Тест драйв двигателната гама на Audi — Част 2: 4.0 TFSI

Продължение на поредицата за задвижващите агрегати на марката

Осемцилиндровият 4.0 TFSI на Audi и Bentley е олицетворение на даунсайзинга във високите класове. Той замени атмосферния 4,2-литров мотор и 5,2-литровия V10 агрегат на S6, S7 и S8 и се предлага с нива на мощност от 420 през 520 к.с. до 605 к.с. в зависимост от модела. При тези показатели двигателят на Audi е директен конкурент на 4,4-литровия битурбомотор N63 на BMW и версията му S63 за M-моделите. Също като при BMW двата турбокомпресора са поставени от вътрешната страна на цилиндровите редове, които са разположени на 90 градуса както при предишния 4,2-литров агрегат. При това разположение се постига повече компактност и се скъсява пътят на отработилите газове. Двуструйната (twin-scroll) конфигурация (при BMW тя се използва само при S-версията) позволява намаляване на взаимното негативно влияние на пулсациите от различните цилиндри и извличане на по-голяма част от кинетичната им енергия, и се осъществява чрез сложно съчетаване на канали от цилиндри от различни редове. Този принцип на работа осигурява солиден запас от въртящ момент при ускоряване още в режимите малко над оборотите за празен ход. Дори при 1000 об./мин 4.0 TFSI вече разполага с 400 Нм. По-мощната версия е готова да предостави максималния си въртящ момент от 650 Нм (700 при версиите с 560 и 605 к.с.) в целия диапазон от 1750 до 5000 об./мин, а 550-те нютонметра на стандартната са на разположение дори по-рано – от 1400 до 5250 об./мин. Двигателният блок е изработен от алуминиеви сплави с хомогенно леене на алуминий при ниско налягане, като при мощните версии той е допълнително топлинно обработен. За да се усили блокът, в долната му част са интегрирани пет вложки от сферографитен чугун. Както при по-малкия агрегат EA888, маслената помпа е с променлив капацитет, а при ниски обороти и натоварване дюзите за охлаждане на дъната на буталата се изключват. Подобна е логиката и на охлаждането на двигателя, при което контролният модул регулира температурата в реално време, а циркулацията се задържа до достигане на работна температура. Когато тя е налице, течността започва да се движи откъм вътрешната страна на цилиндрите по посока на цилиндровата глава, а при необходимост от отопление електрическа помпа насочва към салона вода от главата. И тук, за да се елиминира почти напълно обливането на буталото, при студен двигател се извършват няколко фини впръсквания на гориво на цикъл.

Изключване на част от цилиндрите

Системата за изключване на част от цилиндрите при частични натоварвания не е нов подход за намаляване на разхода на гориво, но при турбомотора на Audi това решение е доведено до съвършенство. Идеята на подобни технологии е повишаването на т.нар. работа точка – когато от двигателя се изисква ниво на мощност, с което биха се справили и четири от осемте цилиндъра, последните работят в много по-ефективен режим с по-широко отворена дроселова клапа. Горната граница на работата с деактивиране на цилиндрите е между 25 и 40 процента от максималния въртящ момент (между 120 и 250 Нм), като в този режим средното ефективно налягане в цилиндрите нараства значително. Температурата на охлаждащата течност трябва да е достигнала поне 30 градуса, трансмисията да е с активирана трета или по-висока предавка, а двигателят да работи между 960 и 3500 об./мин. Ако тези условия са налице, системата затваря всмукателните и изпускателните клапани на два цилиндъра от всеки цилиндров ред, при което V8 агрегатът продължава да работи като V4.

Затварянето на необходимите клапани на четирите разпределителни вала се осъществява с помощта на нова версия за управление на фазите и хода на клапаните Audi valvelift system. Втулките с разположени върху тях гърбици за отваряне на по два клапана и канали се изместват встрани с помощта на електромагнитни устройства с щифтове, като при новата версия те разполагат и с гърбици за „нулев ход”. Последните не оказват въздействие върху повдигачите на клапаните и пружините ги задържат затворени. Същевременно системата за управление на двигателя спира впръскването на гориво и запалването. Преди клапаните обаче да се затворят, горивните камери се запълват със свеж въздух – замяната на отработили газове с въздух намалява налягането в цилиндрите и необходимата за задвижване на буталата енергия.

В момента, в който водачът натисне по-силно педала за газта, деактивираните цилиндри започват отново да функционират. Връщането към режим на работа с осем цилиндъра, както и обратният процес, се извършват изключително прецизно и бързо, и на практика незабележимо. Целият преход се осъществява в рамките на едва 300 милисекунди, като промяната на режима води до кратковременно снижаване на ефективността, така че реалното намаляване на разхода на гориво започва около три секунди след деактивирането на цилиндрите.

Според Audi с развойния процес по създаването на тази технология са били ангажирани и хора от Bentley, които използват авангардния 4.0 TFSI за новия Continental GT (дебют 2012 г.). Подобна система не е нова за компанията и функционира в 6,75-литровия V8 агрегат.

Двигателите с V8 архитектура са известни не само с тягата си и хармоничната реакция при подаване на газ, но и с равномерната работа – и това с пълна сила важи за 4.0 TFSI. Когато обаче един V8 двигател функционира като V4, в зависимост от натоварването и оборотите неговият колянов вал и движещите се възвратно-постъпателно компоненти започват да генерират високи нива на усукващи вибрации. Това от своя страна води до поява на специфични шумове, които проникват в интериора на автомобила. Със своите големи размери изпускателната система също генерира специфични басови звуци, които трудно могат да бъдат подтиснати, независимо от интелигентната система за контрол на газовия поток с клапи. В търсене на начини за намаляване на вибрациите и шума конструкторите на Audi са използвали необичан технологичен подход, създавайки две уникални по рода си системи – генериране на антизвук и гасене на вибрациите.

Благодарение на интензивния процес на завихряне при пълнене и повишената скорост на горене степента на сгъстяване може да бъде увеличена независимо от наличието на турбопълнене без рискове от предизвикване на детонации при горивния процес. Между различните версии на мощност на 4.0 TFSI съществуват и някои технологични разлики, като използването на едно- или двуконтурна всмукателна система, различна оперативна настройка на турбокомпресорите и наличие на допълнителен охладител на маслото при по-мощните агрегати. Конструктивни разлики има и при коляновите валове и техните основни лагери, различни са степента на сгъстяване, фазите на газоразпределение и инжекторите.

Активен контрол на шума и гасене на вибрациите

Активният контрол на шума (ANC) противодейства на нежелания шум, генерирайки „антизвук”. Този принцип е известен като деструктивна интерференция: ако две звукови вълни с еднаква честота се насложат, техните амплитуди могат да бъдат „аранжирани” така, че взаимно да се гасят. За целта амплитудите им трябва да са еднакви, но да са дефазирани на 180 градуса една спрямо друга, тоест да са в противофаза. Експертите наричат този процес още „елиминиране с обратен шум“. Моделите на Audi, с които ще се предлага новият 4.0 TFSI агрегат, са оборудвани с четири малки микрофона, интегрирани в облицовката на тавана. Всеки един от тях регистрира пълния шумов спектър в разположената в непосредствена близост зона. На базата на тези сигнали контролният модул на ANC създава диференцирана пространствена шумова картина, като едновременно с това датчикът за оборотите на коляновия вал предоставя информация и за този параметър. Във всички предварително калибрирани зони, в които системата идентифицира притеснителен шум, тя целево генерира прецизно модулиран елиминиращ звук. Активният контрол на шума е готов за работа по всяко време – независимо дали аудиоуредбата е включена или изключена и дали звукът е усилена, намален и т.н. Системата функционира и независимо от това, с каква уредба е оборудван автомобилът.

Много подобен като идея е и начинът за гасене на вибрациите. Принципно Audi използва твърди, спортни настройки на монтажните опори на двигателите. За 4.0 TFSI инженерите са разработили активни монтажни опори или тампони, които имат за цел за елиминират вибрациите на двигателя с дефазирани колебания с обратна сила. Ключов компонент в системата е електромагнитно устройство, създаващо вибрации. То разполага с постоянен магнит и бързодействаща бобина, чието движение се предава с помощта на гъвкава мембрана към камера с течност. Този флуид абсорбира както породените от мотора вибрации, така и онези, които им противодействат. При това тези елементи ограничават вибрациите не само в нетипичния режим на работа като V4, но и в нормалния V8 режим, като особено внимание е обърнато на работата на празен ход.

(следовать)

Текст: Георгий Колев

2020-08-30