Rango de prueba de motores Audi - Parte 2: 4.0 TFSI
Continuación de la serie para los accionamientos de la marca
El 4.0 TFSI de ocho cilindros de Audi y Bentley es el paradigma del downsizing en las clases altas. Reemplazó al motor atmosférico de 4,2 litros y al V5,2 de 10 litros del S6, S7 y S8 y estaba disponible en niveles de potencia de 420 a 520 CV. hasta 605 CV dependiendo del modelo. Con estas cifras, el motor de Audi es un competidor directo del motor biturbo N4,4 de 63 litros de BMW y de su versión S63 para los modelos M. Al igual que en el BMW, los dos turbocompresores están situados en el interior de las bancadas de cilindros, que están situadas a 90 grados como en el anterior motor de 4,2 litros. Con esta disposición se consigue una mayor compacidad y se acorta el recorrido de los gases de escape. La configuración twin-scroll (en BMW se utiliza sólo en la versión S) permite reducir la mutua influencia negativa de las pulsaciones de los distintos cilindros y extraer una mayor parte de su energía cinética, y se lleva a cabo mediante una compleja combinación de canales de cilindros de diferentes filas. Este principio de funcionamiento proporciona una sólida reserva de par al acelerar incluso en modos ligeramente por encima del ralentí. Incluso a 1000 rpm, el 4.0 TFSI ya alcanza los 400 Nm. La versión más potente está preparada para entregar su par máximo de 650 Nm (700 en las versiones de 560 y 605 CV) en el rango de 1750 a 5000 rpm, mientras que los 550 Nm de serie están disponibles incluso antes, de 1400 a 5250 rpm. El bloque motor está fabricado en aleaciones de aluminio con fundición homogénea de aluminio a baja presión y, en las versiones potentes, recibe además un tratamiento térmico. Para reforzar el bloque, en su parte inferior se integran cinco insertos de fundición dúctil. Al igual que con la unidad EA888 más pequeña, la bomba de aceite tiene capacidad variable y, a bajas revoluciones y carga, las boquillas de enfriamiento de la parte inferior del pistón se apagan. La lógica de enfriamiento del motor es similar, donde el módulo de control ajusta la temperatura en tiempo real y la circulación se mantiene hasta que se alcanza la temperatura de funcionamiento. Cuando está presente, el líquido comienza a moverse desde el interior de los cilindros en dirección a la culata y, si se necesita calentamiento, una bomba eléctrica dirige el agua desde la culata a la cabina. También en este caso, para eliminar casi por completo la inundación del pistón, se realizan varias inyecciones finas de combustible por ciclo con el motor frío.
Apague parte de los cilindros
El sistema de cierre del cilindro de carga parcial no es un nuevo enfoque para reducir el consumo de combustible, pero con el motor turboalimentado de Audi, esta solución se ha perfeccionado. La idea de este tipo de tecnologías es aumentar la llamada. Punto de funcionamiento: cuando el motor requiere un nivel de potencia que pueda manejar cuatro de los ocho cilindros, este último funciona en un modo mucho más eficiente con un acelerador más amplio. El límite superior de la operación de desactivación de cilindros está entre el 25 y el 40 por ciento del par máximo (entre 120 y 250 Nm), y en este modo la presión media efectiva en los cilindros aumenta significativamente. La temperatura del refrigerante debe haber alcanzado al menos 30 grados, la transmisión debe estar en tercera o mayor velocidad y el motor debe estar funcionando entre 960 y 3500 rpm. Si se cumplen estas condiciones, el sistema cierra las válvulas de admisión y escape de dos cilindros de cada fila de cilindros, por lo que la unidad V8 continúa funcionando como V4.
El cierre de las válvulas necesarias en los cuatro árboles de levas se realiza con la ayuda de una nueva versión para el control de las fases y carrera de las válvulas Audi valvelift system. Los casquillos con levas situados en ellos para la apertura de dos válvulas y canales se mueven hacia un lado con la ayuda de dispositivos electromagnéticos con pasadores, y en la nueva versión también tienen levas para "carrera cero". Estos últimos no afectan a los elevadores de válvulas y los resortes los mantienen cerrados. Al mismo tiempo, el sistema de control del motor detiene la inyección y el encendido de combustible. Sin embargo, antes de que se cierren las válvulas, las cámaras de combustión se llenan de aire fresco; la sustitución de los gases de escape por aire reduce la presión en los cilindros y la energía necesaria para impulsar los pistones.
En el momento en que el conductor presiona el pedal del acelerador con más fuerza, los cilindros desactivados comienzan a funcionar nuevamente. El regreso al modo de ocho cilindros, así como el proceso inverso, es extremadamente preciso y rápido, y prácticamente imperceptible. La transición completa se lleva a cabo en solo 300 milisegundos y el cambio de modo conduce a una reducción a corto plazo de la eficiencia, de modo que la reducción real del consumo de combustible comienza aproximadamente tres segundos después de la desactivación de los cilindros.
Según Audi, la gente de Bentley, que utiliza el avanzado 4.0 TFSI para el nuevo Continental GT (debut en 2012), también ha estado involucrado en el proceso de desarrollo de esta tecnología. Este sistema no es nuevo para la empresa y funciona en la unidad V6,75 de 8 litros.
Los motores V8 son conocidos no solo por su tracción y respuesta armoniosa del acelerador, sino también por su suave funcionamiento, y esto se aplica con toda su fuerza al 4.0 TFSI. Sin embargo, cuando un motor V8 funciona como un V4, dependiendo de la carga y la velocidad, su cigüeñal y los componentes alternativos comienzan a generar altos niveles de vibración torsional. Esto a su vez conduce a la aparición de ruidos específicos que penetran en el interior del automóvil. Con su gran tamaño, el sistema de escape también genera sonidos graves específicos que son difíciles de suprimir, a pesar del sistema inteligente de control del flujo de gas con válvulas. En busca de formas de reducir la vibración y el ruido, los diseñadores de Audi han utilizado un enfoque tecnológico inusual, creando dos sistemas únicos: la generación antirruido y la amortiguación de vibraciones.
Debido al intenso proceso de vórtice durante el llenado y al aumento de la velocidad de combustión, la relación de compresión se puede aumentar independientemente de la presencia de turbocompresor sin el riesgo de provocar detonaciones en el proceso de combustión. También existen algunas diferencias tecnológicas entre las diferentes versiones de potencia del 4.0 TFSI, como el uso de un sistema de admisión de circuito simple o doble, diferentes configuraciones de funcionamiento de los turbocompresores y la presencia de un enfriador de aceite adicional para unidades más potentes. También existen diferencias estructurales en los cigüeñales y sus cojinetes principales, el grado de compresión, las fases de distribución del gas y los inyectores son diferentes.
Control de ruido activo y amortiguación de vibraciones
El control activo de ruido (ANC) contrarresta el ruido no deseado al generar un "anti-sonido". Este principio se conoce como interferencia destructiva: si dos ondas sonoras de la misma frecuencia se superponen, sus amplitudes pueden "disponerse" de modo que se atenúen mutuamente. Para ello, sus amplitudes deben ser las mismas, pero deben estar desfasadas entre sí, es decir, en antifase. Los expertos también llaman a este proceso "eliminación de ruido inverso". Los modelos de Audi, que ofrecerán la nueva unidad 180 TFSI, están equipados con cuatro pequeños micrófonos integrados en el revestimiento del techo. Cada uno de ellos registra el espectro de ruido completo en el área adyacente. Basado en estas señales, el módulo de control ANC crea una imagen de ruido espacial diferenciada, mientras que al mismo tiempo el sensor de velocidad del cigüeñal proporciona información sobre este parámetro. En todas las áreas precalibradas donde el sistema identifica ruido perturbador, genera intencionalmente un sonido de eliminación modulado con precisión. El control de ruido activo está listo para funcionar en cualquier momento, ya sea que el sistema de audio esté encendido o apagado y si el sonido se amplifica, reduce, etc. El sistema también funciona independientemente del sistema con el que esté equipado el automóvil.
La forma de amortiguar las vibraciones es muy similar a una idea. En principio, Audi utiliza una configuración rígida y deportiva para los soportes del motor. Para 4.0 TFSI, los ingenieros han desarrollado soportes o almohadillas de montaje activo que tienen como objetivo eliminar las vibraciones del motor con oscilaciones de eliminación gradual con fuerza inversa. Un componente clave del sistema es un dispositivo electromagnético que crea vibraciones. Dispone de imán permanente y bobina de alta velocidad, cuyo movimiento se transmite mediante una membrana flexible a una cámara con líquido. Este fluido absorbe tanto las vibraciones provocadas por el motor como las que las contrarrestan. Al mismo tiempo, estos elementos limitan las vibraciones no solo en el modo de funcionamiento atípico como el V4, sino también en el modo V8 normal, con especial atención al ralentí.
(seguir)
Texto: Georgy Kolev
2020-08-30
