適用范圍廣解析奧迪4.0T雙渦輪發動機

李博旭

2014年07月14日 00:00 原創來源：汽車之家

收藏閱讀全文 (0條) 舉報/糾錯

　　冷卻系統的工作原理在之前的文章中介紹過，它依靠冷卻液的循環流動將發動機的熱量帶走并通過車頭的散熱器散出，散熱確實是個基礎需求，而現在則給發動機冷卻系統提出了更高的要求，不僅要散熱，還要能夠管理熱量，從而在確保發動機盡快達到最佳工作溫度并始終保持這樣的狀態。

　　在冷卻液溫度控制方面，4.0T發動機裝配了我們熟知的節溫器來控制冷卻液的循環路徑，但不同之處在于有兩種方式可以讓節溫器打開。節溫器內部的石蠟元件本身具備受熱膨脹的特性，因此，當冷卻液達到一定溫度后（97℃），節溫器打開，這是普遍控制節溫器開啟的方式；另一種有點像我們常說的主動控制，節溫器內部的加熱元件也可觸發節溫器在冷卻液溫度較低時開啟，換句話說，在實際工作中，節溫器的開啟幅度可被主動控制。從中的控制邏輯主要參考發動機電腦（以下簡稱“ECU”）內存儲的脈譜圖，系統根據各個傳感器收集到的信息來決定節溫器的狀態。

　　其實，電子節溫器在很多車型上都已經開始運用，不過，盡管在控制上更為準確，但在水泵的作用下，冷卻液還是會在發動機內進行循環，即便能夠縮短發動機達到最佳工作溫度的時間，但奧迪的工程師或許對此并不滿意，所以，他們設想是不是能讓冷卻液的循環停下來，這樣，冷卻液的升溫速度就能進一步提高。

　　于是，一個創新的冷卻液停流切換閥出現在這臺4.0T發動機上，這個裝置位于節溫器的上游（按照冷卻液的循環方向，冷卻液先經過停流切換閥再經過節溫器），這個切換閥由真空單元來控制，凸輪軸驅動的真空泵打造了一個真空的環境，在電磁閥的控制下，以接通或切斷的方式對停流切換閥進行控制。當冷卻液的溫度低于80℃時，停流切換閥關閉，冷卻液停止循環。這樣的理念在奧迪3.0TFSI 機械增壓發動機也有所體現，只不過實現的方式不同。

　　說到水泵，它是整個冷卻系統的心臟，負責維持整個冷卻系統內的冷卻液循環。4.0T發動機的水泵是以4.2L自然吸氣發動機的水泵為基礎做進一步改進得來，水泵由發動機通過一根軸（通過齒輪與曲軸和機油泵相連）來帶動。

　　事實上，諸如空調壓縮機、水泵、轉向助力泵（現售的2013款奧迪S8的轉向系統的助力方式為液壓助力，裝配電子助力的車型沒有轉向助力泵）這些應由皮帶帶動的附件在這臺4.0T發動機上都做了簡化（省去了皮帶、導輪、漲緊輪），唯獨水冷式發電機還是需要皮帶傳遞動力。

● 動力系統

　　我們花了很大的篇幅介紹了這臺發動機的冷卻系統和溫度控制系統，的確，溫度在發動機性能以及工作效率環節起著至關重要的作用，下面我們再來看看這臺4.0T發動機的動力性能。

　　裝配在不同車型上的4.0T發動機在進氣結構上略有不同，這點從發動機艙的布局就能看出來，奧迪RS 7采用單側進氣的方式，也就是說，分別通向兩側缸體的進氣管共用一個空氣濾清器，而搭載于奧迪S8的4.0T發動機則為兩根進氣管各自準備了一個空氣濾清器。

　　V8發動機大多會采用90°的氣缸夾角，這臺4.0T也不例外，順便提一句，現已廣泛應用的V6 3.0TFSI機械增壓發動機的氣缸夾角同樣為90°，要知道60°的氣缸夾角也是V6發動機的一個選擇，在運轉平順性方面，60°的氣缸夾角在結構上更有優勢，而采用90°氣缸夾角的發動機可以使整車的重心更低。之所以，兩臺有著不同氣缸數的V型發動機都采用90°的氣缸夾角，或許奧迪在最開始就做好了規劃，以此使研發以及制造過程更為方便，這也符合大眾集團所推崇的模塊化理念，當然，這僅是推斷并未得到官方的證實。

　　兩個渦輪增壓器是壓榨動力的主要“功臣”，除了機械上的結構外，對細節的優化以及增壓系統的控制仍然是發動機獲得高效動力的關鍵。

　　為了盡可能避免相鄰氣缸之間的排氣干涉，排氣歧管被分為兩部分最終匯集于渦輪增壓器，相當于直列4缸發動機的單渦輪雙渦管結構（兩側氣缸均為此結構），這樣可以有效提高發動機的響應速度，減輕渦輪遲滯的程度。配氣機構的可變正時技術從中也有貢獻，進排氣凸輪軸在由鏈條驅動的同時被一個可實現無極調節的凸輪軸調節器控制，調節器的最大調整范圍達到42°曲軸角。在數據上，這臺發動機在1000rpm時即可釋放出400N•m的扭矩，像奧迪RS 7搭載的高功率版本發動機，700N•m的最大扭矩從1750rpm可延續至5500rpm。

● 增壓控制系統

　　增壓系統中有兩個壓力控制的元件，一個安裝在渦輪上，另一個安裝于增壓后的進氣管上，二者都由ECU發送執行命令。先來說說安裝在進氣管上的裝置，其實它的作用主要是在駕駛員松開油門踏板且節氣門關閉時發揮作用，如果此時不加以限制，節氣門關閉后會導致仍處于增壓狀態下的渦輪葉片出現減速制動現象，而當駕駛員再次踩下油門時，渦輪葉片的轉速無法迅速恢復到增壓所需的轉速而造成動力響應過慢，所以，當監測到節氣門關閉后，旁通的管道就會打開，增壓后的空氣在進入水冷式中冷器之前就回到增壓器前部重新進入增壓器，讓葉片保持轉速。

　　渦輪增壓器上的壓力調節裝置也會考慮到在不同工況間過渡時渦輪葉片對加速響應的影響，例如車倆處于滑行狀態，也就是反拖工況，此時，節氣門是關閉的狀態，排氣背壓（排氣門后的壓力）增大，如不加以限制，渦輪葉片出現被制動的現象，為了不讓渦輪葉片的轉速下降的太快，渦輪增壓器內的廢氣泄壓閥在真空單元的控制下打開，憋在管路里的廢氣便可順著泄壓閥排出，這樣，當駕駛員再次踩下油門踏板時，發動機可迅速做出響應。

　　另外，在涼車狀態下，增壓壓力調節裝置也會打開渦輪增壓器上的泄壓閥，通過這樣的方式讓排出的高溫廢氣更多的流向三元催化器，以此使其盡快達到最佳的工作溫度，與此同時，燃油噴射系統也會通過增加噴射次數的方式一起幫助三元催化器盡快升溫，從而保證排氣質量。

● 燃油供給系統

　　充足的空氣供給只是給動力的釋放創造了好的條件，燃油的注入同樣至關重要，最早于上世紀50年代裝配量產車的缸內直噴技術在經過了半個多世紀后憑借其燃油噴射效率的優勢成為當今燃油噴射的主流技術，當然，在技術的不斷衍變過程中，缸內直噴的性能也在往好的方向發展著。

　　這臺奧迪4.0T發動機的燃油噴射系統采用的正是缸內直噴技術，日立公司為奧迪提供了柱塞式高壓燃油泵，凸輪軸上裝配的三角形凸輪用以推動高壓泵，以高壓燃油泵為分界點，燃油系統被分為高壓端和低壓端。低壓端的壓力由“埋在”油箱內的汽油泵提供，正常工作狀態下，壓力大概在5-6Bar，高壓泵建立了高壓端的壓力，也就是從高壓泵到后面的油軌、噴油嘴及相關連接管路，這里的壓力根據不同的工況被控制在20-120Bar，噴油壓力以及噴油嘴頭部的設計與燃油的霧化效果有直接關系，燃油系統會將最高的壓力限制在145Bar，當達到這個峰值后，燃油泄壓閥介入。