Gamma di test del motore Audi - Parte 2: 4.0 TFSI

Continuazione della serie per le unità motrici del marchio

L'otto cilindri 4.0 TFSI di Audi e Bentley è l'emblema del ridimensionamento nelle classi superiori. Sostituì il motore aspirato da 4,2 litri e l'unità V5,2 da 10 litri delle S6, S7 e S8 ed era disponibile con livelli di potenza da 420 a 520 CV. fino a 605 CV a seconda del modello. A queste cifre, il motore Audi è un concorrente diretto del motore biturbo N4,4 da 63 litri della BMW e della sua versione S63 per i modelli M. Come nella BMW, i due turbocompressori sono posizionati all'interno delle bancate dei cilindri, che come nel precedente propulsore da 90 litri si trovano a 4,2 gradi. Con questa disposizione si ottiene una maggiore compattezza e si accorcia il percorso dei gas di scarico. La configurazione twin-scroll (in BMW è utilizzata solo nella versione S) consente di ridurre la reciproca influenza negativa delle pulsazioni dei diversi cilindri e di estrarre una maggior parte della loro energia cinetica, ed è realizzata mediante una complessa combinazione di canali da cilindri di file diverse. Questo principio di funzionamento fornisce una solida riserva di coppia durante l'accelerazione anche in modalità leggermente superiori al regime minimo. Già a 1000 giri il 4.0 TFSI eroga 400 Nm. La versione più potente è pronta a erogare la sua coppia massima di 650 Nm (700 sulle versioni da 560 e 605 CV) nell'intero intervallo compreso tra 1750 e 5000 giri, mentre i 550 Nm di serie sono disponibili anche prima, da 1400 a 5250 giri. Il blocco motore è realizzato in leghe di alluminio con fusione omogenea di alluminio a bassa pressione e nelle versioni potenti è inoltre trattato termicamente. Per rafforzare il blocco, nella sua parte inferiore sono integrati cinque inserti in ghisa sferoidale. Come con l'unità più piccola EA888, la pompa dell'olio ha una capacità variabile e, a bassi regimi e carichi, gli ugelli di raffreddamento del fondo del pistone sono spenti. Analoga è la logica del raffreddamento del motore, dove il modulo di controllo regola la temperatura in tempo reale e la circolazione viene mantenuta fino al raggiungimento della temperatura di esercizio. Quando è presente, il liquido comincia a muoversi dall'interno dei cilindri in direzione della testata e, se è necessario il riscaldamento, un'elettropompa dirige l'acqua dalla testata all'abitacolo. Anche in questo caso, per eliminare quasi completamente l'ingolfamento dei pistoni, vengono effettuate diverse iniezioni fini di carburante per ciclo a motore freddo.

Spegnere una parte dei cilindri

Il sistema di spegnimento dei cilindri a carico parziale non è un nuovo approccio per ridurre il consumo di carburante, ma con il motore turbo di Audi questa soluzione è stata perfezionata. L'idea di tali tecnologie è quella di aumentare il cosiddetto. punto di funzionamento - quando il motore richiede un livello di potenza che possa gestire quattro degli otto cilindri, questi ultimi funzionano in una modalità molto più efficiente con un acceleratore più ampio. Il limite superiore dell'operazione di disattivazione del cilindro è compreso tra il 25 e il 40 percento della coppia massima (tra 120 e 250 Nm) e in questa modalità la pressione media effettiva nei cilindri aumenta in modo significativo. La temperatura del liquido di raffreddamento deve aver raggiunto almeno 30 gradi, la trasmissione deve essere in terza o una marcia superiore e il motore deve girare tra 960 e 3500 giri / min. Se queste condizioni sono soddisfatte, il sistema chiude le valvole di aspirazione e scarico di due cilindri di ciascuna fila di cilindri, per cui l'unità V8 continua a funzionare come V4.

La chiusura delle necessarie valvole sui quattro alberi a camme viene effettuata con l'ausilio di una nuova versione per il controllo delle fasi e della corsa delle valvole Audi valvelift system. Le boccole con camme poste su di esse per l'apertura di due valvole e canali vengono spostate lateralmente con l'ausilio di dispositivi elettromagnetici con perni, e nella nuova versione hanno anche camme per "corsa zero". Questi ultimi non intaccano le alzavalvole e le molle le mantengono chiuse. Allo stesso tempo, il sistema di controllo del motore arresta l'iniezione e l'accensione del carburante. Tuttavia, prima che le valvole si chiudano, le camere di combustione vengono riempite con aria fresca: la sostituzione dei gas di scarico con l'aria riduce la pressione nei cilindri e l'energia richiesta per azionare i pistoni.

Nel momento in cui il guidatore preme più forte il pedale dell'acceleratore, i cilindri disattivati ​​riprendono a funzionare. Il ritorno alla modalità a otto cilindri, così come il processo inverso, è estremamente preciso e veloce, e praticamente impercettibile. L'intera transizione avviene in soli 300 millisecondi, e il cambio di modalità porta ad una riduzione dell'efficienza a breve termine, per cui l'effettiva riduzione del consumo di carburante inizia circa tre secondi dopo la disattivazione dei cilindri.

Secondo Audi, anche persone di Bentley, che utilizzano l'avanzato 4.0 TFSI per la nuova Continental GT (debutto nel 2012), sono state coinvolte nel processo di sviluppo di questa tecnologia. Un tale sistema non è nuovo per l'azienda e funziona nell'unità V6,75 da 8 litri.

I motori V8 sono noti non solo per la loro trazione e la risposta armoniosa dell'acceleratore, ma anche per il loro funzionamento regolare - e questo vale con tutta la forza per il 4.0 TFSI. Tuttavia, quando un motore V8 funziona come un V4, a seconda del carico e della velocità, il suo albero motore e i suoi componenti alternativi iniziano a generare alti livelli di vibrazioni torsionali. Ciò a sua volta porta alla comparsa di rumori specifici che penetrano all'interno dell'auto. Con le sue grandi dimensioni, il sistema di scarico genera anche suoni bassi specifici che sono difficili da sopprimere, nonostante il sistema di controllo del flusso di gas intelligente con valvole. Alla ricerca di modi per ridurre le vibrazioni e il rumore, i progettisti di Audi hanno utilizzato un approccio tecnologico insolito, creando due sistemi unici: generazione di antirumore e smorzamento delle vibrazioni.

Grazie all'intenso processo a vortice durante il riempimento e all'aumento della velocità di combustione, il grado di compressione può essere aumentato indipendentemente dalla presenza di turbocompressore senza il rischio di provocare detonazioni nel processo di combustione. Ci sono anche alcune differenze tecnologiche tra le diverse versioni di potenza del 4.0 TFSI, come l'utilizzo di un sistema di aspirazione a singolo o doppio circuito, diverse impostazioni di funzionamento dei turbocompressori e la presenza di un radiatore dell'olio aggiuntivo per le unità più potenti. Ci sono anche differenze strutturali negli alberi motore e nei loro cuscinetti di banco, il grado di compressione, le fasi di distribuzione del gas e gli iniettori sono diversi.

Controllo attivo del rumore e smorzamento delle vibrazioni

L'Active Noise Control (ANC) contrasta il rumore indesiderato generando "anti-suono". Questo principio è noto come interferenza distruttiva: se due onde sonore della stessa frequenza si sovrappongono, le loro ampiezze possono essere "disposte" in modo da attenuarsi reciprocamente. A tal fine le loro ampiezze devono essere le stesse, ma devono essere sfasate tra loro, cioè in antifase. Gli esperti chiamano questo processo anche "eliminazione del rumore inverso". I modelli Audi, che offriranno la nuova unità 180 TFSI, sono dotati di quattro piccoli microfoni integrati nel rivestimento del tetto. Ciascuno di loro registra l'intero spettro del rumore nell'area adiacente. Sulla base di questi segnali, il modulo di controllo ANC crea un'immagine di rumore spaziale differenziata, mentre allo stesso tempo il sensore di velocità dell'albero motore fornisce informazioni su questo parametro. In tutte le aree precalibrate in cui il sistema identifica il rumore di disturbo, genera volutamente un suono di eliminazione modulato con precisione. Il controllo attivo del rumore è pronto per l'uso in qualsiasi momento, indipendentemente dal fatto che il sistema audio sia acceso o spento e se il suono sia amplificato, ridotto, ecc. Il sistema funziona anche indipendentemente dal sistema di cui è dotata l'auto.

Il modo per smorzare le vibrazioni è un'idea molto simile. In linea di principio, Audi utilizza impostazioni rigide e sportive per i supporti del motore. Per 4.0 TFSI, gli ingegneri hanno sviluppato staffe o cuscinetti di montaggio attivi che mirano a eliminare le vibrazioni del motore con oscillazioni in fase di eliminazione con forza inversa. Un componente chiave del sistema è un dispositivo elettromagnetico che crea vibrazioni. Ha un magnete permanente e una bobina ad alta velocità, il cui movimento viene trasmesso per mezzo di una membrana flessibile a una camera con liquido. Questo fluido assorbe sia le vibrazioni provocate dal motore sia quelle che le contrastano. Allo stesso tempo, questi elementi limitano le vibrazioni non solo nella modalità di funzionamento atipica come V4, ma anche nella normale modalità V8, con particolare attenzione al minimo.

(da seguire)

Testo: Georgy Kolev

2020-08-30