Tříválec Volkswagen Group 1.0 TSI – Kariérní postup

Doménou litrových tříválců byla donedávna kategorie malých vozů. S turbodmychadlem a přímým vstřikováním nyní pronikají i do vozů střední třídy. Tento trend urychluje také motor 1.0 TSI koncernu Volkswagen.

První zástupce aktuální generace zážehových motorů EA211 uvedl koncern Volkswagen na trh již v roce 2011. Moderní tříválce a čtyřválce nalézají uplatnění například v typu Up! a v modelových řadách postavených na platformě MQB. Nejnovějším členem této „rodiny motorů“ je tříválcová jednotka 1.0 TSI s přímým vstřikováním benzínu a přeplňováním turbo-dmychadlem. Tento motor je v současnosti nabízen v různých výkonových stupních pro modelové řady Volkswagen Up!, Polo a Golf, SEAT Ibiza, Leon a Ateca, Audi A1, A3 a Q2 a Škoda Octavia. Mezi společné znaky všech motorů konstrukční řady EA211, a tedy i tříválce 1.0 TSI (resp. 1.0 TFSI podle nomenklatury značky Audi), patří stejná montážní poloha motoru, upevnění kompresoru klimatizace a alternátoru bez doplňkového držáku přímo ke spodnímu víku motoru, bloku válců, resp. skříni olejového čerpadla, 4 ventily na válec, pohon vačkových hřídelů ozubeným řemenem, hliníkový blok válců a hliníková hlava válců s integrovaným sběrným výfukovým potrubím. Tříválcový motor 1.0 TSI, jehož modulární konstrukce maximálně využívá stávajících komponentů řady EA211, je koncipován pro vysoký specifický výkon až 85 kW/l a specifický točivý moment až 200 N.m/l.

Důležitým zadáním pro vývojáře byla kromě vysoké kultivovanosti běhu také optimální výkonová charakteristika s rychlým nárůstem točivého momentu již v nízkých otáčkách a pohotovými reakcemi na pohyby pedálu plynu, a to při velmi nízké spotřebě paliva v reálném provozu, k níž přispívá minimalizované tření v celém rozsahu provozních podmínek. Robustní konstrukce motoru 1.0 TSI je přizpůsobena náročným podmínkám všech světových regionů i vyšší úrovni zatížení. Do budoucnosti se počítá také s možností spalovat etanolové palivo (verze Flexfuel) i stlačený zemní plyn (CNG) v segmentu malých vozů. Základem kompaktní a lehké konstrukce je tlakový odlitek bloku válců z hliníkové slitiny se zalitými vložkami válců z šedé litiny, který se vyznačuje vysokou tuhostí. Rozteč válců je 82 mm. Z vrtání 74,5 mm a zdvihu 76,4 mm vyplývá zdvihový objem 999 cm³. Pomocí speciálního honování jsou pracovní plochy válců opatřeny negativně zahloubenými konturami, které minimalizují tření a spotřebu oleje. Vedlejší agregáty jsou připevněny přímo k bloku válců. Klikový mechanismus se vyznačuje minimálními pohyblivými hmotami a třením. Celé ústrojí je jemně vyváženo tak, aby nebyl zapotřebí u tříválců často používaný vyvažovací hřídel. Vibrační vlastnosti motoru jsou navíc optimalizovány pro příslušný typ vozidla specifickými nevyváženostmi tlumiče kmitů a setrvačníku. Ložiska čtyřikrát uloženého kovaného ocelového klikového hřídele se čtyřmi protizávažími mají průměr 45 mm. Hliníkové písty mají mělké prohlubně ve svých dnech.

Jejich konstrukce snižuje hmotnost a umožňuje rovnoměrné rozložení tepla. Pístní čepy s uhlíkovou povrchovou úpravou jsou velmi odolné vůči opotřebení. Hliníková je rovněž hlava válců, která se odlévá do kovové formy. Čtyřikrát uložené vačkové hřídele jsou poháněny bezúdržbovým ozubeným řemenem s minimálním třením a jejich vačky ovládají čtyři ventily na válec prostřednictvím zdvihátek s kladkou. Dříky ventilů mají průměr 5 mm. Obě výkonnější varianty (81 a 85 kW) jsou vybaveny výfukovými ventily plněnými sodíkem a sedly ventilů z odolnějšího materiálu. Výkonovou charakteristiku v nízkých a vysokých otáčkách optimalizuje proměnné časování sacích a výfukových ventilů s hydraulickým natáčením vačkových hřídelů v rozsahu 50° natočení klikového hřídele (sání), resp. 40° natočení klikového hřídele (výfuk). Sběrné výfukové potrubí je integrováno do hlavy válců. Tím je společně s optimalizovanou chladicí soustavou zajištěno rychlé dosažení provozní teploty po spuštění studeného motoru. Výfukové plyny jsou zároveň v normálním provozu intenzivněji ochlazovány, což umožňuje provoz s optimálním poměrem paliva a vzduchu v téměř celém rozsahu provozních otáček. Výsledkem je nižší spotřeba paliva v reálném provozu. Přeplňování s maximálním plnicím tlakem až 160 kPa (v závislosti na výkonové variantě) zajišťuje jednoduché výfukové turbodmychadlo s jedním přívodním kanálem, nízkým momentem setrvačnosti a vysokou účinností. Skříň výfukového turbodmychadla je u verzí s výkonem více než 70 kW (95 k) vyrobena z tepelně odolnější austenitické ocelolitiny, která umožňuje teploty výfukových plynů až 1050 °C.

Hodnotu plnicího tlaku reguluje elektricky ovládaný obtokový ventil. V sacím potrubí s integrovaným mezichladičem stlačovaného vzduchu jsou dva senzory tlaku a teploty nasávaného vzduchu – před škrticí klapkou a za mezichladičem stlačovaného vzduchu, který má vlastní chladicí okruh. Chladicí soustava je rozdělena na vysokoteplotní a nízkoteplotní okruh. Na nízkoteplotní okruh je napojeno nepřímé chlazení stlačovaného vzduchu, jehož elektrické čerpadlo zajišťuje po vypnutí motoru po určitou dobu chlazení turbodmychadla. Čerpadlo chladicí kapaliny vysokoteplotního okruhu je integrováno do pouzdra termostatu a poháněno bezúdržbovým ozubeným řemenem prostřednictvím vačkového hřídele na straně výfuku. Poprvé nalézá u motoru koncernu Volkswagen uplatnění elektronicky řízené olejové čerpadlo s lopatkovými komůrkami, u něhož je tlak oleje plynule regulován v rozmezí od 1,3 do 3,3 baru v závislosti na zatížení, otáčkách a teplotě oleje. Množství čerpaného oleje reguluje excentricky uložený přestavovací prstenec, který mění velikost prostorů mezi lopatkovými komůrkami na sací a výtlačné straně. Lopatkové čerpadlo s nízkým vnitřním třením, poháněné přímo od klikového hřídele, odebírá motoru minimální výkon. Spodní kryt motoru je tepelně opracovaný jednodílný tlakový odlitek z hliníkové slitiny. Dna pístů jsou chlazena rozstřikovaným olejem pouze při vysokém zatížení. Poprvé je u motoru řady EA211 použito vysokotlaké přímé vstřikování benzínu s maximálním vstřikovacím tlakem 25 MPa (12 až 25 MPa). Zvýšenému provoznímu tlaku byly přizpůsobeny vysokotlaké palivové čerpadlo a společné tlakové potrubí z ušlechtilé oceli.

Palivo je do válců přiváděno pětiotvorovými elektromagnetickými vstřikovači. Tvorbu směsi optimalizuje také nový vířicí kanál v sacím potrubí. V závislosti na provozních podmínkách je palivo rozdělováno až do tří dílčích dávek (při spuštění motoru, ohřívání katalyzátoru a maximálním zatížení až do 3000 min^-1). Kombinace přeplňování a přímého vstřikování paliva umožňuje relativně vysoký kompresní poměr 10,5:1. Výfukové plyny jsou čištěny trojčinným katalyzátorem s jednou skokovou sondou Lambda před a jednou za katalyzátorem. Podle údajů výrobce činí hmotnost motoru Audi 1.0 TFSI (81 kW) včetně jednohmotového setrvačníku 88 kg. Škoda Auto udává hmotnost tříválce 1.0 TSI (85 kW) pro typ Octavia v odlišném stavu smontování (mj. bez dvouhmotového setrvačníku) 78 kg. Hmotnost motoru Audi 1.0 TFSI, dodávaného jako náhradní díl bez sběrného výfukového potrubí, turbodmychadla a dalších komponentů a provozních náplní, je 63 kg. V porovnání s čtyřválcem 1.2 TFSI je litrový tříválec o 15 kg lehčí.

Převzato z časopisu

Fotogalerie