Preskusno območje Audijevih motorjev - 2. del: 4.0 TFSI
Nadaljevanje serije za pogonske enote znamke
Audijev in Bentleyjev osemvaljni 4.0 TFSI je utelešenje zmanjševanja prostornine v višjih razredih. Zamenjal je atmosferski 4,2-litrski motor in 5,2-litrski V10 agregat S6, S7 in S8 in je bil na voljo v stopnjah moči od 420 do 520 KM. do 605 KM odvisno od modela. Pri teh številkah je Audijev motor neposredna konkurenca BMW-jevemu 4,4-litrskemu biturbo motorju N63 in njegovi različici S63 za M-modele. Tako kot pri BMW-ju sta oba turbopolnilnika nameščena na notranji strani strani valjev, ki sta kot pri prejšnji 90-litrski enoti nameščena pod kotom 4,2 stopinj. S to ureditvijo se doseže večja kompaktnost in skrajša pot izpušnih plinov. Konfiguracija twin-scroll (pri BMW jo uporabljajo samo v različici S) omogoča zmanjšanje medsebojnega negativnega vpliva pulzacij iz različnih valjev in črpanje večjega dela njihove kinetične energije, izvaja pa se s kompleksno kombinacijo kanali iz jeklenk različnih vrstic. To načelo delovanja zagotavlja solidno rezervo navora pri pospeševanju tudi v načinih, ki so nekoliko nad hitrostjo prostega teka. Že pri 1000 vrtljajih ima 4.0 TFSI že 400 Nm. Močnejša različica je pripravljena zagotoviti največji navor 650 Nm (700 pri različicah s 560 in 605 KM) v območju od 1750 do 5000 vrt./min, medtem ko je standardnih 550 Nm na voljo še prej – od 1400 do 5250 vrt./min. Blok motorja je izdelan iz aluminijevih zlitin s homogenim litjem aluminija pri nizkem tlaku, pri močnejših različicah pa je dodatno toplotno obdelan. Za ojačitev bloka je v njegov spodnji del vgrajenih pet vložkov iz nodularne litine. Kot pri manjši enoti EA888 ima oljna črpalka spremenljivo zmogljivost, pri nizkih vrtljajih in obremenitvi pa se hladilne šobe bata izklopijo. Podobna je logika hlajenja motorja, kjer nadzorni modul sproti prilagaja temperaturo, kroženje pa se zadržuje do dosežene delovne temperature. Ko je prisoten, se začne tekočina premikati iz notranjosti cilindrov v smeri glave cilindra, če je potrebno ogrevanje, pa električna črpalka usmeri vodo iz glave v kabino. Tudi tu se za skoraj popolno odpravo preplavljenosti bata izvede več finih vbrizgov goriva na cikel, ko je motor hladen.
Izklopite del jeklenk
Sistem za izklop cilindra z delno obremenitvijo ni nov pristop k zmanjšanju porabe goriva, toda z Audijevim turbo motorjem je bila ta rešitev izpopolnjena. Ideja takšnih tehnologij je povečati t.i. delovna točka - kadar motor zahteva raven moči, ki bi ravnala s štirimi od osmih valjev, slednji delujejo v veliko bolj učinkovitem načinu s širšim plinom. Zgornja meja deaktivacije jeklenke je med 25 in 40 odstotki največjega navora (med 120 in 250 Nm), v tem načinu pa se povprečni efektivni tlak v valjih znatno poveča. Temperatura hladilne tekočine mora doseči vsaj 30 stopinj, menjalnik mora biti v tretji ali višji prestavi, motor pa mora delovati med 960 in 3500 vrt / min. Če so ti pogoji izpolnjeni, sistem zapre sesalni in izpušni ventil dveh valjev vsake vrste jeklenk, pri čemer enota V8 še naprej deluje kot V4.
Zapiranje potrebnih ventilov na štirih odmičnih gredih se izvede s pomočjo nove različice za nadzor faz in giba ventilov Audi valvelift system. Puše z odmikači na njih za odpiranje dveh ventilov in kanalov se s pomočjo elektromagnetnih naprav z zatiči premaknejo v stran, v novi različici pa imajo tudi odmikače za "ničelni hod". Slednje ne vplivajo na dvigala ventilov, vzmeti pa jih držijo zaprte. Hkrati sistem za nadzor motorja ustavi vbrizgavanje goriva in vžig. Preden se ventili zaprejo, pa se zgorevalne komore napolnijo s svežim zrakom - zamenjava izpušnih plinov z zrakom zmanjša tlak v valjih in energijo, potrebno za pogon batov.
V trenutku, ko voznik močneje pritisne na stopalko za plin, deaktivirani cilindri spet začnejo delovati. Vrnitev k osemvaljnemu delovanju, pa tudi obratni postopek, je izjemno natančen in hiter ter tako rekoč neopazen. Celoten prehod se zgodi v samo 300 milisekundah, sprememba načina pa privede do kratkoročnega zmanjšanja učinkovitosti, tako da se dejansko zmanjšanje porabe goriva začne približno tri sekunde po izklopu jeklenk.
Po navedbah Audija so pri razvoju te tehnologije sodelovali tudi ljudje iz Bentleyja, ki za novi Continental GT (prvenec leta 4.0) uporabljajo napredni 2012 TFSI. Tak sistem za podjetje ni nov in deluje v 6,75-litrski enoti V8.
Motorji V8 niso znani samo po oprijemu in harmoničnem odzivu plina, temveč tudi po nemotenem delovanju - in to s polno močjo velja za 4.0 TFSI. Ko pa motor V8 deluje kot V4, odvisno od obremenitve in hitrosti začnejo njegove ročične gredi in batne komponente ustvarjati visoke stopnje torzijskih vibracij. To pa povzroči pojav posebnih zvokov, ki prodirajo v notranjost avtomobila. Izpušni sistem s svojo velikostjo ustvarja tudi specifične nizke tone, ki jih je težko zavreti, kljub inteligentnemu sistemu za nadzor pretoka plina z ventili. Pri iskanju načinov za zmanjšanje vibracij in hrupa so se Audijevi oblikovalci lotili nenavadnega tehnološkega pristopa in ustvarili dva edinstvena sistema - proti zvoku in dušenje vibracij.
Zahvaljujoč intenzivnemu vrtinčnemu procesu med polnjenjem in povečani hitrosti gorenja je mogoče stopnjo kompresije povečati ne glede na prisotnost turbopuhala, ne da bi pri tem prišlo do eksplozij. Obstajajo tudi nekatere tehnološke razlike med različnimi različicami moči 4.0 TFSI, na primer uporaba eno- ali dvokrožnega sesalnega sistema, različne nastavitve delovanja turbopuhala in prisotnost dodatnega hladilnika olja na močnejših enotah. Obstajajo tudi strukturne razlike v ročičnih gredih in njihovih glavnih ležajih, stopnja stiskanja, faze razporeditve plina in injektorji so različni.
Aktivna kontrola hrupa in dušenje vibracij
Aktivni nadzor hrupa (ANC) preprečuje neželen hrup tako, da ustvarja "protihrup". To načelo je znano kot uničujoče motnje: če se dva zvočna vala iste frekvence prekrivata, lahko njihove amplitude "razporedimo" tako, da se medsebojno oslabijo. V ta namen morajo biti njihove amplitude enake, vendar jih je treba postopoma odpraviti za 180 stopinj, torej morajo biti v protifazi. Strokovnjaki temu postopku pravijo tudi "povratno odstranjevanje hrupa". Audijevi modeli, ki bodo ponujali novo enoto 4.0 TFSI, so opremljeni s štirimi majhnimi mikrofoni, vgrajenimi v strešno oblogo. Vsak od njih registrira celoten spekter hrupa na sosednjem območju. Na podlagi teh signalov krmilni modul ANC ustvari diferencirano sliko prostorskega šuma, hkrati pa senzor hitrosti motorne gredi daje informacije o tem parametru. Na vseh predhodno kalibriranih območjih, kjer sistem prepozna moteč hrup, namenoma proizvaja natančno moduliran izločitveni zvok. Aktivni nadzor hrupa je pripravljen za uporabo kadar koli - ne glede na to, ali je avdio sistem vklopljen ali izklopljen in ali je zvok ojačan, zmanjšan itd. Sistem deluje tudi ne glede na sistem, s katerim je avtomobil opremljen.
Način za dušenje vibracij je zelo podoben ideji. Audi načeloma uporablja toge, športne nastavitve za nosilce motorja. Za 4.0 TFSI so inženirji razvili aktivne pritrdilne nosilce ali blazinice, katerih cilj je odpraviti vibracije motorja s faznimi premiki povratnih nihanj. Ključna komponenta sistema je elektromagnetna naprava, ki ustvarja vibracije. Ima trajni magnet in visokohitrostno tuljavo, katere gibanje se s prilagodljivo membrano prenaša v komoro s tekočino. Ta tekočina absorbira tresljaje, ki jih povzroča motor, in tista, ki jim preprečujejo. Hkrati ti elementi omejujejo tresljaje ne le v netipičnem načinu delovanja, kot je V4, temveč tudi v običajnem načinu V8, s posebno pozornostjo, namenjeno prostem teku.
(slediti)
Besedilo: Georgy Kolev
2020-08-30
