Varikliai FSI, TSI ir TFSI: konstrukcija, skirtumai, pranašumai ir trūkumai

Aptariamų variklių pagrindinis skiriamasis bruožas yra maitinimo sistema, tai yra tiesioginis įpurškimas. Sistemos užduotis - padidinti variklio efektyvumą ir jo galią, taip pat sumažinti degalų sąnaudas ir teršalų emisiją. Šios rūšies varikliai gaminami jau daugiau nei 20 metų, todėl verta aptarti juos visus vienoje vietoje, nes rinkoje nesunku rasti automobilių su šiais varikliais. Kas žinotina apie variklius TSI, FSI bei TFSI?

Iš šio straipsnio sužinosite:

• kas tai yra variklis FSI;

• ką reiškia variklis TSI ir variklis TFSI;

• kuo TSI ir TFSI skiriasi nuo FSI;

• kurį variklį TSI verta pasirinkti, o kurio geriau vengti.

FSI: kas tai per variklis?

Variklis, kurio prekinis ženklinimas yra FSI, rinkoje pasirodė 2002 metais. Iš pradžių tai buvo variklis 2.0 TSI, kurio galia – 150 AG. Tačiau jau 2003 metais buvo pristatytos versijos 1.4 FSI (90 AG) ir 1.6 FSI (115 AG). Vėliau pasirodė kiti modeliai, iki šiol naudojami automobiliuose „VW Tuareg“, „Audi Q7“ ir „Porsche Cayenne“: 3.6 VR6 ir V8 4.2 (be turboįpūtimo). Kuo pasižymėjo šie varikliai?

„Fuel Stratified Injection“ – pažodžiui tai galima išversti kaip „sluoksninis degalų įpurškimas“ – tai varikliai su tiesioginiu įpurškimu. Kai jie pasirodė rinkoje, tai nebuvo naujovė: šios rūšies variklius paskutiniame praėjusio amžiaus dešimtmetyje naudojo „Mitsubishi“ (GDI), 9-ajame dešimtmetyje – „Jaguar“, o 8-ajame – „Honda“ (CVCC). Tai, kuo skyrėsi VW varikliai, buvo pavadinime minimas sluoksninis degalų įpurškimas.

Benzininiuose varikliuose degalų ir oro mišinys turi užsidegti nuo uždegimo žvakės kibirkšties. Jei mišinys bus per liesas (per mažas degalų ir oro santykis), jis neužsidegs arba degimas neturės pakankamai energijos, todėl mišinyje turi būti pakankamas kiekis degalų. O tai padidina degalų sąnaudas ir išmetamų teršalų kiekį. Ankstesni varikliai su tiesioginiu įpurškimu dažnai naudodavo gana riebų mišinį. Tiesioginis įpurškimas suteikdavo galimybę padidinti galią ir efektyvumą, bet dėl konstrukcinių apribojimų didėjo degalų sąnaudos.

FSI: variklio galios ir efektyvumo padidinimas

Variklis FSI buvo sumanytas kaip būdas spręsti šią problemą. Jis buvo suprojektuotas taip, kad benzino koncentracija ore būtų skirtinga skirtinguose degimo kameros taškuose. Prie uždegimo žvakės esantis mišinys pasižymėjo dideliu riebumu, leidžiančiu lengvai uždegti mišinį ir gauti didelę energijos dozę. Toliau nuo uždegimo šaltinio mišinys buvo gerokai liesesnis, bet prie uždegimo žvakės užsidegusio riebesnio mišinio energija jam leisdavo užsidegti pakankamu greičiu. Šis dviejų pakopų procesas leidžia taupyti benziną, nes apskritai degalų ir oro mišinys yra liesas. Dėl to benzininių variklių degalų sąnaudos prilygo panašios galios dyzelinių variklių degalų sąnaudoms.

Šio sprendimo trūkumas – generuojamas didesnis kiekis azoto oksidų, kurie susidaro degant liesam degalų ir oro mišiniui. Degimo procese dalyvauja pakankamai daug nesunaudojamo deguonies, kuris susijungia su aukštos temperatūros azotu, todėl susidaro padidinta šių dujų emisija. Dėl šios priežasties buvo reikalinga išmetamųjų dujų recirkuliacijos sistema bei papildomas katalizatorius. Šie sprendimai lėmė didelį variklio FSI efektyvumą nesuvartojant daug degalų (2.0 FSI sudegindavo trasoje apie 7,5 l 100 km).

Degalų tiekimo sistemų sandara varikliuose FSI

Jei ne įpurškimo sistema, varikliai FSI būtų gana tipiški benzininiai varikliai: keturių cilindrų, su krumpliniu diržu varomu paskirstymo mechanizmu. Tačiau verta susipažinti su šių variklių degalų tiekimo sistema. Aptarsime visus elementus paeiliui.

Įsiurbimo kolektorius turi kintamą geometriją, todėl oro srautas pritaikytas prie variklio apkrovos ir sūkių. Sklendė yra valdoma elektronikos, o ne akceleratoriaus lyno. Jos atidarymo lygį reguliuoja ne tik pedalo padėtis, bet ir variklio valdymo blokas, kuris tiksliai nustato tiekiamo oro dozę. Ji yra normuojama papildomomis vakuuminiu būdu valdomomis sklendėmis, esančiomis įsiurbimo kolektoriaus gale, prie cilindro galvutės.

Mechaninis degalų siurblys – dar viena svarbi dalis. Šis siurblys, valdomas papildomo ekscentriko ant paskirstymo veleno, generuoja aukštą pastovų slėgį įpurškimo juostoje. Tai primena sprendimą, naudojamą dyzelinių variklių „Common Rail“ sistemose. Įpurškimo juostoje yra vožtuvas, kuris atsidaro, kai slėgis pakyla virš 120 kPa.

Degalai cilindrus pasiekia pro kondensatorinio maitinimo elektromagnetinius purkštuvus, konstrukcija taip pat primenančius „Common Rail“ sprendimą, tik senesnių kartų (naujesnėse naudojami pjezoelektriniai purkštuvai).

Dar vienas svarbus visos konstrukcijos elementas yra purkštuvas. Iš kondensatoriaus jis maitinamas maždaug 65 V įtampa. Tai padidina jo veikimo greitį. Įpurškimo momentu jis kelis kartus atidaromas (kiekvieno atidarymo trukmė – skirtinga), kad cilindruose susidarytų anksčiau minėtas mišinys. Šį ciklą reguliuoja variklio kompiuteris.

Visų šių elementų sinchronizavimas leidžia varikliui FSI veikti tiksliau ir efektyviau nei varikliams su netiesioginiu įpurškimu arba ankstesnių kartų varikliams, turintiems tiesioginį įpurškimą.

Varikliai TSI ir TFSI: ką tai reiškia?

Variklio FSI pagrindu sukurtas tokios pat maitinimo sistemos konstrukcijos variklis su turboįpūtimu, todėl taip detaliai aprašėme jo sandarą. Varikliai TFSI ir TSI iš esmės yra tokie pat, skiriasi tik jų prekiniai pavadinimai – „Turbo Fuel Stratified Injection“ ir „Turbo Stratified Injection“ raidinės santrumpos. Pirmasis žymėjimas yra naudojamas „Audi“ markės automobiliams, o antrasis – kitiems koncerno gaminamiems automobiliams: „Volkswagen“, „Seat“ ir „Škoda“.

Pagal veikimo principą šis variklis nuo FSI skiriasi tik tuo, kad turi turboįpūtimą. Nelygu versija, tai gali būti turbokompresorius, mechaninis kompresorius arba abu šie sprendimai, naudojami kartu. Įpūtimo naudojimas varikliuose su tiesioginiu įpurškimu yra labai naudingas. Kadangi kompresorius veikia vien tik su oru, jis gali generuoti aukštesnį įpūtimo slėgį, o tikslus degalų dozavimas padaro visą procesą dar efektyvesnį. Pirmosios kartos variklių TSI ir TFSI, sukurtų 2005 metais, darbinis tūris buvo 2.0 l. Variklio 2.0 FSI versija su turboįpūtimu generavo 200 AG (FSI versija buvo 150 AG) ir sunaudodavo vidutiniškai tik 2 l daugiau degalų 100 km nei jo pirmtakai.

2005 metais pasirodė įdomiausi TSI šeimos varikliai. Tai buvo varikliai EA111 su dvigubu turboįpūtimu. „Roots“ kompresorius (su besisukančiu stūmokliu) ir turbokompresorius kartu padidino oro tiekimo našumą. Šis sprendimas leido išvengti vadinamosios turboskylės, nes kompresorius taip pat veikia esant mažiems variklio sūkiams. Padidėjus variklio sūkiams prie kompresoriaus prisijungia turbokompresorius. Tai suteikia varikliams twincharger tokias savybes kaip elastingumas, lengvas greitėjimas nuo mažų sūkių ir švelni galios kreivė.

TSI variklių konstrukcija nuo FSI skyrėsi tuo, kad paskirstymo diržas buvo pakeistas grandine.

Varikliai TSI, TFSI ir FSI: tipiniai gedimai

„Dėl daugybės novatoriškų sprendimų ankstesnieji VW varikliai su tiesioginiu įpurškimu turėjo nemažai techninių problemų. Tai ypač pasakytina apie minėtus variklius su dvigubu įpūtimu, kurie nebuvo pakankamai pertvarkyti, kad atitiktų didesnę šiluminę apkrovą. Verta atkreipti dėmesį į tai, kas genda atskiruose varikliuose. Taip sužinosite, kurių variklių vengti, o kurie bus gera investicija“, – sako ekspertas iš „Inter Cars“.

Varikliai FSI

Santykinai mažiau problemų kelia variklis FSI. Tai reiškia, kad atitinkamai prižiūrimi jie yra pakankamai patikimi. Problema ta, kad naudojama labai intensyvi išmetamųjų dujų recirkuliacija, dėl kurios įsiurbimo kolektoriuje ir galvutėje kaupiasi degėsiai. Ilgainiui tai gali sukelti netinkamą oro dozavimą, sklendžių blokavimą arba kai kurių jutiklių pažeidimą.

Tačiau to galima lengvai išvengti – pakanka reguliariai naudoti įsiurbimo sistemos valymo priemones. Jos tirpdo degėsius ir leidžia juos pašalinti iš sistemos, įskaitant ir galvutės kanalus. Tokios priemonės kaina – apie keliasdešimt eurų, jos pakanka keliems kartams. Ši priemonė turi būti naudojama prevenciškai kas 30–40 tūkst. km. Jei to nedarysite, degėsių nebus įmanoma pašalinti neišardžius ir neišvalius įsiurbimo sistemos, o tai susiję su kur kas didesnėmis išlaidomis.

Variklis TSI/TFSI twincharger

Kitoje patvarumo skalės pusėje yra ankstesnių kartų varikliai EA111 su dvigubu įpūtimu. Dėl didelės galios tūrio vienetui (1.4 TSI turėjo 160 AG) apkrova ir temperatūra buvo labai aukštos, tad netinkamai suprojektuoti stūmokliai ir žiedai tiesiog negalėjo to atlaikyti. Stūmokliuose išdegdavo skylės, jie trūkinėjo, nuolat buvo problemų dėl galvutės tarpiklio ir vožtuvų užsikirtimo. Tai labai rimti trūkumai, rodantys, kad reikia vengti anksčiau gamintų TSI variklių su dvigubu įpūtimu.

Po tam tikro laiko VW modernizavo šiuos variklius ir jie tapo patvaresni. Minėtų problemų pasitaikydavo, bet kur kas rečiau. Norėdami sužinoti, ar turite reikalų su patobulintu varikliu, turite patikrinti jo kodą. Jį rasite ant lipduko, kuris yra atsarginio rato angoje arba po bagažinės kilimėliu. Modernizuoti varikliai žymimi kodais CN ir CT, pavyzdžiui: CTHD. Pirmosios vengtinų variklių kodų raidės – CA ir CF.

Antras, ne toks svarbus, TSI variklių trūkumas buvo menkas paskirstymo grandinės patvarumas. Iš pradžių tai keldavo problemų. Vairuotojai, įsitikinę, kad paskirstymo grandinės nereikia keisti, ignoruodavo jos veiklos sutrikimo požymius. Tai sukeldavo kintamų paskirstymo fazių sistemos pažeidimų. Be to, šių variklių gamybos pradžioje grandinę pakeisti buvo gana brangu. Šiuo metu dėl pagerėjusio mechanikų supratimo ir sklandaus TSI variklių dalių tiekimo ši problema nebėra tokia aktuali. Tiesiog grandinę, kaip ir diržą, būtina keisti maždaug kas 90 tūkst. km.

Alyvos deginimas. Kai kuriuose šių variklių egzemplioriuose kyla bėdų dėl alyvos deginimo.





2012 metais pasirodė antroji variklių twincharger karta, pažymėta EA211. Joje buvo grįžta prie paskirstymo pavaros diržo. Buvo pašalintos perkrovų ir alyvos deginimo problemos, todėl automobiliai su šiais varikliai nebeturėtų gąsdinti. Tačiau varikliai EA111 gana ilgą laiką buvo montuojami lygiagrečiai su varikliais EA211, o tai reiškia, kad kartais sunku nustatyti, kuris tai variklis.

Pagrindinę variklio 1.4 TSI versiją lengva atpažinti pagal didesnį darbinį tūrį, nes jis padidėjo nuo 1390 iki 1395 kub. cm. Mažesniame variklyje 1.2 TSI darbinis tūris išliko nepakitęs – 1197 kub. cm, bet variklius EA211 lengva atpažinti vizualiai. Jei ieškote naudoto automobilio, atkreipkite dėmesį į variklio kamerą. Jei oro filtro korpusas yra šone, tai yra senesnė, taigi problematiškesnė, versija. Versijoje EA211 oro filtras yra priešais variklį, jo centrinėje dalyje. Taip pat dažniausiai ant jo nėra nei gamintojo logotipo, nei variklio versijos ženklo. Tai galima rasti tik „Audi“ automobiliuose, kur šis variklis žymimas TFSI. Versija 1.0 TSI su trimis cilindrais buvo gaminama tik EA211.

Verta paminėti, kad keturių cilindrų varikliai TSI EA211 gali turėti dviejų cilindrų atjungimo sistemą, kuri suveikia esant mažoms apkrovoms ir gali nustebinti vairuotojus, kurie to nežinojo. Tada variklis veikia kiek garsiau, netolygiai, primena dviejų cilindrų variklius.

Varikliai TSI ir TFSI su turbokompresoriumi

Supaprastinti varikliai EA111 su turbokompresoriais buvo patikimesni nei varikliai twincharger. Jie gali turėti minėtą trūkumą – deginti alyvą, o paskirstymo grandinę būtina reguliariai keisti, bet stūmoklio trūkimo rizika yra kur kas mažesnė.

Kai kurios variklių rūšys, pavyzdžiui, 3.0 TSI VR6 (EA837), turi tik mechaninį kompresorių, tačiau jie nenusipelnė didesnių priekaištų.

Varikliai FSI ir TSI/TFSI: santrauka

Prasta variklių EA111 1.4 TSI twincharger reputacija atgraso daugumą vairuotojų nuo šio koncerno automobilių su tiesioginiu benzino įpurškimu. Vis dėlto tai nėra teisingas požiūris. Jei būsite atidūs rinkdamiesi automobilį ir nusipirksite tinkamą variklio versiją, neteks baimintis didelės gedimų rizikos.

Varikliai TSI, kurių darbinis tūris – 1.4 l, puikiai veikia miesto ir kompaktiškuose automobiliuose ir užtikrina gana gerą važiavimo efektyvumą. Didesni varikliai, pvz., 2.0 TFSI (EA113, EA888), yra patvarūs ir galingi, nepriklausomai nuo kartos. Šiuo metu galingiausi 2.0 TFSI varikliai yra montuojami „Audi“, TTS galia – 310 AG. Silpnesnės versijos 1.8 ir 2.0 TSI gali turėti nuo 120 iki 225 AG („Audi A4“) arba iki 275 AG („VW Scirocco“, „Audi A8“). Galingiausias TFSI šeimos variklis yra „Audi RS6“ montuojamas 4.0 V8, kurio galia – 600 AG. Išskyrus problematišką EA111 versiją, neverta baimintis perkant automobilius su tokiais varikliais. Tai puikūs modernūs varikliai, leidžiantys gana ekonomiškai ir dinamiškai važiuoti.

Dažnai užduodami klausimai (FAQ)

FSI: kas tai per variklis?

FSI – tai varikliai su tiesioginiu sluoksniniu degalų įpurškimu. Tai reiškia, kad prie pat uždegimo žvakės purkštuko paduodamas mišinys yra riebus ir lengvai užsidega, o toliau nuo uždegimo elemento mišinys yra liesesnis, todėl taupomi degalai.

TSI ir FSI: kuo jie skiriasi?

TSI varikliai turi tokią pat įpurškimo struktūrą kaip ir FSI, tačiau jie yra su įpūtimu, kurį užtikrina turbokompresorius arba turbokompresorius ir mechaninis kompresorius, arba vien kompresorius.

Ar yra skirtumas tarp TSI ir TFSI?

Daugelis domisi santrumpa TFSI: ką tai reiškia ir ar yra skirtumas tarp jo ir variklio, pažymėto TSI. Ne, tai tos pačios variklių šeimos žymėjimas skirtingose automobilių markėse. Santrumpą TSI rasite VW, „Seat“ ir „Škoda“, o TFSI – „Audi“ markės automobiliuose.