Audi motortestprogram - Del 2: 4.0 TFSI
Fortsättning av serien för varumärkets drivenheter
Audi och Bentleys åttacylindriga 4.0 TFSI är symbolen för neddragning i de övre klasserna. Den ersatte den naturligt aspirerade 4,2-litersmotorn och 5,2-liters V10-enheten i S6, S7 och S8 och var tillgänglig i effektnivåer från 420 till 520 hk. upp till 605 hk beroende på modell. Vid dessa siffror är Audi-motorn en direkt konkurrent till BMW:s 4,4-liters N63 biturbomotor och dess S63-version för M-modellerna. Precis som med BMW:n är de två turboladdarna placerade på insidan av cylinderbankarna, som är placerade i 90 grader som med den tidigare 4,2-litersenheten. Med detta arrangemang uppnås mer kompakthet och vägen för avgaserna förkortas. Twin-scroll-konfigurationen (i BMW används den endast i S-versionen) gör det möjligt att minska den ömsesidiga negativa påverkan av pulsationerna från de olika cylindrarna och extrahera en större del av deras kinetiska energi, och utförs av en komplex kombination av kanaler från cylindrar i olika rader. Denna funktionsprincip ger en solid reserv av vridmoment vid acceleration även i lägen något över tomgångsvarvtal. Redan vid 1000 rpm har 4.0 TFSI redan 400 Nm. Den mer kraftfulla versionen är redo att leverera sitt maximala vridmoment på 650 Nm (700 på 560 och 605 hk versionerna) i hela intervallet från 1750 till 5000 rpm, medan standardens 550 Nm är tillgänglig ännu tidigare - från 1400 till 5250 rpm. Motorblocket är tillverkat av aluminiumlegeringar med homogen gjutning av aluminium vid lågt tryck, och i de kraftfulla versionerna är det dessutom värmebehandlat. För att förstärka blocket är fem segjärnsinsats integrerade i dess nedre del. Som med den mindre EA888-enheten har oljepumpen variabel kapacitet, och vid låga varvtal och belastning stängs kylmunstyckena för kolvbotten av. Logiken för motorkylning är liknande, där styrmodulen justerar temperaturen i realtid, och cirkulationen bibehålls tills driftstemperaturen uppnås. När den är närvarande börjar vätskan röra sig från insidan av cylindrarna i riktning mot cylinderhuvudet, och om uppvärmning behövs leder en elektrisk pump vatten från huvudet till kabinen. Även här, för att nästan helt eliminera kolvöversvämning, utförs flera fina bränsleinsprutningar per cykel när motorn är kall.
Stäng av en del av cylindrarna
Avstängningssystemet för delvis lastcylinder är inte ett nytt tillvägagångssätt för att minska bränsleförbrukningen, men med Audis turboladdade motor har denna lösning blivit perfekt. Idén med sådan teknik är att öka den så kallade. arbetspunkt - när motorn kräver en effektnivå som kan hantera fyra av de åtta cylindrarna, fungerar den senare i ett mycket effektivare läge med en bredare gas. Den övre gränsen för cylinderdeaktivering är mellan 25 och 40 procent av det maximala vridmomentet (mellan 120 och 250 Nm), och i detta läge ökar det genomsnittliga effektiva trycket i cylindrarna avsevärt. Kylvätsketemperaturen måste ha nått minst 30 grader, växellådan måste vara i tredje eller högre växel och motorn måste gå mellan 960 och 3500 rpm. Om dessa villkor är uppfyllda stänger systemet inlopps- och avgasventilerna för två cylindrar i varje cylinderrad, varigenom V8-enheten fortsätter att fungera som en V4.
Stängningen av de nödvändiga ventilerna på de fyra kamaxlarna utförs med hjälp av en ny version för styrning av faserna och slaglängden på ventilerna Audi valvelift system. Bussningarna med kammar placerade på dem för att öppna två ventiler och kanaler flyttas åt sidan med hjälp av elektromagnetiska enheter med stift, och i den nya versionen har de också kammar för "nollslag". De senare påverkar inte ventillyftarna och fjädrarna håller dem stängda. Samtidigt stoppar motorstyrsystemet bränsleinsprutning och tändning. Innan ventilerna stängs är emellertid förbränningskamrarna fyllda med frisk luft - utbyte av avgaser med luft minskar trycket i cylindrarna och den energi som krävs för att driva kolvarna.
I det ögonblick som föraren trycker hårdare på gaspedalen börjar de avaktiverade cylindrarna fungera igen. Återgången till åtta-cylindrigt läge, liksom den omvända processen, är extremt exakt och snabb och praktiskt taget omärklig. Hela övergången sker på bara 300 millisekunder, och lägesändringen leder till en kortvarig minskning av verkningsgraden, så att den faktiska minskningen av bränsleförbrukningen börjar ungefär tre sekunder efter att cylindrarna har avaktiverats.
Enligt Audi har personer från Bentley, som använder den avancerade 4.0 TFSI för den nya Continental GT (debut 2012), också varit involverade i utvecklingen av denna teknik. Ett sådant system är inte nytt för företaget och fungerar i 6,75-liters V8-enheten.
V8-motorer är kända inte bara för deras dragkraft och harmoniska gasrespons utan också för sin smidiga drift - och detta gäller i full kraft för 4.0 TFSI. Men när en V8-motor fungerar som en V4, beroende på belastning och hastighet, börjar dess vevaxel och fram- och återgående komponenter att generera höga vridningsvibrationer. Detta leder i sin tur till specifika ljud som tränger in i bilens interiör. Med sin stora storlek genererar avgassystemet också specifika basljud som är svåra att undertrycka, trots det intelligenta gasflödeskontrollsystemet med ventiler. På jakt efter sätt att minska vibrationer och buller har Audis designers använt ett ovanligt teknologiskt tillvägagångssätt och skapat två unika system - generering av ljud och vibrationsdämpning.
På grund av den intensiva virvelprocessen under fyllningen och den ökade förbränningshastigheten kan kompressionsförhållandet ökas oavsett närvaron av turboladdning utan risk för att orsaka detonationer i förbränningsprocessen. Det finns också en del tekniska skillnader mellan de olika kraftversionerna av 4.0 TFSI, såsom användning av ett inloppssystem med en eller två kretsar, olika driftinställningar för turboladdarna och närvaron av en extra oljekylare för mer kraftfulla enheter. Det finns också strukturella skillnader i vevaxlarna och deras huvudlager, kompressionsgraden, gasdistributionsfaserna och injektorerna är olika.
Aktiv ljudkontroll och vibrationsdämpning
Active Noise Control (ANC) motverkar oönskat ljud genom att generera "anti-ljud". Denna princip är känd som destruktiv interferens: om två ljudvågor med samma frekvens överlappar varandra kan deras amplituder "ordnas" så att de ömsesidigt dämpas. För detta ändamål måste deras amplituder vara desamma, men de måste vara i fas med varandra, dvs i antifas. Experter kallar också denna process för "omvänd bullereliminering". Audis modeller, som kommer att erbjuda den nya 180 TFSI-enheten, är utrustade med fyra små mikrofoner integrerade i takfodret. Var och en av dem registrerar hela brusspektrumet i det intilliggande området. Baserat på dessa signaler skapar ANC-styrmodulen en differentierad rumslig brusbild, samtidigt som vevaxelns hastighetssensor ger information om denna parameter. I alla förkalibrerade områden där systemet identifierar störande ljud genererar det målmedvetet exakt modulerat eliminationsljud. Aktiv brusreglering är redo att användas när som helst - oavsett om ljudsystemet är på eller av och om ljudet förstärks, reduceras etc. Systemet fungerar också oavsett vilket system bilen är utrustad med.
Sättet att dämpa vibrationerna är mycket lik en idé. I princip använder Audi styva, sportiga inställningar för motorfästena. För 4.0 TFSI har ingenjörer utvecklat aktiva monteringsfästen eller dynor som syftar till att eliminera motorvibrationer med utfasade svängningar med omvänd kraft. En nyckelkomponent i systemet är en elektromagnetisk anordning som skapar vibrationer. Den har en permanent magnet och en höghastighetsspole, vars rörelse överförs med hjälp av ett flexibelt membran till en kammare med vätska. Denna vätska absorberar både de vibrationer som orsakas av motorn och de som motverkar dem. Samtidigt begränsar dessa element vibrationerna inte bara i det atypiska driftsättet som V4 utan också i det normala V8-läget, med särskild uppmärksamhet åt tomgång.
(att följa)
Text: Georgy Kolev
2020-08-30
