Audi 4.0T發動機學習筆記
03-08
毫無疑問，這篇文章又臭又長，只有酷愛學習汽車知識、酷愛 @奧迪 的人才能捏著鼻子把它看完——我就是用這個姿勢，把奧迪的技術文獻看完的……
我的資料來自奧迪的SSP（Self Study Programme），如果你對我的資料源感興趣，可以看這篇文章：
吳越大王：好學者福音：AUDI&VW SSP文檔集錦
淵源
- 奧迪很早就開始製造8缸發動機，Horch 303是德國第一款量產8缸豪華汽車（直列8缸）。不過這不是現款S8的祖師爺……
- 這台發動機有Gottlieb Daimler的兒子Paul Daimler設計，發動機運行非常平順——廢話，直8啊——可以在發動機上立一枚硬幣而不倒。這個測試方法真是俗不可耐，但非常能說明問題。
- 4.0T發動機來自於4.2V8，加裝了雙渦輪，並為了降低油耗，壓縮排量至4.0L。關於4.2FSI，我寫過3個文章，可以看看：
當談到駕駛樂趣的時候，你最看重的是什麼？
吳越大王：Audi Sport 4.2 FSI V8發動機學習筆記（上）
吳越大王：Audi Sport 4.2 FSI V8發動機學習筆記（下）
結構特點
- 具有關閉氣缸的功能，小負荷時，發動機僅有4個氣缸參與工作。
- 兩個渦輪集成在V型缸體中間（叫做HSI布置，Heating Side Inside），更緊湊，但更容易高溫，對行人保護也不利。
- 在S6上，發動機為單側進氣；在S8上，則是雙側進氣。
- S6和A8L 60TFSI上的發動機功率相同，但是S6的扭矩只有550Nm，而A8L有600Nm。
- 缸體材料為過共晶阿盧西爾高硅耐熱鋁合金經低壓模鑄而成。採用特殊處理方式，使其熱負荷和機械符合均超過4.2 FSI發動機。
- 氣缸是經過鏡面珩磨處理的，S8的缸體還要進行噴塗鍍層進行處理。
- 所有功率版本的發動機，連桿都是分體式的，活塞銷直徑為22mm，襯套為黃銅製造。
- 獨立的曲軸的軸承座對發動機的聲響特性和整體剛性影響較大。
- 機油擋板是個好東西，能夠防止曲軸的曲柄臂浸入到曲軸箱中，防止高轉速時機油起泡。隨著發動機動力的越來越強，機油抗泡性變得越來越重要。
- 密封膠：一般應用於無壓力、無衝擊的環境中，而彈性密封墊是用在有壓力有衝擊的環境中。奧迪的兩個油底殼，分別採用了密封膠和橡膠密封圈來密封。
- 高低功率版本的活塞不同，高功率版本的活塞頂有更大的空間，從而降低壓縮比，進而可以獲得更高的增壓壓力。增壓壓力越高，越要防止爆震，降低壓縮比可以降低爆震的概率。
- V8發動機上的旋轉減振器，能夠緩解曲軸旋轉時的振動。振動源是內燃機上的氣體壓力和離心力（燃燒和慣性產生），阻尼力來自於旋轉減振器裡面的硅油。
曲軸箱通風
- 曲軸箱通風系統：旋風式、多個油氣分離器、有粗分離器和細分離器之分。尺寸非常大，幾個集成在一起。大排量的發動機適合使用旋風式油氣分離器，分離效果好。機油粗分離器的機油迴流通道泄漏的話，會導致發動機機油消耗升高或者廢氣中有藍煙。機油迴流截止閥集成在油底殼上部，無法單獨更換。
- 粗分離器工作原理：竄氣流入分離器後，氣流方向會發生改變。因為較大的油滴慣性較大，會停留在內壁上，彙集到集油腔內，並迴流到油底殼中。集油腔和曲軸箱之間有個單向閥，防止竄氣直接從集油腔倒回到油氣分離器中。
- 細分離器使用衝擊器原理工作，將凈化後的空氣導入曲軸箱通風模塊或增壓空氣模塊內集成的竄氣閥，分配路徑由發動機工況決定（和普通發動機一樣）【衝擊器的結構和工作原理，請參見.SSP 490 「Audi 6,3l-W12-FSI-發動機」】。
缸蓋設計
- 高功率發動機的凸輪軸不同於309kw版本，凸輪軸行程不一樣。
- HSI結構還能保證燃油路徑變短，減小流動損失。
- V8發動機中間部位，還有豪華的絕熱層，尤其是在進氣歧管處，使得V形空間的受熱很均勻。
- 進氣歧管可變長度，可以強化氣流，進而可以略微降低 燃燒室內的溫度，從而實現更大的增壓壓力（安慰吧）。
- 噴油嘴在側面，火花塞在正中，和思域的布置是一致的。
- 氣門升程有11mm，非常大的氣門開度。
- 配備有AVS（但不能調節氣門升程），無法關閉的氣缸的氣門滾子的寬度較大，可關閉氣缸的氣門搖臂滾子較小。同EA888，雖然EA888無法氣缸關閉。
機油系統
- 採用兩級可調的機油泵，這個目的是節能，但是效果不太理想。但可以在低速工況下，較快地提升機油溫度，從而加速機油中的燃油蒸發，從而緩解了機油稀釋的情況。
- 低壓機油泵一般是2bar，高壓可達4.5bar，過壓閥在11bar時打開。高低兩檔在3500rpm時切換。
- S8配有輔助機油冷卻器，在110℃時打開，更換機油時，此處的機油無法被放光。
- 輔助機油冷卻器配有節溫器（用以在110℃時打開油路），該節溫器無法單獨更換，必要時需更換油底殼上部。
- 機油溫度超過125℃，發動機開始限制功率。
- 因為有兩個機油壓力等級，所以有兩個機油壓力開關：F22（高壓）/F378（低壓）。這個在EA888上也應如此。
- 活塞冷卻用的機油噴嘴不是全時工作的，只有在系統監控到高溫情況下才會向活塞頂噴射機油。當然，機油噴射的是活塞頂的背面，而不是燃燒室一側。
- 控制機油冷卻噴嘴的N522閥出現故障時，系統全時噴射。
- 機油壓力開關在機油壓力調節器上，在V形缸體中間。
- 活塞冷卻機油噴嘴工作MAP：紅色區域不射，灰色區域射。
冷卻系統
- 認得出來下圖零件嘛？
- 經驗告訴我，這麼複雜的冷卻系統，必然會有疑難雜症。先把下圖留著，遇到冷卻系統疑難雜症時能發財！
- 水泵有截流功能，可以縮短熱機時間。水泵的通斷通過真空+電磁閥N489控制，真空由真空泵提供。
- S6/S7/S8使用一種變速箱散熱形式，A8（309kw）用另一種形式。
- 變速箱散熱系統不僅僅是給變速箱散熱，在冷車狀態下，如果發動機先打到工作溫度，系統就會讓熱的發動機冷卻液來ATF交換器，去加熱ATF。
- 在高速行駛、爬坡或外界過熱等情況下，即便發動機停機後，殘餘溫度依然可能會使冷卻系統開鍋。所以電子水泵要在停機後，持續工作一段時間，如果溫度超過120℃，風扇也要在停機後工作。
- 增壓空氣冷卻器在V形中間前部，尺寸較大，非常霸氣。增壓空氣採用水冷，於主水路相連通，但溫度一般低於主水路。
進氣系統
- 進氣歧管有翻板，配合進氣道造型、通道隔板、活塞形狀，來實現空氣呈滾動運動並進入氣缸。
- 奧迪的雙流式渦輪=雙渦管渦輪。之所以用雙渦管，是因為點火時序+氣門重疊導致的必然選擇。也正因為如此，它的分隔方式並非是直列4缸*2，而是13-24/56-78
- 低功率的壓氣機的轉子略小一點，高功率的轉子略大一些。
- 整篇文章的翻譯質量是值得肯定的，但是下文寫的真是狗屁不通，本段算是下限。我看了將近10min才搞明白是怎麼一回事——就是我們都懂的那回事。
氣缸關閉技術
- 大排量發動機大部分時間都工作在低負荷工況，因為節氣門開度非常小，導致有很大的節流損失（氣流、霧化等不理想）。所以要關閉一些氣缸，提升燃效。我估計不斷缸的話，扭矩的控制也會非常困難。這個有待核實。
- 氣缸關閉不是不噴油，而且還要關閉所有氣門，防止氣體流到排氣系統，降低發動機溫度。氣缸關閉的必然缺點就是平穩性下降。因為負荷變化，所以可能會造成舒適度下降。
- 在氣門關死後，廢氣就在氣缸內被不停壓縮、拉伸，關閉的氣缸起到了空氣彈簧的作用。額外產生的振動是通過主動式發動機懸置吸收了，吸收不了的噪音靠主動噪音控制吸收。。
- 4缸模式啟用條件
- 非怠速工況（運行要足夠平穩，怠速時容易轉速過低，此時抖動很明顯）；
- 轉速在960-3500rpm；
- 機油溫度>=50℃；
- 冷卻液溫度>=30℃；
- 擋位最低在3擋；
- S模式、Dynamic模式也可以使用4缸模式。
- 如果發動機的工況不穩定，即負荷變化很大且頻繁，就不會進入4缸模式。因為此時進入4缸模式，會增大燃油消耗，而不是減小。
- 工作原理：AVS電磁閥使凸輪軸發生軸向位移，是氣門搖臂不再和凸輪接觸，而是和一個圓柱接觸。此時，氣門升程為0，不會再有打開/關閉的動作（一直在「關閉」）。
- 斷缸技術給故障診斷和故障狀態下的緊急運行帶來了很大的挑戰。系統需要通過進氣歧管壓力感測器、發動機轉速感測器綜合判斷。但這個非常間接，可能不精準。山東S8的很多故障可以用斷缸故障來解釋。
主動式發動機懸置
- 不講了，這個特有意思，有機會Solo
主動噪音控制系統（ANC）
- 音響系統發出一個和排氣噪音、差速器噪音大小相等、頻率相同但相位差180°的音頻信號，從而減小噪音。注意，發動機的噪音已經被發動機懸置吸收大部分了，所以不需要處理。
- 在車頂內襯中，裝有4個麥克風，其位置是經過精心設計的。在採集聲音的同時，ANC模塊還要採集發動機工況（4缸？8缸？）和轉速信號。
- ANC是時刻工作的，和音響系統打開無關。
燃油系統
- 燃油系統沒有迴流管——這個很神奇！
- 低壓油泵提供的壓力在5-6.5bar，系統希望這個壓力盡量低一些，從而降低低壓油泵的能耗。
- 高壓油泵壓力在20-120bar之間變動，如果壓力超過145bar，系統就開始泄壓。
- 高壓油泵有日立提供，由凸輪軸驅動。
- 副駕駛側的缸體供油來自於主駕駛側，但兩者的高壓油軌並不連通，均有獨立的高壓油泵加壓。也就是說，主駕駛側的高壓油泵，將一部分低壓燃油依然以低壓的狀態泵送至副駕駛側的氣缸，由副駕駛側的高壓油泵來加壓。
結語
- 可變排氣管完全有電機控制，沒啥可說的。
- 二次空氣泵也沒啥可說的。
- 歡迎分享中文SSP文檔，一起造福全國奧迪車主。
THE END
推薦閱讀：