Audi-motortestbereik - Deel 2: 4.0 TFSI
Voortzetting van de serie voor de aandrijfeenheden van het merk
De achtcilinder 4.0 TFSI van Audi en Bentley is het toonbeeld van downsizing in de hogere klassen. Hij verving de atmosferische 4,2-liter motor en de 5,2-liter V10-eenheid van de S6, S7 en S8 en was verkrijgbaar in vermogens van 420 tot 520 pk. tot 605 pk afhankelijk van het model. Bij deze cijfers is de Audi-motor een directe concurrent van BMW's 4,4-liter N63 biturbomotor en zijn S63-versie voor de M-modellen. Net als bij de BMW zijn de twee turbo’s aan de binnenkant van de cilinderbanken geplaatst, die net als bij de vorige 90-liter unit onder een hoek van 4,2 graden zijn geplaatst. Met deze opstelling wordt meer compactheid bereikt en wordt de weg van de uitlaatgassen verkort. De twin-scroll-configuratie (bij BMW wordt deze alleen in de S-versie gebruikt) maakt het mogelijk de wederzijdse negatieve invloed van de pulsaties van de verschillende cilinders te verminderen en een groter deel van hun kinetische energie te onttrekken, en wordt uitgevoerd door een complexe combinatie van kanalen van cilinders van verschillende rijen. Dit werkingsprincipe zorgt voor een stevige koppelreserve bij het accelereren, zelfs in modi iets boven stationair toerental. Zelfs bij 1000 tpm beschikt de 4.0 TFSI al over 400 Nm. De krachtigere versie is klaar om zijn maximale koppel van 650 Nm (700 op de versies van 560 en 605 pk) te leveren over het hele bereik van 1750 tot 5000 tpm, terwijl het standaardkoppel van 550 Nm zelfs eerder beschikbaar is – van 1400 tot 5250 tpm. Het motorblok is gemaakt van aluminiumlegeringen met homogeen gegoten aluminium bij lage druk en is bij de krachtige versies bovendien met warmte behandeld. Om het blok te versterken zijn in het onderste gedeelte vijf nodulair gietijzeren inzetstukken geïntegreerd. Net als bij de kleinere EA888-eenheid heeft de oliepomp een variabele capaciteit, en bij lage toerentallen en belasting zijn de koelmondstukken aan de onderkant van de zuiger uitgeschakeld. De logica van de motorkoeling is vergelijkbaar, waarbij de regelmodule de temperatuur in realtime aanpast en de circulatie wordt vastgehouden totdat de bedrijfstemperatuur is bereikt. Wanneer deze aanwezig is, begint de vloeistof van de binnenkant van de cilinders in de richting van de cilinderkop te bewegen, en als verwarming nodig is, leidt een elektrische pomp water van de cilinderkop naar de cabine. Om het overstromen van de zuiger vrijwel volledig te elimineren, worden ook hier meerdere fijne brandstofinjecties per cyclus uitgevoerd als de motor koud is.
Schakel een deel van de cilinders uit
Het uitschakelsysteem voor de deellastcilinder is geen nieuwe benadering om het brandstofverbruik te verminderen, maar met de turbomotor van Audi is deze oplossing geperfectioneerd. Het idee van dergelijke technologieën is om de zogenaamde te vergroten. werkpunt - wanneer de motor een vermogensniveau nodig heeft dat vier van de acht cilinders aankan, werken de laatste in een veel efficiëntere modus met een bredere gashendel. De bovengrens van het deactiveren van de cilinder ligt tussen 25 en 40 procent van het maximale koppel (tussen 120 en 250 Nm), en in deze modus neemt de gemiddelde effectieve druk in de cilinders aanzienlijk toe. De koelvloeistoftemperatuur moet minimaal 30 graden hebben bereikt, de transmissie moet in de derde of hogere versnelling staan en de motor moet tussen 960 en 3500 tpm draaien. Als aan deze voorwaarden is voldaan, sluit het systeem de inlaat- en uitlaatkleppen van twee cilinders van elke cilinderrij, waarbij de V8-eenheid blijft werken als een V4.
Het sluiten van de nodige kleppen op de vier nokkenassen wordt uitgevoerd met behulp van een nieuwe versie voor het regelen van de fasen en slag van de kleppen Audi valvelift system. De bussen met daarop geplaatste nokken voor het openen van twee kleppen en kanalen worden opzij bewogen met behulp van elektromagnetische apparaten met pennen, en in de nieuwe versie hebben ze ook nokken voor "nulslag". Deze laatste hebben geen invloed op de klepstoters en de veren houden ze gesloten. Tegelijkertijd stopt het motorregelsysteem de brandstofinjectie en ontsteking. Voordat de kleppen sluiten, worden de verbrandingskamers echter gevuld met verse lucht - de vervanging van uitlaatgassen door lucht vermindert de druk in de cilinders en de energie die nodig is om de zuigers aan te drijven.
Op het moment dat de bestuurder het gaspedaal harder intrapt, gaan de gedeactiveerde cilinders weer werken. De terugkeer naar de achtcilindermodus, evenals het omgekeerde proces, is buitengewoon nauwkeurig en snel, en vrijwel onmerkbaar. De volledige overgang vindt plaats in slechts 300 milliseconden, en de verandering van modus leidt tot een kortstondige vermindering van de efficiëntie, zodat de daadwerkelijke vermindering van het brandstofverbruik ongeveer drie seconden na het deactiveren van de cilinders begint.
Volgens Audi zijn ook mensen van Bentley, die de geavanceerde 4.0 TFSI gebruiken voor de nieuwe Continental GT (debuut uit 2012), betrokken bij het ontwikkelingsproces van deze technologie. Zo'n systeem is niet nieuw voor het bedrijf en werkt in de 6,75 liter V8-eenheid.
V8-motoren staan niet alleen bekend om hun tractie en harmonieuze gasrespons, maar ook om hun soepele werking - en dit geldt volledig voor de 4.0 TFSI. Wanneer een V8-motor echter als een V4 functioneert, beginnen de krukas en de heen en weer bewegende componenten, afhankelijk van de belasting en snelheid, hoge torsietrillingen te genereren. Dit leidt op zijn beurt tot het verschijnen van specifieke geluiden die in het interieur van de auto doordringen. Met zijn grote formaat genereert het uitlaatsysteem ook specifieke basgeluiden die ondanks het intelligente gasstroomregelsysteem met kleppen moeilijk te onderdrukken zijn. Op zoek naar manieren om trillingen en lawaai te verminderen, hebben de ontwerpers van Audi een ongebruikelijke technologische benadering gebruikt door twee unieke systemen te creëren: het genereren van geluid en het dempen van trillingen.
Door het intensieve vortexproces tijdens het vullen en de verhoogde verbrandingssnelheid, kan de compressieverhouding worden verhoogd ongeacht de aanwezigheid van turbocompressor zonder het risico op ontploffingen in het verbrandingsproces. Er zijn ook enkele technologische verschillen tussen de verschillende vermogensversies van de 4.0 TFSI, zoals het gebruik van een enkel- of dubbelcircuitinlaatsysteem, verschillende bedrijfsinstellingen van de turbocompressoren en de aanwezigheid van een extra oliekoeler voor krachtigere eenheden. Er zijn ook structurele verschillen in de krukassen en hun hoofdlagers, de mate van compressie, de fasen van gasverdeling en de injectoren zijn verschillend.
Actieve geluidsbeheersing en trillingsdemping
Active Noise Control (ANC) gaat ongewenste ruis tegen door "antigeluid" te genereren. Dit principe staat bekend als destructieve interferentie: als twee geluidsgolven met dezelfde frequentie elkaar overlappen, kunnen hun amplitudes zo worden "gerangschikt" dat ze onderling worden verzwakt. Voor dit doel moeten hun amplitudes hetzelfde zijn, maar moeten ze uit fase met elkaar zijn, dwz in tegenfase. Deskundigen noemen dit proces ook wel "omgekeerde ruisonderdrukking". Audi's modellen, die de nieuwe 180 TFSI-eenheid zullen bieden, zijn uitgerust met vier kleine microfoons die in de hemelbekleding zijn geïntegreerd. Elk van hen registreert het volledige ruisspectrum in het aangrenzende gebied. Op basis van deze signalen creëert de ANC-regeleenheid een gedifferentieerd ruimtelijk ruisbeeld, terwijl tegelijkertijd de krukassnelheidssensor informatie geeft over deze parameter. In alle vooraf gekalibreerde gebieden waar het systeem storende geluiden detecteert, genereert het doelbewust nauwkeurig gemoduleerd eliminatiegeluid. Active Noise Control is op elk moment klaar voor gebruik - of het audiosysteem nu aan of uit is en of het geluid wordt versterkt, verminderd, enz. Het systeem werkt ook ongeacht het systeem waarmee de auto is uitgerust.
De manier om de trillingen te dempen lijkt erg op een idee. Audi gebruikt in principe rigide, sportieve instellingen voor de motorsteunen. Voor 4.0 TFSI hebben ingenieurs actieve montagebeugels of -blokken ontwikkeld die tot doel hebben motortrillingen te elimineren met uitfaserende oscillaties met tegengestelde kracht. Een belangrijk onderdeel van het systeem is een elektromagnetisch apparaat dat trillingen veroorzaakt. Het heeft een permanente magneet en een hogesnelheidsspoel, waarvan de beweging door middel van een flexibel membraan wordt overgebracht naar een kamer met vloeistof. Deze vloeistof absorbeert zowel de trillingen die door de motor worden veroorzaakt als de trillingen die ze tegengaan. Tegelijkertijd beperken deze elementen de trillingen niet alleen in de atypische werkingsmodus zoals V4, maar ook in de normale V8-modus, met speciale aandacht voor stationair draaien.
(volgen)
Tekst: Georgy Kolev
2020-08-30
