Řada testů motorů Audi - Část 2: 4.0 TFSI
Pokračování série pro pohonné jednotky značky
Osmiválce 4.0 TFSI od Audi a Bentley jsou ztělesněním downsizingu ve vyšších třídách. Nahradil atmosféricky plněný motor o objemu 4,2 litru a 5,2 litru V10 u modelů S6, S7 a S8 a byl k dispozici ve výkonových stupních od 420 do 520 koní. až 605 koní v závislosti na modelu. Na těchto číslech je motor Audi přímým konkurentem 4,4litrového motoru BMW N63 biturbo a jeho verze S63 pro modely M. Stejně jako u BMW jsou dvě turbodmychadla umístěna na vnitřní straně válců, které jsou umístěny pod úhlem 90 stupňů jako u předchozího 4,2litrového agregátu. Tímto uspořádáním se dosáhne větší kompaktnosti a zkrátí se dráha výfukových plynů. Konfigurace twin-scroll (v BMW se používá pouze ve verzi S) umožňuje snížit vzájemný negativní vliv pulzací z různých válců a odebírat větší část jejich kinetické energie a je prováděna složitou kombinací kanály z válců různých řad. Tento princip fungování poskytuje solidní rezervu točivého momentu při akceleraci i v režimech lehce nad volnoběžnými otáčkami. Už při 1000 otáčkách má 4.0 TFSI 400 Nm. Výkonnější verze je připravena dodat svůj maximální točivý moment 650 Nm (700 u verzí 560 a 605 k) v rozsahu od 1750 do 5000 ot./min, zatímco standardních 550 Nm je k dispozici ještě dříve – od 1400 do 5250 ot./min. Blok motoru je vyroben z hliníkových slitin s homogenním odléváním hliníku při nízkém tlaku a u výkonných verzí je navíc tepelně zpracován. Pro zpevnění bloku je v jeho spodní části integrováno pět vložek z tvárné litiny. Stejně jako u menší jednotky EA888 má olejové čerpadlo proměnnou kapacitu a při nízkých otáčkách a zatížení se vypnou trysky spodního chlazení pístů. Obdobná je logika chlazení motoru, kdy řídicí modul upravuje teplotu v reálném čase a cirkulace je udržována až do dosažení provozní teploty. Když je přítomna, kapalina se začne pohybovat z vnitřku válců směrem k hlavě válců a v případě potřeby ohřevu nasměruje elektrické čerpadlo vodu z hlavy do kabiny. I zde, aby se téměř úplně eliminovalo zahlcování pístů, je při studeném motoru provedeno několik jemných vstřiků paliva za cyklus.
Vypněte část válců
Systém vypínání válců s částečným zatížením není novým přístupem ke snižování spotřeby paliva, ale u přeplňovaného motoru Audi bylo toto řešení zdokonaleno. Myšlenkou těchto technologií je zvýšit tzv. pracovní bod - když motor vyžaduje úroveň výkonu, která by zvládla čtyři z osmi válců, fungují tyto v mnohem efektivnějším režimu s širším plynem. Horní hranice deaktivace válce je mezi 25 a 40 procenty maximálního točivého momentu (mezi 120 a 250 Nm) a v tomto režimu se průměrný efektivní tlak ve válcích výrazně zvyšuje. Teplota chladicí kapaliny musí dosáhnout minimálně 30 stupňů, převodovka musí být zařazena na třetím nebo vyšším rychlostním stupni a motor musí běžet mezi 960 a 3500 ot./min. Pokud jsou tyto podmínky splněny, systém uzavře sací a výfukové ventily dvou válců každé řady válců, přičemž jednotka V8 nadále pracuje jako V4.
Uzavření požadovaných ventilů na čtyřech vačkových hřídelích se provádí pomocí nové verze pro řízení fází a zdvihu ventilů systému Audi valvelift. Průchodky s vačkami umístěnými na nich pro otevírání dvou ventilů a kanálů jsou pomocí elektromagnetických zařízení s kolíky přesunuty do strany a v nové verzi mají také vačky pro „nulový zdvih“. Posledně uvedené nemají vliv na zvedáky ventilů a pružiny je udržují zavřené. Řídicí systém motoru současně zastaví vstřikování paliva a zapalování. Před uzavřením ventilů jsou však spalovací komory naplněny čerstvým vzduchem - nahrazení výfukových plynů vzduchem snižuje tlak ve válcích a energii potřebnou k pohonu pístů.
V okamžiku, kdy řidič silněji sešlápne plynový pedál, deaktivované válce začnou znovu fungovat. Návrat k osmiválcovému provozu i zpětný chod je extrémně přesný a rychlý a prakticky nepostřehnutelný. Celý přechod proběhne za pouhých 300 milisekund a změna režimu vede ke krátkodobému snížení účinnosti, takže skutečné snížení spotřeby paliva začne přibližně tři sekundy po deaktivaci válců.
Podle Audi se do procesu vývoje této technologie zapojili také lidé z Bentley, kteří pro nový Continental GT (debut v roce 4.0) používají pokročilý 2012 TFSI. Takový systém není pro společnost novinkou a funguje v jednotce V6,75 o objemu 8 litru.
Motory V8 jsou známé nejen svojí trakcí a harmonickou odezvou na plyn, ale také svým plynulým chodem - a to platí pro 4.0 TFSI v plné síle. Když však motor V8 funguje jako V4, v závislosti na zatížení a otáčkách jeho klikový hřídel a součásti s vratným pohybem začnou generovat vysoké úrovně torzních vibrací. To zase vede ke vzniku specifických zvuků, které pronikají do interiéru vozu. Díky své velké velikosti generuje výfukový systém také specifické zvuky basů, které je obtížné potlačit, a to navzdory inteligentnímu systému řízení toku plynu s ventily. Při hledání způsobů, jak snížit vibrace a hluk, použili designéři Audi neobvyklý technologický přístup a vytvořili dva jedinečné systémy - generování zvuku a tlumení vibrací.
Díky intenzivnímu vířivému procesu během plnění a zvýšené rychlosti hoření lze zvýšit stupeň komprese bez ohledu na přítomnost přeplňování bez rizika, že v procesu spalování dojde k detonacím. Mezi různými výkonovými verzemi 4.0 TFSI existují také určité technologické rozdíly, například použití jedno- nebo dvouokruhového sacího systému, různá provozní nastavení turbodmychadel a přítomnost přídavného chladiče oleje ve výkonnějších agregátech. Existují také strukturální rozdíly v klikových hřídelích a jejich hlavních ložiscích, stupeň stlačení, fáze distribuce plynu a vstřikovače jsou odlišné.
Aktivní tlumení hluku a tlumení vibrací
Aktivní regulace šumu (ANC) potlačuje nežádoucí hluk generováním „protihluku“. Tento princip je znám jako destruktivní interference: pokud se dvě zvukové vlny stejné frekvence překrývají, jejich amplitudy lze „uspořádat“ tak, aby byly vzájemně utlumeny. Z tohoto důvodu musí být jejich amplitudy stejné, ale musí být mimo fázi o 180 stupňů vůči sobě navzájem, tj. Musí být v antifáze. Odborníci tento proces nazývají také „reverzní eliminace šumu“. Modely Audi, které nabídnou novou jednotku 4.0 TFSI, jsou vybaveny čtyřmi malými mikrofony integrovanými do obložení střechy. Každý z nich registruje celé šumové spektrum v sousední oblasti. Na základě těchto signálů vytváří řídicí modul ANC diferencovaný obraz prostorového šumu, zatímco snímač rychlosti klikového hřídele současně poskytuje informace o tomto parametru. Ve všech předem kalibrovaných oblastech, kde systém identifikuje rušivý hluk, záměrně generuje přesně modulovaný eliminační zvuk. Aktivní regulace hluku je kdykoli připravena k provozu - ať už je audio systém zapnutý nebo vypnutý a zda je zvuk zesílen, omezen atd. Systém funguje také bez ohledu na systém, kterým je vůz vybaven.
Způsob tlumení vibrací je velmi podobný jako nápad. Audi v zásadě používá tuhé, sportovní nastavení pro uložení motoru. Pro 4.0 TFSI vyvinuli konstruktéři aktivní montážní konzoly nebo podložky, jejichž cílem je eliminovat vibrace motoru se zdůrazněnými zpětnými oscilacemi. Klíčovou součástí systému je elektromagnetické zařízení, které vytváří vibrace. Má permanentní magnet a vysokorychlostní cívku, jejíž pohyb se přenáší pomocí pružné membrány do komory s kapalinou. Tato kapalina absorbuje vibrace způsobené motorem i ty, které jim působí. Zároveň tyto prvky omezují vibrace nejen v atypickém provozním režimu, jako je V4, ale také v normálním režimu V8, se zvláštním důrazem na volnoběh.
(následovat)
Text: Georgy Kolev
2020-08-30
