Wprowadzenie – 25 lat TDI

W roku 2014 Audi świętuje szczególny jubileusz – dwudziestopięciolecie TDI. Jesienią 1989, na Międzynarodowej Wystawie Motoryzacyjnej IAA we Frankfurcie nad Menem, koncern z Ingolstadt zaprezentował Audi 100 z silnikiem 2.5 TDI.
Był to elektronicznie sterowany turbodiesel z bezpośrednim wtryskiem. Od tego czasu Audi nieprzerwanie zwiększało swoją przewagę na tym polu technologicznym, ustanawiając przy tym kolejne kamienie milowe.

„25 lat TDI to ćwierćwiecze postępu i efektywności, dynamiki i mocy“ – mówi prof. dr Ulrich Hackenberg, członek zarządu Audi AG ds. rozwoju technicznego. „Z dumą spoglądamy wstecz na tamte czasy, dlatego że silnik TDI to obecnie najbardziej wydajna, odnosząca największe sukcesy jednostka napędowa, a to właśnie Audi, jako pierwszy na świecie producent samochodów wprowadziło ją na rynek. Ten właśnie silnik przyczynił się w decydującym stopniu do wejścia naszej marki do segmentu premium.“

To, że silniki diesla właśnie od 1989 roku zaczęły odnosić tak spektakularne sukcesy, to w ogromnej mierze zasługa stosowanej w nich techniki TDI. Jej ewolucja przebiegała w kilku etapach, z zastosowaniem doładowania, wtrysku bezpośredniego i oczyszczania spalin jako katalizatorów tego sukcesu. W czasie tych 25 lat, moc i moment obrotowy tych samych jeśli chodzi o pojemność jednostek TDI wzrosła o ponad 100 procent, obniżając równocześnie emisję szkodliwych substancji o 98 procent.

Do dziś Audi wyprodukowało 7,5 mln samochodów z silnikiem TDI. Tylko w roku 2013, była to liczba blisko 600 tys. egzemplarzy. Rozwój techniczny jednostek sprawił, że w minionych latach Audi obniżało średnią emisję CO2 we flocie nowych pojazdów o trzy procent rocznie na terenie całej Unii Europejskiej. 58 spośród 156 modeli TDI oferowanych obecnie przez koncern z Ingolstadt, emituje od 85 do 120 gramów CO2 na kilometr. Audi A3 ultra, ze swoim silnikiem TDI o pojemności 1.6 litra, zadowala się przeciętnie 3,2 litrami paliwa na 100 km. Określenie „ultra“ oznacza równowagę energetyczną we wszystkich dziedzinach działalności koncernu. Obecnie Audi intensywnie rozbudowuje paletę swych wysoce wydajnych modeli ultra.

Wszystkie jednostki TDI oferowane dziś przez Audi są bardzo wydajne, czyste, charakteryzują się wysoka kulturą pracy, komfortem oraz wytrzymałością. Montowane są w samochodach wszystkich serii modelowych, z wyjątkiem Audi R8. Mają pojemność od 1.6 do 4.2 litra i moc od 66 kW (90 KM) w przypadku jednostki 1.6 TDI, do 283 kW (385 KM) w przypadku silnika 4.2 TDI. W statystykach sprzedaży niepodważalne, czołowe miejsce zajmuje motor 2.0 TDI. Jak dotąd, sprzedano trzy miliony egzemplarzy tej jednostki, z czego blisko 370 tysięcy tylko w ubiegłym roku.

Technika TDI Audi ma historię pełną spektakularnych sukcesów, a przed sobą wspaniałą przyszłość. Gruntownie zmodernizowany, emitujący niewielką ilość spalin silnik 3.0 TDI clean diesel, to kolejny kamień milowy w tej historii. W modelach kompaktowych już wkrótce będzie montowany nowy, trzycylindrowy 1.4 TDI clean diesel. W niedalekiej przyszłości dodatkowa, elektryczna sprężarka w jednostkach V6 TDI zapewni spontaniczne wytwarzanie mocy już od dolnego zakresu obrotów. Dzięki niej, jazda nowym Audi będzie jeszcze bardziej sportowa i przynosząca jeszcze więcej radości.

Elektryczna sprężarka to pierwszy krok na drodze do elektryfikacji silnika TDI. Już wkrótce na rynku pojawią się nowe rozwiązania związane z hybrydyzacją napędu. W przyszłości dostępne będą rozwiązania napędu tworzone na miarę, aż po TDI z hybrydową techniką typu plug - in. W kwestii paliw, koncern z Ingolstadt stawia na produkowane w zrównoważony środowiskowo sposób paliwo Audi e-diesel, umożliwiające jazdę neutralną pod względem emisji dwutlenku węgla.

Do roku 2020, Audi zamierza obniżyć emisję dwutlenku węgla w całej flocie swych modeli średnio o 95 gramów na kilometr. Konstruktorzy z Ingolstadt i z Neckarsulm w swej pracy kładą duży nacisk nie tylko na hybrydyzację, ale też na pracę w klasycznych obszarach techniki: redukcji tarcia, zarządzania temperaturą i metod spalania z uwzględnieniem takich aspektów jak wtrysk i doładowanie.  Audi stawia na rightsizing zamiast na downsizing – czyli na właściwą wielkość silnika, która ma odpowiadać wielkości pojazdu. Jednostki TDI z sześcioma i ośmioma cylindrami okazują się być w praktyce najbardziej efektywne głównie dlatego, że pracują efektywnie już przy niskiej liczbie obrotów.

Sporty motorowe to część DNA Audi. Tor wyścigowy jest najtrudniejszym laboratorium dla nowych rozwiązań, tworzonych z myślą o ich przyszłym wprowadzaniu do produkcji seryjnej. W roku 2006, silnik TDI zadebiutował w 24-godzinnym wyścigu w Le Mans. Od tego czasu, na dziewięć startów, Audi zwyciężało tam osiem razy. Zasadniczo na torze wyścigowym obowiązują takie same wymogi jak w przypadku produkcji seryjnej – celem jest jak najbardziej efektywne wykorzystanie każdej kropli paliwa. Sukcesy w sporcie motorowym dowodzą ogromnego potencjału TDI Audi, który to potencjał objawił się ostatnio w postaci podwójnego zwycięstwa w najważniejszym na świecie wyścigu długodystansowym w Le Mans.

Powstanie TDI

Turbodoładowanie, wtrysk i oczyszczanie spalin to trzy najbardziej znaczące czynniki rozwoju silników TDI. Inżynierowie nieprzerwanie pracują nad dalszym obniżaniem zużycia paliwa, zwiększaniem mocy i momentu obrotowego oraz nad poprawą kultury pracy silnika.

Kolejne wytyczne, które bierze się pod uwagę przy pracach konstrukcyjnych, to przepisy prawne i gospodarcze, np. normy emisji spalin lub wymagania dotyczące jakości i składu oleju napędowego. W Europie na pierwszy plan wysunęły się w ostatnich latach mieszanki z dodatkiem biodiesla i mające obowiązywać w przyszłości cykle testowe emisji szkodliwych substancji w rzeczywistych warunkach jazdy (RDE, tzn. Real Driving Emissions). W nowym silniku 3.0 TDI już teraz zastosowano chłodzony dwustopniowo układ recyrkulacji spalin po to, by spełniać amerykańską normę ULEV II, obowiązującą w niektórych stanach USA. Gdy Chiny – kraj, w którym jakość paliwa pozostawia jeszcze wiele do życzenia – staną się rynkiem diesla, to z kolei ważne staną się takie czynniki jak wysokość i rozrzedzone powietrze.

Turbodoładowanie

Liczby, za pomocą których można opisać turbosprężarkę Audi są imponujące. Sprężarka w nowym 3.0 TDI wytwarza do 2,0 barów względnego ciśnienia ładowania. Teoretycznie, przy pełnym obciążeniu, może sprężyć 1200 metrów sześciennych (1,2 tony) powietrza na godzinę. Jej moc napędowa wynosi powyżej 35 kW, a liczba obrotów – ponad 200 tys. na minutę.

Nieustannie doskonaląc rozwiązania techniczne związane z turbodoładowaniem, inżynierowie Audi kładą duży nacisk na sprawność, wytwarzanie momentu obrotowego, zachowanie w fazach przejściowych, akustykę i lekką konstrukcję. Postęp techniczny odmierzają niezliczone, pojedyncze etapy prac skupiających się nieraz zaledwie nad tysięcznymi częściami milimetra. Przykładem tego są koła turbiny, które dopiero wejdą do seryjnej produkcji. Wyfrezowano je w całości z jednego bloku metalu i dlatego są jeszcze bardziej precyzyjnie niż stosowane teraz koła odlewane.

Sprężarka nowego 3.0 TDI wykorzystuje elektryczny siłownik VTG, przestawiający łopatki wirnika turbiny w czasie krótszym niż 200 milisekund. Siłownik umieszczono w nowo zaprojektowanym specjalnym korpusie, którego połówki połączono ze sobą nitami. Wąskie nity mniej zakłócają przepływ powietrza niż odlewane łączenia poprzedniej wersji. Temperatura spalin, która może wynosić nawet 830 stopni Celsjusza, stawia wysokie wymagania wobec części ruchomych. Jej wzrost powoduje konieczność zastosowania nowych materiałów.

Wtrysk

W większości silników Audi z wtryskiem Common Rail wytwarza się ciśnienie rzędu 2000 barów. Cel dla kolejnych konstrukcji to ciśnienie 2500 barów, a i w tym przypadku inżynierowie wybiegają myślą wprzód. Wzorem dla dalszych prac jest silnik TDI samochodu wyścigowego Audi R18 e-tron quattro. Ta czterolitrowa jednostka V6, dzięki ciśnieniu wtrysku ponad 2800 barów, rozwija moc około 100 kW mocy z litra pojemności. Stalowe tłoki – kolejna opcja dla produkcji seryjnej – absorbują ciśnienie zapłonu o ponad 200 barów wyższe niż generowane w obecnie produkowanych, seryjnych wersjach TDI.

Wtryskiwacze piezoelektryczne, które Audi stosuje w silnikach V, mają otwory dysz o średnicy zaledwie 0,1 mm, co umożliwia równomierne rozpylanie paliwa także przy niskich obciążeniach. Im wyższe ciśnienie, tym bardziej precyzyjne tworzenie mieszanki, a korzyść z tego obok mocy i momentu obrotowego odnosi także kultura pracy silnika i jakość spalin.

System Common Rail w nowym 3.0 TDI może w ciągu jednego cyklu pracy dozować dziewięć pojedynczych dawek paliwa. Wtryskiwanie wstępne zwiększa kulturę pracy silnika, przede wszystkim przy niewielkiej prędkości. Późniejsze wtryskiwanie służy natomiast regeneracji filtra cząstek stałych oraz odsiarczaniu katalizatora magazynującego NOx (ma być stosowany w kolejnych wersjach konstrukcji). Układ wtryskujący Audi musi działać z precyzją mierzoną w miligramach przez dziesiątki tysięcy kilometrów – już najmniejsze odchylenia mogłyby pogorszyć wyniki pomiaru spalin.

Kontrola emisji spalin

W latach minionych konstruktorzy, biorąc pod uwagę kontrolę emisji spalin, musieli tak projektować systemy za ten proces odpowiedzialne, by ich reakcja była jak najszybsza. Dzięki wzrastającej wydajności silników TDI, temperatura spalin nieprzerwanie się obniża. Jeśli zmierzyć ją w testach zużycia paliwa NEDC (pomiar za katalizatorem utleniającym, to dopiero po 2,5 minutach osiąga 150 stopni Celsjusza. Poniżej tego progu nie zachodzi żadna reakcja transformacji.

W nowym 3.0 TDI oba katalizatory, powiększony katalizator utleniający i filtr cząstek stałych z powłoką SCR, przesunięto maksymalnie blisko silnika. Do krótkiej, zakrzywionej rury między nimi, chłodzona cieczą pompa SCR wtryskuje wodny roztwór AdBlue. W wersji nowego silnika V6 diesel o mocy 160 kW (218 KM), w nowym V6 biturbo oraz w 4.2 TDI, katalizatory utleniające są dodatkowo elektrycznie ogrzewane.

Rok 2015 to zapowiadany kolejny krok Audi na drodze udoskonalania 3.0 TDI. Zamiast katalizatora utleniającego zastosowany w nim zostanie nowy katalizator magazynujący NOx. Ten tzw. katalizator NOC (NOx-Oxidation Catalyst) magazynuje tlenki azotu aż do całkowitego wypełnienia, a jego czyszczenie odbywa się poprzez wzbogacanie mieszanki w silniku. By zużycie paliwa było możliwie małe, katalizator NOC jest aktywny tylko przy niskiej temperaturze spalin – po starcie i przy niskich obciążeniach. W każdej innej sytuacji, za konwersję NOx odpowiada filtr cząstek stałych z powłoką SCR. Dzięki ogromnemu potencjałowi tego rozwiązania technicznego, Audi jest doskonale przygotowane do spełnienia wymogów dotyczących czystość spalin, jakie będą obowiązywać w przyszłości.

Nowy 1.4 TDI

Nowy silnik 1.4 TDI, to obok czterocylindrowego motoru dwulitrowego, druga jednostka napędowa, w której zastosowano koncepcję Modułowej Budowy Silnika Diesla (MDB) koncernu Volkswagen. Ten trzycylindrowy silnik, który wkrótce pojawi się w produkcji seryjnej, będzie miał poprzeczną pozycję montażową. Jego pojemność skokowa to 1422 cm3. Skok tłoka, 95,5 mm, jest taki sam jak w 2.0 TDI, choć przekrój cylindra zmniejszono z 81 do 79,5 mm. Rozstaw cylindrów wynosi 88 mm.

W odróżnieniu od poprzedniej jednostki, do roku 2005 montowanej w Audi A2, nowy 1.4 TDI ma lekką skrzynię korbową ze stopu aluminiowo-krzemowego – rzadkość wśród bezpośredniej konkurencji modelowej. Skrzynia korbowa powstaje w procesie odlewania grawitacyjnego do form trwałych, co zapewnia szczególnie dużą wytrzymałość, gęstość i jednolitość materiału. Specjalne przetłoczenia i detale urządzeń peryferyjnych silnika minimalizują emisję hałasu.

Skrzynia korbowa waży jedynie 17 kg. O 12 kg mniej niż stosowany wcześniej blok z odlewu żeliwnego. Łączny ciężar silnika to 132 kg. Żeliwne tuleje tłoków o cienkich ściankach są łączone termicznie. Zredukowano też ciężar samych tłoków i korbowodów. Pracę tłoków, kontur pierścieni i napięcie wstępne na pierścieniach zorientowano na minimalne tarcie.

Wałek wyrównoważający rotuje w kierunku przeciwnym do rotacji wału korbowego. Jego napęd zintegrowano z tzw. duopompą, czyli zespołem pompy olejowej i pompy próżniowej umieszczonym w jednej obudowie. Pompa olejowa ma trzy poziomy sprężania, uruchamiane zależnie od potrzeb. Kolejny element zwiększający efektywność to oddzielenie obiegu cieczy chłodzącej bloku cylindrów i głowicy silnika. Obieg bloku można wyłączyć w fazie rozgrzewania silnika – wtedy aktywny jest tylko obieg głowicy, który zaopatruje także wymiennik ciepła ogrzewania wnętrza pojazdu. Takie zarządzanie temperaturą sprawia, że silnik 1.4 TDI po zimnym starcie szybko uzyskuje właściwą temperaturę pracy.

W napędzie wałka rozrządu zastosowano złożone łożyska igiełkowe. Wałki umieszczone są w osobnej ramie. Całość łączy się ze sobą w procesie produkcji silnika. Nowy moduł sterowania zaworami łączy w sobie dużą wytrzymałość i mały ciężar.

System wtrysku Common Rail wytwarza 2000 barów ciśnienia systemowego. Zawory magnetyczne otwierają i zamykają iglice dysz siedmiootworowych wtryskiwaczy. Wysokie ciśnienie umożliwia jeszcze dokładniejsze rozpylanie oleju napędowego w komorach, a tym samym jeszcze bardziej efektywne spalanie, powodujące mniejszą emisję spalin.

Turbosprężarka w nowym silniku 1.4 TDI ma pneumatycznie przestawiane łopatki koła turbiny. Chłodnicę powietrza doładowującego (intercooler), korzystającą z własnego obiegu chłodzenia cieczą, zamontowano przy głowicy silnika. Niskociśnieniowy układ recyrkulacji spalin (AGR), także chłodzony cieczą, uchodzi bezpośrednio przed sprężarką. Redukuje emisję tlenku azotu przy rozgrzanym silniku oraz przy średnich i wysokich obciążeniach, podczas gdy niechłodzony wysokociśnieniowy system recyrkulacji spalin AGR jest odpowiedzialny przede wszystkim za fazę po zimnym starcie. Nowy silnik spełnia wymogi normy Euro 6. Cały układ oczyszczania spalin, dzięki swej kompaktowej budowie, zorientowany jest na minimalne straty wynikające z przepływu.

Jednostka napędowa 1.4 TDI generuje moc 66 kW (90 KM) i maksymalny moment obrotowy 230 Nm, dostępny w zakresie od 1500 do 2500 obr./min.

Nowy 2.0 TDI z wzdłużną pozycją montażową

W palecie modeli Audi, silnik 2.0 TDI ma status najbardziej wszechstronnej jednostki. Począwszy od Audi A1, aż do Audi A6 - ten dwulitrowy, czterocylindrowy motor napędza najróżniejsze modele. W SUV-ie klasy średniej Audi Q5, silnik 2.0 TDI przystosowano do pozycji montażowej wzdłuż. Spaliny wydobywające się z jego najnowszej wersji spełniają wymagania normy UE 6.

Dostępne są dwa jego warianty: o mocy 110 kW (150 KM) i o mocy 140 kW (190 KM). Maksymalny moment obrotowy wynosi odpowiednio 320 i 400 Nm. Audi Q5 z silnikiem o mocy 110 kW przyspiesza od 0 do 100 km/h w czasie 10,9 sekund, i osiąga prędkość maksymalną 192 km/h. Na 100 km zużywa średnio zaledwie 4,9 litra oleju napędowego (129 g CO2 na km). W przypadku jego mocniejszej wersji sprint do setki to 8,4 sekund, prędkość maksymalna: 210 km/h, a spalanie 5,7 litra oleju napędowego na 100 km (149 g CO2 na km).

Nowo skonstruowany silnik 2.0 TDI o pojemności 1968 cm3 (przekrój cylindra x skok tłoków: 81,0 x 95,5 mm) jest konsekwentnie zaprojektowany z uwzględnieniem jak najmniejszej straty wydajności. Pasek rozrządu, ale też inne podzespoły, pracuje lekko i cicho. Oba wałki wyrównoważające – przeniesione z miski olejowej do skrzyni korbowej – są zamontowane w łożyskach tocznych i smarowane mgłą olejową. Wałki rozrządu osadzono na łożyskach igiełkowych.

Wałki są wciśnięte w odrębną ramę łożyskową, a nowy moduł sterowania zaworami zapewnia ich dużą sztywność i mały ciężar. Zawór gwiazdowy w głowicy silnika obraca się o 90 stopni. Oba wałki rozrządu sterują jednym zaworem ssącym i jednym wydechowym. Położenie krzywek wlotu na wałku rozrządu można przestawić hydraulicznie aż o 50 stopni. Zmienne fazy usprawniają napełnianie komór spalania, wirowanie mieszanki oraz efektywność i czas kompresji.

System wtrysku Common Rail wytwarza 2000 barów ciśnienia systemowego. Elektromagnetyczne wtryskiwacze rozpylają paliwo przez ośmiootworowe dysze. Mini szyna magazynuje dodatkową porcję paliwa. Minimalizuje to uderzenia fali ciśnieniowej na iglicę dyszy i zapewnia dostarczenie ściśle określonej wielkości ładunku. Czujnik w jednej ze świec żarowych analizuje ciśnienie podczas spalania, a wyniki pomiarów wpływają na zarządzanie pracą silnika.

Zmniejszony nacisk na pierścienie tłoków umożliwia ich lekką pracę, a technika honowania (gładzenia) stosowana podczas produkcji silnika gwarantuje wysoką precyzję obróbki wnętrza cylindra. Dwustopniowa, regulowana pompa olejowa oszczędnie gospodaruje energią potrzebną do jej pracy. System zarządzania temperaturą jest bardzo elastyczny – obieg chłodzenia cieczą bloku jednostki można dezaktywować podczas fazy rozgrzewania za pomocą wyłączanej pompy, co pozwala na szybkie ogrzanie oleju silnikowego. Mikroobieg chłodzenia głowicy silnika jest napędzany elektryczną pompą i odpowiedzialny również za ogrzewanie wnętrza pojazdu oraz za pracę niskociśnieniowego systemu recyrkulacji spalin.

Dzięki układowi oczyszczania spalin, na który składa się katalizator utleniający i filtr cząstek stałych z SCR (SCR: selective catalytic reduction), które umieszczono w bezpośredniej bliskości silnika, nowy 2.0 TDI w Audi Q5 spełnia wymogi normy Euro 6. Niechłodzony, wysokociśnieniowy system recyrkulacji spalin (AGR), uaktywniający się po zimnym starcie i przy bardzo niskich obciążeniach, przebiega w poprzek głowicy silnika. Kompaktowy, niskociśnieniowy system AGR umieszczono nieco dalej od silnika i jest chłodzony. Dostosowuje się do szerokiej palety obciążeń, a zaprojektowano go tak, by straty spowodowane przepływem były jak najniższe.

Zmienna geometria turbin (VTG) turbosprężarki jest uruchamiana pneumatycznie. Chłodzona cieczą chłodnica powietrza doładowującego (intercooler) jest zintegrowana z kolektorem dolotowym. Taka konstrukcja sprawia, że gazy mają krótką drogę do pokonania. Znacznie podnosi też jakość ich kontroli i gwarantuje wysoką sprawność.

Nowy 3.0 TDI

3.0 TDI to najnowsze rozwiązanie techniczne spod znaku czterech pierścieni. Ten bestseller Audi, stosowany w dużych modelach, jest teraz jeszcze czystszy i spełnia wymogi europejskiego standardu emisji spalin Euro 6. Jego osiągi także się polepszyły – ma moc 200 kW (272 KM), a maksymalny moment obrotowy 580 Nm, dostępny jest w zakresie od 1250 do 3250 obr./min.

Odmłodzone Audi A7 Sportback, w którym po raz pierwszy zastosowano nowy silnik V6 diesel, wyposażone w napęd quattro przyspiesza od 0 do 100 km/h w 5,7 sekundy, a jego prędkość maksymalna, ograniczona elektronicznie, wynosi 250 km/h. Zużywa średnio 5,2 litra oleju napędowego na 100 km, a emisja dwutlenku węgla wynosi w jego przypadku 136 g na km. Oznacza to, że nowy 3.0 TDI o 13 procent poprawił swoje osiągi w porównaniu do poprzedniego modelu.

W wersji ultra, nowa jednostka V6 diesel pracuje jeszcze bardziej efektywnie. Dzięki mocy 160 kW (218 KM) i momentowi obrotowemu 400 Nm, ze startu zatrzymanego do 100 km/h przyspiesza w 7,3 sekundy, a jego prędkość maksymalna wynosi 239 km/h. Przy tym na 100 km zużywa średnio zaledwie 4,7 litra oleju napędowego (122 g CO2 na km).

Od swoich obu poprzednich generacji, nowy 3.0 TDI, pracujący z ciśnieniem zapłonu maksymalnie do 180 barów, przejął ważne wymiary – średnicę cylindra: 83 mm i skok tłoków: 91,4 mm. Daje to pojemność skokową 2967 cm3. Rzędy cylindrów ułożono pod kątem 90 stopni, a w skrzyni korbowej głowicy (ZKG) rotuje wałek wyrównoważający. Skrzynię korbową silnika (ZKG) zbudowano z najtwardszego, a równocześnie lekkiego odlewu z wermikularnego żeliwa szarego. Dzięki intensywnemu ulepszaniu detali, ZKG straciła nieco na wadze. Cały silnik waży 192 kg.

Kuty, zoptymalizowany wagowo wał korbowy stosujący nową zasadę działania, zapewnia wysoka kulturę pracy silnika. Czopy korbowe leżących naprzeciwko siebie tłoków przesunięto o 30 stopni, dzięki czemu odstępy zapłonu są równomierne. Odlewane kanały doprowadzają olej natryskujący i chłodzący aluminiowe tłoki.
By zmniejszyć tarcie, sworznie tłokowe powleczono warstwą węgla diamentopodobnego. Pierwszy pierścień tłoka ma również najtrwalszą powłokę wysokiej klasy. Zespół pierścieni zaprojektowano całkowicie od nowa. Napięcie powierzchniowe zmniejszyło się o ponad 25 procent. Teraz pierścienie w cylindrach poruszają się o wiele łatwiej. Stopień sprężania wynosi 16,0:1.

W procesie produkcji silnika 3.0 TDI zastosowano złożoną technikę honowania. Płytka, która przed mechanicznym honowaniem wewnętrznych powierzchni cylindra jest nakręcana na skrzynię korbową, symuluje napięcie wytwarzane podczas pracy głowicy silnika, a którego skutkiem mogą być odchylenia od absolutnej okrągłości wnętrza cylindra mierzone w tysięcznych częściach milimetra.

Silnik V6 diesel ma zaawansowany system zarządzania temperaturą. Skrzynia korbowa ZKG i głowice cylindrów mają odrębne obiegi chłodzenia cieczą, połączone ze sobą zaworem. W fazie rozgrzewania silnika, ciecz chłodząca nie dociera do bloku. Dzięki temu olej silnikowy szybko się rozgrzewa. By zaoszczędzić energię, ciecz nie krąży także przy niskich obciążeniach. Chłodziwo w obiegu głowicy silnika ogrzewa również wnętrze pojazdu i zaopatruje chłodnicę układu recyrkulacji spalin. By zmniejszyć straty ciśnienia, pracę płaszcza wodnego głowicy silnika podzielono na zakres górny i dolny.

W systemie Common Rail ciśnienie sięga 2000 barów. Błyskawicznie załączające się wtryskiwacze piezoelektryczne, ze swymi ośmiootworowymi dyszami, podczas każdego cyklu pracy mogą wtrysnąć do ośmiu dawek paliwa. Centralna, wirująca klapa, zamontowana na wejściu pompy indukcyjnej, zapewnia minimalne straty ciśnienia. W dolnym zakresie obrotów, dzięki zamknięciu kanału dolotowego, powstaje duża rotacja, która wspiera wytwarzanie momentu obrotowego. Natomiast w zakresie wysokich obrotów, otwarty kanał zapewnia odpowiednio wysokie napełnienie komór spalania.

Chłodzona cieczą turbosprężarka jest urządzeniem zupełnie nowej generacji. Elektrycznie uruchamiany mechanizm pozycjonujący po stronie turbiny (VTG) jest jeszcze teraz bardziej aerodynamiczny i bardziej precyzyjny, przez co silnik szybciej reaguje na wciśnięcie pedału gazu. Maksymalne, względne ciśnienie ładowania wzrosło z 1,6 do 2 barów. Zmieniono również konstrukcję kolektora wylotowego. Praca nowo opracowanej pompy olejowej zależy teraz bezpośrednio od obciążenia i liczby obrotów silnika, a chłodnicę oleju zintegrowano z jego obiegiem przy pomocy termostatycznie regulowanego kanału obejściowego.

Dzięki systemowi oczyszczania spalin spełniającemu wymogi normy Euro 6, wszystkie warianty silnika 3.0 TDI noszą dodatkowe miano „clean diesel“. Części składowe nowego silnika przesunięto możliwie blisko jego tyłu, co pozwala na szybkie zadziałanie. Powiększony katalizator utleniający silnika V6 o mocy 160 kW (218 KM), umieszczono na tej samej osi co turbina turbosprężarki. Bezpośrednio za nim znajduje się filtr cząstek stałych oleju napędowego. Jego ściany filtrujące pokryto powłoką, która odpowiada za przekształcenie tlenków azotu w spaliny, zgodnie z metodą selektywnej redukcji katalitycznej SCR (selective catalytic reduction). Moduł dozujący wtryskuje wodny roztwór mocznika AdBlue.

Nowe ułożenie poszczególnych komponentów systemu oczyszczania spalin pociągnęło za sobą modyfikacje napędu łańcuchowego. Pompa olejowa i próżniowa, a także pompa wysokiego ciśnienia systemu Common Rail, mają teraz własne napędy. Koła pośrednie zawieszone na łożyskach igiełkowych oraz nowe stopnie przełożenia, zastąpiły duże koła łańcuchowe w napędzie rozrządu. Wałki rozrządu mają szczególnie lekką budowę, ponieważ są teraz wałkami drążonymi. Uruchamiają one zawory za pośrednictwem ekstremalnie sztywnych dźwigienek zaworowych typu rolkowego. Łożyska wałka rozrządu o zmniejszonej średnicy redukują tarcie.

Audi A7 Sportback 3.0 TDI competition

Audi A7 Sportback 3.0 TDI competition wyposażono w przyjazny środowisku silnik wysokoprężny 3.0 TDI biturbo o pojemności 2967 cm3. Modyfikacje sposobu ładowania i budowy wałków rozrządu dały możliwość zwiększenia mocy, w porównaniu z wersją standardową modelu, o dodatkowe 5 kW (7 KM), do 240 kW (326 KM). Kiedy kierowca dynamicznie przyspiesza, funkcja podwyższania mocy przez krótki czas daje dodatkowe15 kW (20 KM). Maksymalny moment obrotowy 650 Nm jednostka uzyskuje między 1400, a 2800 obr./min. Potężnemu i sportowemu silnikowi wysokoprężnemu V6 wystarcza 6,1 litra paliwa na każde 100 kilometrów. Emituje przy tym 162 gramy CO2 na kilometr. Zawartość dwutlenku węgla w spalinach odpowiada wymogom normy Euro 6.

Audi A7 Sportback 3.0 TDI competition wyposażono w pakiet sportowy S line, którego elementem jest m.in. obniżone o 20 milimetrów nadwozie. Aluminiowe felgi o nowej, pięcioramiennej stylistyce litery W mają pomalowane na czarno boki. Wyglądają imponująco, biorąc dodatkowo pod uwagę fakt, że ich średnica to aż dwadzieścia cali. Rozmiar opon: 265/35. Czerwone zaciski hamulców i siedemnastocalowe tarcze zamontowane zarówno z przodu, jak i z tyłu, podkreślają sportowy charakter tego specjalnego modelu.

Pakiet wyposażenia zewnętrznego S line i pakiet „wysoki połysk” utrzymany w czerni, nadają nadwoziu dynamicznej elegancji. Po bokach pojazdu, na błotnikach, umieszczono emblematy V6 T, a obudowy lusterek zewnętrznych i końcówki rur wydechowych są czarne. Gama lakierów nadwozia składa się z czterech kolorów: Daytona Gray, Misano Red, Nardo Gray i Sepang Blue.

Zgodnie ze stylistycznymi założeniami pakietu sportowego S line, wnętrze Audi A7 Sportback 3.0 TDI competition jest czarne. Tapicerka sportowych foteli została wykonana z wysokiej jakości skóry Valcona w kolorach czarnym lub srebrnym Mond. Dodatkowo fotele ozdobiono specjalnymi tłoczeniami S line. Opcjonalnie Audi oferuje sportowe siedzenia S, z kontrastowymi obszyciami w kolorach czerwony Misano lub szary Agate. W tej opcji podłokietniki są również wykonane ze skóry i ozdobione kontrastowymi obszyciami. Listwy dekoracyjne wykonano z aluminium i czarnego drewna Beauford. To wyjątkowo szlachetne połączenie metalu i drewna. Na listwach progowych umieszczono emblematy „quattro”. Manetki przy wielofunkcyjnej, sportowej kierownicy można wykorzystywać do manualnego sterowania ośmiostopniową przekładnią tiptronic.

Jubileuszowy model wyposażony jest we wszystkie funkcje zastosowane wcześniej w odmłodzonej serii A7. Wyposażenie standardowe obejmuje diodowe reflektory oraz kierunkowskazy z dynamicznym sposobem sygnalizowania. Opcjonalnie Audi może dostarczyć diodowe reflektory Matrix LED, jeszcze doskonalszą nawigację MMI plus i udoskonalone systemy wspomagania kierowcy, np. ulepszonego asystenta jazdy nocą.

Silnik 4.2 TDI

W palecie silników Audi jednostka 4.2 TDI ma najwyższy ze wszystkich modeli moment obrotowy. W jego najnowszej wersji, montowanej w Audi A8, moment obrotowy dostępny w przedziale pomiędzy 2000 a 2750 obrotów na minutę, to aż 850 Nm. Pełna moc silnika 283 kW (385 KM) jest dostępna przy 3750 obrotach.

Ogromna moc zapewnia sportową i bardzo ekscytującą jazdę. Zestrojony z ośmiostopniową automatyczną skrzynią biegów tiptronic i napędem na cztery koła quattro silnik V8 diesel, rozpędza tę luksusową limuzynę od 0 do 100 km/h w 4,7 sekundy, a jego prędkość maksymalną ograniczono do 250 km/h.

Ten najbardziej rozwinięty silnik Audi generuje moc z pojemności skokowej 4134 cm3 (średnica cylindra x skok tłoka: 83 mm x 95,5 mm). Jego skrzynia korbowa odlewana z wermikularnego żeliwa szarego znacząco przyczyniła się do stosunkowo niewielkiego ciężaru silnika, wynoszącego ok. 250 kg. Cztery napędzane łańcuchowo wałki rozrządu przy pomocy dźwigienek zaworowych typu rolkowego uruchamiają łącznie 32 zawory.

By użyć 4.2 TDI do napędzania Audi A8, inżynierowie poddali jednostkę znacznej modernizacji. Wzmocnili brzegi aluminiowych tłoków, co podobnie jak nowe zawory wydechowe jeszcze bardziej zwiększyło wytrzymałość temperaturową. System wtrysku paliwa Common Rail wytwarza ciśnienie do 2000 barów. Wtryskiwacze piezoelektryczne typu inline, za pomocą nowo zaprojektowanych ośmiootworowych dysz, podają olej napędowy do komór spalania.

Udoskonalenia wprowadzono także w obu turbosprężarkach VTG, przede wszystkim jeśli chodzi o osadzenie wirników turbiny. Każda z dwóch turbosprężarek wytwarzających niezależnie od siebie ciśnienie względne do 1,7 bara, współpracując z dodatkową chłodnicą powietrza doładowującego, zasila jeden rząd cylindrów. Zmienna geometria turbin sprawia, że wytwarzanie siły rozpoczyna się tuż powyżej prędkości biegu jałowego.

Dzięki temu i dzięki swej wysokiej kulturze pracy, ten wysokoprężny silnik dobrze funkcjonuje już przy ośmiuset obrotach na minutę, jeśli tylko system dynamiki jazdy Audi drive select pracuje w trybie efficiency. Niskie obroty znacznie obniżają zużycie. Jeśli zmierzyć je w testach zużycia paliwa NEDC, to okaże się, że Audi A8 4.2 TDI clean diesel na 100 km zużywa średnio jedynie 7,4 litra oleju napędowego (194 g CO2 na km).

Jednostka napędowa 4.2 TDI clean diesel w Audi A8 spełnia wymogi europejskiego standardu emisji spalin Euro 6. W bezpośredniej bliskości jednostki zamontowano dwa ogrzewane katalizatory utleniające, a dwa filtry cząstek stałych z powłoką SCR umieszczono na jej tyle. Pompa dozująca wtryskuje do nich wodny roztwór mocznika AdBlue, który rozkłada tlenki azotu. Roztwór pobierany jest z dwóch pojemników o łącznej pojemności 27 litrów.

Modele ultra marki Audi

Określenie „Audi ultra“ jest zarezerwowane dla najbardziej wydajnego modelu danej serii produkcyjnej. Oznacza mobilność, wszechstronne cechy użytkowe oraz równowagę środowiskową. Obecnie w seriach modelowych A3, A4, A5, A6 i A7 znaleźć możemy łącznie 23 wersje ultra, z czego 15 wyposażono w silnik TDI. Dzięki zużyciu od 3,2 do 4,9 litra na 100 km w cyklu mieszanym i emisji CO2 od 85 do 122 g na km, modele ultra marki Audi należą do najbardziej wydajnych samochodów
w swoim segmencie – bez jakichkolwiek ograniczeń związanych z dynamiką jazdy czy komfortem.

3,2 do 4,9 litra oleju napędowego na 100 km i emisja od 85 g dwutlenku węgla na kilometr – Audi A3 ultra to niewątpliwie najbardziej wydajny model w całej palecie Audi. Napędza go jednostka 1.6 TDI o mocy 81 kW (110 KM) i momencie obrotowym 250 Nm zaprojektowana tak, by powodować minimalne tarcie. Pięciodrzwiowe Audi A3 Sportback ultra oraz Audi A3 Limousine ultra zużywają 3,3 litra oleju napędowego na 100 km (88 g CO2 na km). Audi A3 Cabriolet ultra do przejechania 100 km potrzebuje 4,9 litra paliwa (114 g CO2 na km).

W nowych modelach A4 i A5 ultra zamontowano znacznie zmodernizowany silnik 2.0 TDI. Zależnie od wersji, ma on moc 100 kW (136 KM) lub 120 kW (163 KM). Jego maksymalny moment obrotowy wynosi odpowiednio 320 i 400 Nm. Audi A4 Limousine o mocy 100 kW (136 KM) na 100 km zużywa średnio 4 litry paliwa (104 g CO2 na km). 4,2 litra na 100 km (109 g CO2 na km) potrzebuje Audi A4 Avant i Audi A5 Sportback, oba o mocy 100 kW (136 KM). Audi A4 Limousine i Audi A5 Coupé mają moc 120 kW (163 KM). Równie silne Audi A5 Sportback zużywa 4,3 litra (111 g CO2 na km), a Audi A4 Avant – także o mocy 120 kW (163 KM) – 4,4 litra na 100 km (114 g CO2 na km).

Wersje ultra serii A6 wykorzystują silnik 2.0 TDI w topowej wersji o mocy 140 kW (190 KM) i momencie obrotowym 400 Nm. Dokładne dane: Audi A6 Limousine z automatyczną skrzynią biegów S tronic zużywa średnio 4,4 litra na 100 km (114 g CO2 na km), Audi A6 Limousine ze skrzynią manualną potrzebuje 4,5 litra na 100 km (117 g CO2 na km), Audi A6 Avant z przekładnią S tronic lub skrzynią manualną – 4,6 litra na 100 km (119 g CO2 na km).

Modele ultra wyposażane są seryjnie w manualną skrzynię biegów, w której górne przełożenia nieco wydłużono. Przekładnia S tronic, dostępna opcjonalnie w modelach A6, została od podstaw przebudowana. System informacji kierowcy z programem efektywnej jazdy i system Start-Stop także przyczyniają się do osiągnięcia wysokiej wydajności tych samochodów. W modelach rodziny A3 i A4, modyfikacji dopełniają poprawiona aerodynamika i niżej zawieszona karoseria. Wszystkie modele ultra można rozpoznać po niewielkim emblemacie umieszczonym z tyłu pojazdu.

Silniki samochodów wyścigowych

Audi postrzega sporty motorowe jako idealne pole testowe dla produkcji seryjnej. Najsurowszym egzaminem jest tu 24-godzinny wyścig w Le Mans. W roku 2006, Audi po raz pierwszy wystawiło do tego wyścigu silnik TDI. Na piętnaście startów w Le Mans, Audi zwyciężało trzynaście razy, z tego osiem z napędem TDI. Do tej listy należy dopisać także podwójne zwycięstwo odniesione 15 czerwca tego roku. Prototypy sportowe w Le Mans i w innych wyścigach Długodystansowych Mistrzostw Świata (FIA - WEC), spełniać muszą takie same wymagania jak samochody seryjne: coraz lepsze wykorzystanie każdej kropli paliwa, zwiększanie wydajności i stałe obniżanie zużycia.

Przez całe lata regulamin wyścigu Le Mans stawiał silnikowi TDI coraz większe ograniczenia. I tak: przepisowa średnica ogranicznika masy powietrza zmalała od 2006 roku o 34 procent, a pojemność skokowa o prawie 33 procent. Na skutek takich regulacji, moc bezwzględna obniżyła się o ok. 25 procent: od ponad 478 kW (650 KM) w roku 2006 do ok. 360 kW (490 KM) w roku 2013.

Równocześnie Audi praktykowało konsekwentny downsizing i poprawiało moc jednostkową. Z 87 kW (118 KM) na litr pojemności skokowej w roku 2006, wzrosła ona do 107 kW (146 KM) w roku 2011 – daje to wzrost o prawie 24 procent. Moc powierzchni tłoka – tzn. moc wytwarzana w każdym pojedynczym cylindrze – zwiększyła się w tym samym czasie z 40 kW (54 KM) do nawet 66 kW (90 KM) – więcej o 65 procent. Podczas gdy prędkość jazdy nadal wzrastała, Audi w Le Mans konsekwentnie redukowało zużycie paliwa.

2006 – 2008: V12 TDI w Audi R10 TDI

Dzięki Audi R10 TDI i jego dwunastocylindrowemu silnikowi TDI, Audi rozpoczęło nowe rozdanie w sportach motorowych. To właśnie od czasu jego debiutu, samochód wyścigowy z silnikiem diesla rozpoczął swój tryumfalny pochód od zwycięstwa do zwycięstwa. Jednostka TDI o pojemności 5,5 litra, dzięki momentowi obrotowemu ponad 1100 Nm, znacznie przewyższała wszystkie silniki benzynowe. Znamionowa moc tego bardzo cicho pracującego biturbo wynosiła blisko 480 kW (ponad 650 KM), a kierowcy już przy 5000 obrotów na minutę mogli wrzucić drugi bieg. Dwa filtry cząstek stałych oczyszczały spaliny, a sekwencyjna, pięciobiegowa przekładnia przenosiła napęd na tylną oś.

Stosunkowo niskie zużycie i duży zasięg modelu R10 TDI były w 24-godzinnym wyścigu w Le Mans 2006 kluczem do zwycięstwa. Frank Biela, Emanuele Pirro i Marco Werner tylko 27 razy musieli zjeżdżać do boksu. Ten sam zespół– mimo trudnych warunków pogodowych i mimo tego, że organizatorzy zmniejszyli dozwoloną pojemność baku o dziesięć procent - zwyciężył w Audi R10 TDI także w 2007 roku. W roku 2008, Audi R10 TDI z zespołem w składzie Rinaldo Capello, Allan McNish i Tom Kristensen wygrało po raz trzeci z rzędu.

2009/2010: V10 TDI w Audi R15 TDI

W Audi R15 TDI pojemność skokowa 5,5 litra została rozdzielona na dwa cylindry mniej. Silnik V10 TDI miał moc 440 kW (ok. 600 KM) i moment obrotowy ponad 1050 Nm. Był on krótszy i lżejszy niż silnik dwunastocylindrowy, co bardzo pozytywnie wpłynęło na zwrotność zaprojektowanego na nowo prototypu sportowego.

W roku 2010, dzięki temu otwartemu prototypowi sportowemu, Audi odniosło zdecydowane, potrójne zwycięstwo. Timo Bernhard, Romain Dumas i Mike Rockenfeller przejeżdżając dokładnie 5 410,713 km, o pięć okrążeń czyli o 75,4 km poprawili rekord trasy, który 39 lat wcześniej ustanowiło Porsche.

Chociaż regulamin wyścigu w Le Mans ponownie ograniczył ciśnienie doładowania i przepływ powietrza, moc tego dziesięciocylindrowego TDI pozostała prawie niezmieniona. Po raz pierwszy wtedy, Audi zastosowało w V10 TDI turbosprężarkę ze zmienną geometrią turbin (VTG), która znacznie poprawiła reakcje pojazdu. Temperatura odprowadzanych spalin, wynosząca nawet 1050 stopni Celsjusza, była dla zastosowanych wtedy materiałów największym wyzwaniem. Należy tu podkreślić, że w V10 TDI po raz pierwszy zastosowano stalowe tłoki, wcześniej testowane w silniku V12. Pozwoliły one na jazdę przy jeszcze wyższym ciśnieniu, a tym samym na osiągnięcie jeszcze większej wydajności.

2011 – 2013: V6 TDI w Audi R18 TDI, R18 ultra i R18 e-tron quattro

W 24-godzinnym wyścigu Le Mans 2011, Audi wystawiło model R18 TDI – pierwszy zamknięty prototyp sportowy, od czasów R8C z 1999 roku. Kolejny, nowy regulamin wymusił drastyczny downsizing do 3,7 litra pojemności skokowej. Stworzony całkowicie od podstaw, lekki i kompaktowy V6 TDI z rzędami cylindrów ułożonymi pod kątem 120 stopni, osiągał moc ponad 397 kW (540 KM) i moment obrotowy ponad 900 Nm, przekazywany na koła za pośrednictwem nowej, sześciobiegowej skrzyni. Wtrysk Common Rail wytwarzał ciśnienie ładowania do 2600 barów.

Nowe w tej jednostce były także kształt i sposób chłodzenia głowicy silnika. Strona ssąca znajdowała się od teraz na zewnątrz, a gorąca strona wydechowa – wewnątrz. Turbosprężarkę typu monoturbo zamontowano w wewnętrznym kącie pomiędzy dwoma ułożonymi na kształt litery V rzędami cylindrów. Czerpała ona świeże powietrze przez specjalny otwór zamontowany na dachu. Duża sprężarka VTG, wytwarzająca względne ciśnienie ładowania do 2 barów (2011: 2960 milibarów ciśnienia bezwzględnego, 2012 – 2013: 2800 milibarów ciśnienia bezwzględnego), skonstruowana zgodnie z innowacyjną zasadą podwójnego przepływu, posiadała umiejscowione naprzeciwko siebie wloty dla przepływających spalin oraz dwa wyloty po stronie sprężarki. Sprężone powietrze przepływało do dwóch kolektorów ssących przez osobne chłodnice powietrza doładowywanego. Wyścig w Le Mans przebiegał wyjątkowo dramatycznie: Marcel Fässler, André Lotterer i Benoît Tréluyer zwyciężyli w jedynym Audi R18 TDI, jakie pozostało jeszcze w grze, notując dokładnie 13,854 sekund przewagi nad czterema Peugeotami.

Dzięki jednostce napędowej składającej się z silnika i generatora (MGU) umiejscowionego przy przedniej osi, mogącego zależnie od ilości energii w krótkich okresach czasu wytworzyć nawet do 170 kW, Audi R18 e-tron quattro dysponowało chwilami napędem na cztery koła. W roku 2012 Audi zajęło wszystkie trzy miejsca na podium, a dodatkowo załoga kierowców: Fässler, Lotterer i Tréluyer świętowali w Le Mans pierwsze zwycięstwo hybrydowego samochodu wyścigowego. W następnym roku zwyciężyli Tom Kristensen, Loïc Duval i Allan McNish.

2014: Nowy V6 TDI w Audi R18 e-tron quattro

W nowym R18 e-tron quattro, które w czerwcu 2014 cztery pierścienie wystawiły w Le Mans, pracuje przebudowany silnik V6 TDI o 4 litrach pojemności. Dokładne dane: moc 395 kW (537 KM), maksymalny moment obrotowy 2800 Nm, a ciśnienie wtrysku wynosi ponad 2800 barów. Dzięki dokładnemu dopracowaniu detali, jednostka ta to zdecydowanie najlżejszy i równocześnie najbardziej wydajny motor diesla stworzony przez Audi. Zużycie paliwa w porównaniu do silnika o pojemności 3,7 litra obniżyło się o 25 procent. System hybrydowy – jednostka silnik-generator w przedniej części pojazdu i akumulator kinetyczny obok kierowcy – generuje moc ponad 170 kW. Z tym technicznym pakietem, Audi wystartowało w 24-godzinnym wyścigu w klasie energetycznej do dwóch megadżuli energii z rekuperacji. Nowy regulamin ograniczał dostępną ilość energii na okrążenie, ale pozostawiał swobodę pod względem wielu innych parametrów.

W dramatycznym wyścigu, pełnym wielu zmian na prowadzeniu, zwyciężyło Audi R 18 e-tron quattro z numerem startowym 2. Marcel Fässler, André Lotterer i Benoît Tréluyer przejechali łącznie 379 okrążeń. Tom Kristensen, Luca di Grassi oraz Marc Gené w prototypie z numerem startowym 1, uplasowali się na drugiej pozycji i dopełnili w ten sposób tryumfu Audi. Zwycięski pojazd zużył 22 procent mniej paliwa niż jego poprzednik z 2013 roku. Od początku ery TDI (2006), Audi zmniejszyło zużycie paliwa w 24-godzinnym wyścigu w Le Mans o 38 procent.

Elektryczne biturbo i hybrydyzacja

Silnik TDI czerpie swą energię z ciśnienia doładowania wytwarzanego przez turbosprężarkę. Jest więc zdany na energię spalin. System elektrycznego biturbo łamie tę zasadę. Jego dodatkowa sprężarka elektryczna umożliwia szybkie wytworzenie ciśnienia doładowania i wysokiego momentu obrotowego także przy niskich obrotach. W 25 lat od wdrożenia TDI, Audi dokonuje więc kolejnego ważnego kroku, czyniąc silnik diesla jeszcze bardziej emocjonującym i sportowym.

Jednostka napędowa z elektrycznym biturbo ma obok klasycznej sprężarki spalinowej drugą sprężarkę podłączoną szeregowo. Zamiast koła turbiny posiada ona mały silnik elektryczny, który z mocą maksymalnie 7 kW, w czasie 250 milisekund, rozpędza koło sprężarki do maksymalnej liczby obrotów.

Sprężarka elektryczna jest podłączona za intercoolerem. Przy niskich obrotach, a tym samym przy odpowiednio niskiej energii spalin w turbosprężarce, zamyka się zawór kanału obejściowego, a powietrze kierowane jest do sprężarki elektrycznej. Tak elastyczny i kompaktowy system może być zintegrowany z różnymi koncepcjami ładowania.

Audi skonstruowało dwa pojazdy studyjne wyposażone w elektryczne biturbo. Pod maską Audi A6 TDI concept pracuje nowy 3.0 TDI monoturbo, w Audi RS 5 TDI concept – 3.0 TDI biturbo. Monoturbo wytwarza – bez wykorzystywania dodatkowych impulsów – stałą moc 240 kW (326 KM) i maksymalny moment obrotowy 650 Nm, dostępny w przedziale od 1500 do 3500 obr./min. Elektryczna sprężarka wypełnia tzw. „turbo dziurę” poniżej tego zakresu i zapewnia szybką reakcję oraz doskonałą elastyczność. W ten sposób, na szóstym biegu, czas potrzebny do przyspieszenia z 60 do 120 km/h skraca się z 13,7 do 8,3 sekund.

Zmodyfikowany silnik V6 biturbo w Audi RS 5 TDI concept robi jeszcze większe wrażenie. Ma moc 283 kW (385 KM), a jego maksymalny moment obrotowy wynosi 750 Nm i jest dostępny w przedziale od 1250 do 2000 obr./min. Elektryczna sprężarka zapewnia potężny moment obrotowy wykorzystywany przy starcie samochodu. Kierowca, naciskając maksymalnie pedał gazu, prędkość 100 km osiągnie w ok. 4 sekundy. Bezpośrednio po każdej zmianie biegu, dostępne jest ponownie ciśnienie doładowania – dzięki inteligentnej współpracy obu sprężarek.

Największe wrażenie w obu pojazdach studyjnych wywiera jednak szybkie, prawie niezauważalne wytwarzanie siły także przy niskich obrotach. System elektrycznego biturbo objawia swe zalety tam, gdzie na co dzień są one najbardziej przydatne. Pozwala zmniejszyć liczbę redukcji biegów i utrzymać niskie obroty. Kierowcy o sportowym zacięciu docenią zwłaszcza przyspieszenie podczas wyprzedzania i spontaniczne nabieranie prędkości przy wychodzeniu z zakrętów. Elektryczne biturbo można stosować w wielu seriach modelowych Audi, również w tych z benzynowymi jednostkami napędowymi. Rozwiązanie to, współpracujące  z silnikami TDI, już wkrótce pojawi się w produkcji seryjnej.

Elektryczna sprężarka w dużym stopniu pozyskuje energię potrzebną do jej napędu z efektu rekuperacji podczas faz hamowania silnikiem, finalnie jest więc ona neutralna pod względem zużywania energii. Sprężarka jest zasilana przez osobną sieć pod napięciem 48 V z własnego, kompaktowego akumulatora litowo-jonowego umieszczonego w bagażniku. Konwerter prądu stałego łączy układ z pokładową siecią 12-voltową.

Nowy 48-voltowy system ma wiele zalet. Zaawansowane technicznie odbiorniki prądu, np. termoelektryczne elementy ogrzewania, elektromechaniczne hamulce kół tylnych lub osprzęt silnika taki jak pompa olejowa i wodna, może zaopatrywać
w więcej energii niż dotychczasowa sieć 12 V. Wyższe napięcie oznacza równocześnie mniejszy przepływ prądu, stąd można zmniejszyć przekrój okablowania, a tym samym ciężar pojazdu. Audi już wkrótce planuje wprowadzenie częściowej sieci 48 V w kilku seriach modelowych.

Inżynierowie Audi pracują także nad elektryfikacją układu napędowego. Każdy klient będzie mógł wybrać rozwiązanie odpowiednio dopasowane do jego potrzeb. Napęd hybrydowy oferuje liczne rozwiązania – od silnika z elektrycznym biturbo do jednostki TDI typu plug-in. Współpraca z silnikiem elektrycznym otwiera nowe perspektywy. Pozwala na ściśle określone przesuwanie obciążeń, od których zależy zarówno zużycie, jak i wielkość emisji spalin. W ruchu miejskim, silnik elektryczny pozwala nawet na jazdę z zerową emisją spalin.

Kolejną interesującą opcją w ramach projektu elektryfikacji, jest elektryczny napęd quattro – tzw. e-quattro. Audi zaprezentowało go w kilku samochodach demonstracyjnych. Tutaj silnik TDI i silnik elektryczny napędzają koła przedniej osi, a drugi silnik elektryczny z tyłu pojazdu oddziałuje na koła osi tylnej. Akumulator można umieścić częściowo w tunelu w podłodze.

E-diesel Audi

Reprezentując zupełnie nowe podejście, Audi w kooperacji z amerykańską firmą Joule, angażuje się w prace nad przyszłościowym paliwem diesla. Joule, założone w roku 2007 przedsiębiorstwo branży biotechnologicznej z siedzibą główną w Bedford/Massachusetts, pracuje nad tym, by z wykorzystaniem odpowiednio dobranych mikroorganizmów produkować syntetyczne paliwa: e-diesel Audi i e-etanol Audi. Paliwa te są prawie całkowicie neutralne dla klimatu, ponieważ podczas ich spalania wydziela się tylko tyle CO2, ile uprzednio związano w procesie ich produkcji. Samochód wykorzystujący paliwo ediesel Audi, według aktualnych prognoz ma bilans CO2 równie dobry jak samochód z akumulatorem elektrycznym, wykorzystującym prąd z odnawialnych źródeł energii.

Do produkcji e-diesla Audi i e-etanolu Audi konieczna jest woda, dwutlenek węgla, energia słoneczna i specjalne mikroorganizmy – jednokomórkowce o wielkości trzech tysięcznych części milimetra. Podobnie jak rośliny, organizmy te prowadzą tzw. fotosyntezę tlenową. Wykorzystują światło słoneczne i CO2, np. pochodzący ze spalin, by produkować węglowodany i rosnąć. Jako środowisko życia nie służy im czysta woda pitna, lecz woda słona lub woda przemysłowa. Produktem ubocznym fotosyntezy jest tu tlen.

Specjaliści z firmy Joule tak zmienili ten proces fotosyntezy, że mikroorganizmy z dwutlenku węgla wytwarzają bezpośrednio alkany - ważne składniki paliwa diesla, albo etanolu. W dalszym procesie produkcji, paliwa oddzielane są od wody i oczyszczane.

E-diesel Audi jest bardzo czystym paliwem. W przeciwieństwie do mineralnego oleju napędowego, będącego mieszaniną najróżniejszych związków węglowodoru, nie zawiera siarki i aromatów. Nowe paliwo, mające wysoką liczbę cetanową, jest bardzo łatwopalne, a jego właściwości chemiczne umożliwiają dodawanie go do kopalnego oleju napędowego w nieograniczonych ilościach. W silnikach clean diesel marki Audi, bez większych modyfikacji można stosować ediesel Audi.

Koncern Audi i Joule zleciły budowę instalacji próbnych na nieurodzajnym terenie z dużą liczbą godzin słonecznej pogody w ciągu roku, w amerykańskim stanie Nowy Meksyk. Współpraca między obu przedsiębiorstwami rozpoczęła się w roku 2011. Amerykańska firma opatentowała swoją technologię, a Audi zdobyło wyłączne prawo do jej stosowania w sektorze przemysłu motoryzacyjnego. Inżynierowie Audi wspierają partnera w pracach nad rozwojem gotowych do wprowadzenia na rynek paliw, których produkcja mogłaby rozpocząć się już w niedalekiej przyszłości, służąc swoim know-how w zakresie testowania paliw i silników oraz w dziedzinie tworzenia kryteriów oceny cyklu życia (Life Cycle Assessment, LCA).

Niezależnie od kooperacji z firmą Joule, koncern z Ingolstadt jest też bardzo aktywny na polu rozwoju paliw przyszłości, neutralnych pod względem CO2. Wytwórnia e-gazu Audi w dolnosaksońskim miasteczku Werlte, pierwsza na świecie przemysłowa instalacja w której prąd elektryczny przetwarzany jest w gaz, produkuje syntetyczny metan i umożliwia w ten sposób magazynowanie dużych ilości energii wiatrowej i słonecznej, zużywając przy tym obok ekologicznej energii elektrycznej tylko wodę i CO2. Ponadto, wspólnie z francuskim przedsiębiorstwem Global Bioenergies, Audi prowadzi badania w zakresie produkcji syntetycznej e-benzyny.

Koncepcyjne samochody Audi z silnikami TDI

Rozwój pojazdów koncepcyjnych Audi trwa od roku 2005, praktycznie do dziś. Przez wszystkie te lata montowano w nich silniki TDI z czterema, sześcioma, ośmioma, dziesięcioma i dwunastoma cylindrami.

2007: Audi Q7 coastline

Moc 368 kW (500 KM) i moment obrotowy 1000 Nm – samochód demonstracyjny Q7 V12 TDI, zaprezentowany przez Audi w styczniu 2007 na wystawie Detroit Auto Show, był zwiastunem modelu seryjnego, który pojawił się w roku 2008. Dzięki swym osiągom, ten koncepcyjny SUV przypisany jest do ligi samochodów sportowych: standardowy sprint do setki załatwia w 5,5 sekundy, a jego prędkość maksymalna, ograniczona elektronicznie, wynosi 250 km/h.

Rozwiązania techniczne pokazane w zastosowanym tam sześciolitrowym silniku TDI, odpowiadały tym, które później wdrożono do produkcji seryjnej. System Common Rail z wtryskiwaczami piezoelektrycznymi wytwarzał ciśnienie wtrysku do 2000 barów. Obie turbosprężarki VTG generowały względne ciśnienie ładowania do 1,6 bara. Skrzynia korbowa była odlana z wermikularnego żeliwa szarego, a rzędy cylindrów ułożono pod kątem 60 stopni. V12 diesel stworzony przez Audi fascynował także swą doskonałą kulturą pracy.

2008: Audi R8 V12 concept i Audi R8 TDI Le Mans

Na początku roku 2008, Audi zaprezentowało w Detroit Audi R8 V12 TDI concept. Już po niespełna kilku tygodniach, podczas Międzynarodowego Salonu Samochodowego w Genewie, dokonano prezentacji takiej samej konstrukcji Audi R8 TDI Le Mans. Tymi dwoma pojazdami studyjnymi Audi nawiązało do zwycięstw modelu R10 TDI w 2006 i 2007 roku w 24-godzinnym wyścigu w Le Mans.

Podobnie jak ów samochód wyścigowy, także te auta studyjne wyposażone były w sześciolitrowy silnik V12 TDI. Umieszczona przed tylną osią jednostka, montowana była bezpośrednio za kabiną kierowcy i pasażera. Zrezygnowano z charakterystycznej dla Audi R8 przestrzeni do przewozu torby z kijami golfowymi. Dzięki mocy 368 kW (500 KM) i momentowi obrotowemu 1000 Nm, przy 1750 obrotach na minutę to dwuosobowe auto przyspieszało od 0 do 100 km/h w 4,2 sekundy, a jego prędkość maksymalna wynosiła ponad 300 km/h. Średnie zużycie paliwa to z kolei mniej niż dziesięć litrów na 100 km.

2008: Audi A3 TDI clubsport quattro

Audi A3 TDI clubsport quattro zaprezentowano po raz pierwszy w maju 2008 roku. Miało ono moc 165 kW (224 KM) i moment obrotowy 450 Nm dostępny przy 1750 obr./min. Pojazd demonstracyjny od 0 do 100 km/h przyspieszał w 6,6 sekund, a jego prędkość maksymalna to 240 km/h.

83,8 kW (113 KM) i moment obrotowy 228,7 Nm to wartości, które ten dwulitrowy diesel osiągał z jednego litra pojemności. Powiększona turbosprężarka VTG wpychała powietrze w komory spalania, a system Common Rail wtryskiwał w nie paliwo pod ciśnieniem 1800 barów. Komory rezonansowe umieszczone w końcówkach rur układu wydechowego nadawały pracy silnika 2.0 TDI szlachetnego, głębokiego dźwięku.

2010: Audi e-tron Spyder

Audi e-tron Spyder – jedna z gwiazd Paryskiego Salonu Motoryzacyjnego w 2010 roku – to czterometrowy, otwarty, dwuosobowy pojazd. Jego konstrukcję wykonaną według założeń koncepcji Audi Space Frame zbudowano z aluminium i pokryto karoserią z wzmocnionego włóknem węglowym (CRP). Dodatkową nowością był wtedy napęd hybrydowy typu plug-in.

Trzylitrowy silnik TDI z doładowaniem typu biturbo i napędem na tylną oś, miał moc 221 kW (300 KM) i moment obrotowy 650 Nm. Dwa silniki elektryczne o mocy 64 kW i momencie obrotowym 352 Nm napędzały koła przedniej osi. Można było nimi sterować osobno, dzięki czemu możliwy był inteligentny „Torque Vectoring”.
Akumulator litowo-jonowy o pojemności 9,1 kWh zaopatrywał cały system w energię elektryczną. Zasięg w trybie jazdy elektrycznej wynosił 50 km. Na 100 km, Audi e-tron Spyder zużywało średnio jedynie 2,2 litra oleju napędowego (59 g CO2 na km). Osiągi: od zera do 100 km/h w 4,4 sekundy, prędkość maksymalna ograniczona do 250 km/h.

2013: Audi nanuk quattro concept

Na Międzynarodowej Wystawie Motoryzacyjnej IAA we Frankfurcie nad Menem w roku 2013, Audi zaprezentowało studium techniczne Audi nanuk quattro concept. Leżąca u jego podstaw koncepcja dwuosobowego coupé, łączy dynamikę samochodu wyścigowego z kompetencjami Audi w zakresie napędu quattro wykorzystywanego na drodze, na torze wyścigowym i w terenie.

Za napęd odpowiedzialna była tu jednostka V10 TDI, którą zamontowano wzdłużnie, przed tylną osią. Potężny silnik diesla z pięciu litrów pojemności skokowej generował moc ponad 400 kW (544 KM) i już przy 1500 obrotach na minutę wytwarzał moment obrotowy rzędu 1000 Nm. Wykorzystywał doładowanie stopniowe biturbo i system zmiennych faz rozrządu Audi valvelift system (AVS) czyli rozwiązania techniczne, które Audi intensywnie wtedy rozwijało. System Common Rail wytwarzał ciśnienie ładowania do 2500 barów. Audi nanuk quattro concept od 0 do 100 km/h przyśpieszał w 3,8 sekundy, a jego maksymalna prędkość wynosiła 305 km/h. Średnio zużywał tylko 7,8 litra oleju napędowego na 100 km.

2005 do 2009: Inne samochody demonstracyjne z silnikami TDI

Obok opisanych powyżej samochodów demonstracyjnych, Audi prezentowało publicznie także inne pojazdy studyjne z napędem TDI. Pokazany w 2005 roku na wystawie Detroit Auto Show pojazd Audi allroad quattro concept posiadał nowy wówczas silnik V8 diesel, który wkrótce potem wszedł do produkcji seryjnej. Natomiast w roku 2008, w Szanghaju, cztery pierścienie zaprezentowały Cross Coupé quattro, a w Los Angeles – Cross Cabriolet quattro. W tym pierwszym, zamkniętym dwudrzwiowym coupé, pracował silnik 2.0 TDI, a w kabriolecie trzylitrowy diesel. Na początku roku 2009, na stoisku Audi w Detroit można było podziwiać model Sportback concept. Tego poprzednika Audi A7 Sportback wyposażono w jednostkę 3.0 TDI clean diesel z katalizatorem SCR (selective catalytic reduction).

Techniczne kamienie milowe Audi

Od premiery TDI w roku 1989, koncern z Ingolstadt nieprzerwanie ulepszał tę jednostkę napędową. Na przestrzeni 25 lat, Audi nieprzerwanie powiększało swoją przewagę dzięki technice, znacząc ją kolejnymi, technicznymi kamieniami milowymi.

Lata siedemdziesiąte: Presja spowodowana kryzysem energetycznym

Audi rozpoczęło prace nad stworzeniem koncepcji TDI w połowie lat siedemdziesiątych. Konieczność stworzenia nowego, oszczędnego silnika była skutkiem panującego wówczas kryzysu energetycznego. Na etapie wstępnych prac, zespół dziesięciu inżynierów Audi zdecydował się na zastosowanie systemu wtrysku typu multi-jet. Firma Bosch, dostawca tego systemu, stworzyła regulowaną elektronicznie osiowo-tłokową pompę wtryskową, wytwarzającą ciśnienie do 900 barów. Podwójne zawory sprężynowe otwierały iglice dyszy w dwóch płaszczyznach, zależnych od skoku tłoków. Pozwalało to na wstępne wtryskiwanie małych ilości paliwa, co skutkowało bardziej miękkim spalaniem i przyjemniejszym odgłosem pracy silnika.

1989: 2.5 TDI

Na Międzynarodowej Wystawie Motoryzacyjnej IAA we Frankfurcie nad Menem, Audi zaprezentowało w 1989 roku milowy krok techniki – Audi 100 z silnikiem 2.5 TDI. Ten pięciocylindrowy silnik rzędowy o pojemności 2461 cm3 był w pełni elektronicznie zarządzanym turbodieslem z wtryskiem bezpośrednim. Wówczas nikt jeszcze nie podejrzewał, że przyczyni się on do tryumfalnego wejścia jednostek wysokoprężnych do produkcji seryjnej samochodów osobowych w Europie i oznaczać będzie początek nowej ery w motoryzacji.

Dzięki mocy 88 kW (120 KM) i momentowi obrotowemu 265 Nm, dostępnemu przy 2250 obr./min., 2.5 TDI wyznaczył całkowicie nowe standardy w segmencie. Audi 100 2.5 TDI osiągało prędkość maksymalną prawie 200 km/h, zgodnie z ówczesną normą zużywając średnio tylko 5,7 litra paliwa na 100 km. Montowany od roku 1994 w Audi A6 pięciocylindrowiec wyposażony w nową pompę kątowo-tłokową, katalizator utleniający i system recyrkulacji spalin, generował moc 103 kW (140 KM). Do wyboru klienci mieli także alternatywną wersję o mocy 85 kW (115 KM).

1991: 1.9 TDI ze sprężarką VTG

Silniki TDI odniosły sukces także w modelach Audi klasy średniej. W roku 1991, w Audi 80 zaczęto montować czterocylindrową jednostkę 1.9 TDI, o mocy 66 kW (90 KM) i maksymalnym momencie obrotowym 182 Nm. Po czterech latach, w Audi A4, zastosowano jej ulepszoną wersję o mocy 81 kW (110 KM). Wzrost mocy wynikał przede wszystkim z użycia nowej turbosprężarki z regulowanymi łopatkami po stronie wylotowej. Sprężarka VTG umożliwiała harmonijne i wczesne uzyskiwanie momentu obrotowego już przy 1700 obrotach.

1997: Pierwszy na świecie silnik V6 TDI

W roku 1997, Audi po raz kolejny zdecydowało się na pionierski krok. Kolejną innowacją w silnikach wysokoprężnych samochodów osobowych było połączenie jednostki V6 TDI z czterozaworową głowicą silnika. 2,5-litrowy motor miał moc 110 kW (150 KM) i moment obrotowy 310 Nm. Zastosowano w nim takie rozwiązania jak kanały rotacyjne i tangencjalne po stronie wlotowej oraz kątowo-tłokową pompę wtryskową, wytwarzającą ciśnienie do 1850 barów. Silnik 2.5 TDI w jego ostatniej wersji o mocy 132 kW (180 KM), montowano w Audi A4, A6 i A8.

1999: V8 TDI

3328 cm3 pojemności, cztery wałki rozrządu umieszczone w głowicy, 32 zawory, dwie sprężarki VTG: silnik V8 TDI, montowany seryjnie w Audi A8 od października 1999, był przełomową jednostką napędową. Skrzynię korbową odlano z bardzo twardego, a jednocześnie lekkiego wermikularnego żeliwa szarego. Doładowywane powietrze i recyrkulujące spaliny chłodzono cieczą. System Common Rail – wówczas nowość w Audi – wtryskiwał paliwo pod ciśnieniem 1350 barów. Dzięki mocy 165 kW (225 KM) i momentowi obrotowemu 480 Nm, silnik V8 TDI był mocny i charakteryzował się wysoką kulturą pracy. Maksymalna prędkość, którą rozwijał to 242 km/h.

2001: 1.2 TDI

W roku 2001, cztery pierścienie zaprezentowały kolejne rozwiązanie, które na trwałe weszło do historii motoryzacji. Audi A2 1.2 TDI zużywało średnio 2,99 litra oleju napędowego na 100 km (81g CO2 na km). To kompaktowe, pięciodrzwiowe auto z aluminiową, aerodynamiczną karoserią napędzane było trójcylindrowym motorem o pojemności 1,2 litra, mocy 45 kW (61 KM) i momencie obrotowym 140 Nm.
Silnik mający dwa zawory na cylinder wykorzystywał sprężarkę VTG oraz pompowtryskiwacze, podające paliwo pod ciśnieniem 2050 barów. Rozwiązanie opatentowane przez koncern Volkswagen, Audi zaczęło stosować rok wcześniej. Audi A2 1.2 TDI to do dziś jedyny, pięciodrzwiowy i trójcylindrowy samochód na świecie.

2004: 3.0 TDI

Silnik 3.0 TDI, który zadebiutował w 2004 roku, był pierwszym z całej rodziny motorów V marki Audi. W każdym z nich rzędy cylindrów ułożone są pod kątem 90 stopni, a ich rozstaw to 90 mm. Łańcuchowy napęd umieszczono z tyłu jednostki. Jak wszystkie duże silniki diesla marki Audi, miał lekki i bardzo wytrzymały blok odlany z wermikularnego żeliwa szarego. Filtr cząstek stałych oleju napędowego oczyszczał spaliny.

Kolejnym novum były wtryskiwacze piezoelektryczne typu inline. Mogły one wtryskiwać małe porcje paliwa i dzięki ekstremalnie szybkiemu otwieraniu i zamykaniu, umożliwiały wtrysk wielokrotny. Zapewniało to precyzyjnie regulowany wzrost ciśnienia do maksymalnie 1600 barów i łagodne spalanie, dzięki któremu silnik był cichy. V6 TDI dostępny był początkowo w trzech wersjach – jako jednostka o mocy 150 kW (204 KM), 165 kW (224 KM) i 171 kW (233 KM). Montowany był w całej palecie modeli Audi, a w 2009 roku wprowadzono jego drugą generację.

2008: V12 TDI

Najsilniejsza seryjna jednostka diesla montowana w samochodach osobowych: dwunastocylindrowiec, pokazany pod koniec 2008 roku w Audi Q7, to ukoronowanie całej serii silników TDI Audi. Jego cechy charakterystyczne to system Common Rail wytwarzający ciśnienie 2000 barów i dwie sprężarki VTG. Kąt między rzędami cylindrów wielkości 60 stopni zapewniał doskonały rozkład mas, a tym samym spokojną pracę silnika.

Z sześciu litrów pojemności, silnik V12 TDI generował 368 kW (500 KM) i moment obrotowy 1000 Nm, dostępny w zakresie od 1750 do 3250 obr./min. Wyposażony w niego duży SUV przyśpieszał niczym samochód sportowy – od 0 do 100 km/h
w 5,5 sekundy, a jego prędkość maksymalna, ograniczona elektronicznie, wynosiła 250 km/h.

2009: 3.0 TDI clean diesel

W odpowiedzi na coraz bardziej restrykcyjne, przede wszystkim w USA, przepisy w zakresie emisji spalin do atmosfery, w 2009 roku Audi wprowadziło na rynek technikę clean diesel. Silnik 3.0 TDI clean diesel posiada system Common Rail wytwarzający ciśnienie 2000 barów oraz nowatorskie czujniki w komorach spalania. Precyzyjne rozpylanie i spalanie oleju napędowego dają w efekcie niską emisję niefiltrowaną. W układzie wydechowym, katalizator SCR (selective catalytic reduction) redukuje ilość tlenków azotu. Wtryskiwany wodny roztwór mocznika AdBlue rozkłada się w gorącym strumieniu spalin na amoniak reagujący z tlenkami azotu. Na końcu tego procesu powstają woda i azot.

W roku 2013 pojawił się nowy element, będący połączeniem dwóch wcześniej już stosowanych: filtr cząstek stałych oleju napędowego z SCR. Ceramiczne substraty – tialit (związek tytanu i glinu) i węglik krzemu – umieszczone na ściankach filtra, odpowiadały tu za transformację NOx. Dodatkowy katalizator nieprzereagowanego amoniaku (Ammonia Slip Catalyst, ASC) przemieniał pozostałe cząstki amoniaku, jakie mogły powstać przy wysokich obciążeniach.

Leksykon TDI

Od A do Z – Audi perfekcyjnie opanowało alfabet rozwiązań technicznych stosowanych w silnikach TDI.

Audi 100 TDI (1989)

Na Międzynarodowej Wystawie Motoryzacyjnej IAA we Frankfurcie nad Menem w roku 1989, Audi pokazało rozwiązanie, będące kolejnym milowym krokiem techniki. Pięciocylindrowy silnik zamontowany w Audi 100, miał pojemność 2461 cm3 i był pierwszym elektronicznie zarządzanym turbodieslem z wtryskiem bezpośrednim – pierwszym TDI. Dzięki mocy 88 kW (120 KM) i momentowi obrotowemu 265 Nm dostępnemu przy 2250 obr./min., jednostka dysponująca dwoma zaworami na cylinder charakteryzowała się dużą mocą i niskim zużyciem.

Specjalne kanały po stronie wlotowej pozytywnie wpływały na rotację powietrza. Pompa wtryskowa wytwarzała ciśnienie do 900 barów. Pięciootworowe dysze we wtryskiwaczach zapewniały precyzyjne tworzenie mgły olejowej. Podwójny zawór dyszy – jedno z bardziej znaczących ulepszeń w rozwoju silnika TDI – pozwalał na wstępne wtryskiwanie małych ilości paliwa, co łagodziło spalanie i wyciszało odgłosy pracy. Intercooler obniżał z kolei temperaturę zagęszczonego, zasysanego powietrza.

Biturbo

3.0 TDI biturbo to najmocniejszy silnik V6 diesel produkcji Audi. Dwie sprężarki są tu szeregowo połączone specjalnym zaworem, zamkniętym przy niskich obrotach. Większość pracy wykonuje wtedy mała sprężarka ze zmienną geometrią turbiny. Duża sprężarka odpowiada za wstępne sprężanie. Powyżej ok. 2500 obr./min., zawór zaczyna się otwierać, a mała sprężarka przekazuje swe zadanie swojemu większemu odpowiednikowi. W zakresie od 3500 do 4000 obrotów, zawór otwiera się całkowicie i teraz pracuje już tylko duża sprężarka.

Ze względu na swą koncepcję wysokiej mocy, Audi zmodernizowało liczne detale jednostki napędowej i jej osprzętu. Oscylator dźwiękowy w układzie wydechowym sprawia, że silnik ma głębokie brzmienie, niczym motor ośmiocylindrowy. 3.0 TDI biturbo znajdziemy m. in. w Audi SQ5 TDI, pierwszym modelu S marki Audi z silnikiem diesla.

Chłodnica powietrza doładowującego - intercooler

Gdy turbosprężarka spręża zasysane powietrze, jego temperatura wzrasta nawet do 200 stopni Celsjusza. Gorące powietrze ma jednak niewielką gęstość, zawiera mniej tlenu potrzebnego dla spalania. Dlatego za turbosprężarką umieszczono chłodnicę międzystopniową, która mocno chłodzi sprężone powietrze przed jego wtłoczeniem do komory spalania.

Chłodnice powietrza doładowywanego to standard w samochodach marki Audi. Środkiem chłodzącym, zależnie od konstrukcji chłodnicy, jest powietrze i/lub ciecz, pochodząca z obiegu chłodzącego. Inżynierowie Audi również tu kładą duży nacisk na maksymalną efektywność – pod względem ciężaru, sprawności oraz redukcji strat wynikających z przepływu.

Clean diesel

By spełnić wymagania europejskiego standardu emisji spalin Euro 6, a jednocześnie wyraźnie obniżyć emisję tlenków azotu, Audi przeorientowuje swoje jednostki TDI na tzw. clean diesel. W większości przypadków wymaga to zmian w silniku i układzie wydechowym. W przypadku kompaktowych jednostek i modeli samochodów wystarcza zastosowanie katalizatora DeNox.

Rozwiązanie to jest bardziej złożone w przypadku dużych modeli i silników. Przykładowo: nowy motor 3.0 TDI wyposażono w powiększony katalizator utleniający, a w wariancie o mocy 160 kW (218 KM) jest on dodatkowo elektrycznie podgrzewany. Powiększony katalizator utleniający umieszczono na tej samej osi co ujście turbiny turbosprężarki. Audi jest pierwszym w branży motoryzacyjnej producentem, który połączył katalizator magazynujący NOx z filtrem cząstek stałych oraz z wtryskiem SCR (selective catalytic reduction) w jeden podzespół. Wodny roztwór mocznika AdBlue wtryskiwany jest przez specjalny moduł dozujący.

Common Rail

System wtrysku Common Rail to zbiornik wysokociśnieniowy w kształcie rury, utrzymujący paliwo pod stałym, wysokim ciśnieniem wynoszącym do 2000 barów. System napełniany jest przy pomocy pompy, napędzanej silnikiem. Krótkie przewody stalowe łączą wtryskiwacze z wspólną szyną, a impulsy elektryczne sterują ich otwieraniem i zamykaniem.

Technika Common Rail pozwala odseparować wytwarzanie ciśnienia od wtrysku, co pozwoliło projektantom na zastosowanie swobodnej charakterystyki wszystkich wtryskiwanych dawek paliwa. Daje to duże pole do manewru. Podczas każdego cyklu pracy można podać do dziewięciu dawek paliwa. Wtryskiwane wstępnie dawki zapewniają płynny wzrost ciśnienia, a co za tym idzie ciche spalanie. Wtryskiwane dodatkowo dawki redukują emisje szkodliwych substancji i służą regeneracji filtra cząstek stałych.

E-diesel Audi

E-diesel Audi to syntetyczne paliwo przyszłości, neutralne pod względem CO2. Produkują je specjalne mikroorganizmy żyjące w wodzie, które w procesie fotosyntezy wytwarzają długołańcuchowe alkany – ważne składniki paliwa diesla.
By zaszedł ten proces, potrzebują jedynie światła słonecznego i dwutlenku węgla. Nowe paliwo zadziwia swą czystością chemiczną i wysoka liczbą cetanową.

Audi w kooperacji z firmą Joule, amerykańskim przedsiębiorstwem branży biotechnologicznej, wybudowało w Nowym Meksyku próbną instalację, w której obok e-diesla Audi produkowany jest także e-etanol Audi. Samochody wykorzystujące te paliwa są tak ekologiczne jak samochody całkowicie elektryczne.

Elektryczne biturbo

Elektryczna sprężarka biturbo to najnowsze rozwiązanie techniczne spod znaku czterech pierścieni. Turbosprężarka spalinowa współpracuje tu z dodatkową sprężarką, napędzaną elektrycznie. Zamiast na kole turbiny, umieszczono ją na małym silniku elektrycznym, który pozwala na uzyskanie w krótkim czasie bardzo wysokiej liczby obrotów wirnika sprężarki.

Elektryczna sprężarka jest podłączona za chłodnicą powietrza doładowującego i przy większości obciążeń omijana przy pomocy kanału obejściowego. Jeśli energia spalin przy bardzo niskich obrotach jest niewielka, to zawór kanału się zamyka
i sprężarka uaktywnia się. To nowe rozwiązanie pozwala spontanicznie i szybko generować moc podczas startu samochodu i podczas jazdy na niskich obrotach.

Filtr cząstek stałych

Podczas spalania oleju napędowego, w niektórych częściach silnika osadzają się cząstki sadzy. By je wyeliminować, Audi montuje w swych samochodach filtr cząstek stałych, który osiąga sprawność ponad 95 procent.

Wpływające cząsteczki, na skutek adhezji przyczepiają się do porowatej ściany filtra. Potem są regularnie wypalane. Kiedy - zależy od stylu jazdy. Wypalanie inicjuje proces specjalnie opóźnianego wtrysku paliwa, co powoduje, że temperatura spalin na krótko bardzo wzrasta.

Hybrydyzacja

Audi ma już w swym portfolio cały wachlarz modeli hybrydowych. Jeszcze w tym roku na rynku pojawi się Audi A3 Sportback e-tron – hybryda typu plug-in. Wkrótce potem do sprzedaży trafią takie modele z silnikami montowanymi wzdłuż.

Jednostka montowana wzdłuż drugiej generacji jest specjalnie zaprojektowana by ułatwić współpracę silników elektrycznych z silnikami spalinowymi, także z jednostkami TDI. Taki motor dopasowuje się do danego modelu Audi. Koncern opracował matrycę technologiczną, rozpisując poszczególne stopnie elektryfikacji, aż po napęd hybrydowy typu plug-in.

Katalizator SCR

Skrót SCR oznacza selective catalytic reduction – tzn. transformację tlenków azotu zawartych w spalinach. Ze specjalnego zbiornika do katalizatora SCR wtryskiwany jest przez dysze wodny roztwór mocznika AdBlue. W gorącym strumieniu spalin roztwór ten rozkłada się na amoniak, za pomocą którego tlenki azotu zamieniane są na nieszkodliwy azot i wodę. W nowym silniku 3.0 TDI, Audi połączyło katalizator SCR i filtr cząstek stałych oleju napędowego w jeden zespół.

Odlew z wermikularnego żeliwa szarego

W silnikach V6 i V8 TDI skrzynię korbową odlewa się z wermikularnego żeliwa szarego (GJV-450). Ten materiał z grafitu, o porowatej strukturze przypominającej rojące się insekty, wytwarzany w nowoczesnym procesie odlewania, charakteryzuje się ekstremalną wytrzymałością, także w wysokich temperaturach.

Osprzęt silnika

Audi zwiększa także efektywność osprzętu silników. Przykładowo nowe pompy olejowe, regulowane strumieniowo, pobierają tylko tyle energii, ile faktycznie potrzebują. W średnioterminowej perspektywie cztery pierścienie koncentrują się na stworzeniu w pełni zelektryfikowanych jednostek.

Piezo

Piezo to nieodłączny partner wtrysku Common Rail. Piezokryształy, po przyłożeniu napięcia elektrycznego, w ułamkach milisekund zmieniają swoją strukturę, delikatnie się rozszerzając. We wtryskiwaczu ułożonych jest na sobie kilkaset piezopłytek. Proces rozszerzania całego zespołu oddziałuje bezpośrednio na iglicę dyszy wtryskowej, bez udziału jakiejkolwiek pośredniczącej mechaniki.

Po kilku tysięcznych częściach sekundy wtryskiwacze ponownie się zamykają. W ten sposób możliwe jest wtryskiwanie minimalnych dawek paliwa o ciężarze zaledwie 0,8 mg, czyli mniejszym od jednej tysięcznej grama.

System recyrkulacji spalin (AGR)

Przy wysokich temperaturach, w komorach spalania silnika spalinowego tworzą się tlenki azotu. Można je w dużej mierze wyeliminować, stosując system recyrkulacji spalin AGR. System AGR w silnikach TDI dużą część spalin kieruje z powrotem do komór spalania. Dzięki temu, zmniejsza się ilość świeżego, bogatego w tlen powietrza, a temperatury spalania obniżają się.

Audi zastosowało system AGR już w swoim pierwszym silniku TDI, 2,5-litrowym pięciocylindrowcu w wersji z 1994 roku. By zwiększyć sprawność systemu, prawie wszystkie silniki mają dziś chłodzoną instalację. Spaliny w drodze powrotnej do silnika przepływają przez chłodnicę. Nowa jednostka napędowa 2.0 TDI oraz przyszły silnik 1.4 TDI wyposażone są w kombinację chłodzonego i niechłodzonego systemu AGR.

Tarcie wewnętrzne

Audi bardzo mocno zredukowało współczynnik tarcia w wielu spośród swoich jednostek TDI. By tego dokonać, wykorzystano najnowocześniejsze rozwiązania związane z obróbką w procesie produkcji takie jak: obróbka laserowa i honowanie gładzi cylindrów. Obecnie jeszcze bardziej trwałe i precyzyjne gładzie pozwalają na zminimalizowanie sił napięciowych na pierścieniach tłoków, przez co tłoki poruszają się z większą łatwością. Mniejsze łożyska wału korbowego, korbowodów i wałków rozrządu także przyczyniają się do obniżenia tarcia.

Innym obszarem stosowania innowacji są materiały wykorzystywane w budowie poszczególnych części silnika. Dla przykładu, w nowym 3.0 TDI pierwszy pierścień tłoka ma powłokę wyprodukowaną nowatorską metodą, a sworznie tłokowe powleczono warstwą węgla diamentopodobnego (ang. DLC – Diamond-like-carbon).

Technika czterech zaworów

Silniki z czterema zaworami na cylinder pracują efektywniej niż te z dwoma, ponieważ wymiana gazów przebiega w nich szybciej i cylindry szybciej się napełniają. Lepiej spalają też paliwo, generując większą moc i moment obrotowy przy niższym zużyciu i mniejszej emisji spalin do atmosfery.

Audi, konstruując w 1997 roku 2,5-litrowy motor V6 TDI, wprowadziło technikę czterozaworową z dwoma wałkami rozrządu zamontowanymi w głowicy silnika do jednostek diesla. Takie rozwiązanie umożliwiło umieszczenie dyszy wtryskowej
w idealnym miejscu – dokładnie pośrodku komory spalania. Kolejną ogromną jego zaletą było zróżnicowanie obu kanałów dolotowych. W kanale rotacyjnym wpływające powietrze przy niskim obciążeniu i niskiej liczbie obrotów wprawiane jest w turbulencje, co podwyższa moment obrotowy. Kanał tangencjalny, dzięki redukcji oporów pozwala uzyskać wysoką dynamikę przy wyższych obrotach.

Turbosprężarka spalin

Turbosprężarka składa się z turbiny napędzanej strumieniem spalin, oraz sprężarki zasysanego powietrza. Oba elementy są położone naprzeciw siebie na wspólnym wałku. Ich maksymalna liczba obrotów może wynosić ponad 200 tys. obr./min. Turbosprężarki firmy Audi wytwarzają do 2,2 bara względnego ciśnienia ładowania. W silniku 3.0 TDI, przy pełnym obciążeniu silnika, biturbo spręża 1200 metrów sześciennych powietrza na godzinę.

Uzupełnieniem sprężarek monoturbo i biturbo w przyszłości będzie elektryczna sprężarka biturbo. Audi kładzie duży nacisk na rozwój techniki turbo by jeszcze bardziej poprawić reakcje pojazdów, ich sprawność, ciężar i akustykę.

Wielootworowe dysze

System Common Rail to bardzo precyzyjny układ. W niewielkich porcjach podaje paliwo do komór spalania. Rozpyla się ono z dysz, pod ciśnieniem do 2000 barów, z prędkością wielokrotnie przekraczającą prędkość dźwięku.

W niektórych silnikach, Audi stosuje wtryskiwacze piezoelektryczne z ośmiootworowymi dyszami. Każdy otwór ma jedynie 0,1 mm średnicy. Dzięki bardzo dokładnemu rozpyleniu powstaje mgła olejowa, sprawiająca, że zapłon i spalanie zachodzą szybko, są homogeniczne, komfortowe pod względem akustycznym i przede wszystkim przebiegają nadzwyczaj efektywnie.

Zarządzanie temperaturą

Zarządzanie temperaturą o kilka procent obniża zużycie paliwa silników TDI. Układ ten różni się nieco od siebie, w zależności od modelu w jakim jest montowany. W nowym 3.0 TDI skrzynia korbowa i głowica silnika mają odrębne obiegi chłodzące. By zredukować straty ciśnienia, praca płaszcza wodnego głowicy jest podzielona na dwa zakresy.

W fazie rozgrzewania silnika ciecz chłodząca nie krąży, chłodnica olejowa jest pomijana kanałem obejścia. W ten sposób olej silnikowy szybko osiąga właściwą temperaturę pracy, a faza zwiększonych strat spowodowanych tarciem zimnego, lepkiego oleju w skrzyni korbowej i na zaworach znacznie się skraca. Obieg głowicy zaopatruje ogrzewanie wnętrza pojazdu i układ recyrkulacji spalin. Przy rozgrzanym silniku i przy niskich obciążeniach ciecz w skrzyni korbowej może się zatrzymywać – pozwala to zaoszczędzić energię napędową dla pompy wody.

Zmienna geometria turbin

Zmienna geometria turbin (VTG) jest standardem w silnikach TDI produkcji Audi. Umożliwia ona spontaniczne i płynne wytwarzanie momentu obrotowego, nawet w zakresie niskich obrotów. Po dodaniu przez kierowcę gazu, przestawiane łopatki koła turbiny ustawiają się pod niewielkim kątem. Zmniejsza to średnicę wlotu do obudowy turbiny i zmusza spaliny do wpływania z większą prędkością. Koło turbiny kręci się szybciej, a konieczna ilość świeżego powietrza wzrasta, ciśnienie ładowania uzyskiwane jest spontanicznie.

Wraz z wzrastającą ilością spalin oraz przy niewielkim zapotrzebowaniu na ciśnienie ładowania, łopatki ustawiają się bardziej pionowo. Średnica wlotu powiększa się, spaliny wpływają wolniej. Koło turbiny kręci się wolniej, a ciśnienie ładowania i moc turbiny utrzymują się prawie na tym samym poziomie. Audi wykorzystuje w dużych silnikach TDI elektryczne aktuatory VTG, a w czterocylindrowych silnikach diesla aktuatory pneumatyczne.

Zdjęcia i dodatkowe informacje znajdą Państwo na stronie www.audi.press-bank.pl.

Koncern Audi w roku 2013 dostarczył klientom około 1 575 500 samochodów marki Audi. Jeden z najbardziej rozpoznawalnych modeli marki, Audi A3, został wyróżniony nadawanym przez jury złożone z dziennikarzy z całego świata tytułem „World Car of the Year 2014” (średnie, łączne zużycie paliwa: 7,1 – 3,2 l/100 km, średnia emisja CO2: 165 – 85 g/km). W całym roku przedsiębiorstwo osiągnęło przychody w wysokości 49,9 miliardów Euro, a jego wynik operacyjny wyniósł 5,03 miliardów Euro. Marka Audi obecna jest na ponad 100 rynkach całego świata, a produkcja odbywa się w zakładach w Ingolstadt, Neckarsulm, Györ (Węgry), w Brukseli (Belgia), w Bratysławie (Słowacja), Martorell (Hiszpania), w Kałudze (Rosja), Aurangabad (Indie), Changchun (Chiny) i w Dżakarcie (Indonezja). W grudniu 2013, cztery ringi rozpoczęły również produkcję samochodów w Foshan (Chiny). W roku 2015 produkcja ruszy w São José dos Pinhais (Brazylia), a od 2016 w San José Chiapa w Meksyku. Spółkami należącymi w 100% do Audi AG są między innymi quattro GmbH (Neckarsulm), Automobili Lamborghini Holding S.p.A. (Sant'Agata Bolognese/ Włochy) oraz producent sportowych motocykli Ducati Motor Holding S.p.A (Bolonia/Włochy). Audi zatrudnia obecnie ponad 73 500 pracowników, z czego 52 500 w Niemczech.
W latach 2014 - 2018 koncern planuje inwestycje rzędu 22 miliardów Euro, głównie w nowe produkty i zrównoważone technologie. Audi przykłada dużą wagę do korporacyjnej odpowiedzialności, a w swej strategii ustanowiło zasadę zrównoważonego rozwoju swoich produktów i procesów produkcyjnych. Długoterminowym celem koncernu jest mobilność wolna od CO2.