Діапазон випробувань приводу двигуна Audi – частина 2: 4.0 TFSI

Продовження серії для приводних агрегатів марки

Восьмициліндровий 4.0 TFSI від Audi і Bentley є втіленням зменшення габаритів у вищих класах. Він замінив атмосферний 4,2-літровий двигун і 5,2-літровий V10 S6, S7 і S8 і був доступний в рівнях потужності від 420 до 520 к.с. до 605 к.с в залежності від моделі. За цими показниками двигун Audi є прямим конкурентом 4,4-літровому бітурбованому двигуну N63 від BMW і його версії S63 для M-моделей. Як і в BMW, два турбокомпресори розміщені всередині блоків циліндрів, які розташовані під кутом 90 градусів, як і в попередньому 4,2-літровому агрегаті. При такому розташуванні досягається більша компактність і скорочується шлях вихлопних газів. Конфігурація twin-scroll (на BMW вона використовується тільки в S-версії) дозволяє зменшити взаємний негативний вплив пульсацій від різних циліндрів і витягти більшу частину їх кінетичної енергії, і здійснюється шляхом складної комбінації канали з циліндрів різних рядів. Такий принцип роботи забезпечує солідний запас крутного моменту при розгоні навіть в режимах трохи вище холостого ходу. Навіть при 1000 об/хв 4.0 TFSI вже має 400 Нм. Більш потужна версія готова забезпечити максимальний крутний момент 650 Нм (700 на версіях 560 і 605 к.с.) у діапазоні від 1750 до 5000 об/хв, тоді як стандартні 550 Нм доступні ще раніше – від 1400 до 5250 об/хв. Блок двигуна виготовлений з алюмінієвих сплавів з однорідним литтям алюмінію при низькому тиску, а в потужних версіях додатково піддається термообробці. Для посилення блоку в його нижню частину вбудовано п'ять вставок з ковкого чавуну. Як і в меншому агрегаті EA888, масляний насос має змінну продуктивність, а при низьких обертах і навантаженні нижні поршневі форсунки охолодження вимикаються. Аналогічна логіка охолодження двигуна, де модуль управління регулює температуру в реальному часі, а циркуляція утримується до досягнення робочої температури. При його наявності рідина починає рухатися зсередини циліндрів у напрямку ГБЦ, а при необхідності підігріву електронасос направляє воду з головки в салон. Знову ж таки, для майже повного усунення затоплення поршнів виконується кілька тонких уприскувань палива за цикл, коли двигун холодний.

Вимкніть частину циліндрів

Система відключення циліндрів з частковим навантаженням не є новим підходом до зменшення споживання палива, але з турбованим двигуном Audi це рішення вдосконалено. Ідея таких технологій полягає у збільшенні т. Зв. робоча точка - коли двигун вимагає рівня потужності, який би впорався з чотирма з восьми циліндрів, останні працюють у набагато більш ефективному режимі з більш широким дроселем. Верхня межа деактивації циліндра становить від 25 до 40 відсотків максимального крутного моменту (від 120 до 250 Нм), і в цьому режимі середній ефективний тиск у циліндрах значно зростає. Температура охолоджуючої рідини повинна сягати щонайменше 30 градусів, коробка передач повинна бути на третій або вищій передачі, а двигун повинен працювати від 960 до 3500 об / хв. Якщо ці умови дотримані, система закриває впускний і випускний клапани двох циліндрів кожного ряду циліндрів, завдяки чому агрегат V8 продовжує працювати як V4.

Закриття необхідних клапанів на чотирьох розподільних валах здійснюється за допомогою нової версії для управління фазами і ходом клапанів Audi vallift system. Втулки з розташованими на них кулачками для відкриття двох клапанів і каналів переміщуються в бік за допомогою електромагнітних приладів зі штифтами, а в новій версії вони також мають кулачки для «нульового ходу». Останні не впливають на підйомники клапанів, а пружини утримують їх закритими. Одночасно система управління двигуном зупиняє впорскування пального та запалювання. Однак до того, як клапани закриються, камери згоряння заповнюються свіжим повітрям - заміна відпрацьованих газів повітрям зменшує тиск у циліндрах та енергію, необхідну для приводу поршнів.

У той момент, коли водій сильніше натискає на педаль акселератора, відключені циліндри знову починають функціонувати. Повернення до восьмициліндрового режиму, як і зворотний процес, надзвичайно точне і швидке, і практично непомітне. Весь перехід відбувається всього за 300 мілісекунд, а зміна режиму призводить до короткочасного зниження ефективності, так що фактичне зменшення споживання палива починається приблизно через три секунди після дезактивації циліндрів.

За даними Audi, люди з Bentley, які використовують вдосконалений 4.0 TFSI для нового Continental GT (дебют 2012 року), також були залучені до процесу розробки цієї технології. Така система не нова для компанії і працює в 6,75-літровому агрегаті V8.

Двигуни V8 відомі не тільки своєю тягою та гармонійною реакцією дросельної заслінки, але і плавною роботою - і це в повній мірі стосується 4.0 TFSI. Однак, коли двигун V8 працює як V4, залежно від навантаження та швидкості, його колінчастий вал та поршневі компоненти починають створювати високі рівні крутильної вібрації. Це в свою чергу призводить до появи специфічних шумів, які проникають у салон автомобіля. Завдяки своїм великим розмірам, вихлопна система також видає специфічні басові звуки, які важко придушити, незважаючи на інтелектуальну систему управління потоком газу з клапанами. У пошуках способів зменшити вібрацію та шум, дизайнери Audi застосували незвичний технологічний підхід, створивши дві унікальні системи - генерацію звуку та демпфування вібрації.

Завдяки інтенсивному вихровому процесу під час заповнення та збільшеній швидкості горіння, ступінь стиснення може бути збільшена незалежно від наявності турбонаддува без ризику спричинення детонацій у процесі горіння. Існують також деякі технологічні відмінності між різними силовими версіями 4.0 TFSI, такі як використання одно- або двоконтурної системи впуску, різні робочі налаштування турбокомпресорів та наявність додаткового масляного охолоджувача для більш потужних агрегатів. Існують також структурні відмінності в колінчатих валах та їх основних підшипниках, ступінь компресії, фази розподілу газу та форсунки різні.

Активний контроль шуму та гасіння вібрації

Активна система контролю шуму (ANC) протидіє небажаним шумам, створюючи "антизвук". Цей принцип відомий як деструктивні перешкоди: якщо дві звукові хвилі однакової частоти перекриваються, їх амплітуди можна "розташувати" так, щоб вони взаємно послаблювались. Для цього їх амплітуди повинні бути однаковими, але повинні бути не в фазі між собою, тобто в антифазі. Експерти також називають цей процес "зворотним усуненням шуму". Моделі Audi, які запропонують новий агрегат 180 TFSI, оснащені чотирма невеликими мікрофонами, інтегрованими в обшивку даху. Кожен з них реєструє повний спектр шуму в сусідній зоні. На основі цих сигналів модуль управління ANC створює диференційоване просторове зображення шуму, в той же час датчик частоти обертання колінчастого вала надає інформацію про цей параметр. У всіх попередньо відкаліброваних зонах, де система визначає тривожний шум, вона цілеспрямовано генерує точно модульований звук відсіву. Активне регулювання шуму готове до роботи в будь-який час - незалежно від того, ввімкнена чи вимкнена аудіосистема, чи підсилюється, зменшується звук тощо. Система також працює незалежно від системи, якою обладнаний автомобіль.

Спосіб зменшення вібрацій дуже схожий на ідею. В принципі, Audi використовує жорсткі, спортивні налаштування кріплень двигуна. Для 4.0 TFSI інженери розробили активні кріпильні кронштейни або колодки, спрямовані на усунення вібрацій двигуна з поступовим коливанням із зворотним зусиллям. Ключовим компонентом системи є електромагнітний пристрій, який створює вібрації. Він має постійний магніт і високошвидкісну котушку, рух якої передається за допомогою гнучкої мембрани в камеру з рідиною. Ця рідина поглинає як вібрації, викликані двигуном, так і ті, що протидіють їм. У той же час ці елементи обмежують вібрації не тільки в нетиповому режимі роботи, наприклад V4, але і в звичайному режимі V8, при цьому особлива увага приділяється холостому ходу.

(прямувати)

Текст: Георгій Колев

2020-08-30