Агрегаты Audi. А вместо сердца

Обновив модели Q7 и TT, конструкторы Audi не ограничились косметическими изменениями. Автомобили получили и новые силовые агрегаты

Обновив модели Q7 и TT, конструкторы Audi не ограничились косметическими изменениями. Автомобили получили и новые силовые агрегаты

По паре

Каждая из машин получила по два двигателя (дизельный и бензиновый). Созданы и две новые коробки передач. Революционных новшеств не предлагается, зато эволюционные — на высшем по сегодняшним меркам уровне. Неслучайно на протяжении нескольких последних лет моторы Audi ходят в обладателях престижного титула «Двигатель года». Явно прослеживаются актуальные ныне направления развития техники, прежде всего «эко в квадрате». Делая двигатель экономичным по расходу топлива, одновременно улучшают его экологические показатели.

Одна из тенденций — даунсайзинг (downsizing), то есть получение необходимых характеристик на двигателе меньшего рабочего объема, габаритов и веса. Для этого приходится совершенствовать процессы газораспределения, т.е. наполнения, наддува, распыления топлива, регулирования фаз открытия клапанов, а также снижать массу движущихся деталей, сокращать механические потери. Как это получается у инженеров Audi, видно из примеров.

2.0 TDI

Audi ТТ и ТТ Roadster — первые в мире спортивные автомобили, приводимые в движение дизелями. На них, помимо прочих, устанавливается серьезно модернизированный двигатель 2.0 TDI мощностью 170 л.с. Дизельные ТТ стали пользоваться спросом с первого дня их выпуска, и сегодня их доля в общих продажах модели превышает 11%.

 

Как и положено дизелю, мотор развивает высокий крутящий момент, достигающий 350 Нм в диапазоне от 1750 до 2500 оборотов. Обладая приличной динамикой, автомобиль демонстрирует лучшие в классе показатели топливной экономичности — 5,3 л на 100 км по смешанному циклу Евросоюза. Выбросы СО2 на уровне 199 г/км пока остаются мечтой для других производителей спортивных машин. TT Coupe 2.0 TDI quattro при этом разгоняется до 100 км/ч за 7,5 с и развивает максимальную скорость 226 км/ч. Нельзя не признать, что, помимо двигателя, достичь таких показателей помогают стандартные полный привод, шестиступенчатая коробка передач и почти полностью алюминиевый кузов (общий вес автомобиля — всего 1370 кг).

Длинноходовой дизель с рабочим объемом 1968 см3 создан на базе предшественника с внесением ряда существенных изменений. Общий вес двигателя уменьшился со 158 до 154 кг. Наибольшее снижение веса пришлось на головку блока цилиндров, отлитую из легкого сплава, в то время как сам блок — из чугуна.

Ширина ремня привода двух распредвалов и дополнительного оборудования уменьшилась, что снизило шум и потери на трение. Меньшей мощности требует водяная помпа, масляный насос получил управление по давлению. Уменьшено трение в сальниках коленвала.

Топливный насос аккумуляторной системы впрыска (Common Rail) развивает давление до 1800 бар. Форсунки с 8 распылителями за один рабочий цикл успевают осуществить до 6 впрысков топлива, что снижает общий шум и обеспечивает надлежащую регенерацию сажевого фильтра.

Два балансирных вала, вращающихся в противоположных направлениях со скоростью вдвое большей, чем у коленвала, устраняют вибрации, вызванные колебаниями второго порядка.

Турбонагнетатель нового поколения с регулируемыми лопатками обеспечивает более быстрое развитие крутящего момента (устраняет турбоямы). Впускной коллектор выполнен из легкого пластика. Использование второй вихревой камеры, закручивающей поток воздуха в цилиндре, на седле клапана в головке цилиндров позволяет обойтись без завихрителей (заслонок), что улучшает пополнение цилиндров воздухом.

Усовершенствование термодинамических процессов в камере сгорания позволило четырехцилиндровому двигателю TDI работать с высокой степенью рециркуляции отработанных газов. Новый компактный охладитель (кулер) снижает их температуру. А более «холодное» сгорание значительно уменьшает выбросы окислов азота (NOx).

2.0 TFSI

Четырехцилиндровый бензиновый двигатель, также устанавливаемый на ТТ, имеет большую (211 л.с.), чем TDI, мощность, но равный с ним крутящий момент. Как результат, переднеприводная ТТ Coupe с 6-ступенчатой коробкой передач достигает сотни за 6,1 с и разгоняется до 245 км/ч. Расход топлива (по смешанному европейскому циклу) — 6,6 л на 100 км, выбросы СО2 — 154 г/км. Расход топлива по сравнению с предыдущей моделью сократился на 1,1 л (-14%).

Двигатель 2.0 TFSI сменит в ТТ своего предшественника, который с 2005 года многократно назывался жюри, состоящим из представителей международной автопрессы, «Двигателем года». Он относится к модельной линии 888, впервые представленной в 2007 году и названной «Мировым двигателем» (Global Engine). Двигатели 888 разной мощности, пригодные для установки на автомобили группы VW всех марок, производятся в Венгрии, Китае и ряде других стран.

Двигатели 888 — яркий пример философии даунсайзинга, предполагающей «замещение» рабочего объема принудительным заполнением цилиндров (наддувом). Все двигатели семейства легки и компактны, а развиваемые ими мощность и крутящий момент несколько лет назад были характерны скорее для шестицилиндровых двигателей. Между тем, они имеют малый расход топлива и по выбросам соответствуют самым строгим стандартам. Спектр новых шестицилиндровых двигателей покрывает весь модельный ряд Audi от компактов до автомобилей класса люкс. Тот же TFSI мощностью 211 л.с., что устанавливается на ТТ, стоит и на гибридном А8, «прародителе» будущего гибрида Q5.

Блок цилиндров двигателя рабочим объемом 1984 см3 (диаметр цилиндра х ход поршня = 82,5 х 92,8 мм) выполнен из чугуна. Его вес — 33 кг. С предшественником его объединяет только расстояние между осями смежных цилиндров — 88 мм. Чугун хорошо гасит шумы и вибрации. С вибрациями второго порядка борются два противоположно вращающихся балансирных вала. Более «тихой» сделана и приводящая валы цепь. Вторая цепь приводит масляный насос с обычным регулированием потока и двухступенчатым — давления. Такая схема управления экономит около 0,2 л топлива на 100 км. Третьей цепью вращаются два распределительных вала.

Для всего двигателя характерен высокий уровень интеграции отдельных компонентов. Так, вспомогательная консоль, например, включает в себя масляный радиатор, фильтр и два датчика давления. За счет этого уменьшаются размеры двигателя, появляется возможность использовать его на множестве моделей. Направленный вверх фильтр легко менять.

Водяной насос, термостат и датчики температуры размещены в одном корпусе. В 2.0 TFSI собраны вместе непосредственный впрыск (FSI), турбонаддув (Т) и технология изменяющегося подъема клапанов, разработанная инженерами компании. Т и FSI легко совмещаются, дополняя друг друга: испарение впрыснутого напрямую в цилиндр интенсивно завихренного топлива эффективно охлаждает камеру сгорания. А это решает основные проблемы турбонаддува — большое количество тепла, образующегося при сжатии воздуха, и склонность к детонации, — вынуждающих конструкторов снижать степень сжатия. У нового двигателя ее значение на уровне 9,6:1 обеспечивает высокий КПД. Давление впрыска — 150 бар. Форсунки — с шестью распылителями.

Турбонагнетатель с водяным охлаждением отвечает за наполнение цилиндров. Корпус его турбины образует единый модуль с коллектором. Оптимизированная турбина улучшила «отклик» на малых оборотах, промежуточный охладитель (интеркулер) при высокой эффективности имеет малые размеры и вес. В системе впуска дроссель движения заряда создает направленный поток воздуха в цилиндры, что обеспечивает образование качественной гомогенной смеси.

Система изменяющегося подъема клапанов AVS (Audi Valvelift System) увеличивает мощность, крутящий момент и КПД двигателя, двухступенчато регулируя подъем выпускных клапанов в зависимости от нагрузки и скорости вращения коленвала. Таким способом осуществляется почти полная продувка цилиндров свежим зарядом. В них остается минимальное количество отработавших газов. Для водителя это означает, что динамичный разгон может моментально начаться даже с минимальных оборотов двигателя.

Конструкция с так называемыми кулачковыми элементами (cam elements), которые приводятся электромагнитами и механически перемещаются по распределительному валу, компактна, легка и работоспособна при любых оборотах двигателя.

3.0 TDI

Двигатель V6, устанавливаемый на А8, а с недавних пор и на Q7, сохранил от предшественника 90° развала цилиндров, 90 мм расстояния между осями соседних и 2967 см3 рабочего объема. Все основные компоненты — от блока цилиндров до коленчатого вала и от кованых шатунов и алюминиевых поршней до головки цилиндров — создавались заново.

Дизель с давлением воспламенения до 185 бар развивает мощность 240 л.с. и по­стоянный крутящий момент 550 Нм в диапазоне от 1750 до 2500 оборотов коленвала. Расход топлива сократился на 1,7 л (-20%) и теперь составляет 7,4 л на 100 км. Выброс СО2 — всего 195 г/км. Внушительный по размерам Q7 разгоняется новым двигателем до 100 км/ч за 7,9 с, а его максимальная скорость доходит (на машине с пневмоподвеской) до 218 км/ч.

Главной задачей конструкторов было уменьшение массы мотора. Новый V6 длиной всего 44 см весит 193 кг, на 25 кг меньше предшественника. Использование чугуна с верликулярным графитом позволило уменьшить толщину стенок блока. Одно это дало 8 кг снижения веса.

Легкосплавные головки добавили 3 кг экономии. Пару килограммов «срезали» с коленвала. Большая часть крепежа — алюминиевая, а не стальная.

Уделили внимание и трению. Лазером упрочнили зеркала цилиндров. До их хонингования к блоку крепят специальную плиту, имитирующую головку блока, которая при затяжке придает хоть и незначительную (измеряемую в тысячных миллиметра), но деформацию цилиндра от абсолютно круглой формы. «Приближенная к жизни» форма цилиндра снижает потери на трение поршня и колец о его стенки на 35%.

Снизили трение и в цепных приводах. Старый V6 имел четыре цепи и зубчатый ремень, в новом — две цепи. Они приводят четыре распредвала на узких подшипниках, балансирный вал, регулируемый масляный насос и насос высокого давления системы аккумуляторного впрыска (Common Rail). Давление в магистралях полуосей — за 2000 бар. У пьезофорсунок по 8 распылителей. За один цикл они успевают сработать до 8 раз.

На входе во впускной коллектор установлена заслонка-завихритель, которая закручивает поток поступающего в камеру сгорания воздуха, обеспечивая эффективное сгорание, особенно на малых оборотах. Новая заслонка заменила отдельные завихрители на каждом из впускных каналов, как у старого двигателя, что снизило потери давления. С учетом требований аэродинамики переработаны система выпуска и трубопроводы от турбонагнетателя к двигателю.

В самом трубонагнетателе, который теоретически может сжимать более 600 м3 воздуха в минуту, использованы новые подшипники скольжения, гарантирующие легкую раскрутку турбины даже на малых оборотах двигателя. Для моментальной реакции наддува на нажатие педали акселератора использована турбина изменяющейся геометрии с электрическим активатором.

На новом 3.0 TDI применена особо сложная версия новой системы температурного управления. У блока и головок собственные контуры охлаждения, соединенные между собой через клапан с пневматическим управлением. При прогреве двигателя охлаждающая жидкость в блоке не циркулирует. Ее нагрев, как и нагрев масла о рабочих температур, происходит быстрее. Не подается жидкость и в масляный радиатор (кулер). Нет циркуляции и при малой нагрузке, что экономит энергию. Жидкость, охлаждающая головки, используется для обогрева салона и охлаждения выхлопных газов в системе их рециркуляции.

В стандартной комплектации 3.0 TDI оснащается системой «старт-стоп», поэтому повышены мощность стартера и емкость батареи.

Новый дизель отвечает требованиям экологических стандартов всех штатов США и стандарта Euro 6, вводимого в действие с 2010 года. В нем используются впрыск нейтрализующей жидкости AdBlue и каталитический конвертер окислов азота.

3.0 TFSI

Устанавливаемый на Q7 новый 3.0 TFSI — самый мощный из серийно выпускаемых компанией двигателей V6. В нем использованы непосредственный впрыск бензина и механический наддув с помощью супернагнетателя.

Базовая версия нового двигателя развивает 272 л.с. и 400 Нм при 2150–4780 мин-1. С ней Q7 достигает сотни за 7,9 с и разгоняется до 225 км/ч (на машинах с пневмоподвеской). Более мощная версия (333 л.с., 440 Нм при 2900–5300 мин-1) может похвастаться 6,9 с и 245 км/ч. Опять же с пневмоподвеской.

Использовать механический наддув Audi (тогда — Auto Union) начала еще до Второй мировой, но и сегодня он остается востребованным, особенно для 3-литровых бензиновых двигателей.

Компрессор настолько мал, что легко размещается в 90-градусном развале между цилиндрами на месте впускного коллектора. Он приводится поликлиновым ремнем и может создавать необходимое давление даже на холостом ходу двигателя. Воздушные магистрали получились очень короткими, поэтому реакция двигателя почти моментальная.

Внутри нагнетателя «Рутс» (Roots blower) в противопо­ложных направлениях вращаются со скоростью до 23 000 мин-1 два четырехлопастных «поршня». Воздуш­ный зазор между ними составляет всего несколько тысячных миллиметра. Эти роторы могут подать до тонны воздуха в час и сжать его до 0,8 бар. При малых нагрузках и на холостом ходу из-за малой плотности воздуха за дроссельной заслонкой роторы вращаются вхолостую, почти не расходуя энергию.

Два водовоздушных интеркулера из алюминия, присоединенные к собственному контуру системы охлаждения объединены в одном корпусе.

Новый двигатель относится к семейству V. Среди особенностей последнего — систематическая борьба за снижение веса. Блок цилиндров 3-литрового мотора, отлитый из алюминия с кремнием, весит всего 33 кг, а весь двигатель — 189 кг (включая компрессор). При диаметре цилиндра 84,5 мм и ходе поршня 89,0 его рабочий объем составляет 2995 см3.

Использование непосредственного впрыска бензина позволило поднять степень сжатия до 10,5:1, что повысило КПД.

Откидные заслонки во впускных каналах вызывают направленное движение воздушного потока, обеспечивающее оптимальное смешивание рабочей смеси.

Tiptronic

Дебютировав на А8, 8-ступенчатая коробка передач tiptronic появилась и на Q7. Ее отличает высокое общее передаточное число (соотношение между первой и восьмой передачами 7,25:1). Увеличение числа передач с 6 до 8 позволило снизить расход топлива, улучшить динамику и сделать момент переключения почти неощутимым. Правда, по личным наблюдениям в ходе тест-драйва создалось ощущение, что существуют критические значения скорости движения, при которых автомат «скачет» вверх-вниз, не понимая, какая из передач лучше. Впрочем, этим грешат очень многие АКП.

Две добавленные передачи удлинили картер коробки, несмотря на то, что все шестерни сделаны более тонкими. А вот вес уменьшился на 11 кг.

Все изменения в конструкции взаимосвязаны. Так, оптимизация потока масла позволила использовать меньший по размерам насос.

Предусмотрен подогрев масла при холодном пуске двигателя. Как только двигатель достаточно прогреется, откроется клапан, и охлаждающая жидкость начнет обогревать радиатор АКП. Можно бы обойтись и без этого, но так расход топлива меньше: снижаются затраты энергии на прокачивание трансмиссионного масла.

 

S tronic

Ранее коробки передач S tronic были доступны в трех версиях с 6 и 7 передачами. Новая КП для ТТ RS и TT RS Roadster — тоже 7-ступенчатая. Она с легкостью передает 450 Нм крутящего момента. Так же, как и компактные ручные коробки, она передает момент через три вала — один ведущий и два вторичных (ведомых). Размещение шестерен на двух вторичных валах дает компактную конст­рукцию, пригодную для установки на полноприводные автомобили с поперечным расположением двигателя.

Как и все КП с двойным сцеплением, новая семиступенчатая S tronic — это, по сути, две отдельные коробки передач с двумя многодисковыми сцеплениями, собранные в одном корпусе. После выбора соответствующей передачи переключение происходит практически моментально и незаметно: включение одного сцепления и выключение другого происходят одновременно.

Большое сцепление К1, расположенное снаружи, передает крутящий момент двигателя через сплошной вал на шестерни нечетных (1-й, 3-й, 5-й и 7-й) передач. Полный вал вращается вокруг сплошного. Он соединен со сцеплением К2, которое располагается внутри большого и управляет 2-й, 4-й и 6-й передачами, а также задним ходом. Все кольца синхронизаторов покрыты графитом. Шестерни с первой по третью и задней передач сдвигаются через трехконусный синхронизатор.

Мехатронный модуль устанавливается снаружи коробки. В компактном жестком корпусе размещаются блок управления и 11 клапанов управления и позиционирования. Модуль может изменять скорость переключения передач.

В новой коробке общий объем масла смазывает, охлаждает и приводит сцепления и компоненты модуля мехатроники. Высокоточно настраиваемый клапан по сигналам от блока управления регулирует поток масла, подаваемого к сцеплениям, как функцию от потребности. В большинстве режимов этот поток минимален.