Rozsah testov motora Audi - Časť 2: 4.0 TFSI

Pokračovanie série pre pohonné jednotky značky

Osemvalce 4.0 TFSI od Audi a Bentley sú stelesnením downsizingu vo vyšších triedach. Nahradil atmosférický 4,2-litrový motor a 5,2-litrový motor V10 modelov S6, S7 a S8 a bol dostupný vo výkonových stupňoch od 420 do 520 koní. až 605 koní v závislosti od modelu. Pri týchto číslach je motor Audi priamym konkurentom 4,4-litrového motora N63 biturbo od BMW a jeho verzie S63 pre modely M. Rovnako ako v prípade BMW sú dve turbodúchadlá umiestnené na vnútornej strane valcov, ktoré sú umiestnené pod uhlom 90 stupňov ako u predchádzajúceho 4,2-litrového agregátu. Týmto usporiadaním sa dosiahne väčšia kompaktnosť a skráti sa dráha výfukových plynov. Konfigurácia twin-scroll (v BMW sa používa iba vo verzii S) umožňuje znížiť vzájomný negatívny vplyv pulzácií z rôznych valcov a odobrať väčšiu časť ich kinetickej energie a je realizovaná komplexnou kombináciou kanály z valcov rôznych radov. Tento princíp fungovania poskytuje solídnu rezervu krútiaceho momentu pri akcelerácii aj v režimoch mierne nad voľnobežnými otáčkami. Už pri 1000 otáčkach má 4.0 TFSI 400 Nm. Výkonnejšia verzia je pripravená poskytnúť svoj maximálny krútiaci moment 650 Nm (700 pri verziách 560 a 605 k) v rozsahu od 1750 do 5000 ot./min, zatiaľ čo štandardných 550 Nm je k dispozícii ešte skôr – od 1400 do 5250 ot./min. Blok motora je vyrobený z hliníkových zliatin s homogénnym odliatím hliníka pri nízkom tlaku a vo výkonných verziách je dodatočne tepelne spracovaný. Pre spevnenie bloku je v jeho spodnej časti integrovaných päť vložiek z tvárnej liatiny. Rovnako ako pri menšej jednotke EA888 má olejové čerpadlo premenlivú kapacitu a pri nízkych otáčkach a zaťažení sú trysky spodného chladenia piestov vypnuté. Podobná je logika chladenia motora, kde riadiaci modul upravuje teplotu v reálnom čase a cirkulácia je udržiavaná až do dosiahnutia prevádzkovej teploty. Keď je prítomná, kvapalina sa začne pohybovať zvnútra valcov v smere hlavy valcov a ak je potrebné zahrievanie, elektrické čerpadlo nasmeruje vodu z hlavy do kabíny. Aj tu, aby sa takmer úplne eliminovalo zahltenie piestov, sa pri studenom motore vykoná niekoľko jemných vstrekov paliva za cyklus.

Vypnite časť valcov

Systém vypínania valcov s čiastočným zaťažením nie je novým prístupom k znižovaniu spotreby paliva, ale s preplňovaným motorom Audi bolo toto riešenie dotiahnuté k dokonalosti. Myšlienkou takýchto technológií je zvýšenie tzv. prevádzkový bod - keď motor vyžaduje výkon, ktorý by zvládol štyri z ôsmich valcov, fungujú tieto v oveľa efektívnejšom režime so širším plynom. Horná hranica činnosti deaktivácie valcov je medzi 25 a 40 percentami maximálneho krútiaceho momentu (medzi 120 a 250 Nm) a v tomto režime sa priemerný efektívny tlak vo valcoch výrazne zvyšuje. Teplota chladiacej kvapaliny musí byť minimálne 30 stupňov, prevodovka musí byť na treťom alebo vyššom prevodovom stupni a motor musí bežať medzi 960 a 3500 8 ot./min. Ak sú tieto podmienky splnené, systém uzavrie sacie a výfukové ventily dvoch valcov v každom rade valcov, pričom jednotka V4 naďalej funguje ako VXNUMX.

Zatváranie potrebných ventilov na štyroch vačkových hriadeľoch sa vykonáva pomocou novej verzie na riadenie fáz a zdvihu ventilov systému Audi valvelift. Vývodky s na nich umiestnenými vačkami na otváranie dvoch ventilov a kanálov sa pomocou elektromagnetických zariadení s čapmi posúvajú do strany a v novej verzii majú vačky aj na „nulový zdvih“. Posledné menované nemajú vplyv na zdvíhače ventilov a pružiny ich udržiavajú zatvorené. Systém riadenia motora zároveň zastaví vstrekovanie paliva a zapaľovanie. Pred uzavretím ventilov sú však spaľovacie komory naplnené čerstvým vzduchom - nahradením výfukových plynov vzduchom sa zníži tlak vo valcoch a energia potrebná na pohon piestov.

V okamihu, keď vodič silnejšie stlačí plynový pedál, deaktivované valce začnú znova fungovať. Návrat k činnosti osemvalca, ako aj reverzný proces, je mimoriadne presný a rýchly a prakticky nepostrehnuteľný. Celý prechod prebehne iba za 300 milisekúnd a zmena režimu vedie k krátkodobému zníženiu účinnosti, takže skutočné zníženie spotreby paliva začne asi tri sekundy po deaktivácii valcov.

Podľa Audi sa do procesu vývoja tejto technológie zapojili aj ľudia z Bentley, ktorí pre nový Continental GT (debut v roku 4.0) používajú pokrokové 2012 TFSI. Takýto systém nie je pre spoločnosť nový a funguje v 6,75-litrovom agregáte V8.

Motory V8 sú známe nielen svojou trakciou a harmonickou odozvou plynu, ale aj plynulou prevádzkou - a to platí pre všetky verzie 4.0 TFSI v plnej sile. Keď však motor V8 funguje ako V4, v závislosti od zaťaženia a otáčok začne jeho kľukový hriadeľ a komponenty s vratným pohybom generovať vysoké úrovne torzných vibrácií. To následne vedie k vzniku špecifických zvukov, ktoré prenikajú do interiéru vozidla. Výfuková sústava so svojimi veľkými rozmermi generuje aj špecifické basové zvuky, ktoré je ťažké potlačiť, a to aj napriek inteligentnému systému regulácie prietoku plynu s ventilmi. Pri hľadaní spôsobov, ako znížiť vibrácie a hluk, použili dizajnéri Audi neobvyklý technologický prístup a vytvorili dva jedinečné systémy - generovanie zvuku a tlmenie vibrácií.

Vďaka intenzívnemu vírivému procesu počas plnenia a zvýšenej rýchlosti horenia je možné zvýšiť stupeň kompresie bez ohľadu na prítomnosť preplňovania turbodúchadlom bez rizika detonácie v spaľovacom procese. Medzi rôznymi výkonovými verziami 4.0 TFSI existujú určité technologické rozdiely, napríklad použitie jedno- alebo dvojokruhového sacieho systému, rôzne prevádzkové nastavenia turbodúchadiel a prítomnosť prídavného chladiča oleja u výkonnejších agregátov. Existujú tiež štrukturálne rozdiely v kľukových hriadeľoch a ich hlavných ložiskách, stupeň stlačenia, fázy distribúcie plynu a vstrekovače sú odlišné.

Aktívne potlačenie hluku a tlmenie vibrácií

Aktívna regulácia hluku (ANC) pôsobí proti nežiaducemu hluku vytváraním „protihlukovej ochrany“. Tento princíp je známy ako deštruktívna interferencia: ak sa prekrývajú dve zvukové vlny rovnakej frekvencie, ich amplitúdy je možné „usporiadať“ tak, aby sa vzájomne zoslabovali. Z tohto dôvodu musia byť ich amplitúdy rovnaké, musia však byť navzájom navzájom fázové, tj. Protifázové. Odborníci tento proces nazývajú aj „reverzná eliminácia hluku“. Modely Audi, ktoré ponúknu nový agregát 180 TFSI, sú vybavené štyrmi malými mikrofónmi integrovanými v obložení strechy. Každý z nich registruje celé spektrum šumu v susednej oblasti. Na základe týchto signálov riadiaci modul ANC vytvára diferencovaný obraz priestorového šumu, zatiaľ čo snímač otáčok kľukového hriadeľa súčasne poskytuje informácie o tomto parametri. Vo všetkých vopred kalibrovaných priestoroch, kde systém identifikuje rušivý hluk, cielene generuje presne modulovaný eliminačný zvuk. Aktívne potlačenie hluku je pripravené na prevádzku kedykoľvek - či je audio systém zapnutý alebo vypnutý a či je zvuk zosilnený, znížený atď. Systém funguje aj bez ohľadu na systém, ktorým je auto vybavené.

Veľmi podobnou myšlienkou je spôsob tlmenia vibrácií. Audi v zásade používa tuhé športové nastavenie uchytenia motora. Pre model 4.0 TFSI vyvinuli inžinieri aktívne montážne konzoly alebo podložky, ktorých cieľom je eliminovať vibrácie motora pomocou zvýraznených spätných kmitov. Kľúčovým komponentom v systéme je elektromagnetické zariadenie, ktoré vytvára vibrácie. Má permanentný magnet a vysokorýchlostnú cievku, ktorej pohyb sa prenáša pomocou pružnej membrány na komoru s kvapalinou. Táto kvapalina absorbuje vibrácie spôsobené motorom aj tie, ktoré ich pôsobia proti. Tieto prvky zároveň obmedzujú vibrácie nielen v atypickom režime prevádzky, ako je V4, ale aj v normálnom režime V8, pričom sa osobitná pozornosť venuje voľnobežným otáčkam.

(nasledovať)

Text: Georgy Kolev

2020-08-30