Продължение на поредицата за задвижващите агрегати на немската компания
3.0 TDI biTurbo: Каскадно пълнене за V6 мотор
Увеличаването на мощността спрямо стандартния 3.0 TDI става с помощта на каскадно пълнене. Стойността от 313 к.с. е постигната посредством един голям и един малък турбокомпресор (с променлива геометрия), разположени в обща композиция зад двата цилиндрови реда на V6 мотора. Заради увеличената с 64 к.с. мощност изцяло е променена главата, нейното охлаждане и охлаждането на буталата. За разлика от колегите си от BMW, които използват за каскадното си пълнене в трилитровия дизелов двигател системата R2S (R3S за тритурбо версията) на Borg Warner (KKK), от Audi са се обърнали към Honeywell Turbo Technologies (Garrett). Новият V6 TDI biturbo увенчава дизеловата гама на А6 и А7, а за адаптиране към по-голямото натоварване на двигателя капацитетите на маслената и водната помпа са увеличени съответно с 25 и 30 процента. Интересно е да се отбележи, че максималното налягане в цилиндрите на битурбо мотора не е повишено в сравнение с версията с един компресор и 245 к.с. Каскадната система обаче дава възможност това налягане да се поддържа в значително по-широк работен диапазон и съответно да се увеличи мощността до въпросните 313 к.с. в зоната от 3900 до 4500 об./мин. Заради високото термично натоварване на двигателя той е с нова цилиндрова глава, в която системата за охлаждане вече се състои от два отделни, разположени една над друга секции. Степента на сгъстяване е намалена от 16,8:1 на 16,0:1, променена е и конструкцията на буталата, за да издържат на по-голямото натоварване, а системата за впръскване common rail на Bosch е с налягане от 2000 бара.
Принудително пълнене с три съвместно работещи компресора
Принудителното пълнене с три турбокомпресора вече не е новост и за първи път бе въведено от BMW. От Audi обаче решиха че ще потърсят друг подход към създаването на машини с висока мощност. В компанията имат доста солиден опит в тази област предвид успехите и в маратонските серии с дизелови двигатели и създаването на първия и единствен сериен дизелов агрегат с 12 цилиндъра. Интелигентното решение включваше допълнителен трети механичен агрегат задвижван от електромотор. Тази експериментална система прерасна в новия осемцилиндровия 4.0 TDI за Audi SQ7 със система за каскадно пълнене и допълнителен електрически агрегат.
За целта стандартния V8 4.0 TDI е модифициран цялостно. Интересно е да се отбележи че двата турбокомпресора се задвижват селективно на базата на каскадното пълнене, като потокът от отработили газове се насочва към единия турбокомпресор при ниско и междинно натоварване. Втората турбина се активира само при голямо натоварване. Електрически задвижваният компресор (EPC) пък допълва работата на двата турбокомпресора, особено в режимите на работа с ниски обороти, осигурявайки изключителна тяга при потегляне.
Макар и сухи числата изобразяващи динамичните качества са особено красноречиви. С мощност от 435 к.с. и въртящ момент от 900 Нм в диапазона от 1,000(!) до 3,250 оборота в минута, той ускорява SUV модела от нула до 100 км/ч за 4,8 секунди, при едва 7,4 литра среден разход на гориво на 100 километра.
Симбиоза от електрически задвижван компресор и 48 волтова подсистема
Електрически задвижваният компресор е първият в света използван в сериен автомобил. EPC подкрепя изключително двигателя 4.0 TDI при потегляне и ускоряване при ниско натоварване, осигурявайки чиста динамика без турбо закъснение. Той е разположен във въздушния тракт, след междинния охладител и в близост до двигателя. Тъй като EPC няма нужда от газов поток за да създаде налягане, може да бъде използван по всяко време компенсирайки слабостите на класическия турбокомпресор. Най-важният му принос обаче е елиминирането на турбо закъснението. EPC осигурява на двигателя необходимото налягане за бързо развиване на мощността в рамките на 250 милисекунди. Задвижвано от компактен електрически мотор, неговото компресорно колело се развърта с до 70,000 оборота в минута. По този начин 4.0 TDI разгъва своята невероятна мощ без осезаема турбо дупка: тя е на разположение веднага след като бъде натиснат педала за газта. Това е голям плюс, особено когато става дума за потегляне.
Интересно е че управлението на каскадната система става не с помощта на сложна система от клапи, а с настройка на клапаните на самия двигател. Системата Audi valvelift system (AVS) прави своя дебют в дизелов модел на Audi. Както всмукателните, така и изпускателните валове имат по две гърбици на клапан с различни контури. От страната на всмукателните, единият контур се активира когато работи EPC, докато другият оптимизира пълненето на цилиндрите и по този начин мощността при високи обороти на двигателя. Системата AVS от страната на изпускателните клапани позволява активирането на на втория турбокомпресор, а тази за каскадно пълнене контролира двата турбокомпресора така че при ниски оборотни режими се използва само единия. Вторият се активира допълнително при високо натоварване и обороти на двигателя. Водачът открива ползите от това под формата на добро развитие на кривата на въртящия момент и динамичната реакция в рамките на целия оборотен диапазон на двигателя.
Така газовите потоци от двата изпускателни клапана са херметично отделени, като всеки насочва потока към един от турбокомпресорите. В диапазона на ниските обороти, единият от клапаните остава затворен, така че пълният газов поток се насочва към активния турбокомпресор. Когато натоварването и оборотите се увеличават, AVS отваря втория изпускателен клапан. Той насочва и активира втория турбокомпресор. Двигателят постига максималната си мощност при този битурбо режим. Превключването от страна на AVS позволява бързо и прецизно активиране на втората турбина.
Захранването на EPC, с мощност от 7 кВт, се осигурява от 48 волтова електрическа подсистема. SQ7 TDI я използва и за да захрани изискващи повече енергия системи, като електромеханичния активен стабилизатор (EAWS) и EPC. За да посрещне техните нужди по отношение на мощност и енергия, електрическата подсистема включва собствен 48 волтов литиево-йонен акумулатор монтиран под багажното отделение с номинален енергиен капацитет от 470 Втч и пикова мощност от до 13 киловата. Конверторът прав ток/прав ток (DC/DC) свързва 48 волтовата и 12 волтовата електрически системи. Необходимата енергия се осигурява от по-мощен и високоефективен генератор с КПД от над 80 процента и мощност от до 3 кВт. Той е от така наречения тип MOSFET генератори (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor или метало-окисен полупроводник с полеви ефект), който намалява електрическите загуби. Технологията MOFSET заменя използваните досега диоди. В допълнение 48 волтова система за съхранение на електричество подкрепя 12 волтовата система при нужда. Това спомага за намаляване на товара на 12 волтовата акумулаторна батерия.
Турбокомпресори от вътрешната страна V-образния мотор
По подобие на решението при бензиновия 4.0 TFSI всмукателните контури на 4.0 TDI са от външната страна, а изпускателните заедно с двата турбокомпресора, от вътрешната на двата цилиндрови реда на V-образната машина. Тази архитектура осигурява къси газови пътища до турбините, а това води до спонтанна реакция и съответно къси пътища на газовете до системите за очистване. Системата за впръскване на горивото common-rail работи с налягане от до 2500 бара. Налягането в процеса на горене достига пикови стойности от 200 бара в широк спектър.
Иновативният температурен контрол и авангардните технологии използвани за коляновия и газоразпределителния механизъм намаляват триенето. В комбинация с NOx оксидационен каталитичен конвертор и разположен по-назад в газовия поток SCR катализатор, който е интегриран в дизеловия филтър за твърди частици и използва впръскване AdBlue с цел намаляване на азотните окиси, V8 TDI разполага с изключително ефективна система за контрол на емисиите. Звуков активатор в изпускателната система усилва плътния звук на осемцилиндровия агрегат. Водачите на SQ7 TDI могат сами да решават колко внимание на привлекат върху себе си с помощта на системата Audi drive select с която да варират силата на звука.
С висок въртящ момент дори при ниски оборотни режими на двигателя и нисък разход на гориво, този двигател осигурява съчетание от страхотна теглителна сила и спортна динамика.
Текст: Георги Колев