Gamma de proves de motors Audi - Part 2: 4.0 TFSI
Continuació de la sèrie per a les unitats de transmissió de la marca
El 4.0 TFSI de vuit cilindres d'Audi i Bentley és l'epítom de la reducció de mida a les classes altes. Va substituir el motor atmosfèric de 4,2 litres i la unitat V5,2 de 10 litres de l'S6, S7 i S8 i estava disponible en nivells de potència de 420 a 520 CV. fins a 605 CV segons el model. Amb aquestes xifres, el motor Audi és un competidor directe del motor biturbo N4,4 de 63 litres de BMW i la seva versió S63 per als models M. Igual que amb el BMW, els dos turbocompressors es col·loquen a l'interior dels bancs de cilindres, que es troben a 90 graus com amb l'anterior unitat de 4,2 litres. Amb aquesta disposició, s'aconsegueix més compacitat i s'escurça el recorregut dels gasos d'escapament. La configuració twin-scroll (a BMW només s'utilitza en la versió S) permet reduir la influència negativa mútua de les pulsacions dels diferents cilindres i extreure una major part de la seva energia cinètica, i es realitza mitjançant una combinació complexa de canals de cilindres de diferents files. Aquest principi de funcionament proporciona una sòlida reserva de parell en accelerar fins i tot en modes lleugerament per sobre de la velocitat de ralentí. Fins i tot a 1000 rpm, el 4.0 TFSI ja té 400 Nm. La versió més potent està preparada per oferir el seu parell màxim de 650 Nm (700 en les versions de 560 i 605 CV) en tota la gamma d'1750 a 5000 rpm, mentre que els 550 Nm de l'estàndard estan disponibles encara abans, de 1400 a 5250 rpm. El bloc del motor està fet d'aliatges d'alumini amb fosa homogènia d'alumini a baixa pressió, i en les versions potents té un tractament tèrmic addicional. Per reforçar el bloc, s'integren cinc insercions de ferro dúctil a la seva part inferior. Igual que amb la unitat EA888 més petita, la bomba d'oli és de capacitat variable i, a baixes rpm i càrrega, els broquets de refrigeració inferiors del pistó estan apagats. La lògica de refrigeració del motor és similar, on el mòdul de control ajusta la temperatura en temps real i la circulació es manté fins que s'arriba a la temperatura de funcionament. Quan està present, el líquid comença a moure's des de l'interior dels cilindres en direcció a la culata, i si cal escalfar, una bomba elèctrica dirigeix l'aigua des de la capçalera fins a la cabina. De nou, per eliminar gairebé completament les inundacions dels pistons, es realitzen diverses injeccions fines de combustible per cicle quan el motor està fred.
Apagueu una part dels cilindres
El sistema d’aturada del cilindre de càrrega parcial no és un enfocament nou per reduir el consum de combustible, però amb el motor turboalimentat d’Audi, aquesta solució s’ha perfeccionat. La idea d’aquestes tecnologies és augmentar les anomenades. punt de funcionament: quan el motor requereix un nivell de potència que suporti quatre dels vuit cilindres, aquests últims funcionen en un mode molt més eficient amb un accelerador més ampli. El límit superior de l'operació de desactivació del cilindre és d'entre el 25 i el 40 per cent del parell màxim (entre 120 i 250 Nm) i, en aquest mode, la pressió efectiva mitjana dels cilindres augmenta significativament. La temperatura del refrigerant ha d’haver aconseguit almenys 30 graus, la transmissió ha de marxar en tercera velocitat o superior i el motor ha de funcionar entre 960 i 3500 rpm. Si es compleixen aquestes condicions, el sistema tanca les vàlvules d'admissió i d'escapament de dos cilindres de cada fila de cilindres, de manera que la unitat V8 continua funcionant com a V4.
El tancament de les vàlvules necessàries als quatre arbres de lleves es realitza amb l'ajuda d'una nova versió per controlar les fases i la carrera de les vàlvules del sistema de vàlvules Audi. Els casquets amb lleves per obrir dues vàlvules i canals es desplacen cap al lateral amb l'ajut de dispositius electromagnètics amb pins i, en la nova versió, també tenen lleves per a "carrera zero". Aquests últims no afecten els aixecadors de vàlvules i els molls els mantenen tancats. Al mateix temps, el sistema de control del motor atura la injecció i l’encesa de combustible. Tanmateix, abans de tancar les vàlvules, les cambres de combustió s’omplen d’aire fresc: la substitució dels gasos d’escapament per aire redueix la pressió dels cilindres i l’energia necessària per accionar els pistons.
En el moment que el conductor prem el pedal de l’accelerador amb més força, els cilindres desactivats tornen a funcionar. El retorn al funcionament de vuit cilindres, així com el procés invers, són extremadament precisos i ràpids i pràcticament imperceptibles. Tota la transició es realitza en només 300 mil·lisegons i el canvi de mode comporta una reducció a curt termini de l’eficiència, de manera que la reducció real del consum de combustible comença uns tres segons després de la desactivació dels cilindres.
Segons Audi, les persones de Bentley, que utilitzen l’avançat TFSI 4.0 per al nou Continental GT (debut del 2012), també han participat en el procés de desenvolupament d’aquesta tecnologia. Aquest sistema no és nou per a la companyia i funciona a la unitat V6,75 de 8 litres.
Els motors V8 són coneguts no només per la seva tracció i la seva harmònica resposta de l’accelerador, sinó també pel seu bon funcionament, i això s’aplica amb tota la seva força al 4.0 TFSI. No obstant això, quan un motor V8 funciona com un V4, en funció de la càrrega i la velocitat, el seu cigonyal i els components alternatius comencen a generar alts nivells de vibració torsional. Al seu torn, això provoca l’aparició de sorolls específics que penetren a l’interior del cotxe. Amb la seva gran mida, el sistema d’escapament també genera sons greus específics difícils d’eliminar, tot i el sistema intel·ligent de control de cabal de gas amb vàlvules. A la recerca de maneres de reduir la vibració i el soroll, els dissenyadors d’Audi han utilitzat un enfocament tecnològic inusual, creant dos sistemes únics: la generació antisonor i l’amortiment de les vibracions.
A causa del procés intensiu de vòrtex durant l'ompliment i l'augment de la velocitat de combustió, la relació de compressió es pot augmentar independentment de la presència de turbocompressió sense el risc de provocar detonacions en el procés de combustió. Hi ha algunes diferències tecnològiques entre les diferents versions de potència del 4.0 TFSI, com ara l’ús d’un sistema d’admissió de circuit únic o doble, diferents configuracions de funcionament dels turbocompressors i la presència d’un refredador d’oli addicional a les unitats més potents. També hi ha diferències estructurals en els cigonyals i els seus principals coixinets, el grau de compressió, les fases de distribució del gas i els injectors són diferents.
Control actiu del soroll i amortiment de les vibracions
El control de soroll actiu (ANC) contraresta el soroll no desitjat generant "antisonor". Aquest principi es coneix com a interferència destructiva: si es superposen dues ones sonores de la mateixa freqüència, les seves amplituds es poden "disposar" de manera que s'atenuen mútuament. Amb aquest propòsit, les seves amplituds han de ser les mateixes, però han d'estar desfasades a 180 graus entre si, és a dir, han d'estar en antifase. Els experts també anomenen aquest procés "eliminació inversa del soroll". Els models d’Audi, que oferiran la nova unitat 4.0 TFSI, estan equipats amb quatre petits micròfons integrats al revestiment del sostre. Cadascun d’ells registra l’espectre complet de soroll a la zona adjacent. Basant-se en aquests senyals, el mòdul de control ANC crea una imatge de soroll espacial diferenciada, mentre que al mateix temps el sensor de velocitat del cigonyal proporciona informació sobre aquest paràmetre. En totes les zones precalibrades on el sistema identifica sorolls pertorbadors, genera deliberadament un so d’eliminació modulat amb precisió. El control de soroll actiu està preparat per funcionar en qualsevol moment, tant si el sistema d’àudio està activat com desactivat i si el so s’amplifica, es redueix, etc. El sistema també funciona independentment del sistema amb què estigui equipat el cotxe.
La forma d’esmorteir les vibracions és molt similar com a idea. En principi, Audi utilitza configuracions rígides i esportives per als muntatges del motor. Per a 4.0 TFSI, els enginyers han desenvolupat suports o coixinets de muntatge actius que tenen com a objectiu eliminar les vibracions del motor amb oscil·lacions inverses desplaçades de fase. Un component clau del sistema és un dispositiu electromagnètic que crea vibracions. Té un imant permanent i una bobina d’alta velocitat, el moviment de la qual es transmet mitjançant una membrana flexible a una cambra amb líquid. Aquest fluid absorbeix tant les vibracions causades pel motor com les que les contraresten. Al mateix temps, aquests elements limiten les vibracions no només en modes de funcionament atípics com el V4, sinó també en el mode V8 normal, amb especial atenció al ralentí.
(seguir)
Text: Georgy Kolev
2020-08-30
