Początki:

1989 Pierwszy 2,5 TDI pięciocylindrowy
1997 Pierwszy 2,5 TDI V6 (4 zawory na cylinder)
1999 Pierwszy 3,3 TDI V8
2003 Pierwszy 4 V8 TDI (odległość pomiędzy cylindrami 88mm)
2003 Pierwszy 3 TDI V6 (odległość pomiędzy cylindrami 90mm)

Kierunki rozwoju:

• kompkatowa budowa
• wysoka moc
• spełnienie norm emisji Euro4

 

Dane Techniczne 3,0 l V6 TDI

• rodzaj V6 90
• pojemność 2967
• moc 171 kW przy 4000 obr/min
• moc z litra 57,6kW/l
• moment obrotowy 450 Nm przy 1400-3250 obr/min
• jednostkowe zużycie paliwa 235 g/kWh
• skok tłoka 91,4
• średnica cylindra 83mm
• średnica panewek głównych 65mm
• średnica panewek korbowodowych 60mm
• długość korbowodu 160,5 mm
  średnica zaworów:
  • ssących 28,7mm
  • wydechowych 26,8 mm
• system wtrysku Common Rail trzeciej generacji 1600 bar piezolektryczne wtryskiwacze
• turbosprężarka ATL ze zmienną geometrią turbiny ( sterowana elektrycznym silniczkiem )
• waga 220 kg
• długość 440mm
• napęd rozrządu, pompy oleju : łańcuchowy

Silnik 3.0 V6 został stworzony od podstaw, tylko niektóre elementy zostały przeniesione z 2,5 V6 TDI.
Silnik 3.0 V6 jest przewidziany do A6 i A8 z automatyczną skrzynią biegów Tiptronic o 6 przełożeniach.

 

Kompaktowy silnik, napęd łańcuchowy

Koncepcja napędu Quattro Audi oraz nowy design stylistyczny Audi wymaga silników kompaktowych. Napęd rozrządu znajduje się od strony skrzyni biegów i odbywa się poprzez 4 łańcuchy. Cztery łańcuchy na 2 wysokościach, jeden pod drugim pozwalają uzyskać stosunkowo małą długość jednostki - 444mm. Pozwala to na użycie 4 łańcuchów do napędu rozrządu, pompy olejowej oraz wałka wyrównującego.
Specjalnie mierzono siły występujące w napędzie łańcuchowym (najbardziej obciążony jest górny lewy łańcuch gdyż wysokociśnieniowa pompa CR jest napędzana poprzez wałek ssący w lewej głowicy) po obliczeniach symulacyjnych w celu wyprodukowania wzmocnionego łańcucha odpornego na te obciążenia.

 

Blok Silnika

• blok w kształcie V o kącie rozwarcia 90.
• odstęp pomiędzy cylindrami 90mm.
• ze względu na osiąganie maksymalnego ciśnienia w cylindrze 180 bar, materiał stosowany przy 2,5 TDI GJL250 nie mógł zostać użyty. Dzięki metodzie obliczeniowej FEM okazało się, że trzeba użyć GJS 600 (blok) oraz GJV450 (skrzynia korbowa). Zastosowanie materiałów o zwiększonej wytrzymałości pozwoliło na redukcję masy o 7kg.
• specyficzna obróbka gładzi cylindrów
• honowanie 3 różnymi diamentowymi osełkami jest kończone obróką fotonową (UV). Pulsacyjny laser obrabia, przetapia górną warstwę materiału (po honowaniu), co powoduje, że struktura jest jednolita, a cząstki grafitu są erodowane. Powierzchnia jest gładka (mniejsze straty mechaniczne), doskonale utrzymuje film olejowy i jest bardziej odporna na zużycie.

 

Układ Korobowotłokowy

W porównaniu z najmocniejszą wersją 2.5 TDI 180PS, w silniku 3.0 TDI układ korbowotłokowy musi przenosić obciążenia wyższe o około 20%, na cylinder przypada 30% mocy więcej, na 1itr pojemności ok. 8% mocy więcej.
Takie zwiększenie obciążeń wymagało zmian w konstrukcji, szerokość główki korbowodów zwiększono z 22 do 24mm, sam sworzeń z 26 do 30mm!
Tłoki z żaroodpornego stopu aluminum posiadają kanał chodzący wokół centralnie umieszczonej komory spalania zoptymalizowany pod katem obciążeń. Wysokość kompresji wynosi 46,3mm.
Do nowej jakości gładzi również dostosowano pierścienie w celu zapewnienia jak najmniejszego zużycia oleju w fazie docierania.
Wał kuty jest z materiału 42 CRMoS4 i jest podparty na 4 głównych wzmocnionych panewkach, średnice wykorbień zwiększono z 58 do 60mm, główne oraz korbowodowe są indukcyjnie hartowane.
Wałek wyrównawczy (siły 1 stopnia) umieszczony jest w V silnika i kręci się z prędkością wału lecz z przeciwnym zwrotem.

Głowice

Opracowano zupełnie nowe głowice biorąc pod uwagę:
• rozstaw cylindrów 90mm ( większa średnica zaworów)
• ciśnienia 180 barów
• poprzeczne chłodzenie (ciecz chłodząca wpływa do głowicy od strony zaworów wydechowych a wypływa od strony zaworów dolotowych)
• kanały dolotowe umożliwiające powstawanie na życzenie efektu swirl (według Tipppelmann swirl 0.4 do 1.4)
• centralnie umieszczone wtryskiwacze
• materiał ALSI10Mg(Cu) - takiego samego używano w 2.5 TDI

Dodatkowe badania oraz obliczenia z wykorzystaniem MES zaowocowały sztywniejszą konstrukcją głowic. Wałek dolotowy na lewym rzędzie cylindrów, napędzający również pompę wysokiego ciśnienia jest poddawany większym niż reszta momentom skręcającym i zbudowany został ze sferoidalnego żeliwa utwardzanego elektronowo.

 

Chłodzenie

Poprzeczne chłodzenie silnika 3.0 kontrastuje z 2.5 V6 gdzie przepływ chłodziwa był wzdłuzny. Termostat i pompa wody są zintegrowane z blokiem. Przy pomocy pomiarów temperatur oraz obliczeń przepływu, obieg chłodzący został opracowany tak, aby przepływ był identyczny dla każdego z cylindrów, co zmniejszyło maksymalne temperatury.

Układ wydechowy, turbosprężarka

Tak jak we wcześniejszych modelach, użyto powietrznej izolacji kolektora wydechowego i orurowania doprowadzającego spaliny do turbiny. Rura łącząca obudowę turbiny składa się z żeliwa typu CGI (GJV Si Mo), o wysokich właściwościach wytrzymałościowych i doskonale przewodzących ciepło.
Turbosprężarka typu VNT dostarczona została przez firmę Borg Warner Turbosystem BV50 (BWTS); posiada elektryczny aktuator. Jest on, w przeciwieństwie do silnika 2,5 V6 zamocowany nie do obudowy turbiny, lecz do bloku silnika.
Różnice pomiędzy sterowaniem wieńcem podciśnieniem (membrana) a elektrycznym silnikem:

• mała histereza mechanizmu aktuatora (bezpośrednia relacja pomiędzy kontrolą ruchu a ciśnieniem doładowania)
• precyzyjna kontrola położenia, lepsza inicjalna odpowiedŸ, niska emisja spalin, bardziej wydajna diagnoza EOBD
• na dolocie umieszczono czujnik temperatury spalin w celu monitorowania maksymalnych temperatur, dopuszczalne maksimum: 820 st. C.
• aby zapewnić sprawne budowanie momentu obrotowego, niezbędne jest optymalne chłodzenie sprężonego powietrza. Zapewniają je dwie boczne chłodnice powietrzne połączone równolegle (spadek ciś. 120 mbar, T = 25K powyżej temp. dolotu)

 

EGR (recyrkulacja spalin)

W celu spełnienia norm Euro 4 dla samochodów osobowych ( 01.01.2005 data homologacji modelu i 01.01.2006 inicjalnej rejestracji), system recyrkulacji spalin posiada regulację przepływu spalin przez chłodnicę EGR.
Chłodnica EGR jest chłodzona wodą.

Układ wtryskowy

System Common Rail trzeciej generacji z piezoelektrycznymi wtryskiwaczami (typu rapid switching), o maksymalnym ciśnieniu wtrysku 1600 barów został stworzony przez firmę Bosch.
Wysokociśnieniowa pompa paliwa typu CP3.2 (zaopatrzona w 3 nurniki) została umieszczona w V silnika. Napęd poprzez pasek zębaty od wałka rozrządu odbywa się z przełożeniem 5/6 prędkości silnika. Objętość paliwa może być regulowana poprzez zawór ciśnieniowy lub za pomocą restryktora dolotowego (MROP). Mikro-Sackloch wtryskiwacze z 7 otworkami, o wydajności 450ml przez 30s przy 100 bar, każdy o kącie ropyzlania 158 st..

Zintegrowany element piezo aktujący, znajdujący się blisko iglicy wtryskiwacza potrafi przełączać w czasie niższym niż 0,001 sekundy. Wpływa to znacząco na obniżenie ilości ruchomych komponentów i ich masy w porównaniu do typowego wtryskiwacza elektromagnetycznego, którego czasy przełączania są 2 razy dłuższe.
Przy wysokiej prędkości możliwe jest wprowadzenie odpowiednich interwałów oraz dobranie odp. sekwencji wtrysku do warunków pracy silnika. Małe dawki są rozpylane w niewielkich odstępach czasowych (około 50 microsekund, czyli 40% poprawa w stosunku do drugiej generacji systemów CR).
Nowe wtryskiwacze pozwalają na rozpylenie 5 dawek paliwa podczas każdego suwu pracy silnika. Minimalna dawka pilotująca została zmniejszona z 1,5 do 1,0 mm3/skok.
Najlepsze wyniki emisji NOx i PPM oraz jednostkowego zużycia paliwa osiągamy bez dawek pilotujących, odbija się to jednak negatywnie na głośności. Przeprowadzono wiele pomiarów w celu znalezienia kompromisu pomiędzy normami emisji i głośnością, zwiększano dawki pilotujące, zmieniano odstęp pomiędzy dawką pilotującą i główną, badano różnice pomiędzy 2 dawkami i jedną pilotującą, zmieniano ciśnienie wtrysku ...

Sterowanie Bosch EDC 16 CP

Układ sterujący Boscha posiada wydajny 32 bitowy procesor taktowany zegarem 56MHz. Pojemność pamięci starcza do zapisania ponad 12000 wartości. Rozszerzone funkcje ECU pozwalają na precyzyjną współpracę z piezoelektrycznymi wtryskiwaczami.

Funkcje ECU nadzorujące precyzyjną pracę:
• IMA - "injector quantity calibration" (różnice pojemności pomiędzy wtryskami są zredukowane praktycznie do 0),
• NMK - "Zero-volume calbration" (koryguje dawkę pilotującą dla każdego cylindra osobno, poprzez obliczanie sygnału prędkości i zmianę czasu wtrysku na biegu jałowym),
• MAR - "Volumetric ecqualisation control" (indywidualna zmiana dawkowania każdego cylindra w celu poprawienia kontroli momentu obrotowego oraz drgań skrętnych wału korbowego),
• MMA - "Mean Volume Adaptation" (nadzoruje stosunek AFR i koryguje go interweniując w EGR w razie potrzeby),
• NVC - "Nominal Voltage calibration" (monitoruje zużycie prądu każdego piezo-elementu i koryguje w celu zapewnienia stałego skoku zaworu kontrolującego wtryskiwacz)

 

Kontrola emisji spalin

Już wersje bez DPF spełniały z zapasem wymagania euro4, czego przykładem jest np. Audi A8. Audi oferuje również filtr cząstek stałych, który redukuje o 90% (masowo) już i tak niską ich emisję.
Układ składa się z katalizatora utleniającego umieszczonego blisko silnika i drugiego katalizatora zintegrowanego z filtrem cząstek. Za 2 katalizatorem znajduje się czujnik temperatury, mierzona jest również różnica ciśnień przed i po DPF, wszystko w celu kontroli stanu filtra. Regeneracja aktywnego filtra odbywa się średnio co 2000 km i specyficznych warunkach 580-600 C.

Tuning elektroniczny

Zmiana oprogramowania (z rozsądnymi nastawami) przy silniku bez filtra cząstek stałych podnosi parametry samochodu z 225 PS i 450Nm do 270-275 PS i 550Nm, co pozwala na osiągnięcie 100 km/h w czasie poniżej 7 s i "zamknięcie" licznika ;). O elastyczności nie warto wspominać - 550 Nm na każdym biegu ciągnie do przodu jak mały czołg.

Dane w artykule pochodzą w dużej części z czasopisma MTZ.