Tehnologia TFSI (Turbo Fuel Stratified Injection = Turbo Injection with Stratified Charge, Injecţie Stratificată a Carburantului cu supraalimentare = Injecţie cu Sarcină Stratificată cu supraalimentare).
Ce înseamnă MQB ?
Abrevierea MQB vine din germană și înseamnă Modularer Quer Baukasten- Platforma Modulară Transversală și se poate traduce liber -kit modular pentru autoturismele cu motoarele montate transversal pe puntea față .
Conceptul MQB
Modularizarea a parcurs trei etape distincte :
● Modularizare in cadrul aceleiași clase ;
● Modularizare parțială între clase diferite ;
● Modularizare completă între clase diferite.
Arhitectura MQB este o strategie modernă care duce la o direcționare mai eficientă a dezvoltării către module identice care pot fi implementate în majoritatea mașinilor fabricate în grupul Volkswagen. Noul sistem duce la reducerea numărului de componente fabricate și, prin urmare, la reducerea costurilor de dezvoltare și producție.
Unul dintre principalele avantaje ale platformelor modulare MQB este flexibilitatea mare pe care pot fi realizate concepte de automobile diversificate. Dimensiunile de principale ca puntea de bază, banda de
rulare, dimensiunea roții și pozițiile scaunului sunt variabile în limitele convenite la nivel de grup. Singura parte – distanța pedalelor față de centrele roților este aceeași tot timpul pentru a permite proiectarea
standardizată a părții din față mașinii.
Această familie de motoare din generația a 3a cu capacități de 1,8l și 2,0l au următoarele modernizări față de generația anterioară :
- chiulasa cu colector de evacuare integrat
- sistem de injecţie dual (FSI si MPI)
- circuit de răcire “inteligent”, cu control electronic
- variator faze distribuţie atât pentru arborii cu came pentru admisie cât şi pentru evacuare
- supape de evacuare cu inălţime de ridicare variabilă
- turbosuflanta cu control electric
- circuit de ulei în doua trepte
- sistem de duze pentru răcirea cu ulei a pistoanelor
- senzor nivel ulei cu ultrasunete – PULSE-sensor (WIV)
- fără senzor cantitate aer admis
În cele ce urmează voi face referire la motorul de 1,8 l și voi trata pe larg modernizările aduse: mecanismului motor și arborilor de echilibrare,chiulasei cu sistem de ridicare a supapei (AVS), sistemului de răcire,sistemului de injecție-injecția duală- și turbosuflantei .
S-au luat următoarele măsuri de îmbunătățire :
- Reducerea greutății blocului cilindrilor și a mecanismului arborelui cotit prin subțierea pereților cilindrilor , prin reducerea numărului de contragreutăți de echilibrare de la 8 la 4 față de generația a 2-a și prin
reducerea diametrului lagărelor principale; - Reducerea frecărilor prin creșterea finisărilor suprafețelor în frecare –suprafață de finisare de ordinul nanoparticulelor creșterea jocului între piston și cilindru;
- Pistoane cu rezistenţă crescută dintr-un nou aliaj;
- Reducerea greutăţii maselor în mişcare , şi diametrul crescut a bolţului pistonului de la 21 mm la 23 mm;
- Separator grosier de ulei integrat în blocul cilindrilor.
Masurile luate ,printre altele, au dus la scăderea greutății cu 3,5 kg. Chiulasa cu sistem AVS( Audi Valve System –Sistem de ridicare a supapei Audi ).
Sistemul AVS este dispus pe partea de evacuare. Supapele arborelui cu came de evacuare sunt echipoate cu 4 elemente de cuplare. Două inele cu came mici şi mari sunt totdeauna pe fiecare element.
Comutarea de la o camă la alta se face printr-un element de reglare electronic .
Această metodă poate fi folosită pentru reglarea timpului de deschidere a supapelor
Profilul camei
Acolo sunt două profile pentru fiecare supapă de pe elementul camei.
Distribuţiile camei sunt configurate în conformitate cu caracteristica cerută a motorului. Caracteristicile camei mici (indicată în desen cu verde) execută o cursă de deschidere a supapei de 6.35 mm.
Mărimea acestei deschideri este de 180° RAC(Rotații Arbore Cotit ). Supapa de evacuare se închide 2° după PMI. Cursa completă este asigurată de către caracteristicile camei mari (indicată în desen cu roşu) și este de 10 mm cu o mărime a deschiderii de 215° RAC. Supapa de evacuare se închide 8° după PMI.
La turaţii joase ale motorului, este folosită o camă cu contur al proeminenţei mai mic. La turaţii mari ale motorului, sistemul schimbă la o camă cu contur al proeminenţei mai mare.
Cama cu contur al proeminenţei mic asigură deschiderea gazelor de evacuare în timpul fazei de suprapunere a supapei potrivit impulsului la pre-evacuare a cilindrului (în punctul de deschidere al supapei de evacuare ), care este decalat la 180° RAC. Gradientul de presiune pozitiv permite camerei de ardere să fie efectiv curăţată.
Aceasta schimbă considerabil carburaţia, în primul rând, prin reducerea gazelor reziduale conţinute în cilindru şi, în al doilea rând , prin facilitarea avansului supapei de evacuare (deoarece mai puţin aer de admisie este eliminat după PME).
Aceste îmbunătăţiri , alternativ, rezultă în răspuns mult mai bun şi un moment mult mai mare la turaţii joase . Prin urmare, presiunea de supraalimentare poate să crească mult mai rapid.
Funcţionare
Fiecare cilindru are un element de camă deplasabil pe axul cu came de evacuare. Două profile de ridicare a supapei sunt disponibile pentru fiecare supapă de evacuare. Schimbarea dintre profilele proeminenţelor camelor mari şi mici este asigurată de deplasarea longitudinală a camelor elementelor. Atunci când un element de acţionare comută de la ridicarea mică a supapei la ridicarea mare a supapei, și celălalte elemente de acţionare comută de la ridicarea mică a supapei la ridicarea mare a supapei și invers. Când un element de acţionare este activat de către UC motor, un pin de metal este ejectat şi se cuplează în şanţul de deplasare elementului camei. Elementul camei este conceput să se mişte automat când arborele cu came se roteşte, prin urmare schimbarea ambelor supape de evacuare la alte profile ale proeminenţelor
camelor .
Șanţul de deplasare al elementului camei trebuie să fie format în aşa fel încât pinul de acţionare din metal să fie împins înapoi după ce schimbarea a fost făcută . Pinul din metal nu poate fi activ după ce a fost schimbat înapoi de către UC motor.
O bobină electromagnetică este elementul de acţionare. Când bobina electromagnetică este activată de către UC motor,un pin de metal este ejectat. Bobina electromagnetică este activată printr-o aplicare scurtă a tensiunii bateriei. Când pinul de metal este ejectat, el este menţinut în poziţie de către magnetul permanent din carcasa elementului de acţionare. Datorită timpului de extensie foarte scurt (18 – 22 ms), pinul de metal este supus unei acceleraţii foarte mari de până la 100G(1G= 9,81m/s2). Un inel de amortizare de lângă magnetul permanent , previne oscilaţiile ,asigură ca pinul să nu fie împins înapoi sau să fie deteriorat. Extinderea pinului în canalul de deplasare mişcă acum elementul camei când arborele cu came se roteşte.
Canalul de deplasare al profilului este conceput să împingă pinul de metal al elementului de acţionare înapoi după o rotaţie a elementului de acţionare. În acest caz,de asemenea , magnetul permanent asigură ca pinul de metal să rămână în această poziţie. Când magnetul permanent împinge pinul de metal, o tensiune este indusă în miezul magnetic al bobinei. Acest semnal este înregistrat de către UC motor (semnal de retur). Tensiunea poate fi generată numai dacă pinul de metal este împins înapoi de către canalul de deplasare ,după ce elementul camei a fost mişcat. UC evaluează semnalul de intrare ca un succes al reglării.
Activarea elementelor de acţionare ale reglării camei
Elementele de acţionare ale reglării camei sunt activate de către UC motor.
UC motor generează un semnal în acest scop, tensiunea este asigurată printr-un releu. Sistemul este gata de funcţionare la o temperatură a agentului de răcire de până la –10 °C . Motorul este pornit folosind cama de bază, de exemplu cama cu profilul mare . Imediat după aceasta , sistemul schimbă la profilul mic al camei. Când motorul se opreşte, sistemul schimbă înapoi în cama de bază. Curentul maxim de intrare pe element de acţionare este de 3 amperi.
Diagrama schimbării profilelor camei funcție de domeniile de lucru
Această figură indică schematic aspectul domeniului de lucru a sistemului de ridicare a supapei de la Audi când motorul este la temperatura de funcţionare.
Este cât se poate de clar că ridicarea mică a supapei este folosită la turaţii mici și medii de până la aprox. 3100 rot/min. În domeniul turaţiilor motorului cerute pentru schimbarea la ridicarea pe cama mare a supapei, clapetele galeriei de admisie sunt larg deschise.
Autodiagnoza
Autodiagnoza verifică în primul rând funcţionarea mecanică a elementelor de acţionare ale reglajului camei (schimbarea de la un profil la altul al camei) şi, în al doilea rând, conexiunile electrice ale sistemului. Testarea sistemului este realizată după ce motorul a pornit. UC motor activează ,în acest scop, fiecare element de acţionare. Ambele configuraţii sunt testate şi evaluate. Această testare a sistemului este realizată când motorul este pornit.
Defecţiunea sistemului va fi înregistrată corespunzător în intrările din memoria de erori . În funcţie de natura erorii, şoferul poate observa ,”percepe “, o uşoară variaţie a turaţiei de mers în gol sau un răspuns diferit al motorului la accelerare .
Cum răspunde sistemul la defecţiuni
Dacă unul sau mai multe elemente de acţionare sunt defecte, UC motor va iniţia încercări (de câteva ori) să schimbe de la o camă la alta.
Dacă nu este făcut niciun reglaj, elementele camelor care nu pot fi reglate rămân în poziţie.
Toate celelalte came sunt schimbate la cama cu profil mare. Ele rămân apoi în această poziţie cât motorul este în funcţionare.
Acolo este o intrare specială în memoria de erori pentru defecţiunile elementelor de acţionare. Atunci când motorul este pornit din nou, este făcută o altă încercare pentru a regla toate elementele de acţionare ale camelor.
Activarea lămpilor de atenţionare
Emisiunile de gaze de evacuare nu sunt deteriorate din cauza erorii sistemului şi efectiv, nici efecte nefavorabile de manevrare nu pot să fie previzibile, aşa că nici lampa de control electronic al erorii puterii şi nici lampa de atenţionare a gazelor de evacuare nu sunt activate.
Oricum , intrările corespunzătoare în memoria de erori sunt generate.
Sistemul de răcire
Sistemul de răcire are următoarele circuite:principal,al turbosuflantei,de răcire al uleiului din cutia de viteze,al radiatorului și al instalației de încălzire. Noutățile acestui sistem sunt : conductele de evacuare integrate în chiulasă și modulul sertarului rotativ.
Circuitul de intrare a lichidului de răcire a fost dimensionat corespunzător pentru a asigura managementul inteligent al temperaturii (ITM) pentru încălzirea rapidă a motorului şi, dacă este necesar , a interiorului vehiculului. Cele mai importante două componente ale sistemului de management al temperaturii sunt:
- conductele de evacuare integrate în chiulasă;
- modulul sertarului rotativ.
Pe partea de sus a lui , circuitul de intrare al răcirii este echipat cu supape de întrerupere care pot fi folosite la reglarea sau la întreruperea fluxului de încălzire şi al fluxului cu schimbătorul de căldură al uleiului de transmisie.
Supapa de întrerupere a circuitului de răcire a cutiei de viteze – atunci când lichidul de răcire depăşeşte limita specifică .
În cele ce urmează vor fi prezentate chiulasa cu conductele de evacuare integrate în chiulasă și modulul sertarului rotativ.
Chiulasa
Conductele de evacuare integrate în chiulasă (IAGK) au fost folosite pentru prima dată pentru motoarele supraalimentate cu injecţie directă în noua serie de motoare EA888. Datorită acestor conducte de evacuare răcite cu antigel îmbogăţirea carburantului la sarcină completă poate fi aproape total eliminată. Consumul poate fi astfel semnificativ redus în traficul normal dar şi în stilul de conducere sport. Conductele de evacuare integrate în chiulasă sprijină încălzirea mai rapidă a lichidului de răcire ,aşadar sunt o parte importantă a sistemului de control al temperaturii. Rezultă mai multe avantaje de la devierea încă din chiulasă a canalelor de gaze, cum ar fi compactitatea şi greutatea mică a modulului turbosuflantei. Măsurile adoptate în chiulasă şi turbosuflantă duc astfel la reducerea totală a greutăţii cu 1,5 kg. Datorită complexităţii răcirii , solicitărilor mai mari şi canalelor de evacuare, chiulasa trebuie fabricată din fontă cu calități deosebite care să reziste acestor solicitări. Ea este fabricată prin folosirea fontei turnată în forme de nisip.
Distribuitorul cu sertar rotativ
Unitatea de acţionare centrală a sistemului de management al temperaturii este modulul sertarului rotativ fabricat din plastic care permite două rotaţii ale sertarelor rotative la fluxul de control al lichidului de răcire. Motorul electric al sertarului rotativ 1 acţionează şurubul cumelc . Sertarul rotativ 1 este apoi conectat cu sertarul rotativ 2 cu sistem de angrenare. Sertarul rotativ 1 substituie un termostat convenţional şi , în funcţie de cerinţe, el poate controla ca temperatura lichidului de răcire să varieze foarte rapid între 85°C şi 107°C. Pe partea de sus a lui , sertarul rotativ 1 controlează fluxul de retur al lichidului de răcire de la răcitorul de ulei al motorului.
Faza de încălzire:
Lichidul de răcire admis în motor este complet întrerupt de către sertarul rotativ 2 în faza de încălzire a funcţionării. Toate supapele exterioare sunt închise (®lichidul de răcire de la intrare în motor este staționar). Dacă este necesară încălzirea (aerul condiţionat este în general pornit) lichidul de răcire staționar nu este necesar să fie adus în toate circuitele. Circuitul de încălzire independent cu pompă de apă suplimentară proprie prin care conducta de încălzire preia căldura de la conductele de evacuare integrate în chiulasă care există în interior în acest scop.
Lichidul de răcire care alimentează blocul cilindrilor (sertarul rotativ 2) continuă să fie închis şi aceasta duce la încălzirea mai rapidă a cilindrilor iar frecarea este mai redusă. Ea este proprie încălzirii independente , cerinţele clientului pentru confort sunt satisfăcute şi, în acelaşi timp, strategia de încălzire optimă a motorului cu frecare minimizată poate fi realizată.
Cu temperatura motorului permanent ridicată sertarul rotativ 2 se deschide uşor în final. Fluxul minim necesar de lichid de răcire este astfel generat să asigure suficientă răcire componentelor. Frecarea în faza de încălzire este mai departe micşorată datorită încălzirii foarte rapide a lichidului de răcire. În final , uleiul de motor este de asemenea încălzit datorită trecerii lichidului de răcire prin radiatorul de ulei şi prin sertarul rotativ 1. O dată ce motorul a fost încălzit suficient, supapa de întrerupere comută la răcitorul uleiului din transmisie. Fluxul prin radiatorul principal reprezintă o pierdere de căldură care face posibil ca mai târziu să fie posibilă asigurarea unei maxime economii.
Comparând cu motoarele anterioare, conductele de evacuare integrate în chiulasă și modulul supapei rotative asigură o încălzire apreciabil mai scurtă în faza de încălzire a motorului şi încălzirea mai rapidă a interiorului vehiculului.
Controlul temperaturii:
Managementul inteligent al temperaturii permite reglarea optimă a temperaturii lichidului de răcire în scopul realizării frecării minime şi eficienţei termodinamice maxime. La turaţie şi sarcină redusă lichidul de răcire este reglat la 107°C pentru a avea o frecare minimă a motorului. Cu creşterea sarcinii şi a turaţiei temperatura lichidului de răcire scade la 85°C. Cel mai mare compromis este garantat aici dintre reducerea frecării şi arderea cu eficienţă optimă (sau o tendinţă minimă de detonaţie). Gradul de control înalt al supapei rotative permite scăderea rapidă a temperaturii pentru tranziţia la sarcină mare a motorului. Aceasta poate elimina rapid fluctuaţiile temperaturii. Managementul inteligent al temperaturii este completat cu o funcţiune specială după funcţionare, care este activată când motorul este oprit. Pompa electrică de încălzire , poziţia specială al supapei rotative după funcţionare permite astfel fluxului să fie dirijat prin chiulasă şi turbosuflantă prin radiatorul de răcire principal aşa că evacuarea rapidă a căldurii stocate din părţile echipamentului este posibilă. Timpul de răcire al lichidului după funcţionarea motorului a fost redus substanţial datorită acestei funcţiuni. Sistemul managementului inteligent al temperaturii ITM asigură ,în general , îmbunătăţirea consumului și scăderea cu 2,5 g a CO2 și un confort sporit ce este simţit de către client şi anume datorită încălzirii rapide a interiorului vehiculului.
Injecția duală: MPI și FSI-formarea amestecului
Pentru a îndeplini valorile greutăţii limită şi a numărului de particule cerute de Directiva EU6, a fost adoptat sistemul suplimentar de injecţie MPI. Injectoarele MPI sunt alimentate prin conducta de alimentare de la ieşirea pompei de înaltă presiune astfel încât răcirea interioară a pompei de înaltă presiune este asigurată în timpul funcţionării MPI. Supapa de reglaj minimizează funcţionarea în impulsuri în rampa MPI determinată de către pompa de înaltă presiune care este integrată în această conductă de alimentare de la ieşirea din pompă. Injectoarele MPI sunt alimentate cu carburant printr-un distribuitor din plastic. Pentru controlul volumului injectat în distribuitor este montat un senzor de joasă presiune(4 bari). Injectoarele MPI sunt integrate în flanşa VTS (Variable-Tumble-System- Sistem Variabil de Basculare) şi ele sunt modificate conform poziţiei VTS din chiulasă pentru a dirija corespunzător fluxul direct de carburant. Pompa de înaltă presiune şi injectoarele au fost adaptate presiunii de maxim 200 bar. Şaibele de etanşare sunt fabricate din arcuri de oţel și au fost folosite pentru a separa acustic injectoarele din chiulasă. Noua generaţie de injectoare este concepută pentru injecţie multiplă.
Procesul de ardere:
Pentru noua generaţie de motoare EA888 gen. 3 au fost deja confirmate procesele de ardere TFSI optimizate în scopul creşterii în continuare a resistenţei la detonaţii şi aprinderii mai devreme la o presiune medie crescută la 22 bari, dar şi optimizarea stabilităţii arderii în conformitate cu condiţiile generale modificate datorită conductelor de evacuare integrate în chiulasă. Omogenizarea amestecului a fost îmbunătăţită suplimentar şi sarcina temperaturii supapei a fost redusă în urma optimizării, poziţia injectorului de înaltă presiune fiind uşor coborâtă.
Pentru a ajunge la creşterea puterii solicitate cu dinamica considerabil mai bună şi consum optim la sarcină completă , sistemul de ridicare al supapei de la Audi (AVS) cunoscut de la motorul anterior 2,0l-TFSI a fost adoptat şi folosit pentru prima dată în combinaţie cu supapa de la arborele cu came de evacuare pentru a asigura maximă libertate în controlul schimbării umplerii.
Diagrama injecției duale funcție de sarcină și turație
Noul sistem de injecţie dezvoltat deschide noi domenii pentru motoare . Este adevărat că injectoarele MPI, făcând abstracţie de injecţia singulară, dublă sau triplă, alcătuiesc un amestec la sarcină parţială a motorului. Posibilităţile ulterioare de îmbunătăţire a consumului sunt aşadar folosite şi, în acelaşi timp, valorile remarcabile ale emisiilor de particule sunt asigurate. Acest motor a îndeplinit de la început cerinţele
EU6 . În domeniul sarcinii parţiale , motorul este alimentat prin injectoarele MPI pe când injectoarele de înaltă presiune (HDEV) sunt folosite la sarcini mai mari şi la pornire.
Injecţia directă,de înaltă presiune,în trei faze este aplicată la pornirea la rece la temperaturi extrem de scăzute şi la sarcini mai mari în timpul perioadei de încălzire. Aceasta asigură contaminarea minimă a uleiului de motor cu carburant şi emisii minime. Când motorul este pornit şi încălzit amestecul este format de către o injecţie dublă. În acelaşi timp, funcţionarea lină , calitatea carburantului, fluctuaţiile şi emisiile minime sunt factori foarte importanţi în optimizarea parametrilor. Injecţia directă dublă este ,de asemenea ,folosită la sarcini mai mari. Strategia acestei injecţii este folosită să asigure o predispoziţie minimă la detonaţie, emisii optime de particule şi diluarea minimă a uleiului de către carburant în domeniul de performanţă .
Legendă
DI – injecţia directă
Umschaltung dual/sequentill – dual/comutare secvenţială când sunt ambele tipuri de injecții Klopfgrenze – limita de detonaţie
1fach – o singură fază 2fach – două faze 3fach – trei faze
La rotorul suflantei, carcasă şi la toate piesele componente prin care curg gazele au fost făcute diferite optimizări.
Optimizările turbosuflantei sunt următoarele:
- element de acţionare electric “wastegate”(poartă de golire ),
- sonda l în amontele turbosuflantei,
- carcasa compactă a turbinei a fost fabricată din oţel turnat cu orificii duble de intrare la flanşa chiulasei,
- carcasa compresorului cu amortizor de vibraţii integrat şi supapă electrică by-pass,
- rotorul turbinei dimensionat pentru o temperatură de 980°C,
- carcasa rulmenţilor cu conectări uniforme pentru ulei şi apă,
- rotor compresor canelat.
Carcasa turbinei rotorul turbinei:
Carcasa turbinei(TG) este fabricată din oţel turnat. Acesta este un mod cum fiabilitatea cu cerinţele funcţionale sunt asigurate pentru întreaga durată de viaţă, iar dispunerea sondei l în amontele turbinei a permis ca temperatura gazelor de evacuare să fie de 980°C. Greutatea totală a carcasei turbinei, care este , un oţel înalt aliat cu nichel a fost redusă ,substanţial ,cu 40 % datorită conceptului de integrare a conductelor de evacuare în chiulasă.
Datorită temperaturii aşa mari a gazelor de evacuare ,pentru prima dată , rotorul turbinei a fost fabricat din Inconel 713 C (oţel aliat cu nichel ).
Carcasa compresorului şi rotorul compresorului:
Carcasa compresorului este fabricată din aluminiu turnat în cochilie. Componente ca: amortizorul de vibraţii , supapa de bypass electrică , intrarea gazelor de aerisirea carterului şi rezervorului sunt integrate în carcasa compresorului. Carcasa compresorului a fost optimizată pentru forţe de reglare considerabil mai mari ale elementului de acţionare “wastegate”. Rotorul compresorului este canelat pe toată lungimea, având avantajul unei rezistenţe mai bune la turaţii mai mari şi o mai bună acustică(zgomot mai mic).
“Wastegate” element de acţionare electric:
Noua concepţie ,cu element de acţionare electric “wastegate”, este mai rapidă şi are o acurateţe de control mai bună decât controlul vacumatic. Elementul poate fi acţionat independent de presiunea de supraalimentare.
Meritele importante ale ale acestui element de acţionare sunt:
● Datorită forţei de închidere mai mari , momentul maxim de 320 Nm este obţinut la turaţii mai joase aprox. 1500 rpm.
● Datorită deschiderii wastegate la sarcini parţiale , presiunea de bază de supraalimentare poate fi redusă. Consumul poate fi redus în acest mod cu aprox. 1.2 g de CO2/km.
Ca o consecinţă a deschiderii eficace a wastegate convertorul catalitic este încălzit de temperatura gazelor de evacuare din amontele convertorului catalitic , care este mai mare cu 10°C şi aceasta conduce la emisiuni mai reduse la pornirea la rece.
Eliminarea rapidă a presiunii la o schimbare de sarcină –sarcină negativă- este posibilă datorită vitezei de acţionare rapide a elementului de acţionare electric al wastegate. Acest lucru are un impact pozitiv asupra acusticii evacuării turbosuflantei .
Comportarea motorului la schimbarea pozitivă a sarcinii se îmbunătăţeşte în acelaşi mod – ca o consecinţă a generării mai rapide a presiunii dinamice de supraalimentare.
Sonda Lambda în amontele turbinei:
Sonda l a fost dispusă pentru prima dată în amontele turbosuflantei. Astfel controlul l se face mult mai devreme după pornirea motorului, datorită asigurării mai din timp a minimului de temperatură posibilă a gazelor de evacuare necesară funcționării sondei l.
