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Hay tres versiones del motor TSI de Volkswagen con 1,4 l de
cilindrada. Dos de ellas tienen dos compresores, uno de tipo
volumétrico
Roots y un turbocompresor,
dispuestos en serie; estas dos versiones se distinguen entre
sí por su potencia máxima: 140 (ó 150 CV) y 170 CV.
La otra versión solamente tiene un turbocompresor y da
122 CV (ó 125 CV) de potencia máxima.
Volkswagen también llama TSI al motor de 2,0 l (inicialmente
llamado TFSI) y habrá una variante de estos motores con
1,2 l de cilindrada.
En los tres motores de 1,4 l, el bloque del que ha partido
Volkswagen es de tipo EA 111, el mismo que da 90 CV con 1,4
l o 115 con 1,6. Es un bloque de hierro con 82 mm de distancia
entre ejes de cilindros, con medidas 76,5 x 75,6, que dan
1.390 cm³. Este bloque admite presiones máximas
en la cámara de 120 bar.
La
distribución tiene cuatro válvulas por cilindro
y dos árboles de levas en la culata, movidos por una
cadena. En el árbol de levas de admisión hay
un variador de fase. El cigüeñal y las bielas
son iguales en las tres versiones.
En el caso de las versiones de doble compresor, la idea es
utilizar un turbocompresor de gran tamaño, que puede
dar una presión muy alta, y un compresor volumétrico
que genera la presión requerida cuando el turbocompresor
no puede darla, porque es grande y —por tanto—
necesita más energía para acelerarlo (más
comentarios sobre el uso de dos compresores).
El otro motor, con el que no se busca una potencia máxima
alta, no necesita una presión de sobrealimentación
grande. Por esa razón es preferible usar un turbocompresor
pequeño y prescindir del compresor volumétrico.
Como el turbocompresor es pequeño, requiere menos energía
para acelerarlo; además, este motor tiene otros sistemas
para que su respuesta a bajo régimen sea buena.
El compresor volumétrico está movido por el
cigüeñal a través de una polea y un embrague
electromagnético; gira cinco veces más rápido
que el motor. Funciona de manera continua a partir de cierto
nivel de carga, hasta 2.400 rpm. A partir de ahí queda
desembragado de la polea, salvo si la carga del motor es alta.
Cuando el motor funciona a media carga, una parte del caudal
de aire que ha pasado por el compresor volumétrico
retorna a él (imagen).
En ese caso, puede sumar su presión a la que da el
turbocompresor, siempre que el motor no llegue a 3.500 rpm
(gráfico).
A partir de ese régimen y hasta las 7.000 rpm que puede
alcanzar el motor, el compresor volumétrico está
siempre desconectado. Cuando el compresor está desconectado,
el aire pasa por una conductor alternativo para esquivarlo
(gráfico).
En
la versión de 170 CV, la máxima presión
de alimentación se consigue a unas 1.500 rpm, cuando
los dos compresores funcionan conjuntamente y tienen aproximadamente
la misma relación de compresión (1,53 a 1).
En esas condiciones, la presión máxima absoluta
de alimentación es 2,5 bar.
En la versión de 122 CV, la presión máxima
en el colector de admisión es 1,8 bar, cuando el turbocompresor
gira a 220.000 rpm.
Aunque el turbocompresor es distinto según el motor,
en las tres versiones hay algunas características en
común. Tienen una válvula de descarga neumática
en la turbina para limitar la presión máxima
y, además, una válvula de descarga en admisión
(más
información). En la imagen a la derecha se puede
apreciar esa válvula, que está controlada electrónicamente.
Los tubos por donde circula el aire comprimido son rígidos
en todo caso, lo que impide un aumento de volumen que retrase
la respuesta del compresor.
El turbocompresor es un diseño de Volkswagen, que
no utiliza un sistema de doble entrada porque crea una mayor
contrapresión en el escape cuando el régimen
es alto.
Una particularidad del motor de 122 CV es que el aire de
admisión comprimido no se enfría en un intercooler
de aire, sino en uno de agua (más
información). Por esa razón, hay diferencias
en el sistema de refrigeración de cada motor (más
información). En esta
animación (archivo.mov, 25 MB) se puede apreciar
el flujo de gases.
Una de las facetas más interesantes de este motor,
en sus tres versiones, es que su relación
de compresión es alta, lo que resulta beneficioso
para el funcionamiento del motor en carga parcial (uno de
los inconvenientes de los motores con mucha sobrealimentación).
En parte debido a la inyección directa (la gasolina
refrigera la cámara porque se evapora dentro de ella),
la relación de compresión es 10 a 1 en las tres
versiones; la gasolina que recomienda Volkswagen para este
motor es de octano 95.
Tiene inyección indirecta con una bomba que da 110
bar de presión máxima. Los inyectores tienen
seis orificios en todo caso, pero la forma en que se dispersan
los chorros es distinta según el tipo de alimentación.
En las versiones de doble compresor hay unas aletas en el
colector de admisión, que limitan el área de entrada
de aire en carga parcial para conseguir una cierta turbulencia.
El motor de un sólo compresor no necesita esas aletas.
Los chorros del inyector se adaptan a la turbulencia, que
es distinta en cada caso.
Volkswagen
estima que este motor de 1,4 l, en versión de 170 CV,
equivale a un buen motor atmosférico de 2,3 l de cilindrada.
Sus valores de potencia máxima y par máximo
(170 CV y 240 Nm, respectivamente), son semejantes a los del
motor V6 de Audi de 2,4 l (170 CV y 230 Nm).
La escala de par máximo en las tres versiones es 200,
220 y 240 Nm. En las dos versiones menos potentes el par máximo
es constante en un margen de régimen amplio y ya desde
1.500 rpm.
La presión
media efectiva es extraordinariamente alta: 21,7 bar;
está al mismo nivel que la de motores Diesel como el
BMW de 2,0 l y 163 CV (el del 320d),
que llega a 21,4. En las tres versiones de este motor de 1,4
l, el consumo específico mínimo es 240 g/kWh,
a 2.000 rpm.
Volkswagen ha trabajado con 250 prototipos y primeras series de motores, algunos
de ellos sometidos a pruebas de resistencia equivalentes a
un recorrido de 300.000 km.
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