem, je regulační klapka plně otevřená. Potom je plnicí vzduch veden způsobem známým z běžných turbomotorů přes chladič plnicího vzduchu a regulační škrticí klapku v plnicím potrubí.

Hlavním problémem bylo nastavení optimální synchronizace mezi oběma za sebou zařazenými dmychadly, protože jedině dokonalá spolupráce kompresoru a turbodmychadla dokáže zajistit vyrovnaný průběh točivého momentu.

Maximální plnicí tlak twinchargeru je asi 2,5 baru při 1500 otáčkách. K udržení požadovaného plnicího tlaku je činnost kompresoru vyžadována zhruba do 2400 otáček, při náhlé akceleraci až do 3500/min. Turbodmychadlo je konstruováno tak, aby vykazovalo maximální účinnost při nejvyšších výkonech, ale zajišťuje dostatečné plnění motoru i při středních otáčkách. Po dosažení asi 3500 otáček není už mechanický kompresor vůbec potřebný a požadovaný plnicí tlak zajišťuje pouze turbodmychadlo - a to i dynamicky při přechodu od částečného zatížení k plnému.

Novými benzinovými motory 1.4 TSI, v obou výkonových variantách, jsou již vybaveny vybrané modely Volkswagenů. O dalších variantách se zatím neuvažuje.

Jindřich Lasík, 23.5.2006