Zakres testowy silników Audi - Część 2: 4.0 TFSI

Kontynuacja serii jednostek napędowych marki

Ośmiocylindrowy silnik 4.0 TFSI marek Audi i Bentley jest uosobieniem downsizingu w klasach wyższych. Zastąpił wolnossący silnik o pojemności 4,2 litra i 5,2-litrową jednostkę V10 w modelach S6, S7 i S8 i był dostępny w poziomach mocy od 420 do 520 KM. do 605 KM w zależności od modelu. Pod tymi liczbami silnik Audi jest bezpośrednim konkurentem 4,4-litrowego silnika BMW N63 biturbo i jego wersji S63 do modeli M. Podobnie jak w BMW, dwie turbosprężarki umieszczono po wewnętrznej stronie rzędów cylindrów, które są ustawione pod kątem 90 stopni, podobnie jak w poprzedniej jednostce o pojemności 4,2 litra. Dzięki takiemu rozwiązaniu osiąga się większą zwartość i skraca się droga gazów spalinowych. Konfiguracja twin-scroll (w BMW stosowana tylko w wersji S) pozwala na zmniejszenie wzajemnego negatywnego wpływu pulsacji z różnych cylindrów i wydobycie większej części ich energii kinetycznej, a odbywa się poprzez złożoną kombinację kanały z cylindrów różnych rzędów. Ta zasada działania zapewnia solidną rezerwę momentu obrotowego podczas przyspieszania nawet w trybach nieco powyżej prędkości biegu jałowego. Już przy 1000 obr./min 4.0 TFSI ma już 400 Nm. Mocniejsza wersja jest gotowa dostarczyć swój maksymalny moment obrotowy wynoszący 650 Nm (700 w wersjach o mocy 560 i 605 KM) w całym zakresie od 1750 do 5000 obr/min, podczas gdy standardowe 550 Nm dostępne jest jeszcze wcześniej – od 1400 do 5250 obr/min. Blok silnika wykonany jest ze stopów aluminium z jednorodnym odlewem aluminium pod niskim ciśnieniem, a w wersjach mocnych jest dodatkowo poddawany obróbce cieplnej. Aby wzmocnić blok, w jego dolnej części zintegrowano pięć wkładek z żeliwa sferoidalnego. Podobnie jak w przypadku mniejszej jednostki EA888, pompa olejowa ma zmienną wydajność, a przy niskich obrotach i obciążeniu dolne dysze chłodzące tłoka są wyłączone. Logika chłodzenia silnika jest podobna, gdzie moduł sterujący reguluje temperaturę w czasie rzeczywistym, a obieg jest utrzymywany aż do osiągnięcia temperatury roboczej. Gdy jest ona obecna, ciecz zaczyna przemieszczać się z wnętrza cylindrów w stronę głowicy, a w przypadku konieczności podgrzania, pompa elektryczna kieruje wodę z głowicy do kabiny. Tutaj również, aby prawie całkowicie wyeliminować zalanie tłoka, wykonuje się kilka dokładnych wtrysków paliwa na cykl, gdy silnik jest zimny.

Wyłączyć część cylindrów

System odcinania cylindrów przy częściowym obciążeniu nie jest nowym podejściem do zmniejszania zużycia paliwa, ale dzięki turbodoładowanemu silnikowi Audi to rozwiązanie zostało udoskonalone. Ideą takich technologii jest zwiększenie tzw. punkt pracy - gdy silnik wymaga poziomu mocy, który pozwoliłby na obsługę czterech z ośmiu cylindrów, te ostatnie pracują w znacznie bardziej wydajnym trybie z szerszą przepustnicą. Górna granica operacji dezaktywacji cylindra wynosi od 25 do 40 procent maksymalnego momentu obrotowego (od 120 do 250 Nm), aw tym trybie średnie efektywne ciśnienie w cylindrach znacznie wzrasta. Temperatura płynu chłodzącego musi osiągnąć co najmniej 30 stopni, przekładnia musi być na trzecim biegu lub wyższym, a silnik musi pracować między 960 a 3500 obr / min. Jeśli te warunki zostaną spełnione, system zamyka zawory dolotowe i wydechowe dwóch cylindrów w każdym rzędzie cylindrów, przy czym jednostka V8 nadal działa jako V4.

Zamknięcie niezbędnych zaworów na czterech wałkach rozrządu odbywa się za pomocą nowej wersji do sterowania fazami i skokiem zaworów Audi valvelift system. Tuleje z umieszczonymi na nich krzywkami do otwierania dwóch zaworów i kanałów przesuwane są na bok za pomocą urządzeń elektromagnetycznych z kołkami, aw nowej wersji posiadają również krzywki „zerowego skoku”. Te ostatnie nie mają wpływu na popychacze zaworów, a sprężyny utrzymują je w stanie zamkniętym. W tym samym czasie układ sterowania silnikiem zatrzymuje wtrysk paliwa i zapłon. Jednak przed zamknięciem zaworów komory spalania są napełniane świeżym powietrzem - wymiana spalin na powietrze zmniejsza ciśnienie w cylindrach i energię potrzebną do napędzania tłoków.

W momencie, gdy kierowca mocniej wciśnie pedał przyspieszenia, wyłączone cylindry ponownie zaczynają działać. Powrót do trybu ośmiocylindrowego, jak również proces odwrotny, są niezwykle precyzyjne i szybkie i praktycznie niezauważalne. Cała zmiana następuje w zaledwie 300 milisekund, a zmiana trybu prowadzi do krótkotrwałego obniżenia wydajności, tak że rzeczywiste zmniejszenie zużycia paliwa rozpoczyna się około trzech sekund po wyłączeniu cylindrów.

Według Audi, w proces tworzenia tej technologii zaangażowani byli również ludzie z Bentley, którzy używają zaawansowanego 4.0 TFSI w nowym Continental GT (debiut w 2012 roku). Taki system nie jest nowością w firmie i działa w 6,75-litrowej jednostce V8.

Silniki V8 są znane nie tylko ze względu na trakcję i harmonijną reakcję przepustnicy, ale także z płynnej pracy - i dotyczy to z pełną mocą silnika 4.0 TFSI. Jednak gdy silnik V8 działa jak V4, w zależności od obciążenia i prędkości, jego wał korbowy i elementy posuwisto-zwrotne zaczynają generować wysokie poziomy drgań skrętnych. To z kolei prowadzi do pojawienia się specyficznych odgłosów, które przenikają do wnętrza samochodu. Dzięki swoim dużym rozmiarom układ wydechowy generuje również specyficzne basy, które są trudne do stłumienia, pomimo inteligentnego systemu kontroli przepływu gazu z zaworami. Poszukując sposobów na zmniejszenie wibracji i hałasu, projektanci Audi zastosowali nietypowe podejście technologiczne, tworząc dwa unikalne systemy - tłumienie dźwięku i tłumienie drgań.

Ze względu na intensywny proces wirowania podczas napełniania i zwiększoną szybkość spalania, stopień sprężania można zwiększyć niezależnie od obecności turbodoładowania bez ryzyka wywołania detonacji w procesie spalania. Istnieją również pewne różnice technologiczne między różnymi wersjami mocy 4.0 TFSI, takie jak zastosowanie jedno- lub dwuobwodowego układu dolotowego, różne ustawienia pracy turbosprężarek oraz obecność dodatkowej chłodnicy oleju dla mocniejszych jednostek. Istnieją również różnice konstrukcyjne wału korbowego i ich głównych łożysk, stopień sprężania, fazy dystrybucji gazu oraz wtryskiwacze są różne.

Aktywna kontrola hałasu i tłumienie drgań

Aktywna kontrola hałasu (ANC) przeciwdziała niepożądanemu hałasowi poprzez generowanie „antydźwięku”. Zasada ta znana jest jako zakłócenia destrukcyjne: jeśli dwie fale dźwiękowe o tej samej częstotliwości nachodzą na siebie, ich amplitudy można „ustawić” tak, aby były wzajemnie tłumione. W tym celu ich amplitudy muszą być takie same, ale muszą być ze sobą w fazie, tj. W przeciwfazie. Eksperci nazywają ten proces również „eliminacją szumów wstecznych”. Modele Audi, które będą oferować nową jednostkę 180 TFSI, są wyposażone w cztery małe mikrofony wbudowane w podsufitkę. Każdy z nich rejestruje pełne spektrum szumów w sąsiednim obszarze. Na podstawie tych sygnałów moduł sterujący ANC tworzy zróżnicowany przestrzenny obraz szumu, a jednocześnie czujnik prędkości wału korbowego dostarcza informacji o tym parametrze. We wszystkich wstępnie skalibrowanych obszarach, w których system identyfikuje przeszkadzający hałas, celowo generuje precyzyjnie modulowany dźwięk eliminujący. Aktywna kontrola szumów jest gotowa do pracy w dowolnym momencie - niezależnie od tego, czy system audio jest włączony, czy wyłączony, czy dźwięk jest wzmacniany, redukowany itp. System działa również niezależnie od tego, w jaki system wyposażony jest samochód.

Sposób tłumienia drgań jest bardzo podobny do pomysłu. Zasadniczo Audi stosuje sztywne, sportowe ustawienia mocowania silnika. W przypadku 4.0 TFSI inżynierowie opracowali aktywne wsporniki montażowe lub podkładki, które mają na celu wyeliminowanie drgań silnika przy wycofywaniu oscylacji z odwróconą siłą. Kluczowym elementem systemu jest urządzenie elektromagnetyczne, które wytwarza wibracje. Posiada magnes stały i szybkoobrotową cewkę, której ruch przenoszony jest za pomocą elastycznej membrany do komory z cieczą. Płyn ten absorbuje zarówno drgania powodowane przez silnik, jak i te, które im przeciwdziałają. Jednocześnie elementy te ograniczają drgania nie tylko w nietypowym trybie pracy jak V4, ale także w normalnym trybie V8, ze szczególnym uwzględnieniem biegu jałowego.

(podążać)

Tekst: Georgy Kolev

2020-08-30