为了能满足当前和未来燃油消耗和废气排放法规的要求,发动机小型化起着越来越重要的作用,因此奥迪公司开发了新一代4.0L-V8-TFSI增压燃油分层直喷式汽油机替代A6和A8系列轿车的5.2L-V10-FSI自然吸气燃油分层直喷式汽油机。这种采用两个废气涡轮增压器的V8增压直喷式汽油机用于S6, S7, S8, A8, RS6和RS7车型,其最重要的开发目标,除了具有运动型动力性能(良好的加速性和功率发挥、运转平稳性以及发动机噪声)之外,还必须在大大改善行驶功率的同时明显降低燃油消耗,为此采用了发动机启停系统和用于汽缸按需工作的汽缸切断系统(COD=Cylinder on demand),同时应用了新型的变扭器—自动变速器或新型双作用离合器变速器,达到了新的外形设计与强劲的运动型行驶功率和低油耗的完美结合,为运动型轿车的行驶动力性能特别是加速响应特性树立了新标杆。
一、结构特点
新款4.0L-V8-TFSI增压直喷式澎由机(图1)的结构设计与4.2L-V8-FSI自然吸气直喷式汽油机类似,但其排量缩小到4.0L(表1所示奥迪4.0L-V8-TFSI增压直喷式汽油机的主要尺寸和特性参数),其主要特点是排气歧管和废气涡轮增压器等高温部件都布置在V形夹角中,与普通的V形发动机进气歧管布置在V形夹角中而排气歧管则布置在两列汽缸外侧相比,其汽缸盖的进排气侧互换了位置。新鲜空气从涡轮增压器压气机出发,穿过节气门,经过同样布置在V形夹角中的间接增压空气冷却器、两个安置在端面的空气分配管和安装在发动机外侧的进气管进入汽缸盖进气道供应汽缸,如图1中蓝色箭头所示。为了尽可能缩短车辆的突出部分,发动机被设计得极短,长度仅497mm,另一方面同样布置在v形夹角中的曲轴箱通风模块也有助于提高整机的紧凑性。借助于被称之为奥迪-AVS的可变气门升程机构实现COD汽缸切断功能。这种新机型继承了老机型可靠的配气机构,同时仅仅采用最少数量的不通用件,不仅实现了309~382kW这么大的功率跨度,而且可以搭载于大众集团的各种不同车型。
二、汽缸体曲轴箱
与4.2L-V8-FSI自然吸气直喷式汽油机一样,4.0L-V8-TFSI增压直喷式汽油机两排汽缸之间的夹角也为90°,同时还继承了老机型的90mm缸心距、84.5mm汽缸直径以及18.5mm的两排汽缸错位。汽缸体曲轴箱由AISi17Cu4Mg过共晶铝硅合金采用低压金属模均质铸造而成。由于升功率的提高以及由此而引起的较高的热力和机械负荷,在382kW功率等级机型上还采用了T6热处理工艺。
汽缸工作表面在使用螺栓拧紧的支架情况下进行螺旋形晰磨。为减少在燃烧压力下汽缸的变形,借助于布置在汽缸体曲轴箱周围结构上的加强筋来强化其刚度(图2)。为了加强主轴承座,在主轴承座铝框架底座中镶铸了5个球墨铸铁镶铸件,并附加用横向螺栓拉紧。这些措施提高了主轴承座的强度和轴承孔的圆度,并改善了发动机的声学性能。