【汽車之家技術(shù)】在我看來，關(guān)于這款奧迪4.0T雙渦輪發(fā)動機(jī)(以下簡稱“4.0T發(fā)動機(jī)”)的數(shù)據(jù)并不重要。如果需要車型，可以通過調(diào)整適應(yīng)其他車型。我們熟悉的奧迪家族S系列(奧迪S6、奧迪S7、奧迪S7 Benry GT V8也是“粉絲”，借用大眾MLB平臺制造的蘭博基尼Urus概念車計劃將其納入自己的動力系統(tǒng)。

這臺應(yīng)用范圍如此廣泛的4.0T發(fā)動機(jī)在結(jié)構(gòu)和技術(shù)儲備方面究竟到了什么程度，或許，在看過下面的內(nèi)容之后，你會對4.0T這種發(fā)動機(jī)有個新的認(rèn)識。

● 已搭載以及計劃搭載的車型

針對不同車型的定位以及動力需求，這臺4.0T發(fā)動機(jī)可以通過調(diào)校逐一滿足，但調(diào)校并非僅是程序范疇，在硬件環(huán)節(jié)也會有所調(diào)整，比如，動力輸出更大的發(fā)動機(jī)，它的活塞頂部形狀、渦輪葉片的尺寸會有所不同，冷卻系統(tǒng)的布局也會有所差異。

● 發(fā)動機(jī)的身世

如果要溯源，這臺4.0T發(fā)動機(jī)與搭載于2014款奧迪RS 5的4.2L自然吸氣發(fā)動機(jī)（也曾用于2010款以及更早的奧迪Q7車型）有著一定淵源，在此基礎(chǔ)上，為了降低油耗，將排量由4.2L降至4.0L，另外，4.0T發(fā)動機(jī)還借助氣門可變升程技術(shù)實現(xiàn)了可變氣缸排量（氣缸按需運行系統(tǒng)）的功能。而在掛上渦輪增壓器后，為了讓結(jié)構(gòu)更緊湊、動力響應(yīng)更快，4.0T發(fā)動機(jī)的進(jìn)排氣側(cè)與4.2L自然吸氣發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)剛好相反，換句話說，4.0T發(fā)動機(jī)的兩個渦輪是夾在V型氣缸之間的。

打開發(fā)動機(jī)艙蓋時，第一時間你會覺得這跟一般的發(fā)動機(jī)沒什么兩樣，但如果掀開紅黑配色的飾板后就會發(fā)現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)還挺有氣勢的，至少與我們見到的大多數(shù)V8T發(fā)動機(jī)不同。

排氣歧管和渦輪增壓器在被置于V型氣缸之間后，好處自然不必多說，結(jié)合水冷式中冷器的布置，使得整個增壓進(jìn)氣的管路更短，理論上可以讓發(fā)動機(jī)的動力響應(yīng)更快，當(dāng)然，有關(guān)動力響應(yīng)的狀態(tài)還是要與車型整體調(diào)校相匹配有關(guān)（諸如傳動系統(tǒng)）。進(jìn)氣冷卻這部分我們放到后面再說，先來說說這種布局的“弊端”。

● 扼住高溫的喉嚨

◆ 發(fā)動機(jī)艙內(nèi)的溫度控制

發(fā)熱量大、不利于散熱是這種結(jié)構(gòu)布局需要面對的一個問題，相比排氣側(cè)在V型氣缸外側(cè)的布局，兩個渦輪增壓器以及排氣歧管向外釋放的熱量很難順理成章的從發(fā)動機(jī)下部散去（特別是在堵車路況下或高負(fù)荷行駛后），進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)動機(jī)艙內(nèi)的溫度過高，盡管嚴(yán)密的隔熱裝置不會讓高溫影響到乘員艙的環(huán)境，但這種熱量聚集到一定程度后，發(fā)動機(jī)艙內(nèi)的部件有可能面臨“灼傷”的風(fēng)險。對此，奧迪工程師為發(fā)動機(jī)艙設(shè)計了一套溫度控制系統(tǒng)，渦輪增壓器附近的溫度傳感器自點火開關(guān)被接通的一刻便開始搜集溫度信息，這個溫度傳感器可以感知最高180℃。

當(dāng)溫度控制系統(tǒng)判斷發(fā)動機(jī)艙內(nèi)的溫度過高時，系統(tǒng)將自動協(xié)調(diào)位于車頭的電動風(fēng)扇介入工作，以此對發(fā)動機(jī)艙進(jìn)行強(qiáng)制散熱，讓聚集的熱量盡快引導(dǎo)至車底。即便是發(fā)動機(jī)熄火后，系統(tǒng)會根據(jù)實際情況判斷是否讓電動風(fēng)扇繼續(xù)幫助發(fā)動機(jī)艙散熱，考慮到電瓶儲電能力的問題，電動風(fēng)扇最多可持續(xù)工作10分鐘。

◆ 進(jìn)氣溫度控制

發(fā)動機(jī)艙的溫度控制是根據(jù)這款發(fā)動機(jī)特別設(shè)計的，而發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣溫度控制則是每一臺渦輪增壓發(fā)動機(jī)都要面臨的問題，相對傳統(tǒng)的解決辦法是依靠車頭前的風(fēng)冷式中冷器對即將進(jìn)入進(jìn)氣歧管的增壓空氣進(jìn)行降溫，但受結(jié)構(gòu)所限，過長的氣道以及風(fēng)冷式中冷器的溫控效率在無形之中制約了發(fā)動機(jī)的性能。文章前面已經(jīng)提到了水冷式中冷器的裝置，大眾EA211 1.4TSI發(fā)動機(jī)也使用了同樣的理念。

空氣在經(jīng)過空氣濾清器后順著氣道抵達(dá)渦輪增壓器，經(jīng)過增壓的空氣“走”不了多遠(yuǎn)就會一頭扎進(jìn)水冷式中冷器，中冷器直接與通向進(jìn)氣歧管的氣道相連，這樣來看，盡管氣道長度還是比自然吸氣發(fā)動機(jī)的氣道長一些，但與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的V8T發(fā)動機(jī)（排氣系統(tǒng)置于V型氣缸兩側(cè)）相比還是精簡了不少。雖然服務(wù)于渦輪增壓系統(tǒng)的冷卻裝置獨立于發(fā)動機(jī)的冷卻系統(tǒng)(有單獨的電子水泵驅(qū)動)，但從水冷式中冷器流出的冷卻液還是來自整個冷卻系統(tǒng)。

水冷式中冷器只是整個發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)中的一個環(huán)節(jié)，為了確保發(fā)動機(jī)能始終保持一個相對高效的狀態(tài)運行，經(jīng)過優(yōu)化使得冷卻系統(tǒng)的效率變得更為極致。

● 發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)

冷卻系統(tǒng)的工作原理在之前的文章中介紹過，它依靠冷卻液的循環(huán)流動將發(fā)動機(jī)的熱量帶走并通過車頭的散熱器散出，散熱確實是個基礎(chǔ)需求，而現(xiàn)在則給發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)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(fā)動機(jī)盡快達(dá)到最佳工作溫度并始終保持這樣的狀態(tài)。

在冷卻液溫度控制方面，4.0T發(fā)動機(jī)裝配了我們熟知的節(jié)溫器來控制冷卻液的循環(huán)路徑，但不同之處在于有兩種方式可以讓節(jié)溫器打開。節(jié)溫器內(nèi)部的石蠟元件本身具備受熱膨脹的特性，因此，當(dāng)冷卻液達(dá)到一定溫度后（97℃），節(jié)溫器打開，這是普遍控制節(jié)溫器開啟的方式；另一種有點像我們常說的主動控制，節(jié)溫器內(nèi)部的加熱元件也可觸發(fā)節(jié)溫器在冷卻液溫度較低時開啟，換句話說，在實際工作中，節(jié)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(fā)動機(jī)電腦（以下簡稱“ECU”）內(nèi)存儲的脈譜圖，系統(tǒng)根據(jù)各個傳感器收集到的信息來決定節(jié)溫器的狀態(tài)。

其實，電子節(jié)溫器在很多車型上都已經(jīng)開始運用，不過，盡管在控制上更為準(zhǔn)確，但在水泵的作用下，冷卻液還是會在發(fā)動機(jī)內(nèi)進(jìn)行循環(huán)，即便能夠縮短發(fā)動機(jī)達(dá)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(shè)想是不是能讓冷卻液的循環(huán)停下來，這樣，冷卻液的升溫速度就能進(jìn)一步提高。

于是，一個創(chuàng)新的冷卻液停流切換閥出現(xiàn)在這臺4.0T發(fā)動機(jī)上，這個裝置位于節(jié)溫器的上游（按照冷卻液的循環(huán)方向，冷卻液先經(jīng)過停流切換閥再經(jīng)過節(jié)溫器），這個切換閥由真空單元來控制，凸輪軸驅(qū)動的真空泵打造了一個真空的環(huán)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(jìn)行控制。當(dāng)冷卻液的溫度低于80℃時，停流切換閥關(guān)閉，冷卻液停止循環(huán)。這樣的理念在奧迪3.0TFSI機(jī)械增壓發(fā)動機(jī)也有所體現(xiàn)，只不過實現(xiàn)的方式不同。

說到水泵，它是整個冷卻系統(tǒng)的心臟，負(fù)責(zé)維持整個冷卻系統(tǒng)內(nèi)的冷卻液循環(huán)。4.0T發(fā)動機(jī)的水泵是以4.2L自然吸氣發(fā)動機(jī)的水泵為基礎(chǔ)做進(jìn)一步改進(jìn)得來，水泵由發(fā)動機(jī)通過一根軸（通過齒輪與曲軸和機(jī)油泵相連）來帶動。

事實上，諸如空調(diào)壓縮機(jī)、水泵、轉(zhuǎn)向助力泵（現(xiàn)售的2013款奧迪S8的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力方式為液壓助力，裝配電子助力的車型沒有轉(zhuǎn)向助力泵）這些應(yīng)由皮帶帶動的附件在這臺4.0T發(fā)動機(jī)上都做了簡化（省去了皮帶、導(dǎo)輪、漲緊輪），唯獨水冷式發(fā)電機(jī)還是需要皮帶傳遞動力。

● 動力系統(tǒng)

我們花了很大的篇幅介紹了這臺發(fā)動機(jī)的冷卻系統(tǒng)和溫度控制系統(tǒng)，的確，溫度在發(fā)動機(jī)性能以及工作效率環(huán)節(jié)起著至關(guān)重要的作用，下面我們再來看看這臺4.0T發(fā)動機(jī)的動力性能。

裝配在不同車型上的4.0T發(fā)動機(jī)在進(jìn)氣結(jié)構(gòu)上略有不同，這點從發(fā)動機(jī)艙的布局就能看出來，奧迪RS 7采用單側(cè)進(jìn)氣的方式，也就是說，分別通向兩側(cè)缸體的進(jìn)氣管共用一個空氣濾清器，而搭載于奧迪S8的4.0T發(fā)動機(jī)則為兩根進(jìn)氣管各自準(zhǔn)備了一個空氣濾清器。

V8發(fā)動機(jī)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(xiàn)已廣泛應(yīng)用的V6 3.0TFSI機(jī)械增壓發(fā)動機(jī)的氣缸夾角同樣為90°，要知道60°的氣缸夾角也是V6發(fā)動機(jī)的一個選擇，在運轉(zhuǎn)平順性方面，60°的氣缸夾角在結(jié)構(gòu)上更有優(yōu)勢，而采用90°氣缸夾角的發(fā)動機(jī)可以使整車的重心更低。之所以，兩臺有著不同氣缸數(shù)的V型發(fā)動機(jī)都采用90°的氣缸夾角，或許奧迪在最開始就做好了規(guī)劃，以此使研發(fā)以及制造過程更為方便，這也符合大眾集團(tuán)所推崇的模塊化理念，當(dāng)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(jī)械上的結(jié)構(gòu)外，對細(xì)節(jié)的優(yōu)化以及增壓系統(tǒng)的控制仍然是發(fā)動機(jī)獲得高效動力的關(guān)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(dāng)于直列4缸發(fā)動機(jī)的單渦輪雙渦管結(jié)構(gòu)（兩側(cè)氣缸均為此結(jié)構(gòu)），這樣可以有效提高發(fā)動機(jī)的響應(yīng)速度，減輕渦輪遲滯的程度。配氣機(jī)構(gòu)的可變正時技術(shù)從中也有貢獻(xiàn)，進(jìn)排氣凸輪軸在由鏈條驅(qū)動的同時被一個可實現(xiàn)無極調(diào)節(jié)的凸輪軸調(diào)節(jié)器控制，調(diào)節(jié)器的最大調(diào)整范圍達(dá)到42°曲軸角。在數(shù)據(jù)上，這臺發(fā)動機(jī)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(fā)動機(jī)，700N?m的最大扭矩從1750rpm可延續(xù)至5500rpm。

● 增壓控制系統(tǒng)

增壓系統(tǒng)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(jìn)氣管上，二者都由ECU發(fā)送執(zhí)行命令。先來說說安裝在進(jìn)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(jié)氣門關(guān)閉時發(fā)揮作用，如果此時不加以限制，節(jié)氣門關(guān)閉后會導(dǎo)致仍處于增壓狀態(tài)下的渦輪葉片出現(xiàn)減速制動現(xiàn)象，而當(dāng)駕駛員再次踩下油門時，渦輪葉片的轉(zhuǎn)速無法迅速恢復(fù)到增壓所需的轉(zhuǎn)速而造成動力響應(yīng)過慢，所以，當(dāng)監(jiān)測到節(jié)氣門關(guān)閉后，旁通的管道就會打開，增壓后的空氣在進(jìn)入水冷式中冷器之前就回到增壓器前部重新進(jìn)入增壓器，讓葉片保持轉(zhuǎn)速。

渦輪增壓器上的壓力調(diào)節(jié)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(yīng)的影響，例如車倆處于滑行狀態(tài)，也就是反拖工況，此時，節(jié)氣門是關(guān)閉的狀態(tài)，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(xiàn)被制動的現(xiàn)象，為了不讓渦輪葉片的轉(zhuǎn)速下降的太快，渦輪增壓器內(nèi)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(dāng)駕駛員再次踩下油門踏板時，發(fā)動機(jī)可迅速做出響應(yīng)。

另外，在涼車狀態(tài)下，增壓壓力調(diào)節(jié)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(dá)到最佳的工作溫度，與此同時，燃油噴射系統(tǒng)也會通過增加噴射次數(shù)的方式一起幫助三元催化器盡快升溫，從而保證排氣質(zhì)量。

● 燃油供給系統(tǒng)

充足的空氣供給只是給動力的釋放創(chuàng)造了好的條件，燃油的注入同樣至關(guān)重要，最早于上世紀(jì)50年代裝配量產(chǎn)車的缸內(nèi)直噴技術(shù)在經(jīng)過了半個多世紀(jì)后憑借其燃油噴射效率的優(yōu)勢成為當(dāng)今燃油噴射的主流技術(shù)，當(dāng)然，在技術(shù)的不斷衍變過程中，缸內(nèi)直噴的性能也在往好的方向發(fā)展著。

這臺奧迪4.0T發(fā)動機(jī)的燃油噴射系統(tǒng)采用的正是缸內(nèi)直噴技術(shù)，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(tǒng)被分為高壓端和低壓端。低壓端的壓力由“埋在”油箱內(nèi)的汽油泵提供，正常工作狀態(tài)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(guān)連接管路，這里的壓力根據(jù)不同的工況被控制在20-120Bar，噴油壓力以及噴油嘴頭部的設(shè)計與燃油的霧化效果有直接關(guān)系，燃油系統(tǒng)會將最高的壓力限制在145Bar，當(dāng)達(dá)到這個峰值后，燃油泄壓閥介入。

在燃油系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)上，V型發(fā)動機(jī)的兩側(cè)氣缸都有自己的燃油高壓泵，也可以理解為兩套并行的高壓燃油供給系統(tǒng)各自負(fù)責(zé)單側(cè)4個氣缸的供油，這樣的設(shè)計可以讓供油壓力更穩(wěn)定，以此確保在噴油嘴打開的單位時間內(nèi)能有足夠的且盡可能恒定量的燃油噴入氣缸。

● 環(huán)保技術(shù)

◆ 氣缸按需運行系統(tǒng)

奧迪之前開發(fā)了一套名為AVS的氣門升程系統(tǒng)為排氣門提供兩種氣門升程，當(dāng)時開發(fā)這個技術(shù)的目的在于通過改變排氣門的升程應(yīng)對不同的發(fā)動機(jī)工況，而在這臺V8發(fā)動機(jī)上也有類似的技術(shù)運用，但開發(fā)目的有所不同。

4.0T發(fā)動機(jī)將原先AVS技術(shù)上的大角度凸輪改成了零角度凸輪，當(dāng)電磁閥把零角度凸輪切換至氣門搖臂位置時，該氣缸的氣門將不再隨著活塞的運動完成開閉動作，隨即該氣缸的點火、噴油也會停止。這項技術(shù)在奧迪的技術(shù)體系中被稱之為“氣缸按需運行”系統(tǒng)，該系統(tǒng)可在工況允許的情況下由8氣缸工作切換為4氣缸工作，此時，相當(dāng)于一臺V4發(fā)動機(jī)。

□ 如何抑制氣缸切換時產(chǎn)生的振動

□ 主動噪音控制系統(tǒng)

除了振動外，在發(fā)動機(jī)由V8切換至“V4”時工作模式時可能還會有一些噪音傳入車內(nèi)，如不加以限制，將對乘坐舒適性造成一定影響，我們在之前的文章中介紹過類似的主動噪音控制技術(shù)，系統(tǒng)發(fā)出一個與噪音相位相反的聲波，從而抵消噪音。這樣車內(nèi)乘員對噪音就無法感知了。

◆ 二次空氣系統(tǒng)

在涼車狀態(tài)下，二次空氣系統(tǒng)可通過持續(xù)的向排氣門后部噴入新鮮空氣的方式幫助三元催化器快速達(dá)到工作狀態(tài)。新鮮空氣中的氧氣可以與排氣歧管中的廢氣或三元催化器內(nèi)的碳?xì)浠衔?、一氧化碳發(fā)生反應(yīng)，在這個過程中會釋放熱量，從而使三元催化器盡快的熱起來。

編輯總結(jié)：

奧迪在2012年推出了這款4.0T發(fā)動機(jī)，這臺發(fā)動機(jī)幾乎匯集了奧迪現(xiàn)有的絕大多數(shù)汽油發(fā)動機(jī)的技術(shù)，渦輪增壓和缸內(nèi)直噴是我們所熟悉的，而為了讓4.0T發(fā)動機(jī)在“經(jīng)濟(jì)”工況下運行時更為省油，奧迪的工程師還將對運用在EA888發(fā)動機(jī)上的AVS系統(tǒng)進(jìn)行了改造，將原先的高升程凸輪“磨平”使其成為零角度凸輪，這樣在切換至該凸輪時，盡管該氣缸內(nèi)的活塞仍保持上下行運動，但點火和噴油工作停止，發(fā)動機(jī)由V8變?yōu)閂4，以此實現(xiàn)省油的目的。

渦輪發(fā)動機(jī)本身熱負(fù)荷較高，這臺以原先4.2升自然吸氣發(fā)動機(jī)為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計的4.0T發(fā)動機(jī)充分考慮到了冷卻和熱管理，除了發(fā)動機(jī)本身以及渦輪增壓系統(tǒng)外，為了在結(jié)構(gòu)上做到更緊湊、進(jìn)氣氣路更短（緩解動力響應(yīng)遲滯問題），排氣系統(tǒng)置于V型氣缸之間，由此給發(fā)動機(jī)艙內(nèi)的溫度環(huán)境帶來較大壓力，因此，發(fā)動機(jī)艙內(nèi)同樣設(shè)有熱管理系統(tǒng)。

現(xiàn)在的這臺4.0T發(fā)動機(jī)的功率由奧迪S7的420馬力到奧迪RS 7的560馬力，最大扭矩更是有著近4000rpm的寬泛輸出轉(zhuǎn)速區(qū)間，現(xiàn)階段充分滿足了包括賓利歐陸在內(nèi)的5款車型的動力需要。渦輪增壓發(fā)動機(jī)調(diào)校潛力向來很大，在可見的未來，它又有了新的動向，出自大眾MLB平臺的蘭博基尼Urus概念車也會使用這臺4.0T發(fā)動機(jī)，這可是給蘭博基尼開了一個用渦輪增壓發(fā)動機(jī)的先河，盡管他們不止一次的表達(dá)對自然吸氣發(fā)動機(jī)的忠誠，但法拉利都重新啟用渦輪增壓動力技術(shù)了，還有什么不可能的呢？（圖/文 汽車之家 李博旭）