1,5-l-TSI-evo-Motor mit 96 kW
Volkswagen
Volkswagen präsentiert auf dem 37. Internationalen Wiener Motorensymposium die neueste Generation des sogenannten EA211 TSI evo. Erster Motor dieser zukünftigen Ottomotoren-Generation ist der 1,5-l-TSI. Dieser TSI-Motor soll Ende 2016 zunächst mit Leistungen von 96 kW und 110 kW auf den Markt kommen.
Die wesentlichen Technikbausteine des neuen EA211 TSI evo sollen laut Volkswagen zu Wirkungsgradvorteilen von bis zu 10 Prozent im Vergleich zum bisherigen 1,4-l-TSI (92 kW) führen. Im Einzelnen kommen folgende neue beziehungsweise überarbeitete Technologien zum Einsatz: Miller-Brennverfahren mit einem hohen Verdichtungsverhältnis von 12,5 : 1, Turbolader mit variabler Turbinengeometrie (VTG), Common-Rail-Einspritzanlage mit bis zu 350 bar Druck, effizientes Thermomanagement, Zylinderabschaltung ACT und APS-beschichtete Zylinderlaufbahnen (atmosphärisches Plasmaspritzen).
Miller-Brennverfahren
Das Miller-Brennverfahren ist eine wesentliche Innovation des neuen EA211 TSI evo. Die daraus folgende thermodynamische Wirkungsgradverbesserung wurde laut Volkswagen durch vier zentrale Entwicklungsziele umgesetzt:
- Erhöhung des geometrischen Verdichtungsverhältnisses zur Steigerung des Wirkungsgrades im kundenrelevanten Betrieb.
- Reduzierung der Kompressionsendtemperatur durch frühes Einlassschließen und einer damit einhergehenden Expansionskühlung im Ansaugtakt.
- Optimierung der Ladungsbewegung für einen schnellen Flammenfortschritt zur Reduzierung der Klopfneigung bei hohen spezifischen Lasten.
- Erhöhung der Ladungsdichte durch effiziente Abgasturboaufladung.
Abgasturbolader mit variabler Turbinengeometrie
Neu beim TSI evo ist der Einsatz eines Abgasturboladers mit elektrisch verstellbarer Turbinengeometrie (VTG-ATL). Aufgrund des frühen Einlassschließen beim Miller-Brennverfahren reduziert sich der Liefergrad gegenüber einem Motor mit Standardsteuerzeiten. In der Teillast trage die daraus resultierende Entdrosselung zum Verbrauchsvorteil des TSI evo bei, erklärt Volkswagen. Ein hoher Ladedruck gleicht die Auswirkungen des konzeptbedingt geringeren effektiven Hubvolumens zur Erzeugung eines hohen Low-end Torques aus. Dies stelle besonders bei niedrigen Motordrehzahlen sehr hohe Anforderungen an das Aufladesystem. Ein Abgasturbolader mit variabler Turbinengeometrie biete durch die betriebspunktoptimale Anpassung der Turbinen-Durchflusscharakteristik einerseits die Möglichkeit, bereits ab geringen Motordrehzahlen eine sehr hohe Turbinenleistung und damit einen hohen Ladedruck bereitzustellen, so Volkswagen. Der verstärkte Aufstaueffekt der VTG-Turbine in Kombination mit einem reduzierten Massenträgheitsmoment des ATL führe außerdem zu einem sehr spontanen Ansprechverhalten. Der Lastsprung auf das maximale Drehmoment erfolge gegenüber einem 1,4-l-TSI (92 kW) rund 35 Prozent schneller. Die VTG-Technologie bildet insgesamt einen integralen Bestandteil des TSI evo-Brennverfahrens.
APS-beschichtete Zylinderlaufbahnen
Die Laufbuchsen im Aluminium-Zylindergehäuse werden bei der Leistungsvariante mit 110 kW im APS-Verfahren (atmosphärisches Plasmaspritzen) beschichtet. Durch die Verwendung eines feinkörnigen Spritzpulvers entstehen in Kombination mit einer dafür optimierten Honung kleine Schmiertaschen, die reibungs- und verschleißarmes Gleiten der Kolbenringe gewährleisten sollen. Weitere Vorteile dieser Lösung sind laut Volkswagen die erhöhte Wärmeabfuhr im Vergleich zu Grauguss, die dadurch gesteigerte Klopffestigkeit bei der Verbrennung und die verbesserte Korrosionsbeständigkeit gegenüber Schlechtkraftstoffen im Weltmarkt. Auch beim hybridtypischen Zustart des kalten Motors unter höherer Last erweise sich die APS-Technologie als besonders verschleißresistent.
Überarbeiteter Zylinderkopf
Zudem wurde der Zylinderkopf grundlegend überarbeitet. Unter anderem wurde der Wassermantel für eine bessere Wärmeabfuhr optimiert und der Ventilwinkel sowie der Brennraum für eine optimale Umsetzung des Miller-Brennverfahrens angepasst. Das Prinzip des in den Zylinderkopf integrierten Abgaskrümmers wurde beibehalten. Die Einlassnockenwelle wird im Gegensatz zum EA211 über einen schnellen hydraulischen Nockenwellensteller mit einem zentralen Stellventil verstellt. Die Verstellgeschwindigkeit von bis zu 300° KW pro Sekunde soll die Dynamik der Füllungssteuerung unterstützen.
Optimierte Zylinderabschaltung
Die Zylinderabschaltung ACT, eine weitere Baugruppe aus dem EA211-Baukasten, wurde verbessert und gelangt mit dem TSI evo in großer Stückzahl in die Serie. Bis in Bereiche mittlerer Last schließt sie die Ein- und Auslassventile der Zylinder 2 und 3, zugleich wird die Einspritzung deaktiviert.
Thermomanagement und Reibungspaket
Das neue kennfeldgeregelte Kühlungsmodul ermöglicht ein effizientes Thermomanagement des Motors. Unter anderem kann mithilfe des Kühlungsmoduls in der Aufwärmphase für stehendes Wasser im gesamten Motor beziehungsweise im Zylinderkurbelgehäuse gesorgt werden. Die damit einhergehende schnelle Erwärmung des Motors verbessert den Heizungskomfort im Innenraum und reduziert die Reibung des Motors im Warmlauf zusätzlich. Ein weiterer Vorteil des kennfeldgeregelten Kühlungsmoduls bestehe darin, dass der Motor im gesamten Betriebsbereich optimal bedarfsgerecht gekühlt werden kann.
Eine weitere Maßnahme beim TSI evo ist ein umfangreiches Reibungspaket. Es umfasst unter anderem eine kennfeldgeregelte, vollvariable Ölpumpe, eine Polymer-Beschichtung des ersten Hauptlagers der Kurbelwelle sowie die Umstellung auf niedrigviskoses Öl der Klasse 0W-20.
Indirekte Ladeluftkühlung überarbeitet
Auch bei der indirekten Ladeluftkühlung wurde eine Neuerung realisiert. Anders als beim EA211 ist der Kühler nach dem Verdichteraustritt im Druckrohr vor der Drosselklappe platziert, die auf diese Weise mitgekühlt wird. Durch die neue Einbaulage gelinge es, im weiterhin sehr kompakten Package die Größe und Leistungsfähigkeit des Kühlers zu erhöhen. Er soll damit in der Lage sein, die Temperatur der Ladeluft bis auf 15 Kelvin über dem Niveau der Umgebungsluft abzusenken.
Direkteinspritzungs-System der vierten Generation
Bei der Einspritzanlage kommt zum ersten Mal das Volkswagen-Direkteinspritzungs-System der vierten Generation zum Einsatz. Durch eine Optimierung des Gesamtsystems und seiner Komponenten gelang es, den Einspritzdruck auf 350 bar zu steigern. Aufgrund der damit einhergehenden verringerten Tröpfchengröße verbessert sich die Gemischbildung, was unter anderem zu einer deutlichen Reduzierung der Partikelrohemissionen führt.
Die auf 6 mm Durchmesser reduzierte Injektorspitze ermöglicht eine vorteilhafte Integration in den Brennraum, steigert die Festigkeit und reduziert die Temperaturen an der Spritzplatte.