W przypadku omawianych silników podstawowym wyróżnikiem jest układ zasilania. Wyposażony został we wtrysk bezpośredni. Układ ma za zadanie podnieść sprawność silnika i jego moc, a także ograniczyć spalanie i emisję zanieczyszczeń. Silniki tego rodzaju rozwijane są już od ponad 20 lat. Dlatego warto zebrać wiedzę na ich temat w jednym miejscu, ponieważ na rynku łatwo jest trafić na auto w nie wyposażone. Co to jest więc silnik TSI, FSI oraz TFSI?
Z tego artykułu dowiesz się między innymi:
- Co to jest silnik FSI?
- Co znaczy silnik TSI i silnik TFSI?
- Czym TSI i TFSI różni się od FSI?
- Jaki silnik TSI warto wybrać, a którego unikać?
FSI – co to za silnik?
Silnik o handlowym oznaczeniu FSI zadebiutował w roku 2002, początkowo jako jednostka 2.0 TSI o mocy 150 KM. Jednak już w 2003 roku zaprezentowano jego odmiany 1.4 FSI (90 KM) i 1.6 FSI (115 KM). W dalszych latach powstawały kolejne modele, aż do stosowanego w VW Tuaregu, Audi Q7 i Porsche Cayenne silnika 3.6 VR6 oraz wolnossącego V8 4.2. Co wyróżniało te jednostki napędowe?
Fuel Stratified Injection, co możemy dosłownie przetłumaczyć jako, uwarstwiony wtrysk paliwa. Były to silniki ze wtryskiem bezpośrednim, co samo w sobie nie było nowością na rynku. W latach 90. silniki z tego rodzaju zasilaniem stosowało Mitsubishi (GDI), w latach 80. Jaguar, a w 70. Honda (CVCC). Tym, co odróżniało nową jednostkę VW, było występujące w nazwie uwarstwienie wtrysku.
W silnikach benzynowych mieszanka musi zapalić się od iskry świecy zapłonowej. Jeżeli będzie ona zbyt uboga (za mało benzyny w stosunku do powietrza), nie dojdzie do zapłonu lub zapłon nie będzie miał odpowiedniej energii. Dlatego w mieszance musi znaleźć się odpowiednio dużo paliwa. Podnosi to spalanie i ilość wydalanych spalin. Wcześniejsze silniki ze wtryskiem bezpośrednim zwykle pracowały na dość bogatej mieszance. Bezpośredni wtrysk pozwalał na podniesienie sprawności i mocy, ale z powodu ograniczeń konstrukcyjnych zwiększał spalanie.
FSI – podniesienie sprawności i mocy silnika
Silnik FSI był odpowiedzią na ten problem. Zaprojektowano go w taki sposób, aby stężenie benzyny w powietrzu różniło się w różnych punktach komory spalania. Bezpośrednio w pobliżu świecy mieszanka jest bardzo bogata. Pozwala to uzyskać łatwy zapłon i dużą dawkę energii. Dalej od źródła zapłonu mieszanka jest o wiele uboższa, ale dzięki inicjacji wywołanej energią płomienia spalania bogatej mieszanki bliżej świecy, zapala się ona z odpowiednią szybkością. Ten dwustopniowy proces pozwala na zaoszczędzenie benzyny, ponieważ całościowo mieszanka paliwowo-powietrzna jest uboga. Dzięki temu silniki benzynowe odznaczały się spalaniem porównywalnym z jednostkami wysokoprężnymi o zbliżonych osiągach.
Wadą takiego rozwiązania jest generowanie większej ilości tlenków azotu, które powstają w wyniku spalania ubogich mieszanek paliwowych. W procesie spalania bierze udział spora ilość niezużytego tlenu, która łączy się z cząsteczkami azotu o wysokiej temperaturze, skąd bierze się podwyższona emisja tego gazu. Z tego powodu konieczne było zastosowanie systemu recyrkulacji spalin i dodatkowego katalizatora. Dzięki tym rozwiązaniom silnik FSI miał wysokie osiągi, nie palił wiele paliwa (2.0 FSI spalało w trasie około 7,5 l/100 km).
Budowa układu zasilania silników FSI
Poza systemem wtrysku silniki FSI były dość typową jednostką benzynową. Były to czterocylindrowe silniki rzędowe z rozrządem napędzanym za pomocą paska zębatego. Jednak warto przyjrzeć się temu, jak rozwiązano w tym przypadku układ zasilania. Omówimy wszystkie elementy po kolei.
Kolektor dolotowy ma zmienną geometrię. Dzięki temu przepływ powietrza dopasowany jest do obciążenia silnika i danej prędkości obrotowej. Przepustnica sterowana jest elektronicznie, a nie za pośrednictwem linki gazu. Poziom jej otwarcia reguluje nie tylko położenie pedału, ale też sterownik silnika, regulując precyzyjnie dawkę powietrza. Jest ona normowana przez sterowane podciśnieniowo dodatkowe przepustnice zamontowane na końcu kolektora przy głowicy.
Mechaniczna pompa paliwa, to kolejna ważna część. Sterowana jest dodatkową krzywką na wałku rozrządu. Generuje ona wysokie, stałe ciśnienie na szynie wtryskowej. Przypomina to rozwiązanie znane z wysokoprężnych jednostek common rail. W szynie znajduje się zawór, który otwiera się, gdy ciśnienie wzrośnie powyżej 120 kPa.
Paliwo trafia natomiast do cylindrów poprzez wtryskiwacze elektromagnetyczne z zasilaniem kondensatorowym, także konstrukcyjnie zbliżone do rozwiązań common rail, z tym że starszych generacji (w nowszych użyto wtryskiwaczy piezoelektrycznych).
Natomiast innym ważnym elementem całej konstrukcji jest wtryskiwacz. Poprzez kondensator zasilany jest napięciem około 65 V. Pozwala to na zwiększenie szybkości jego pracy. W momencie wtrysku jest on otwierany kilkukrotnie, z różnym czasem trwania każdego otwarcia. Służy to ukształtowaniu mieszanki w cylindrze zgodnie z zasadą opisaną wcześniej. Cykl ten sterowany jest przez komputer silnika.
Synchronizacja wszystkich tych elementów przez sterowniki pozwalała silnikowi FSI pracować sprawniej i wydajniej od silników ze wtryskiem pośrednim czy starszych generacji silników ze wtryskiem bezpośrednim.
Silnik TSI i silnik TFSI – co to znaczy?
Silnik FSI był podstawą dla budowy doładowanej jednostki napędowej o tej samej konstrukcji układu zasilania. Dlatego opisaliśmy jego budowę tak dokładnie. Silniki TFSI i TSI to w rzeczywistości to samo. Są to nazwy handlowe. Oznaczają Turbo Fuel Stratified Injection i Turbo Stratified Injection. Pierwsze oznaczenie stosowane jest w przypadku Audi, natomiast pod nazwą TSI występują one w pozostałych markach koncernu, czyli Volkswagenie, Seacie i Skodzie.
Pod względem działania silnik ten różni się od FSI wyłącznie tym, że wyposażono je w doładowanie. W zależności od wersji może być to turbosprężarka, sprężarka mechaniczna lub oba te rozwiązania zastosowane jednocześnie. Wykorzystanie doładowania w silniku ze wtryskiem bezpośrednim jest bardzo korzystne. Ze względu na to, że sprężarka pracuje jedynie z powietrzem, może generować większe ciśnienie doładowania, a dzięki precyzyjnemu dawkowaniu paliwa cały proces jest jeszcze wydajniejszy. Silniki TSI i TFSI o pojemności 2.0 w pierwszej generacji, opracowanej w 2005 roku były turbodoładowaną wersją silnika 2.0 FSI. Generowały 200 KM (w stosunku do 150 KM dla FSI), a spalały średnio zaledwie 2 l paliwa więcej na 100 km od pierwowzoru.
W roku 2005 pojawiły się najciekawsze silniki z rodziny TSI. Były to jednostki EA111 wyposażone w podwójne doładowanie. Kompresor Rootsa (sprężarka z tłokiem wirującym) i turbosprężarka wspólnie zwiększały wydajność zasilania powietrzem. Rozwiązanie to pozwoliło na uniknięcie tzw. turbo-dziury, ponieważ kompresor pracuje także przy niższych obrotach silnika. Wraz ze wzrostem prędkości obrotowej do kompresora dołącza turbosprężarka. Tym sposobem silniki twincharger są elastyczne, dobrze przyspieszają z niskich obrotów i mają łagodną krzywą mocy.
Zmianą konstrukcyjną, która pojawiła się w silnikach TSI w stosunku do FSI, było też zastąpienie paska rozrządu, łańcuchem.
Silnik TSI, TFSI i FSI – typowe usterki, jakich silników unikać?
Ze względu na wiele nowatorskich rozwiązań, wczesne generacje silników VW ze wtryskiem bezpośrednim miewały sporo problemów technicznych. Szczególnie dotyczyło to opisanych powyżej jednostek z podwójnym doładowaniem, które nie zostały w wystarczającym stopniu przebudowane, aby dostosować je do większego obciążenia termicznego. Warto zwrócić uwagę na to, co psuje się w poszczególnych silnikach. Dzięki temu będziesz wiedział, jakich aut unikać, a które będą dobrą inwestycją – mówi ekspert Inter Cars.
Silniki FSI
Stosunkowo najmniej problemów sprawia silnik FSI. Co to znaczy? Że przy odpowiedniej obsłudze są one dość niezawodne. Problemem jest zastosowanie bardzo intensywnej recyrkulacji spalin, która powoduje, że w dolocie i głowicy osadza się nagar. Może to w dłuższej perspektywie doprowadzić do niepoprawnego dawkowania powietrza, blokowania przepustnic czy uszkodzenia niektórych czujników.
Łatwo temu jednak zapobiec, wystarczy regularnie stosować środki czyszczące do dolotu. Rozpuszczają one nagar i pozwalają na jego usunięcie, także z kanałów głowicy. Koszt takiego środka to kilkadziesiąt złotych i wystarcza on na kilka użyć. Powinno się go stosować prewencyjnie co 30–40 tys. km. Jeżeli to zaniedbasz, nagar będzie niemożliwy do usunięcia bez rozebrania i czyszczenia dolotu, co oznacza już sporo większe koszty.
Silnik TSI/TFSI twincharger
Na drugim biegunie raportów niezawodności są wczesne silniki EA111 z podwójnym doładowaniem. Z powodu dużej mocy jednostkowej (1.4 TSI miał 160 KM), obciążenie i temperatura były bardzo wysokie. Źle zaprojektowane tłoki i pierścienie po prostu nie były w stanie tego wytrzymać. Dochodziło do wypalania dziur w tłokach i ich pękania, regularnych problemów z uszczelką pod głowicą czy zacierania się zaworów. To bardzo poważne wady, które oznaczają, że wczesnych silników TSI z podwójnym doładowaniem należy unikać.
VW z czasem zmodernizowało te jednostki i stały się one trwalsze. Wyżej wymienione problemy występowały, ale o wiele rzadziej. Aby poznać, czy masz do czynienia z silnikiem po poprawkach, musisz sprawdzić jego kod. Znajduje się on na naklejce, która zwykle mieści się we wnęce koła zapasowego lub pod wykładziną bagażnika. Silniki po modernizacji oznaczane są kodem zaczynającym się od CN i CT, na przykład CTHD. Pierwsze litery kodów silników wadliwych to CA i CF.
Drugim, nieco mniej istotnym mankamentem silników TSI była niska trwałość łańcucha rozrządu. Początkowo sprawiało to problemy. Użytkownicy przekonani, że łańcuchowego rozrządu się nie wymienia, ignorowali objawy. Prowadziło to do uszkodzenia systemu zmiennych faz rozrządu. Na początku produkcji tych silników wymiana łańcucha była też dość kosztowna. Obecnie dzięki wzrostowi świadomości mechaników i dobremu zaopatrzeniu w części do silników TSI ten problem nie jest już tak znaczący. Po prostu łańcuch podobnie jak pasek należy wymienić co około 90 tys. km.
Silnik TSI/TFSI twincharger – spalanie oleju
W niektórych egzemplarzach pojawiają się też problemy ze spalaniem oleju.
W 2012 roku wprowadzono drugą generację silników twincharger, oznaczonych EA211. Powrócono w nich do napędu rozrządu paskiem. Wyeliminowano też problemy z obciążeniem i spalaniem oleju, dlatego samochody z tymi silnikami nie powinny nikogo odstraszać. Problemem jest to, że jednostki EA111 montowano dość długo równolegle z EA211, co oznacza, że niekiedy trudno jest od razu stwierdzić, z jakim silnikiem masz do czynienia.
W przypadku podstawowej jednostki 1.4 TSI łatwo ją poznać po pojemności skokowej, ponieważ wzrosła ona z 1390 cm sześc. do 1395 cm sześc. W mniejszym 1.2 TSI pojemność pozostała ta sama, 1197 cm sześc., ale silniki EA211 łatwo jest odróżnić wizualnie. Jeżeli szukasz auta używanego, zwróć uwagę na komorę silnika. Jeżeli obudowa filtra powietrza znajduje się z boku, jest to starsza, bardziej wadliwa wersja . W EA211 filtr powietrza znajduje się przed silnikiem, w jego centralnej części. Przeważnie nie ma też na nim logo producenta ani skrótu wersji silnika. Pojawia się ono tylko w Audi, gdzie oznaczono ten silnik jako TFSI. Wersja 1.0 TSI z trzema cylindrami była produkowana wyłącznie jako EA211.
Warto też wspomnieć, że czterocylindrowe jednostki TSI EA211 mogą być wyposażone w system odłączania dwóch cylindrów przy niższych obciążeniach, co może być zaskakujące dla kierowcy, który nie jest tego świadomy. Silnik wtedy pracuje trochę głośniej i nierówno, przypominając silniki dwucylindrowe.
Silniki TSI i TFSI z turbosprężarką
Uproszczone silniki EA111 doładowane turbosprężarką były mniej zawodne od silników twincharger. Może w nich wystąpić spalanie oleju, a łańcuch rozrządu należy regularnie wymieniać, jednak ryzyko pęknięcia tłoka jest tutaj o wiele mniejsze.
Niektóre większe odmiany, na przykład 3.0 TSI VR6 (EA837), wyposażone są tylko w kompresor mechaniczny, jednak nie ma do nich poważniejszych zastrzeżeń.
Silniki FSI i TSI/TFSI – podsumowanie
Zła sława silników EA111 1.4 TSI twincharger powoduje, że wielu kierowców unika wszystkich samochodów tego koncernu z bezpośrednim wtryskiem benzyny. Jak widać powyżej, nie jest to słuszne. Jeżeli zachowasz ostrożność przy wyborze auta i kupisz odpowiednią wersję silnikową, nie będziesz narażony na duże ryzyko awarii.
Silniki TSI o pojemności do 1.4 świetnie sprawdzają się w samochodach miejskich i kompaktowych, zapewniając dobre osiągi. Większe silniki, takie jak 2.0 TFSI (EA113, EA888), które są niezawodne bez względu na generację silnika, są niezwykle mocne. Obecnie najmocniejsze 2.0 TFSI montowane w Audi TTS ma 310 KM. Słabsze wersje 1.8 i 2.0 TSI mogą mieć od 120 do 225 KM (w Audi A4) czy do 275 KM (VW Scirocco, Audi A8). Najmocniejszym silnikiem z rodziny TFSI jest montowana w Audi RS6 4.0 V8 o mocy 600 KM. Poza wadliwym EA111 nie ma potrzeby obawiać się zakupu samochodów z takimi silnikami. To świetne, nowoczesne jednostki napędowe, które pozwalają na dość oszczędną i dynamiczną jazdę.
