Презентація двигуна Audi TFSI

2,0-літровий TFSI є стратегічним бензиновим двигуном для Audi і ширше для групи Volkswagen, оскільки він оснащує значну частину асортименту виробника, від міських автомобілів (Audi S1) до великих салонів дороги (Audi A6, Audi A7). Крім того, він присутній у багатьох моделях інших виробників групи.

0-літровий TFSI

Остання еволюція 2.0-літрового TFSI, який встановлювався на новій Audi A4 з кінця 2015 року, є частиною тенденції "Розмір прав" і "Зменшення швидкості" (як Mazda): метою є поліпшення роботи двигуна на низьких та середніх швидкостях, цей діапазон є більш репрезентативним для фактичних режимів використання двигуна.

Цей підхід використовує протилежність скороченню що полягає у максимальному зменшенні робочого обсягу двигунів та зменшенні кількості циліндрів. Таким чином, 2,0-літровий TFSI останнього покоління бере на себе як 1,8-літровий TFSI, так і 2,0-літровий TFSI (у найнижчих версіях).

Історичний

2,0-літровий TFSI - двигун, присутній у лінійці концерну Volkswagen з 2004 року. Перше покоління 2,0-літрового турбо прямого вприскування базувалося на існуючому бензиновому блоці двигунів (EA 113), перш ніж базуватися на блоці двигунів, розробленому спеціально для двигунів із безпосереднім уприскуванням (EA 888).

Однак від розробки двигуна EA 113 не відмовились, особливо у його спортивних варіантах: він застосовувався, зокрема, на попередньому поколінні Audi TTS та шостому поколінні Golf R. Їхні заміни тепер використовують EA 888.

Перше покоління двигуна EA 888 було випущено з середини 2007 року. Потім двигун відповідав нормам викидів Євро 4. Друге покоління цього двигуна з’явилося у вересні 2008 року, щоб відповідати стандартам Євро 5. Третє покоління, яке продається з кінця 2011 року, було розроблено з урахуванням стандартів Євро 6.

Остання еволюція 2,0-літрового TFSI, що називається Покоління 3B, доступна з кінця 2015 року. Вона передбачає впровадження еволюції стандартів Євро 6, що застосовуються в 2017 році. Вони вимагають значного зменшення викидів дрібних частинок.

Архітектура

2.0l TFSI - це 4 циліндри в рядному бензині може встановлюватися як у поздовжньому положенні (Audi A4, наприклад), так і в поперечному положенні (Audi A3, наприклад). Він обертається навколо блоку двигуна з сірого чавуну. Об'єм 2,0 л отримують за допомогою отвору 82,5 мм при ході поршня 92,8 мм. Тому це a двигун з довгим ходом надаючи перевагу низькому обертовому моменту, а не високим швидкостям обертання.

Двигун має 2 балансирові вали. У випадку з EA 113 вони розміщені під коленвалом. Для EA 888 вали були розташовані вище і інтегровані в блок двигуна. Таке розташування над центром ваги двигуна дає можливість бути ще більш ефективним з точки зору зменшення вібрації (менше обертальних рухів навколо осі колінчастого вала) для загального комфорту.

У його версії EA 113 коефіцієнт стиснення становить 10,5: 1. Більш потужні версії (наприклад, шосте покоління Golf R) мають нижчий ступінь стиснення 9,8: 1. Усі двигуни сімейства EA 888 мають ступінь стиснення 9,6: 1, за винятком двигуна, що працює на Audi S3, коефіцієнт стиснення якого знижений до 9,3: 1. Нарешті, за останню еволюцію (3B) ступінь стиснення значно вища (11,7: 1)

Починаючи з покоління 2 сімейства EA 888, двигун змащується за допомогою масляного насоса з регульованою швидкістю потоку, тобто швидкість потоку насоса може бути зменшена незалежно від швидкості обертання колінчастого вала.

Поширення

Двигуни EA 113 використовують ГРМ, в той час як двигуни EA 888 використовують ланцюгові ГРМ. Клапани приводяться в дію за допомогою роликових засувок.

Кожен циліндр оснащений 4 клапанами (два на впуску, два на виході). У випадку двигунів типу EA 113 та EA 888 першого покоління, змінна синхронізація клапанів виконується лише на впуску в діапазоні 42 ° (60 ° у випадку EA 888). Наступні покоління можуть покладатися на змінні терміни роботи клапанів на впуску та вихлопі.

З покоління 3 (і на 2,0 л TFSI, поздовжньо встановленого з покоління 2), розподільний вал зі сторони вихлопу обладнаний системою AVS (система Audi Valvelift): для кожного клапана розподільний вал має 2 різних кулачкових профілі: один підходить для низьких швидкостей, другий для високих швидкостей.

При низьких оборотах (менше 3000 об/хв) випускні клапани відкриті лише на дві третини загального ходу та протягом обмеженого періоду часу. На високій швидкості клапани використовують повний хід і довше відкриваються.

AVS допомагає сприяти забезпеченню крутного моменту на низьких обертах, запобігаючи поверненню вихлопних газів всередину циліндра, забезпечуючи при цьому високий рівень потужності на найвищих обертах. Вибір профілю кулачка здійснюється поперечним зміщенням розподільного вала.

Для двигунів 3B покоління AVS тепер встановлений на впускному розподільному валу, а не на стороні вихлопу. Ця зміна плану була продиктована тим, що двигун також може добре працювати за класичним циклом Бо де Роша або за циклом, натхненним циклом Міллера.

На відміну від класичного циклу Міллера, який полягає у тому, що впускний клапан закривається пізно, коли двигун перебуває у фазі стиснення (поршень повертається назад у циліндр), натомість Audi обрала коротку тривалість впускних клапанів (кут колінчастого вала 140 °), нижній підйом клапана і передчасне закриття (до того, як поршень досягне нижньої мертвої точки у фазі спуску). В обох випадках мета залишається незмінною: враховуючи те, що в циліндр потрапляє менше повітря, фаза стиснення вимагає менше енергії, а фаза розширення (та, яка насправді виробляє енергію) довша, ніж фаза стиснення, дає можливість отримати кращу ефективність двигуна.

Цей тип циклу застосовувався протягом багатьох років на гібридних автомобілях Toyota (цикл Актінсона) та нещодавно на інших двигунах японського виробника (Toyota 1.2l turbo). Це особливо ефективно при низьких та половинних навантаженнях, де двигун забезпечує кращу ефективність. З іншого боку, при великому навантаженні потужність обмежена.

Щоб усунути цей дефект і забезпечити високу потужність на високій швидкості, AVS змінює профіль впускного кулачка, коли двигун перебуває під великим навантаженням (близько 3000 об/хв). Потім двигун працює згідно циклу Бо де Роша (повний підйом впускних клапанів і відкриття клапанів на 170 °).

Вступ

Впускні канали оснащені клапанами для поліпшення потоку повітря на низьких швидкостях. Коли оберти двигуна нижче 3000 об/хв, заслінки піднімають для того, щоб ініціювати сильний вертикальний рух турбулентності (падіння) і отримати більш однорідну суміш повітря/палива всередині циліндра. На високій швидкості заслінки опускаються, щоб максимізувати подачу повітря в циліндр, більший потік також сприяє формуванню барабана.

З покоління 3 ці жалюзі були модифіковані. Вони стали асиметричними: ліва частина трохи піднята, а права частина затвора опущена. Ця конфігурація дозволяє як генерувати падіння, так і завихрюватися всередині циліндра.

Вихлоп

Вихлопні гази виводяться з балона через литий сталевий колектор. З третього покоління, колектор інтегрований в головку блоку циліндрів (виготовлений з алюмінієвих сплавів) і охолоджується рідиною.

Завдяки колектору, вбудованому в головку блоку циліндрів, під час холодного запуску охолоджуюча рідина може швидше досягати робочої температури. При нормальній роботі охолодження випускного колектора дає змогу охолоджувати вихлопні гази: турбіна турбокомпресора піддається впливу менш суворих температур, і для охолодження газів більше не корисно працювати з багатою сумішшю на високій швидкості.

В обох випадках діаграма колектора є діаграмою 4-2-1: циліндри 1 і 4 відокремлені від циліндрів 2 і 3 до того, як два канали зійдуться безпосередньо перед входом в турбокомпресор.

З покоління 3B турбокомпресор був перероблений на рівні корпусу турбіни зі сторони вихлопу. Вихлопні гази впливають на турбіну зі сторони вихлопу як радіально, так і в осьовому напрямку (традиційно вихлопні гази ведуть турбіну, яка надходить радіально, перед тим, як їх осьово розрядити). Для того, щоб пристосувати цей новий шлях відпрацьованих газів, конструкція лопаток турбіни була ретельно переглянута.

Таким чином, сили, що діють на турбіну з боку вихлопних газів, значно зменшуються на користь реакційної здатності турбонаддуву під час раптового прискорення.

З іншого боку, третє покоління сімейства EA 888 покладається на електричний випускний клапан (замість пневматичного клапана). Електричний привід дозволяє набагато точніше керувати тиском наддуву турбокомпресора завдяки своїй більшій реакційній здатності, і це на всіх робочих швидкостях двигуна.

Коли двигун холодний, випускний отвір значно зменшує тиск у турбокомпресорі. Отже, більше відпрацьованих газів надходить безпосередньо від колектора до каталізатора. Ці вихлопні гази гарячіші, ніж вихлопні гази, що проходять через турбокомпресор, тому каталізатор прогрівається швидше.

Нарешті, коли використовується двигун (при спортивному типі їзди), коли електричний випускний отвір стає більш чуйним, двигун здається більш гнучким у використанні, а явища свисту турбокомпресора значною мірою зменшуються.

Ін'єкція

Впорскування здійснюється безпосередньо в балони за допомогою форсунок із 6 отворами (одинарний отвір у випадку двигуна EA 113). Тиск вприскування поступово зростав із 110 бар (EA 113) до 200 бар (EA 888 третього покоління).

Крім того, з третього покоління, пряме введення доповнюється непрямим багатоточковим введенням (одна форсунка у впускному каналі на циліндр). Непряме впорскування вирішує важливу проблему, яка може виникнути при безпосередньому впорскуванні, коли двигун знаходиться під низьким навантаженням: виділення багатьох дрібних частинок. Однак з 2017 року бензинові двигуни за цим критерієм повинні відповідати тим же стандартам, що і дизельні.

Тому одним із рішень для подолання цих високих викидів є використання непрямого впорскування на додаток до прямого впорскування. При запуску (холодний або гарячий) впорскування здійснюється безпосередньо всередину балонів, поки температура охолоджуючої рідини не досягне приблизно 50 ° C.

Як тільки двигун досягає температури і залежно від навантаження двигуна (тиск на педаль акселератора) і частоти обертання двигуна, впорскування здійснюється опосередковано (переважно при низькому навантаженні) або безпосередньо.

Охолодження

До другого покоління двигуна EA 888 охолодження двигуна здійснюється класичним способом за допомогою термостата, який визначає, чи охолоджуюча рідина циркулює через радіатор.

З третього покоління, для управління температурою двигуна використовується електронний модуль для більш тонкого регулювання температури різних компонентів двигуна. На додаток до поділу контуру охолодження на кілька контурів, регулювання циркуляції змінюється через різні контури.

Під час холодного запуску охолоджуюча рідина застоюється в блоці двигуна та головці блоку циліндрів. Як тільки температура рідини досягає 90 ° в блоці двигуна, модуль поступово відкриває контур охолодження через коротке замикання: невелика кількість охолоджуючої рідини проходить від блоку двигуна до головки блоку циліндрів, а потім через турбокомпресор і насос до води перед повторним впорскуванням у блок двигуна.

Коли температура охолоджуючої рідини досить висока, електронний модуль буде контролювати проходження охолоджуючої рідини через моторне масло та радіатор коробки передач, щоб прискорити прогрівання моторного масла.

Як тільки рідини (мастило та охолоджуюча рідина) досягають температури, регулювання температури оптимізується відповідно до режиму використання. При низькому навантаженні та низьких оборотах в хвилину електронний модуль дозволяє температурі охолоджуючої рідини досягати 105 ° C: через радіатор циркулює мало або зовсім немає теплоносія. Як тільки навантаження двигуна стає більшою, температура рідини опускається до 85 ° C: більша частина теплоносія проходить через основний радіатор.

Завдяки цьому динамічному регулюванню блок двигуна та рідини доводиться до температури швидше, ніж за допомогою звичайного контуру охолодження. З іншого боку, оскільки циркуляція рідини знижується при низькому навантаженні, потреба в енергії від водяного насоса нижча, на користь економічності двигуна та витрати палива.

Коли двигун вимкнений, за потреби може запрацювати додатковий водяний насос. Це має електричне живлення та запобігає перегріванню турбокомпресора. Крім того, це також дозволяє рідині циркулювати через радіатор обігрівача, щоб підтримувати кабіну при бажаній температурі. Цей насос може працювати протягом 30 хвилин після зупинки двигуна.

Виробництво

2,0-літровий TFSI - це силова установка, вироблена на кількох заводах по всьому світу. Двигун виробляється як в Угорщині на заводі в Дьєрі, так і в Мексиці на заводі в Сілао та в Китаї.

Фотографії: Audi/Volkswagen/Guillaume Darding

Привіт KyStoOn і дякуємо за ваше заохочення !

На даний момент я не маю багато інформації про еволюцію 2,0 л. Як ви вже згадували, схоже, двигуни EA888 3-го покоління втратили подвійне впорскування через встановлення сажового фільтра. З іншого боку, двигуни покоління 3b, схоже, зберегли подвійний впорскування, хоча вони також оснащені сажевим фільтром.

Я обов’язково оновлю, як тільки отримаю достатньо інформації щодо цього.

Привіт, Френсіс, велике спасибі тобі за заохочення !

На даний момент у мене недостатньо вмісту, але я сподіваюся, що зможу оновити в 2021 році 🤞.

Що стосується вашого двигуна, він затверджений відповідно до стандарту Euro 6d temp Evap ISC. Для отримання детальної інформації щодо цього стандарту ви можете ознайомитися з іншою моєю статтею: https://www.guillaumedarding.fr/normes-euro-6-vue-d-ensemble-6475459.html

Ваш S3 обов'язково оснащений фільтром, незалежно від фактури (крім того, якщо я не помиляюсь, двигуни DNU систематично оснащуються фільтром), щоб мати можливість відповідати тимчасовому стандарту Euro 6d.

Зазвичай фільтр генерує наявність каталітичного нейтралізатора під підлогою (в тунелі передачі), необхідно видалити деякі пластикові елементи (не обов'язково, крім того, я не бачу нижньої сторони нового A3), щоб мати доступ до нього .: це завжди простіше, ніж мати доступ до вузла очищення (де встановлений фільтр), прикріпленого до двигуна.