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TSI – Injeção direta de gasolina e dupla sobrealimentação

Edição e Arte: Ignacio Montanha
Imagens: Divulgação VW

Data: 12 de Julho de 2006

 

Com o motor 2.0 FSI Turbo no Golf GTI a Volkswagen apresentou o seu primeiro motor de injeção direta à gasolina com turbocompressor. Com a tecnologia TSI a marca entra numa nova fase, e o resultado desse investimento traduz-se num propulsor de alta tecnologia, com elevada potência e torque, além de um baixo consumo e emissão de poluentes.

Uma característica única da tecnologia TSI, é a combinação da injeção direta de gasolina e dupla sobrealimentação, o "Twincharger“, é resultado de um compressor mecânico combinado com turbocompressor, e apresenta uma excelente potência específica de 121 cv/litro de cilindrada, que o coloca em posição de destaque entre os 4 cilindros de série.

 

O torque máximo de 24.5 kgmf é disponibilizado já a partir de 1750 rpm, mantendo-se neste valor até 4500 rpm. Seu rendimento corresponde ao potencial de um motor aspirado com uma cilindrada de aproximadamente 2,3 litros. Comparativamente, o consumo do 1.4 TSI é cerca de 20% mais baixo.

 

A tecnologia TSI fez a sua estréia no Golf V GT, que deu provas da sua grande economia com um consumo de 13.8 km/l e média de emissões de CO2 de 173 g/km. A Volkswagen se comprometeu em conjunto com outros construtores europeus que em 2008, as emissões médias de CO2 dos veículos à venda sejam menores que 140 g/km, atingida essa meta, em 2012 existirá outra redução para 120 g/km.

 

Existe também uma segunda versão do motor TSI com 140cv e um torque máximo de 24.5 kgmf, utilizado no Touran.

 

Objetivo

O objetivo declarado é baixar substancialmente as emissões de CO2 e o consumo, mas isso não deve ser obtido à custa da segurança e do prazer em dirigir. Para cumprir esse objetivo, foram necessárias soluções e tecnologias inovadoras. Uma das medidas mais eficazes para reduzir os consumos é sem dúvida, o chamado "downsizing“ (redução do tamanho) do motor. Através da redução da cilindrada para 1.390 cm3 minimizam-se as perdas por atrito, aumentando assim o grau de eficiência do propulsor. Esta solução colide, no entanto, com as atuais exigências de uma curva de torque mais enérgica, em benefício de uma maior segurança e prazer de condução, neste caso, a sobrealimentação apresenta-se como solução.

 

No entanto, um turbocompressor não trabalha, nas faixas mais baixas de rotação com a eficiência necessária para atingir os valores de desempenho pretendidos, e embora um compressor mecânico seja muito eficiente nos regimes baixos, apresenta, no entanto, desvantagens de consumo e nas altas rotações, devido à maior potência consumida. A solução reside na inteligente combinação dos dois sistemas: o "twincharger“ do 1.4 TSI, que através de uma interação complexa, o compressor mecânico e turbocompressor aumentam, já nos regimes mais baixos, a pressão de sobrealimentação até 2,5 bar à 1.500 rpm. A técnica da injeção direta de gasolina oferece as melhores condições de um consumo reduzido aliado a uma elevada eficiência, foi desta associação que resultou o primeiro motor a gasolina do mundo combinando a injeção direta de gasolina e dupla sobrealimentação.

O "twincharger“ combina um turbocompressor dos gases de escape com um compressor mecânico tipo "Roots", onde dois êmbolos rodam em sentidos opostos numa carcaça sem se tocarem, o efeito de "compressão da mistura" é produzido pela rotação dos mesmos. O compressor mecânico e o turbocompressor complementam-se perfeitamente no seu modo de funcionamento. O compressor é acionado até 3.500 rpm, a sua pressão de sobrealimentação é aumentada pelo turbocompressor dos gases de escape ligado em série. A partir das 3.500 rpm, só o turbocompressor em ação assegura uma maior pressão de admissão nos cilindros.

 

 

O compressor mecânico assume a tarefa de compensar o "vazio“ em baixa rotação, e é acionado pela polia do virabrequim por meio de uma correia, com uma relação de transmissão cerca de cinco vezes superior, isenta de manutenção. Seu funcionamento é baseado na rotação e posição do pedal do acelerador, e uma central determina se o compressor mecânico é ligado ou desligado por intermédio de uma embreagem eletromagnética.

 

A unidade motriz base escolhida para o desenvolvimento do projeto foi o motor FSI EA111 com níveis de potência de 90 cv (1,4 litros) e 115 cv (1,6 litros). O motor de 1,4 litros é um quatro cilindros com 16 válvulas, 1.390cm3 de cilindrada, 82 mm de espaçamento entre cilindros, 76,5 mm de diâmetro e 75,6 mm de curso. Para adaptar este bloco às exigências mecânicas da tecnologia de dupla sobrealimentação, os engenheiros concentraram-se em conceber um novo bloco em ferro forjado de alta resistência, capaz de suportar a elevada pressão média efetiva na câmara de combustão de até 21,7 bar durante longos períodos.

 

A tecnologia de injeção direta foi modificada, neste caso, passou a ser utilizada, pela primeira vez, bicos injetores de alta pressão, com furos múltiplos e seis elementos de saída de combustível. A quantidade de combustível a ser injetado entre a marcha-lenta e a potência máxima de 170 cv exige uma grande variação no fluxo de combustível através dos injetores, dado que, por um lado, tem de ocorrer um tempo suficiente de preparação da mistura depois de completada a injeção em condições de carga máxima e, por outro lado, a produção de baixos volumes de injeção com o motor em marcha-lenta.

Os engenheiros da Volkswagen modificaram também a injeção direta de combustível: A pressão de injeção máxima no injetor de 6 furos (utilizados pela primeira vez) chega a atingir 150 bar e a geometria dos pistões, que possuem a depressão com configuração especial, foi a ajustada no TSI. Com estas medidas assegura-se que a mistura se processe de uma forma otimizada, desde a marcha-lenta até a plena carga, a 7.300 rpm, regime em que ocorre o corte de combustível. Uma combustão eficiente gera uma maior potência e torque, além de um nível mais baixo de emissões, que são consequências naturais. Desde a marcha-lenta até um regime de aproximadamente 2.400 rpm o compressor trabalha em contínuo, mas caso o motorista pressione o acelerador com maior empolgação, o compressor continua ligado num período entre 2.400 a 3.500 rpm, ou seja, existem dois programas para condução, um que desliga o compressor à 2.400 rpm e outro "esportivo" onde a embreagem eletromagnética desconecta o compressor mecânico a 3.500 rpm.

 

Uma válvula reguladora controla o caminho do ar admitido através do compressor ou diretamente até o turbocompressor. Quando só funciona o turbo, a partir das 3.500 rpm, a valvula de regulagem fica aberta e o compressor é desligado, o ar segue então o caminho habitual nos motores turbo convencionais, passando pelo intercooler na dianteira e pela borboleta do acelerador. Nestes regimes o turbocompressor com válvula "wastegate", com grau de eficácia otimizado nos regimes mais altos, assume sozinho a responsabilidade pela sobrealimentação. Cada um dos níveis do "twincharger“ é assim operado na faixa de trabalho ideal. Garantindo deste modo uma admissão espontânea, um torque extraordinário e valores de consumo baixos.

Com altos valores de torque disponíveis desde as rotações mais baixas, com excelentes prestações do motor em médias e altas rotações, garantindo um comportamento esportivo, o motor 1.4 TSI transmite ao condutor uma sensação semelhante à de um motor aspirado de grande cilindrada, mesmo que o reduzido consumo pareça contradizer com esta realidade.

 

- Vantagens:

• O "twincharger“ confere ao motor TSI uma curva de torque favorável ao longo de uma ampla faixa de rotações e uma potência máxima respeitável e um consumo inquestionavelmente baixo;
• O torque elevado que é mantido numa ampla faixa de rotação, garante uma condução descontraída e com poucas trocas de marcha;
• TSI é sinônimo de alta tecnologia, a injeção direta de gasolina e o sistema de dupla sobrealimentação prometem mais prazer em dirigir sem perder a economia de vista.
• Também em matéria de custos de manutenção o TSI é duplamente vantajoso: baseia-se numa tecnologia que exige poucos cuidados e contribui para taxas fiscais mais econômicas em alguns países, graças à sua baixa cilindrada.

Ficha Técnica - EA-111 1.4 16v TSI

Golf GT - 170cv
Touran TSi - 140cv

Cilindrada: 1.390 cm3
Diâmetro / Curso: 76,5 / 75,6 mm
Válvulas por cilindro: 4
Relação de compressão: 10.0 : 1
Sobrealimentação: Compressor, turbo-compressor
Pressão de sobrealimentação máxima: 2,5 bar
Potência máxima: 170 Cv a 6.000 rpm
Torque máximo: 24.5kgmf de 1.750 a 4.500 rpm
Aceleração 0-100 km/h: 7,9 s
Velocidade máxima: 220 km/h

Cilindrada: 1.390 cm3
Diâmetro / Curso: 76,5 / 75,6 mm
Válvulas por cilindro: 4
Relação de compressão: 9.7 : 1
Sobrealimentação: Compressor, turbo-compressor
Potência máxima: 140 Cv a 5.600 rpm
Torque máximo: 24.5kgmf de 1.750 a 4.500 rpm
Aceleração 0-100 km/h: 9.8 s
Velocidade máxima: 200 km/h

 



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