Audi 2.5 TDI auf Biturbo umbau?
Hallo habe da eine Frage hat jemand schon die erfahrung gemacht den 2.5 TDI auf BiTurbo umzubauen??Da bei ihm Chiptuning garnicht geht da die einspritzpumpe abgeriegelt ist.
Hat jemand schon die Erfahrungen gemacht?Oder bringt das auch nichts???
Grüsse Janek
Beste Antwort im Thema
Zitat:
Original geschrieben von Janek318is
Ja das stimmt habe ich auch schon oft gehört. Wie ist das bei den Neueren Motoren mit den nockenwellen ?Verschleissen die auch noch so dolle?
nein, die Maschine wurde 2003 für die Euro 4 Norm überarbeitet und die Nockenwellen sind auf IHU Basis.
Die Änderungen im Deteil:
Der erste Vierventil-2,5-I-V6-TDI-Motor ging 1997 mit 110 kW und Abgasstufe Euro 2 in Serie. 1999 kam der auf 132 kW leistungsgesteigerte V6-TDI-Motor hinzu, der gleichzeitig auch die Euro-3-Grenzwerte erfüllte. Das hohe Potenzial dieses V6-TDI-Motors zeigt sich nun darin, dass er der weltweit erste V6-TDI-Dieselmotor ist, der unter Serienbedingungen die extrem scharfen Euro-4-Grenzwerte auch in der Oberklasse erfüllt.
1 Einleitung
Die 2,5-1-V6-TDI-Motoren von Audi mit Leistungen von 110 bis 132 kW und einem maximalen Drehmoment von 310 bis 370 Nm haben sich sehr erfolgreich im Markt durchgesetzt. Sie werden im Audi A4, A6, A8, im VW Passat und im Skoda Superb angeboten. Inzwischen wurden bereits über 500.000 Motoren verkauft.
Für die scharfen Euro-4-Grenzwerte musste der V6-TDI-Motor konstruktiv überarbeitet und gleichzeitig das Verbrennungsverfahren auf niedrigste Emissionen hin entwickelt werden. Entwicklungsziel bei Audi ist es, alle Abgaskomponenten wie Partikel, NO, HC und CO zu reduzieren. Die Euro-4-Grenzwerte für Fahrzeuge der Oberklasse, das heißt die Schwungmassenklasse von 4250 lbs (bis 1880 kg) zu erfüllen, war eine ganz besondere Herausforderung an die Ingenieure. Trotz Euro-4-Applikation konnte der Kraftstoffverbrauch im Vergleich zum bisherigen Euro-3-Motor auf gleichem bis besserem Niveau gehalten werden. Die Motorakustik wurde weiter verfeinert, und dies ohne Reduzierung der hohen spezifischen Leistungs- und Drehmomentwerte.
2 Entwicklungsschwerpunkte
Die Vorgaben an die Entwicklung des Euro-4-Motors mussten sehr hoch angesetzt werden. So war am Anfang nicht klar, ob die Zielvorgaben insbesondere hinsichtlich der Emissionen unter Serienbedingungen umsetzbar sind. Nur durch eine konsequente Entwicklungsarbeit, höchstes technisches Know-how und neue Wege konnten die extremen Entwicklungsziele erreicht werden. Die konstruktiven Entwicklungsschwerpunkte waren die Umstellung des Ventiltriebs von Gleit- auf Rollenschlepphebel und der Ersatz der konventionellen Gussnockenwelle durch eine neuartig gebaute Nockenwelle. Zur Reduzierung der mechanischen Verzahnungsgeräusche erfolgt der Antrieb der beiden auslassseitigen Nockenwellen jetzt mit geradeverzahnten Zahnrädern und Zahnspielausgleich.
Um die hohen thermodynamischen Forderungen erfüllen zu können, wurde das Verbrennungsverfahren weiter optimiert. Dazu musste die Verteilereinspritzpumpe weiter verbessert sowie eine gekühlte Abgasrückführung eingeführt werden. Zur Erhöhung der AGR-Rate (Abgasrückführrate) wurde zusätzlich in der Ladeluftführung vor der Einleitstelle eine elektrisch geregelte Drosselklappe angeordnet. Mit dieser Überarbeitung des Grundmotors wurden die Grundvoraussetzungen für das Erfüllen der Euro-4-Abgasgrenzwerte geschaffen. Die technischen Daten des V6-TDI-Euro-4-Motors mit 120/132 kW zeigt die Tabelle. Im Folgenden werden die Maßnahmen detailliert beschrieben.
3 Konstruktive Änderung
Ausgangsbasis war das bewährte Triebwerk des Audi V6 TDI mit 132 kW. Ohne Änderungen konnten das Kurbelgehäuse mit Kurbelwelle und Pleuel, Ölwanne, Ölpumpe, Nebenaggregate- und Steuertrieb sowie das Ölfiltermodul und die Abgasführung vom Zylinderkopf bis zum Abgasturbolader übernommen werden. Überarbeitet oder neu sind:
Ventiltrieb
Zylinderkopf
Kolbenmulde
Kühler für Abgasrückführung
Einspritzsystem
3.1 Ventiltrieb
Am Ventiltrieb werden drei entscheidende Änderungen durchgeführt:
- Rollen- statt Gleitschlepphebel zur Reibungsminderung
- Gebaute Nockenwelle nach dem Innenhochdruckumformverfahren zur Gewichtsreduzierung
- Nockenwellenantrieb mit Zahnspielausgleich zur Verbesserung des mechanischen Gerausche.
3.1.1 Rollenschlepphebel
zur Reduzierung des Reibmitteldrucks wurde von Feinguss-Gleitschlepphebel auf Rollenschlepphebel in Blechausführung umgestellt. Der Vorteil des Rollenschlepphebels zeigt sich in einem deutlich günstigeren Reibmitteldruck im Ventiltrieb über den ganzen Drehzahlbereich. Der Reibungsvorteil ist im unteren Drehzahlbereich erwartungsgemäß höher, da hier die Rollreibung deutlich günstiger ist im Vergleich zum hydrodynamischen Schmierfilm bei der Gleitschlepphebelvariante. Die Vorteile der Reibungsreduzierung lassen sich in Emissionsvorteile umsetzen. Für eine optimale Funktion mussten weitere Ventiltriebsteile mit angepasst werden. Es wurde der Blechhebel so ausgeführt, dass die zur Zentrierung bisher notwendige Zwischenscheibe auf dem Ventilschaft entfallen konnte. Die angenietete Kalotte zur Auflage auf dem Hydraulikelement wind zusätzlich mit einem Schweigpunkt befestigt, wodurch es möglich wird, über eine im Blech eingeprägte Vertiefung die Ölführung zur Rolle zu realisieren. Die Abwalzkinematik erforderte neue Hebeldrehpunkte und damit eine neue Lage des Hydraulikelemente. Modifizierte Hydraulikelemente konnten im Zylinderkopf zusätzlich so positioniert werden, dass die Verwendung von nur einem Hebel für alle Ventile ermöglicht wurde. Zusätzlich musste die Ölgalerie im Zylinderkopf angepasst werden.
3.1.2 Gebaute Nockenwellen mit Innenhochdruckumformung (IHU)
Die bisher verwendete GG-Nockenwelle war mit ihren gehärteten Nocken als Laufpartner für den Rollenhebel aufgrund des Flachenpressung nicht mehr verwendbar. Bei der Entwicklung einer neuen Nockenwelle wollte man gleichzeitig das Gewicht reduzieren und hat deshalb die angebotenen Fertigungs- und Montagetechniken gebauter Nockenwellen analysiert. Da das Zylinderkopfkonzept und die Fertigungseinrichtungen vorgegeben waren, musste ein Verfahren gefunden werden, bei dem so genannte "Schraubenfreigänge" zum Anziehen der Zylinderkopfschrauben am komplett montierten Zylinderkopf mit Nockenwellen umsetzbar waren. Den innovativsten Ansatz mit der größten Gewichtseinseinsparung bot die gebaute IHU-Nockenwelle der Firma Salzgitter Antriebstechnik (SZAT), die im Rahmen dieses Projektes zur Serienreife entwickelt wurde.
Fertigungsverfahren
Die gebaute IHU-Nockenwelle besteht aus Präzisionsstahlrohr (St 37-2) mit 2,5 und 3 mm Wanddicke, zwischenstufenvergüteten Nockenringen aus 1000r6 sowie Stahlstopfen oder angeschweißten Endteilen. Die Nockenringe mit konstanter Wanddicke am gesamten Umfang werden in eine Vorrichtung eingelegt, welche die axiale Ausrichtung und die Winkellage sichert. Durch die so positionierten Nocken wird das Rohr geschoben. Anschließend legt ein Vakuumgreifer die vorpositionierten Teile in die hydraulische Presse mit IHU-Werkzeug, dessen Gravur die Negativkontur der gefügten Rohwelle abbildet. Nach der Füllung des Rohres mit einem flüssigen Medium dichten Axialstempel das Rohr beidseitig ab. Durch den Aufbau eines Innendruckes von bis zu 300 Mpa weitet sich das gesamte Rohr plastisch bis zur Anlage am Werkzeug. Dabei wird eine kraft- und formschlüssige Verbindung zwischen Rohr und Nocken hergestellt. Gleichzeitig zur Wirkung des Innendruckes formen Stempel, die durch einen im Pressentisch platzierten Hydraulikzylinder bewegt werden, die Schrauberfreigange. Die Innenhochdruckumformung ermöglicht bei entsprechender Werkzeuggenauigkeit eine hohe Bauteilpräzision. Durch geringe nominale Aufmage von 0,2 mm im Lagerbereich sowie von 0,3 mm auf der Nockenlauffläche konnte der Aufwand für die abschließende Schleifbearbeitung deutlich verringert werden. Bei den einlassseitigen Nockenwellen ist das Anschweißen eines Endstückes erforderlich, um die Kraft- und Momenteneinleitung über Zahnriemenräder zu ermöglichen. Die so hergestellten Nockenwellen erfüllen die Belastungsanforderungen hinsichtlich Dauerfestigkeit und zulässiger Flachenpressung und bringen eine Gewichtserleichterung von 3,5 kg pro Motor.
3.1.3 Zahnspielausgleich für Nockenwellenräder
Der Antrieb der Nockenwellen erfolgt über einen Zahnriementrieb auf die einlassseitigen Nockenwellen und von dort jeweils mit einem Zahnradsatz auf die auslassseitigen Wellen. Dies wurde bisher mit schrägverzahnten Raderpaaren gemacht. Das Verbrennungsgeräusch ist durch die Voreinspritzung inzwischen so niedrig, dass die mechanischen Verzahnungsgeräusche starker hörbar werden. Um diese zu reduzieren, wurde ein Zahnspielausgleich umgesetzt. Mit einem Stirnradsatz, bei dem das getriebene Rad zweiteilig ist, wurde ein einfaches aber wirkungsvolle Konzept eines verspannten und damit spielfreien und akustisch ruhigen Zahnradverbandes entwickelt.
Das breitere Zahnrad ist zur Kraftübertragung auf der Nockenwelle aufgeschrumpft und hat drei erhöhte Rampen. Das lose aufgeschobene schmale Rad hat dazu passende Vertiefungen, die in die Rampen eingreifen und damit entsprechend der axialen Lage eine definierte Zuordnung der Zahne erzeugen. Ober eine Tellerfeder und eine Zwischenscheibe, die mit einen Sicherungsring befestigt sind, wird eine definierte Axialkraft erzeugt, welche die Zahnflanke des schmalen Rades auf der der Drehrichtung abgewandten Seite des treibenden Rades zur Anlage bringt und damit den Spielausgleich bewirkt.
3.2 Zylinderkopf
Die Kombination dieser Maßnahmen ergibt einen wesentlich leiseren Motorlauf Besonders im Leerlauf konnte das Augengerausch deutlich weicher gestaltet werden. Für den Rollentrieb musste der Ölraumbereich wegen der schräg stehenden Hydraulikelemente leicht geändert werden. Um die hohe spezifische Leistung auch mit dem Euro-4-Motor umsetzen zu können, musste der Zylinderdruck von 155 auf 165 bar angehoben werden.
Dies führte zu höheren Verbrennungstemperaturen. Als Folge musste der Zylinderkopf im Bereich der Brennraumplatte optimiert werden. Eine Möglichkeit war der Umstieg vom Basismaterial (AlSiIOMgCu) auf höher warmfestes Material (AlSi7MgCu). Aus Kostengründen wurde jedoch eine optimierte Kühlung im Ventilbereich umgesetzt. Mit einem sternförmig ausgeführten Wasserraum konnte die notwendige Kühlung der Brennraumplatte dargestellt werden. Die Kopftemperaturen konnten dadurch an den kritischen Stellen im Ventilstegbereich um über 30° C abgesenkt werden.
3.3 Kolbenmulde
Um die niedrigen Emissionswerte zu erreichen und gleichzeitig die mechanische Belastung des Kolbens im zulässigen Bereich zu halten, musste die Mulde für den Euro-4-Motor modifiziert werden. Maßnahmen waren eine Verdichtungsreduzierung sowie eine Optimierung des Muldenhalses aus thermodynamischer und Festigkeitssicht. Das Ringpaket und der Kühlkanal konnten unverändert übernommen werden.
3.4 Gek0hlte Abgasrückführung
Um die Abgasgrenzwerte Euro 4 umsetzen zu können, wurde eine sehr effektive wassergekühlte Abgasrückführkühlung erforderlich. In dem engen Innen-V des V6-TDI-Motors war es schwierig, noch zusätzlich einen ausreichend großen AGR-Kühler unterzubringen. Trotz engster Bauraumverhältnisse ist eine effektive AGR-Kühlung gelungen. Mit der vom V8-TDI schon bekannten Winglet-Technik der Firma Behr wurde ein Sechsrohrpaket mit einer Kühlerlänge von 150 mm umgesetzt.
Trotz des beengten Bauraums musste wegen der Druckverluste im AGR-Wärmetauscher auf gute Stromverhältnisse geachtet werden. Ziel war es, die notwendige AGR-Menge möglichst ohne Unterstützung durch die Drosselklappe einleiten zu können. Die Kühlergroße ist so gewählt, dass die zur NO,-Reduzierung notwendige Abkühlung des Abgases erfolgt, jedoch die Kondensattemperatur nicht unterschritten wird, um eine Versottung und Verlackung zu vermeiden. Wasserseitig wurde der Wärmetauscher im Heizungsvorlauf angeordnet und im Gegenstrom durchströmt. Mit dem anliegenden Druckgefälle und einer zusätzlichen Entlüftung zum Ausgleichsbehälter ist eine ausreichende Versorgung mit Wasser sichergestellt. Die Konstruktion des AGR-Kühlers ist gut gelungen, sodass die Abgastemperaturen um bis zu 120 °C abgesenkt werden konnten. Die thermodynamischen Auswirkungen werden im Teil 2 dieses Berichtes beschrieben.
3.5 Einspritzsystem
Um die für die Erfüllung der Euro-4-Abgasnorm notwendigen Randbedingungen zu schaffen, musste der Einspritzdruck von 1800 bar auf über 2000 bar erhöht werden. Dazu waren Änderungen an der Verteilereinspritzpumpe, den Einspritzdüsen und den Einspritzleitungen notwendig.
Die Drucksteigerung des Einspritzsystems konnte im Wesentlichen durch die Steigerung des hydraulischen Wirkungsgrades erzielt werden. Da die Antriebsdrehmomente der VP44 nahezu gleich blieben, wurde der Zahnriemenantrieb unverändert übernommen. Um die über 2000 bar Einspritzdruck umsetzen zu können, wurde besonderes Augenmerk auf die Werkstoffauswahl und die Verlegung der Einspritzleitungen gelegt. Die notwendige Biegewechselfestigkeit erforderte einen hochfesten Werkstoff und zusätzlich ein nahezu „fehlstellenfreies" Material an der Rohrinnenseite. Mit der Firma USUI wurde ein Partner gefunden, der diesen Werkstoff in der geforderten Qualität serientauglich darstellen kann. Um die Schwingbelastung der Leitungen zu reduzieren, waren zusätzliche Clips und Halter erforderlich.
4 Zusammenfassung - Motor mit dem weltweit ersten Euro-4-Motorder Oberklasse bestätigt Audi eindrucksvoll seine TDI-Kompetenz. Niedrigste Abgasemissionen, exzellente Fahrleistungen und niedriger Kraftstoffverbrauch sowie beste Akustik zeigen das hohe Potenzial des Audi V6-TDI-Motors das derzeit umweltfreundlichste Antriebsaggregat seiner Fahrzeugklasse.
5 Einleitung und Aufgabenstellung - Motor und Thermodynamik
Ausgehend vom bekannten 2,5-l-V6-TDI-Motor mit 132 kW und Euro 3 wurde der Motor so weiterentwickelt, dass er durch innermotorische Maßnahmen die scharfen Euro-4-Abgasgrenzwerte unterschreitet. Dabei ist es gelungen, alle Abgaskomponenten zu reduzieren, besonders stark NOx. und Partikel. Insbesondere das Einspritzsystem mit Radialkolben-Verteilerpumpe VP44 zeigte ein besonders gutes Potenzial zur Verbesserung der Emissionen bei gleichzeitig hoher spezifischer Leistung. Auch der Komfort des Motors konnte weiter deutlich verbessert werden.
6 Entwicklungsschwerpunkte
Bisher erfüllen Dieselfahrzeuge nur mit Vierzylindermotoren und bis zur Mittelklasse die strengen Euro-4-Abgasgrenzwerte. Audi setzte sich das Ziel, auch bei Fahrzeugen der Oberklasse (Schwungmassenklasse <4250lbs) diese Abgasstandards zu erfüllen. Durch das hohe Potenzial des 2,5-l-V6-TDI-Motors konnte dieses anspruchsvolle Ziel erreicht werden. Dieser Motor kommt im Audi A4, A6, VW Passat und Skoda Superb zum Einsatz, und zwar in Verbindung mit Handschaltgetriebe und Front- und Quattro-Antrieb, sowie mit Automatikgetriebe und Multitronic.
Der Kundennutzen hinsichtlich Fahrleistungen, Ansprechverhalten und Kraftstoffverbrauch wurde trotz Erfüllung der schärferen Abgasgrenzwerte weiter erhöht. So konnten die hohen Leistungswerte beibehalten und der gute Verbrauch je nach Variante leicht reduziert beziehungsweise gehalten werden. Mit dazu beigetragen hat der Einsatz des Zylinderkopfs mit Rollenschlepphebel aufgrund seiner Reibleistungsvorteile. Deutlich verbessert werden die mechanischen Geräusche sowie die Verbrennungsakustik. Zusätzlich wurde am Euro-4-Motor auch die EOBD (European On-Board Diagnosis) erstmalig appliziert, um die zuverlässige Funktion aller abgasrelevanten Bauteile zu überwachen.
7 Thermodynamische Optimierungsmaßnahmen
Um von Euro-3- auf Euro-4-Niveau zu kommen, mussten die Rohemissionswerte von NOx und Partikel ungefähr halbiert werden. Dies ist bei einem schon niedrigen Euro-3-Emissionsniveau eine sehr anspruchsvolle Aufgabe. Im Folgenden werden die wesentlichen Maßnahmen beschrieben.
7.1 Brennraum
Die Brennraumform und das Verdichtungsverhältnis wirken sich entscheidend auf die Emissionen aus. Für eine schadstoffarme Verbrennung müssen die Luftbewegung im Brennraum und die Einspritzung gezielt aufeinander abgestimmt werden. Die optimierte Einspritzung, auf deren Einzelheiten in Kapitel 3.2 näher eingegangen wird, erforderte eine Anpassung der Muldengeometrie.
Nur durch die gezielte Optimierung des Strahlauftreffpunktes, die Anpassung des Brennraums an die freie Strahllänge sowie die gleichzeitige Absenkung des Verdichtungsverhältnisses um 0,7 Einheiten auf 17,8 konnten die Emissionen gegenüber den Abgaswerten des Euro-3-Brennraums deutlich gesenkt werden. Die NOx und besonders die Partikel-Emissionen konnten durch die bessere Gemischaufbereitung und die damit verbundene effizientere Verbrennung deutlich gesenkt werden. Eine weitere Emissionsreduzierung wurde anschließend durch eine optimale Anpassung der Applikation (Spritzbeginn, Ladedruck, AGR-Raten, etc.) an den geänderten Brennraum erreicht. Gleichzeitig konnte durch die geänderte Muldenrandgeometrie die mechanische Festigkeit des Kolbens weiter verbessert werden.
7.2 Einspritzhydraulik
Wie eingangs erwähnt, hat das Einspritzsystem mit Radialkolben-Verteilereinspritzpumpe VP44 ein gutes Potenzial zur Darstellung niedrigster Emissionswerte. Hier sind vor allem die hohe Förderrate sowie die präzise Mengenzumessung zu nennen. Das Einspritzsystem erweist sich als sehr robust, sodass eine exzellente Langzeitstabilität zu konstatieren ist. Gegenüber der Euro-3-Variante wurde der Einspritzdruck an der Düse nochmals gesteigert, Bild 3.2a. Mit Einspritzdrücken bis zu 2000 bar nimmt die Hydraulik eine Spitzenposition ein. Durch die Anhebung der Förderrate konnte zur weiteren Verbesserung der Gemischbildung der Düsendurchfluss reduziert werden. Dies wirkt sich positiv auf die Partikelemissionen aus.
Im Detail werden am Einspritzsystem folgende Punkte optimiert:
- Dynamik des Magnetventils
- verbessertes Leckageverhalten der Verteilerwelle
- Absenkung der Öffnungsdrücke des Zweifederhalters
- Detailoptimierung der Einspritzdüse (KS-Verrundung, kleinerer Düsendurchfluss).
Sehr wichtig zur Erfüllung der niedrigen Euro-4-Grenzwerte ist die Mengenstabilität im Emissionsbereich. Um dies zu erreichen, werden Funktionsverbessungen im Bereich des Pumpensteuergerätes (PSG) entwickelt. Besonders zu erwähnen ist die Förderbeginnkorrektur. Sie ermöglicht es, noch während des Einspritzvorgangs die Ansteuerdauer um die Streuung der Magnetventilschließzeit zu korrigieren. Dadurch konnten die Hub/Hub-Streuungen deutlich verringert werden.
Neben der Gesamteinspritzmenge kommt auch der Voreinspritzmenge eine große Bedeutung zu, besonders hinsichtlich Partikelemissionen und Verbrennungsakustik. Der abgesenkte Düsendurchfluss und eine Anpassung der Düsenöffnungsdrücke erlaubten es, die Voreinspritzmenge zu reduzieren. Bild 3.2b zeigt den Vorteil der Euro-4- gegenüber der Euro-3-Variante in NOx/Partikel-Trade-off in einem ausgewählten Kennfeldpunkt. Einen ersten großen Schritt brachte das Euro-4-Maßnahmenpaket (Brennraum, Verdichtungsabsenkung, höhere Einspritzdrücke, AGR-Kühler (siehe Bild 3.3)). Der entscheidende Schritt hin zu Euro-4-Tauglichkeit wurde mit der Reduzierung der Voreinspritzmenge erreicht. Ein zusätzlicher Entwicklungsschwerpunkt war die Verringerung der Exemplarstreuung aller Komponenten des Einspritzsystems. Die Weiterentwicklung des VP44 Einspritzsystems konnte nur durch eine enge und engagierte Zusammenarbeit zwischen Bosch und Audi erfolgreich durchgeführt werden.
7.3 Frischluft- und AGR-System
Ein effektives Mittel zur NOx Absenkung bildet, wie bekannt, die äußere Abgasrückführung (AGR). Um eine weitere Verbrennungstemperaturabsenkung zu erreichen, wurde daher ein sehr effektiver wassergekühlter AGR-Wärmetauscher in die Rückführstrecke integriert. Durch das gekühlte und rückgeführte Abgas konnten die Emissionen im Vergleich zur ungekühlten AGR deutlich gesenkt wer- den. Gleichzeitig wurde durch den Einsatz des AGR-Kühlers die AGR-Verträglichkeit des Brennverfahrens weiter gesteigert. Der NOx/Partikel-Trade-off im Rollentest mit AGR-Kühler konnte gegenüber dem ohne Kühler zu einem insgesamt deutlich niedrigeren Emissionsniveau hin verschoben werden.
Neben dem AGR-Kühler kommt bei dem Euro-4-Motor eine lagegeregelte Drosselklappe zum Einsatz. Sie ermöglicht niedrigere Zylinderfüllungen in Niedriglastpunkten unter Beibehaltung hoher AGR-Raten. Basierend auf der bisherigen Euro-3-Ladedruckauslegung wurde der Ladedruck zunächst abgesenkt, was eine deutliche Verringerung der Partikel- und einen leichten Anstieg der NOx Emissionen zur Folge hatte. Durch ein Anstellen der Drosselklappe konnten die Nachteile bei den NOx Emissionen überkompensiert und die Partikel-Emissionen weiter verbessert werden. Die AGR-Rate wurde nahezu konstant gehalten. Ein weiterer Vorteil ist die Verbesserung der AGR-Regelstabilität, die zur sicheren Einhaltung der Abgas- und EOBD-Grenzwerte beiträgt.
7.4 Abgasnachbehandlung
Neben der innermotorischen Absenkung der Emissionen wurde durch eine verbesserte Beschichtung des Oxidationskatalysators die Anspringtemperatur weiter abgesenkt und die Langzeitstabilität gesteigert.
8 European On-Board-Diagnostics (EOBD)
Fehlfunktionen im Motormanagement und defekte Bauteile können zu einer beträchtlichen Erhöhung des Schadstoffausstoßes im Pkw-Betrieb führen. Die Abgasvorschrift Euro 4 schreibt neben den Homologationswerten auch eine permanente Prüfung der abgasrelevanten Komponenten durch das Motorsteuergerät vor. Fehlfunktionen werden dem Fahrer über eine Abgaswarnleuchte angezeigt, und er wird dadurch zum Werkstattbesuch aufgefordert. Durch eine rechnergestützte Diagnose ist eine rasche und zielgerichtete Reparatur gewährleistet. Für EOBD gelten folgende Emissionsgrenzwerte:
Beispielhaft wird im Folgenden die Überwachung des Luftmassenmessers (HFM) erläutert. Voraussetzung für eine saubere dieselmotorische Verbrennung ist - neben vielen anderen Kriterien - die exakte Dosierung der Abgasrückführung. Die dafür notwendige Frischluftmasse wird durch den HFM gemessen und durch das AGR-Ventil eingeregelt. Parallel zur Messung durch den HFM wird die Luftmasse durch die im Motorsteuergerät bekannten Größen: Ladedruck, Ladelufttemperatur, Motordrehzahl und Schluckverhalten des Motors berechnet. Die berechnete Luftmasse wird mit der gemessenen verglichen. Bevor die ermittelten Abweichungen zu einer Überschreitung der EOBD-Abgasgrenzwerte führen, wird dies durch die Abgasleuchte angezeigt. Die zuverlässige Wirksamkeit dieser Überprüfung wurde an vielen Fahrzeugen unter realen Praxisbedingungen unter Beweis gestellt.
9 Motor- und Fahrzeugergebnisse
9.1 Volllast
Durch eine konsequente Entwicklungsarbeit in den beschriebenen Handlungsfeldern konnte mit der Euro-4-Auslegung das Volllastverhalten hinsichtlich Drehmomentverlauf, Leistung und Schwarzrauch auf dem guten Niveau des Euro-3-Motors gehalten werden. Dies entspricht einer spezifischen Leistung von 52,8 kW/1 und einem spezifischen Drehmoment von 148 Nm/1.
9.2 Kraftstoffverbrauch und Fahrleistungen
Trotz Optimierung auf Euro-4-Emissionsnniveau konnte der minimale spezifische Kraftstoffverbrauch im Kennfeld weiter bei 204 g/kWh gehalten werden Der Kraftstoffverbrauch im MVEG-Testzyklus konnte weiter verbessert werden. Das günstigere Ansprechverhalten aus tiefen Drehzahlen spiegelt sich in einer Verbesserung der Elastizität von 60 auf 120 km/h wider.
9.3 Abgasemissionen
Für die unterschiedlichen Fahrzeug- und Getriebevarianten zeigt Bild 5.3 die Emissionsergebnisse bezüglich NOx und Partikel des Euro-4-Motors im Vergleich zum bisher am Markt erhältlichen Euro-3-Motor. Es ist ersichtlich, dass beide Emissionen halbiert werden konnten. Es ist noch zu erwähnen, dass die dieseltypische Langzeitstabilität im Emissionsverhalten durch zahlreiche Dauerläufe auch für die Euro-4-Variante nachgewiesen wurde.
10 Zusammenfassung
Die Audi-TDI-Kompetenz zeigt sich sehr eindrucksvoll an den Emissionsergebnissen des V6-TDI-Motors im Vergleich zum Wettbewerb, Bild 6. Dieser Motor erfüllt die strengen Euro 4-Grenzwerte als bisher einziger auch für höhere Schwungmassenklassen. Diese niedrigen Abgasemissionswerte wurden nur durch innermotorische Maßnahmen erreicht. Der V6-TDI-Euro-4-Motor stellt somit eine gelungene Kombination von niedrigsten Emissionen, exzellenten Fahrleistungen und gutem Fahrkomfort bei geringem Kraftstoffverbrauch dar, wieder ein echter Beitrag zur Umwelt- und Ressourcenschonung.
5 Literaturhinweise
Bach, M., Bauder, R.; Mikulic, L.; Pölzl, H.W.; Stähle, H.: Der neue V6-TDI-Motor von mit Vierventiltechnik. Teil 1: Konstruktion-MTZ 58 (1997) 7/8
Bauder, R., Dorsch, W.; Mikulic, L.; Pölzl, H.W.; Reuss, T.: Der neue V6-TDI-Motor von Audi. Teil 2: Thermodynamik. In: MTZ 58 (1997) 10
Bauder, R.; Franzke, G., Hoffmann, H., Mikulic, L.; Pölzl, H.W.: Der neue V6-TDI-Motor von Audi. Teil 3: Motormechanik. In: MTZ 58 (1997) 12
Bauder, R.; Dorsch, W., Endres, H., Franke, G.; Jablonski, J., Reuss, T.; Stähle, H.: ATZ/MTZ-Sonderausgabe „10 Jahre TDI-Motor von Audi" September 1999
Eintrag Nr. 52
01.05.2003
Gruß Klaus
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10 Antworten
Sorry - ist aber ein völliger Schwachsinn. Dann sollte man eher 1 großen Lader verbauen - und selbst das wird nicht lohnen. Ich rate dir eines: vergiss es - der Umbauaufwand wird bei vielen vielen tausend Euro liegen - also im Preisbereich wo du dir auch nen RS6 kaufen könntest.
Gruß
BB
das war ja nur ne idee lach , Fahre ja nen audi allroad habe noch nen 2ten turbo rumliegen und kam auf so ne dumme idee.
Aus Erfahrung würde ich dir raten, den Turbo gut aufzuheben! Es kann nämlich durchaus sein, dass dein jetziger einmal flöten geht. Dann, ich kann es dir versichern, bist du froh noch einen zu Hause zu haben. Die Teile gehen ziemlich ins Geld und unser Allroad, auch TDI, hatte schon mit rund 200000km den dritten Turbo drinnen. Woran allerdings auch die Werkstatt schuld war --> Fehler beim Einbau des 2ten, somit nur kurze Lebensdauer.
Grüße,
Andi
Ja das stimmt habe ich auch schon oft gehört. Wie ist das bei den Neueren Motoren mit den nockenwellen ?Verschleissen die auch noch so dolle?
Da bin ich überfragt! Sorry, keine Ahnung.
Andi
Zitat:
Original geschrieben von Janek318is
Ja das stimmt habe ich auch schon oft gehört. Wie ist das bei den Neueren Motoren mit den nockenwellen ?Verschleissen die auch noch so dolle?
nein, die Maschine wurde 2003 für die Euro 4 Norm überarbeitet und die Nockenwellen sind auf IHU Basis.
Die Änderungen im Deteil:
Der erste Vierventil-2,5-I-V6-TDI-Motor ging 1997 mit 110 kW und Abgasstufe Euro 2 in Serie. 1999 kam der auf 132 kW leistungsgesteigerte V6-TDI-Motor hinzu, der gleichzeitig auch die Euro-3-Grenzwerte erfüllte. Das hohe Potenzial dieses V6-TDI-Motors zeigt sich nun darin, dass er der weltweit erste V6-TDI-Dieselmotor ist, der unter Serienbedingungen die extrem scharfen Euro-4-Grenzwerte auch in der Oberklasse erfüllt.
1 Einleitung
Die 2,5-1-V6-TDI-Motoren von Audi mit Leistungen von 110 bis 132 kW und einem maximalen Drehmoment von 310 bis 370 Nm haben sich sehr erfolgreich im Markt durchgesetzt. Sie werden im Audi A4, A6, A8, im VW Passat und im Skoda Superb angeboten. Inzwischen wurden bereits über 500.000 Motoren verkauft.
Für die scharfen Euro-4-Grenzwerte musste der V6-TDI-Motor konstruktiv überarbeitet und gleichzeitig das Verbrennungsverfahren auf niedrigste Emissionen hin entwickelt werden. Entwicklungsziel bei Audi ist es, alle Abgaskomponenten wie Partikel, NO, HC und CO zu reduzieren. Die Euro-4-Grenzwerte für Fahrzeuge der Oberklasse, das heißt die Schwungmassenklasse von 4250 lbs (bis 1880 kg) zu erfüllen, war eine ganz besondere Herausforderung an die Ingenieure. Trotz Euro-4-Applikation konnte der Kraftstoffverbrauch im Vergleich zum bisherigen Euro-3-Motor auf gleichem bis besserem Niveau gehalten werden. Die Motorakustik wurde weiter verfeinert, und dies ohne Reduzierung der hohen spezifischen Leistungs- und Drehmomentwerte.
2 Entwicklungsschwerpunkte
Die Vorgaben an die Entwicklung des Euro-4-Motors mussten sehr hoch angesetzt werden. So war am Anfang nicht klar, ob die Zielvorgaben insbesondere hinsichtlich der Emissionen unter Serienbedingungen umsetzbar sind. Nur durch eine konsequente Entwicklungsarbeit, höchstes technisches Know-how und neue Wege konnten die extremen Entwicklungsziele erreicht werden. Die konstruktiven Entwicklungsschwerpunkte waren die Umstellung des Ventiltriebs von Gleit- auf Rollenschlepphebel und der Ersatz der konventionellen Gussnockenwelle durch eine neuartig gebaute Nockenwelle. Zur Reduzierung der mechanischen Verzahnungsgeräusche erfolgt der Antrieb der beiden auslassseitigen Nockenwellen jetzt mit geradeverzahnten Zahnrädern und Zahnspielausgleich.
Um die hohen thermodynamischen Forderungen erfüllen zu können, wurde das Verbrennungsverfahren weiter optimiert. Dazu musste die Verteilereinspritzpumpe weiter verbessert sowie eine gekühlte Abgasrückführung eingeführt werden. Zur Erhöhung der AGR-Rate (Abgasrückführrate) wurde zusätzlich in der Ladeluftführung vor der Einleitstelle eine elektrisch geregelte Drosselklappe angeordnet. Mit dieser Überarbeitung des Grundmotors wurden die Grundvoraussetzungen für das Erfüllen der Euro-4-Abgasgrenzwerte geschaffen. Die technischen Daten des V6-TDI-Euro-4-Motors mit 120/132 kW zeigt die Tabelle. Im Folgenden werden die Maßnahmen detailliert beschrieben.
3 Konstruktive Änderung
Ausgangsbasis war das bewährte Triebwerk des Audi V6 TDI mit 132 kW. Ohne Änderungen konnten das Kurbelgehäuse mit Kurbelwelle und Pleuel, Ölwanne, Ölpumpe, Nebenaggregate- und Steuertrieb sowie das Ölfiltermodul und die Abgasführung vom Zylinderkopf bis zum Abgasturbolader übernommen werden. Überarbeitet oder neu sind:
Ventiltrieb
Zylinderkopf
Kolbenmulde
Kühler für Abgasrückführung
Einspritzsystem
3.1 Ventiltrieb
Am Ventiltrieb werden drei entscheidende Änderungen durchgeführt:
- Rollen- statt Gleitschlepphebel zur Reibungsminderung
- Gebaute Nockenwelle nach dem Innenhochdruckumformverfahren zur Gewichtsreduzierung
- Nockenwellenantrieb mit Zahnspielausgleich zur Verbesserung des mechanischen Gerausche.
3.1.1 Rollenschlepphebel
zur Reduzierung des Reibmitteldrucks wurde von Feinguss-Gleitschlepphebel auf Rollenschlepphebel in Blechausführung umgestellt. Der Vorteil des Rollenschlepphebels zeigt sich in einem deutlich günstigeren Reibmitteldruck im Ventiltrieb über den ganzen Drehzahlbereich. Der Reibungsvorteil ist im unteren Drehzahlbereich erwartungsgemäß höher, da hier die Rollreibung deutlich günstiger ist im Vergleich zum hydrodynamischen Schmierfilm bei der Gleitschlepphebelvariante. Die Vorteile der Reibungsreduzierung lassen sich in Emissionsvorteile umsetzen. Für eine optimale Funktion mussten weitere Ventiltriebsteile mit angepasst werden. Es wurde der Blechhebel so ausgeführt, dass die zur Zentrierung bisher notwendige Zwischenscheibe auf dem Ventilschaft entfallen konnte. Die angenietete Kalotte zur Auflage auf dem Hydraulikelement wind zusätzlich mit einem Schweigpunkt befestigt, wodurch es möglich wird, über eine im Blech eingeprägte Vertiefung die Ölführung zur Rolle zu realisieren. Die Abwalzkinematik erforderte neue Hebeldrehpunkte und damit eine neue Lage des Hydraulikelemente. Modifizierte Hydraulikelemente konnten im Zylinderkopf zusätzlich so positioniert werden, dass die Verwendung von nur einem Hebel für alle Ventile ermöglicht wurde. Zusätzlich musste die Ölgalerie im Zylinderkopf angepasst werden.
3.1.2 Gebaute Nockenwellen mit Innenhochdruckumformung (IHU)
Die bisher verwendete GG-Nockenwelle war mit ihren gehärteten Nocken als Laufpartner für den Rollenhebel aufgrund des Flachenpressung nicht mehr verwendbar. Bei der Entwicklung einer neuen Nockenwelle wollte man gleichzeitig das Gewicht reduzieren und hat deshalb die angebotenen Fertigungs- und Montagetechniken gebauter Nockenwellen analysiert. Da das Zylinderkopfkonzept und die Fertigungseinrichtungen vorgegeben waren, musste ein Verfahren gefunden werden, bei dem so genannte "Schraubenfreigänge" zum Anziehen der Zylinderkopfschrauben am komplett montierten Zylinderkopf mit Nockenwellen umsetzbar waren. Den innovativsten Ansatz mit der größten Gewichtseinseinsparung bot die gebaute IHU-Nockenwelle der Firma Salzgitter Antriebstechnik (SZAT), die im Rahmen dieses Projektes zur Serienreife entwickelt wurde.
Fertigungsverfahren
Die gebaute IHU-Nockenwelle besteht aus Präzisionsstahlrohr (St 37-2) mit 2,5 und 3 mm Wanddicke, zwischenstufenvergüteten Nockenringen aus 1000r6 sowie Stahlstopfen oder angeschweißten Endteilen. Die Nockenringe mit konstanter Wanddicke am gesamten Umfang werden in eine Vorrichtung eingelegt, welche die axiale Ausrichtung und die Winkellage sichert. Durch die so positionierten Nocken wird das Rohr geschoben. Anschließend legt ein Vakuumgreifer die vorpositionierten Teile in die hydraulische Presse mit IHU-Werkzeug, dessen Gravur die Negativkontur der gefügten Rohwelle abbildet. Nach der Füllung des Rohres mit einem flüssigen Medium dichten Axialstempel das Rohr beidseitig ab. Durch den Aufbau eines Innendruckes von bis zu 300 Mpa weitet sich das gesamte Rohr plastisch bis zur Anlage am Werkzeug. Dabei wird eine kraft- und formschlüssige Verbindung zwischen Rohr und Nocken hergestellt. Gleichzeitig zur Wirkung des Innendruckes formen Stempel, die durch einen im Pressentisch platzierten Hydraulikzylinder bewegt werden, die Schrauberfreigange. Die Innenhochdruckumformung ermöglicht bei entsprechender Werkzeuggenauigkeit eine hohe Bauteilpräzision. Durch geringe nominale Aufmage von 0,2 mm im Lagerbereich sowie von 0,3 mm auf der Nockenlauffläche konnte der Aufwand für die abschließende Schleifbearbeitung deutlich verringert werden. Bei den einlassseitigen Nockenwellen ist das Anschweißen eines Endstückes erforderlich, um die Kraft- und Momenteneinleitung über Zahnriemenräder zu ermöglichen. Die so hergestellten Nockenwellen erfüllen die Belastungsanforderungen hinsichtlich Dauerfestigkeit und zulässiger Flachenpressung und bringen eine Gewichtserleichterung von 3,5 kg pro Motor.
3.1.3 Zahnspielausgleich für Nockenwellenräder
Der Antrieb der Nockenwellen erfolgt über einen Zahnriementrieb auf die einlassseitigen Nockenwellen und von dort jeweils mit einem Zahnradsatz auf die auslassseitigen Wellen. Dies wurde bisher mit schrägverzahnten Raderpaaren gemacht. Das Verbrennungsgeräusch ist durch die Voreinspritzung inzwischen so niedrig, dass die mechanischen Verzahnungsgeräusche starker hörbar werden. Um diese zu reduzieren, wurde ein Zahnspielausgleich umgesetzt. Mit einem Stirnradsatz, bei dem das getriebene Rad zweiteilig ist, wurde ein einfaches aber wirkungsvolle Konzept eines verspannten und damit spielfreien und akustisch ruhigen Zahnradverbandes entwickelt.
Das breitere Zahnrad ist zur Kraftübertragung auf der Nockenwelle aufgeschrumpft und hat drei erhöhte Rampen. Das lose aufgeschobene schmale Rad hat dazu passende Vertiefungen, die in die Rampen eingreifen und damit entsprechend der axialen Lage eine definierte Zuordnung der Zahne erzeugen. Ober eine Tellerfeder und eine Zwischenscheibe, die mit einen Sicherungsring befestigt sind, wird eine definierte Axialkraft erzeugt, welche die Zahnflanke des schmalen Rades auf der der Drehrichtung abgewandten Seite des treibenden Rades zur Anlage bringt und damit den Spielausgleich bewirkt.
3.2 Zylinderkopf
Die Kombination dieser Maßnahmen ergibt einen wesentlich leiseren Motorlauf Besonders im Leerlauf konnte das Augengerausch deutlich weicher gestaltet werden. Für den Rollentrieb musste der Ölraumbereich wegen der schräg stehenden Hydraulikelemente leicht geändert werden. Um die hohe spezifische Leistung auch mit dem Euro-4-Motor umsetzen zu können, musste der Zylinderdruck von 155 auf 165 bar angehoben werden.
Dies führte zu höheren Verbrennungstemperaturen. Als Folge musste der Zylinderkopf im Bereich der Brennraumplatte optimiert werden. Eine Möglichkeit war der Umstieg vom Basismaterial (AlSiIOMgCu) auf höher warmfestes Material (AlSi7MgCu). Aus Kostengründen wurde jedoch eine optimierte Kühlung im Ventilbereich umgesetzt. Mit einem sternförmig ausgeführten Wasserraum konnte die notwendige Kühlung der Brennraumplatte dargestellt werden. Die Kopftemperaturen konnten dadurch an den kritischen Stellen im Ventilstegbereich um über 30° C abgesenkt werden.
3.3 Kolbenmulde
Um die niedrigen Emissionswerte zu erreichen und gleichzeitig die mechanische Belastung des Kolbens im zulässigen Bereich zu halten, musste die Mulde für den Euro-4-Motor modifiziert werden. Maßnahmen waren eine Verdichtungsreduzierung sowie eine Optimierung des Muldenhalses aus thermodynamischer und Festigkeitssicht. Das Ringpaket und der Kühlkanal konnten unverändert übernommen werden.
3.4 Gek0hlte Abgasrückführung
Um die Abgasgrenzwerte Euro 4 umsetzen zu können, wurde eine sehr effektive wassergekühlte Abgasrückführkühlung erforderlich. In dem engen Innen-V des V6-TDI-Motors war es schwierig, noch zusätzlich einen ausreichend großen AGR-Kühler unterzubringen. Trotz engster Bauraumverhältnisse ist eine effektive AGR-Kühlung gelungen. Mit der vom V8-TDI schon bekannten Winglet-Technik der Firma Behr wurde ein Sechsrohrpaket mit einer Kühlerlänge von 150 mm umgesetzt.
Trotz des beengten Bauraums musste wegen der Druckverluste im AGR-Wärmetauscher auf gute Stromverhältnisse geachtet werden. Ziel war es, die notwendige AGR-Menge möglichst ohne Unterstützung durch die Drosselklappe einleiten zu können. Die Kühlergroße ist so gewählt, dass die zur NO,-Reduzierung notwendige Abkühlung des Abgases erfolgt, jedoch die Kondensattemperatur nicht unterschritten wird, um eine Versottung und Verlackung zu vermeiden. Wasserseitig wurde der Wärmetauscher im Heizungsvorlauf angeordnet und im Gegenstrom durchströmt. Mit dem anliegenden Druckgefälle und einer zusätzlichen Entlüftung zum Ausgleichsbehälter ist eine ausreichende Versorgung mit Wasser sichergestellt. Die Konstruktion des AGR-Kühlers ist gut gelungen, sodass die Abgastemperaturen um bis zu 120 °C abgesenkt werden konnten. Die thermodynamischen Auswirkungen werden im Teil 2 dieses Berichtes beschrieben.
3.5 Einspritzsystem
Um die für die Erfüllung der Euro-4-Abgasnorm notwendigen Randbedingungen zu schaffen, musste der Einspritzdruck von 1800 bar auf über 2000 bar erhöht werden. Dazu waren Änderungen an der Verteilereinspritzpumpe, den Einspritzdüsen und den Einspritzleitungen notwendig.
Die Drucksteigerung des Einspritzsystems konnte im Wesentlichen durch die Steigerung des hydraulischen Wirkungsgrades erzielt werden. Da die Antriebsdrehmomente der VP44 nahezu gleich blieben, wurde der Zahnriemenantrieb unverändert übernommen. Um die über 2000 bar Einspritzdruck umsetzen zu können, wurde besonderes Augenmerk auf die Werkstoffauswahl und die Verlegung der Einspritzleitungen gelegt. Die notwendige Biegewechselfestigkeit erforderte einen hochfesten Werkstoff und zusätzlich ein nahezu „fehlstellenfreies" Material an der Rohrinnenseite. Mit der Firma USUI wurde ein Partner gefunden, der diesen Werkstoff in der geforderten Qualität serientauglich darstellen kann. Um die Schwingbelastung der Leitungen zu reduzieren, waren zusätzliche Clips und Halter erforderlich.
4 Zusammenfassung - Motor mit dem weltweit ersten Euro-4-Motorder Oberklasse bestätigt Audi eindrucksvoll seine TDI-Kompetenz. Niedrigste Abgasemissionen, exzellente Fahrleistungen und niedriger Kraftstoffverbrauch sowie beste Akustik zeigen das hohe Potenzial des Audi V6-TDI-Motors das derzeit umweltfreundlichste Antriebsaggregat seiner Fahrzeugklasse.
5 Einleitung und Aufgabenstellung - Motor und Thermodynamik
Ausgehend vom bekannten 2,5-l-V6-TDI-Motor mit 132 kW und Euro 3 wurde der Motor so weiterentwickelt, dass er durch innermotorische Maßnahmen die scharfen Euro-4-Abgasgrenzwerte unterschreitet. Dabei ist es gelungen, alle Abgaskomponenten zu reduzieren, besonders stark NOx. und Partikel. Insbesondere das Einspritzsystem mit Radialkolben-Verteilerpumpe VP44 zeigte ein besonders gutes Potenzial zur Verbesserung der Emissionen bei gleichzeitig hoher spezifischer Leistung. Auch der Komfort des Motors konnte weiter deutlich verbessert werden.
6 Entwicklungsschwerpunkte
Bisher erfüllen Dieselfahrzeuge nur mit Vierzylindermotoren und bis zur Mittelklasse die strengen Euro-4-Abgasgrenzwerte. Audi setzte sich das Ziel, auch bei Fahrzeugen der Oberklasse (Schwungmassenklasse <4250lbs) diese Abgasstandards zu erfüllen. Durch das hohe Potenzial des 2,5-l-V6-TDI-Motors konnte dieses anspruchsvolle Ziel erreicht werden. Dieser Motor kommt im Audi A4, A6, VW Passat und Skoda Superb zum Einsatz, und zwar in Verbindung mit Handschaltgetriebe und Front- und Quattro-Antrieb, sowie mit Automatikgetriebe und Multitronic.
Der Kundennutzen hinsichtlich Fahrleistungen, Ansprechverhalten und Kraftstoffverbrauch wurde trotz Erfüllung der schärferen Abgasgrenzwerte weiter erhöht. So konnten die hohen Leistungswerte beibehalten und der gute Verbrauch je nach Variante leicht reduziert beziehungsweise gehalten werden. Mit dazu beigetragen hat der Einsatz des Zylinderkopfs mit Rollenschlepphebel aufgrund seiner Reibleistungsvorteile. Deutlich verbessert werden die mechanischen Geräusche sowie die Verbrennungsakustik. Zusätzlich wurde am Euro-4-Motor auch die EOBD (European On-Board Diagnosis) erstmalig appliziert, um die zuverlässige Funktion aller abgasrelevanten Bauteile zu überwachen.
7 Thermodynamische Optimierungsmaßnahmen
Um von Euro-3- auf Euro-4-Niveau zu kommen, mussten die Rohemissionswerte von NOx und Partikel ungefähr halbiert werden. Dies ist bei einem schon niedrigen Euro-3-Emissionsniveau eine sehr anspruchsvolle Aufgabe. Im Folgenden werden die wesentlichen Maßnahmen beschrieben.
7.1 Brennraum
Die Brennraumform und das Verdichtungsverhältnis wirken sich entscheidend auf die Emissionen aus. Für eine schadstoffarme Verbrennung müssen die Luftbewegung im Brennraum und die Einspritzung gezielt aufeinander abgestimmt werden. Die optimierte Einspritzung, auf deren Einzelheiten in Kapitel 3.2 näher eingegangen wird, erforderte eine Anpassung der Muldengeometrie.
Nur durch die gezielte Optimierung des Strahlauftreffpunktes, die Anpassung des Brennraums an die freie Strahllänge sowie die gleichzeitige Absenkung des Verdichtungsverhältnisses um 0,7 Einheiten auf 17,8 konnten die Emissionen gegenüber den Abgaswerten des Euro-3-Brennraums deutlich gesenkt werden. Die NOx und besonders die Partikel-Emissionen konnten durch die bessere Gemischaufbereitung und die damit verbundene effizientere Verbrennung deutlich gesenkt werden. Eine weitere Emissionsreduzierung wurde anschließend durch eine optimale Anpassung der Applikation (Spritzbeginn, Ladedruck, AGR-Raten, etc.) an den geänderten Brennraum erreicht. Gleichzeitig konnte durch die geänderte Muldenrandgeometrie die mechanische Festigkeit des Kolbens weiter verbessert werden.
7.2 Einspritzhydraulik
Wie eingangs erwähnt, hat das Einspritzsystem mit Radialkolben-Verteilereinspritzpumpe VP44 ein gutes Potenzial zur Darstellung niedrigster Emissionswerte. Hier sind vor allem die hohe Förderrate sowie die präzise Mengenzumessung zu nennen. Das Einspritzsystem erweist sich als sehr robust, sodass eine exzellente Langzeitstabilität zu konstatieren ist. Gegenüber der Euro-3-Variante wurde der Einspritzdruck an der Düse nochmals gesteigert, Bild 3.2a. Mit Einspritzdrücken bis zu 2000 bar nimmt die Hydraulik eine Spitzenposition ein. Durch die Anhebung der Förderrate konnte zur weiteren Verbesserung der Gemischbildung der Düsendurchfluss reduziert werden. Dies wirkt sich positiv auf die Partikelemissionen aus.
Im Detail werden am Einspritzsystem folgende Punkte optimiert:
- Dynamik des Magnetventils
- verbessertes Leckageverhalten der Verteilerwelle
- Absenkung der Öffnungsdrücke des Zweifederhalters
- Detailoptimierung der Einspritzdüse (KS-Verrundung, kleinerer Düsendurchfluss).
Sehr wichtig zur Erfüllung der niedrigen Euro-4-Grenzwerte ist die Mengenstabilität im Emissionsbereich. Um dies zu erreichen, werden Funktionsverbessungen im Bereich des Pumpensteuergerätes (PSG) entwickelt. Besonders zu erwähnen ist die Förderbeginnkorrektur. Sie ermöglicht es, noch während des Einspritzvorgangs die Ansteuerdauer um die Streuung der Magnetventilschließzeit zu korrigieren. Dadurch konnten die Hub/Hub-Streuungen deutlich verringert werden.
Neben der Gesamteinspritzmenge kommt auch der Voreinspritzmenge eine große Bedeutung zu, besonders hinsichtlich Partikelemissionen und Verbrennungsakustik. Der abgesenkte Düsendurchfluss und eine Anpassung der Düsenöffnungsdrücke erlaubten es, die Voreinspritzmenge zu reduzieren. Bild 3.2b zeigt den Vorteil der Euro-4- gegenüber der Euro-3-Variante in NOx/Partikel-Trade-off in einem ausgewählten Kennfeldpunkt. Einen ersten großen Schritt brachte das Euro-4-Maßnahmenpaket (Brennraum, Verdichtungsabsenkung, höhere Einspritzdrücke, AGR-Kühler (siehe Bild 3.3)). Der entscheidende Schritt hin zu Euro-4-Tauglichkeit wurde mit der Reduzierung der Voreinspritzmenge erreicht. Ein zusätzlicher Entwicklungsschwerpunkt war die Verringerung der Exemplarstreuung aller Komponenten des Einspritzsystems. Die Weiterentwicklung des VP44 Einspritzsystems konnte nur durch eine enge und engagierte Zusammenarbeit zwischen Bosch und Audi erfolgreich durchgeführt werden.
7.3 Frischluft- und AGR-System
Ein effektives Mittel zur NOx Absenkung bildet, wie bekannt, die äußere Abgasrückführung (AGR). Um eine weitere Verbrennungstemperaturabsenkung zu erreichen, wurde daher ein sehr effektiver wassergekühlter AGR-Wärmetauscher in die Rückführstrecke integriert. Durch das gekühlte und rückgeführte Abgas konnten die Emissionen im Vergleich zur ungekühlten AGR deutlich gesenkt wer- den. Gleichzeitig wurde durch den Einsatz des AGR-Kühlers die AGR-Verträglichkeit des Brennverfahrens weiter gesteigert. Der NOx/Partikel-Trade-off im Rollentest mit AGR-Kühler konnte gegenüber dem ohne Kühler zu einem insgesamt deutlich niedrigeren Emissionsniveau hin verschoben werden.
Neben dem AGR-Kühler kommt bei dem Euro-4-Motor eine lagegeregelte Drosselklappe zum Einsatz. Sie ermöglicht niedrigere Zylinderfüllungen in Niedriglastpunkten unter Beibehaltung hoher AGR-Raten. Basierend auf der bisherigen Euro-3-Ladedruckauslegung wurde der Ladedruck zunächst abgesenkt, was eine deutliche Verringerung der Partikel- und einen leichten Anstieg der NOx Emissionen zur Folge hatte. Durch ein Anstellen der Drosselklappe konnten die Nachteile bei den NOx Emissionen überkompensiert und die Partikel-Emissionen weiter verbessert werden. Die AGR-Rate wurde nahezu konstant gehalten. Ein weiterer Vorteil ist die Verbesserung der AGR-Regelstabilität, die zur sicheren Einhaltung der Abgas- und EOBD-Grenzwerte beiträgt.
7.4 Abgasnachbehandlung
Neben der innermotorischen Absenkung der Emissionen wurde durch eine verbesserte Beschichtung des Oxidationskatalysators die Anspringtemperatur weiter abgesenkt und die Langzeitstabilität gesteigert.
8 European On-Board-Diagnostics (EOBD)
Fehlfunktionen im Motormanagement und defekte Bauteile können zu einer beträchtlichen Erhöhung des Schadstoffausstoßes im Pkw-Betrieb führen. Die Abgasvorschrift Euro 4 schreibt neben den Homologationswerten auch eine permanente Prüfung der abgasrelevanten Komponenten durch das Motorsteuergerät vor. Fehlfunktionen werden dem Fahrer über eine Abgaswarnleuchte angezeigt, und er wird dadurch zum Werkstattbesuch aufgefordert. Durch eine rechnergestützte Diagnose ist eine rasche und zielgerichtete Reparatur gewährleistet. Für EOBD gelten folgende Emissionsgrenzwerte:
Beispielhaft wird im Folgenden die Überwachung des Luftmassenmessers (HFM) erläutert. Voraussetzung für eine saubere dieselmotorische Verbrennung ist - neben vielen anderen Kriterien - die exakte Dosierung der Abgasrückführung. Die dafür notwendige Frischluftmasse wird durch den HFM gemessen und durch das AGR-Ventil eingeregelt. Parallel zur Messung durch den HFM wird die Luftmasse durch die im Motorsteuergerät bekannten Größen: Ladedruck, Ladelufttemperatur, Motordrehzahl und Schluckverhalten des Motors berechnet. Die berechnete Luftmasse wird mit der gemessenen verglichen. Bevor die ermittelten Abweichungen zu einer Überschreitung der EOBD-Abgasgrenzwerte führen, wird dies durch die Abgasleuchte angezeigt. Die zuverlässige Wirksamkeit dieser Überprüfung wurde an vielen Fahrzeugen unter realen Praxisbedingungen unter Beweis gestellt.
9 Motor- und Fahrzeugergebnisse
9.1 Volllast
Durch eine konsequente Entwicklungsarbeit in den beschriebenen Handlungsfeldern konnte mit der Euro-4-Auslegung das Volllastverhalten hinsichtlich Drehmomentverlauf, Leistung und Schwarzrauch auf dem guten Niveau des Euro-3-Motors gehalten werden. Dies entspricht einer spezifischen Leistung von 52,8 kW/1 und einem spezifischen Drehmoment von 148 Nm/1.
9.2 Kraftstoffverbrauch und Fahrleistungen
Trotz Optimierung auf Euro-4-Emissionsnniveau konnte der minimale spezifische Kraftstoffverbrauch im Kennfeld weiter bei 204 g/kWh gehalten werden Der Kraftstoffverbrauch im MVEG-Testzyklus konnte weiter verbessert werden. Das günstigere Ansprechverhalten aus tiefen Drehzahlen spiegelt sich in einer Verbesserung der Elastizität von 60 auf 120 km/h wider.
9.3 Abgasemissionen
Für die unterschiedlichen Fahrzeug- und Getriebevarianten zeigt Bild 5.3 die Emissionsergebnisse bezüglich NOx und Partikel des Euro-4-Motors im Vergleich zum bisher am Markt erhältlichen Euro-3-Motor. Es ist ersichtlich, dass beide Emissionen halbiert werden konnten. Es ist noch zu erwähnen, dass die dieseltypische Langzeitstabilität im Emissionsverhalten durch zahlreiche Dauerläufe auch für die Euro-4-Variante nachgewiesen wurde.
10 Zusammenfassung
Die Audi-TDI-Kompetenz zeigt sich sehr eindrucksvoll an den Emissionsergebnissen des V6-TDI-Motors im Vergleich zum Wettbewerb, Bild 6. Dieser Motor erfüllt die strengen Euro 4-Grenzwerte als bisher einziger auch für höhere Schwungmassenklassen. Diese niedrigen Abgasemissionswerte wurden nur durch innermotorische Maßnahmen erreicht. Der V6-TDI-Euro-4-Motor stellt somit eine gelungene Kombination von niedrigsten Emissionen, exzellenten Fahrleistungen und gutem Fahrkomfort bei geringem Kraftstoffverbrauch dar, wieder ein echter Beitrag zur Umwelt- und Ressourcenschonung.
5 Literaturhinweise
Bach, M., Bauder, R.; Mikulic, L.; Pölzl, H.W.; Stähle, H.: Der neue V6-TDI-Motor von mit Vierventiltechnik. Teil 1: Konstruktion-MTZ 58 (1997) 7/8
Bauder, R., Dorsch, W.; Mikulic, L.; Pölzl, H.W.; Reuss, T.: Der neue V6-TDI-Motor von Audi. Teil 2: Thermodynamik. In: MTZ 58 (1997) 10
Bauder, R.; Franzke, G., Hoffmann, H., Mikulic, L.; Pölzl, H.W.: Der neue V6-TDI-Motor von Audi. Teil 3: Motormechanik. In: MTZ 58 (1997) 12
Bauder, R.; Dorsch, W., Endres, H., Franke, G.; Jablonski, J., Reuss, T.; Stähle, H.: ATZ/MTZ-Sonderausgabe „10 Jahre TDI-Motor von Audi" September 1999
Eintrag Nr. 52
01.05.2003
Gruß Klaus
2003 keine Probleme mehr mit der Nockenwelle? Mein 2003 allroad hat gerade neue bekommen.
Zitat:
Original geschrieben von FrankBTF
2003 keine Probleme mehr mit der Nockenwelle? Mein 2003 allroad hat gerade neue bekommen.
Dann hat er noch den alten Motor, schau mal auf den Motorkennbuchstabe, der müsste dann AKE sein. Erst der BAU hatte den neuen Kopf mit den neuen Nockenwellen.
MfG
Hannes
Hab vor garnicht allzu langer Zeit mal ein Bericht gelesen, da wurde direkt hinter dem Turbo noch ein weiterer Turbo eingebaut. Hab ihn aber nicht mehr gefunden. War aber glaub ich beim LKW.
Und wer etwas mehr Leistung für sein AKE haben will könnt sich ja evtl auch die VP44 vom DodgeRam einbauen+ ordentlichen Düsen. 
hier mal die Düsen: http://www.mwfi.com/VP44_Accesories.htm