TSI против СО2

Естественно, сохранять мощность, уменьшая объем, смогут за счет наддува. Теперь налоги на автомобиль в Европе будут учитывать уровень выбросов СО2, на снижение которого брошены все силы конструкторов. Добиться низких выбросов без перехода на альтернативные виды топлива можно, лишь уменьшив расход бензина. Кстати, потребитель тоже возражать не будет.

Основные резервы экономии сегодня не в постоянных, а в переменных режимах. В городском цикле значительную долю времени составляет холостой ход, при котором расход практически пропорционален объему двигателя. При большой нагрузке и высоких оборотах у наддувного мотора по сравнению с атмосферным равной мощности есть преимущество за счет большего КПД. А вот ниже средних оборотов одного турбонаддува недостаточно – «маленький, но мощный» снизу не тянет.

Если даунсайзинг – неизбежный путь европейского двигателестроения, пора прощаться с уверенной тягой в широком диапазоне оборотов? Познакомившись с новейшим мотором «Фольксвагена» TSI, облегченно вздохнул: нет, прощаться рано.

ДУЕМ ВДВОЕМ

Внешняя скоростная характеристика нового мотора мощностью 125 кВт/170 л.с. особенно впечатляет: 240 Н.м крутящего момента в диапазоне от 1750 до 4500 об/мин. Здорово даже для атмосферного 2,5-литрового двигателя! Для 1,4-литрового агрегата данные почти фантастические. Что на практике? Едет как 2,5-литровый мотор, а бензина расходует как 1,6-литровый. Скромный рабочий объем позволил обойтись без балансирных валов, ставших ныне почти обязательными для четырехцилиндровых моторов. Масса и размеры деталей кривошипно-шатунного механизма невелики, а инерционные силы второго порядка, с которыми борются с помощью уравновешивающих валов, не досаждают даже при максимально допустимых 7000 об/мин. «Гольф GT» с таким мотором продемонстрировал уверенный разгон на любой передаче с 1500 оборотов. Впрочем, и ниже мотор не «затыкается».

Его младший брат мощностью 103 кВт/140 л.с. в тяговитости уступает немного: 220 Н.м от 1500 до 4000 об/мин. В сочетании с шестиступенчатой автоматической коробкой передач DSG – резвый и экономичный силовой агрегат даже для немаленького «Турана». Ничуть не хуже двухлитрового «атмосферника». Оба двигателя с непосредственным впрыском работают только со стехиометрическим составом смеси, так что у них нет ограничений по количеству серы в топливе.

НА БОРЬБУ С…

Для начала – с шумом. В то, что приводной компрессор типа «Рутс» может работать бесшумно, поверит только тот, кто его не слышал. Лопаточный агрегат, развивающий до 18 000 об/мин, тихоней не бывает. А эффективным становится лишь с 5000–6000 оборотов. Чтобы добиться вращения с такой частотой, потребовалась бы пятикратная разница в диаметре шкивов! Да и долговечность ремня на таких оборотах оставляет желать лучшего. Потому привод нагнетателя выполнен двухступенчатым: передаточное отношение 2,5 достигается разницей диаметров шкивов, а встроенный в корпус мультипликатор ускоряет вращение еще в 1,93 раза. При такой конструкции снижается шум привода, а эффективный наддув достигается уже с 1000 об/мин – едва выше холостых. На шум влияют и зазоры, а также жесткость деталей. Подавить источники шума позволяют высокопрочные валы, усиленный ребрами жесткости корпус и специальная тефлоновая обработка роторов нагнетателя. Звук распространяется через металл корпуса и через воздух. Первый фильтрует демпфер нагнетателя, второй – глушители впуска и акустические кожухи, полностью закрывающие агрегат снаружи.

Все, что, прислушавшись, почувствует водитель – характерное турбинное завывание на 2000–3000 об/мин и едва слышимый щелчок срабатывания муфты: она отключает компрессор примерно на 3400 об/мин. Эти звуки не задавлены намеренно, чтобы в шуме мотора TSI присутствовал фирменный тембр.

Приводной компрессор расходует мощность двигателя и снижает экономичность, турбокомпрессор повышает КПД, но эффективен только на средних и высоких оборотах. При частичной нагрузке оба практически не нужны... Приводной компрессор – отличный помощник «на низах», но выше 2400 об/мин турбокомпрессор уже в состоянии обеспечить полное давление наддува собственными силами. Секрет TSI в оптимальном управлении наддувом.

И В «ГОЛЬФ», И В «ТУРАН», И В «ПАССАТ»?

Сочетание приводного компрессора, турбонаддува, непосредственного впрыска и регулирования фаз газораспределения позволяет создавать моторы, по мощности сравнимые с агрегатами вдвое большего объема, при этом достаточно экономичные. Кстати, среди концепт-каров «Фольксвагена» с моторами TSI есть и «Пассат», и даже «Мультивэн». На подходе семиступенчатая коробка передач DSG, которая призвана еще расширить диапазон применения двигателей с двойным наддувом.

Многие помнят, что больше двадцати лет назад «Фольксваген» выпустил семейство двигателей со спиральными нагнетателями. Тогдашний 1,8-литровый мотор развивал 160 л.с. Впоследствии фирма отказалась от этих агрегатов в пользу многоклапанных большего объема. Что придет после двойного наддува и непосредственного впрыска бензина? Давайте подождем еще лет десять...

На холостом ходу привод компрессора отключен, двигатель работает как обычный «атмосферный». При увеличении оборотов и нагрузки в работу вступает приводной нагнетатель, способный уже при 1000 об/мин повысить давление воздуха до 170 кПа. Дальше, при нажатой до пола педали газа активизируется турбокомпрессор. В диапазоне от 1000 до 2400 оборотов совместная работа компрессоров приводит к синергетическому эффекту – повышенное давление на входе в турбокомпрессор увеличивает его эффективность. Вся эта сложная система взаимоотношений компрессоров приводит к тому, что крутящий момент мотора достигает 200 Н.м уже при 1250 об/мин. Напомню, с рабочим объемом 1,4 л!

Впрочем, это еще не повод отключить приводной нагнетатель: «двухступенчатый наддув» позволяет ликвидировать турбояму на частичных нагрузках, когда энергии выхлопных газов не хватает, чтобы обеспечить достаточный для резкого ускорения наддув. Однако выше 3400 об/мин приводной нагнетатель отключается, а, чтобы не создавать дополнительного сопротивления, воздух в турбокомпрессор поступает в обход его. С ростом оборотов суммарное давление наддува снижается с 250 кПа при 1500 об/мин до 190 кПа при 5000 об/мин. Это продиктовано соображениями надежности – несмотря на серьезное давление наддува, степень сжатия 10:1! Рекомендованное октановое число бензина 98, но мотор может работать и на 95, с небольшим снижением показателей.