Audi viert dit jaar een bijzonder jubileum: 25 jaar TDI. In het najaar van 1989 presenteerde het merk op de IAA in Frankfurt de Audi 100 met een 2,5-liter TDI-motor, een volledig elektronisch gestuurde turbodieselmotor met directe inspuiting. Sindsdien heeft het merk met de vier ringen zijn voorsprong op dit gebied constant vergroot en daarbij nieuwe maatstaven gezet. Ook nu nog werkt Audi met volle kracht door aan de ontwikkeling van nieuwe zuinige en schone motoren.
Al medio jaren zeventig begon Audi, mede onder invloed van de oliecrisis, met de ontwikkeling van een nieuwe, zuinige motor, die uiteindelijk de TDI zou worden. In 1989 presenteerde Audi tijdens de IAA in Frankfurt de 2.5 TDI-motor in een Audi 100. De eerste TDI-motor was een vijfcilinder-in-lijn-turbodieselmotor met een cilinderinhoud van 2.461 cm3, directe brandstofinjectie en volledig elektronisch motormanagement. Destijds vermoedde nog niemand dat deze motor een doorbraak voor de dieselmotor in de serieproductie in Europa en het begin van een nieuw tijdperk vormde. Het vermogen van 88 kW (120 pk) en het koppel (265 Nm) betekenden ten opzichte van de concurrentie toen een enorme stap vooruit.
Steeds meer varianten
In 1991 debuteerde de 1.9 TDI-motor in de Audi 80, vier jaar later gevolgd door een krachtiger variant in de A4. De toename van het vermogen was vooral te danken aan een nieuwe turbocompressor met variabele turbinegeometrie. In 1997 kwam de eerste V6 TDI-motor met vier kleppen per cilinder. De 2.5 TDI leverde 110 kW (150 pk) en een koppel van 310 Nm. De volgende stap was de V8 TDI-motor met een cilinderinhoud van 3.328 cm3, die vanaf oktober 1999 in de Audi A8 geleverd werd. Ook kleinere TDI-motoren volgden, zoals de 1.2 TDI in de Audi A2 in 2001, waarmee een gemiddeld verbruik van 2,99 liter per 100 km (81 gram CO2 per kilometer) kon worden gerealiseerd. In 2004 was de 3.0 TDI-motor de eerste van de nieuwe V-motorenfamilie van Audi. Nieuw waren toen ook de piëzo-injectoren, waarmee minimale hoeveelheden brandstof uiterst nauwkeurig kunnen worden ingespoten. De V12 TDI, die eind 2008 in de Q7 zijn opwachting maakte, vormde als sterkste in serie geproduceerde dieselmotor in een personenwagen de kroon op de TDI-technologie van Audi. Uit zes liter haalde de V12 TDI-motor een vermogen van 368 kW (500 pk) en een koppel van 1.000 Nm. Als antwoord op steeds strenger wordende uitlaatgasnormen – vooral in de VS – kwam Audi in 2009 met de clean diesel-technologie. De 3.0 TDI clean diesel beschikte over een common-rail-systeem met nieuwe sensoren in de verbrandingskamers. Een fijne verstuiving en nauwkeurige verbranding zorgden voor minder uitstoot, terwijl een selectieve reductiekatalysator in de uitlaat de stikoxiden verminderde. In 2013 volgde het dieselpartikelfilter met SCR-laag.
Turbocompressie, inspuiting en uitlaatgasreiniging belangrijkste factoren
De TDI-ontwikkeling heeft sinds 1989 bijgedragen tot het overweldigende succes van de dieselmotor. Daarbij verliep de ontwikkeling in meerdere stappen, met turbocompressie, inspuiting en uitlaatgasreiniging als de belangrijkste factoren. Hieraan werken ingenieurs constant met als doel het verbruik nog verder te verminderen, vermogen en koppel te vergroten en het functioneren van de motoren nog verder te verbeteren. In de loop van de 25 jaar zijn het vermogen en het koppel van de TDI-motor in relatie tot de cilinderinhoud meer dan verdubbeld, terwijl de uitstoot van schadelijke stoffen in dezelfde periode met 98 procent afnam. Andere taken zijn gebaseerd op veranderende wetgeving en economische vragen, zoals eisen ten aanzien van uitstoot of de samenstelling van dieselbrandstof. Zo is de nieuwe 3.0 TDI voor de ULEV-II-norm in een aantal staten van de VS nu al voorzien van een tweeledig gekoelde terugvoering van de uitlaatgassen. Wanneer China, een land waar de kwaliteit van de brandstof nu nog sterke schommelingen vertoont, een diesel-markt wordt, dan zullen ook criteria als hoogte en ijle lucht een belangrijkere rol spelen.
Indrukwekkende cijfers
De cijfers met betrekking tot de actuele turbocompressors van Audi zijn ronduit indrukwekkend. De compressor van de nieuwe 3.0 TDI bouwt een laaddruk op die kan oplopen tot 2,0 bar en bij volgas kan de compressor theoretisch 1.200 m3 lucht (1,2 ton) samendrukken. Het aangedreven vermogen ligt rond de 35 kW en het toerental boven de 200.000 omw./min. Bij de common-rail-inspuiting heeft Audi nu bij de meeste motoren al een maximale druk van 2.000 bar. Het volgende doel is 2.500 bar, terwijl de ingenieurs zelfs al verder denken. Daarbij dient de TDI-motor uit de Le Mans-winnende raceauto Audi R18 e-tron quattro als voorbeeld: deze vierliter V6 TDI-motor bereikt met een inspuitdruk van meer dan 2.800 bar een vermogen van rond de 100 kW per liter. Bij de nabewerking van de uitlaatgassen was in de afgelopen jaren de vroegtijdige werking van de componenten het doel. Dankzij de stijgende efficiëntie van de TDI-motoren daalt de uitlaatgastemperatuur steeds verder. In de ECE-norm wordt pas na 2,5 minuten een temperatuur van 150 graden Celcius achter de oxidatiekatalysator gemeten. Onder dit niveau vindt geen omzetting plaats. De volgende stap komt in 2015 bij de 3.0 TDI: in plaats van een oxidatiekatalysator zal dan een nieuwe NOx-opslagkatalysator worden gebruikt. Deze slaat de stikstofoxiden op totdat de opslag volledig gevuld is, waarna de reiniging in de motor plaatsvindt. Met het oog op het brandstofverbruik wordt deze katalysator alleen actief bij lage uitlaatgastemperaturen, zoals na de start en wanneer er langzaam wordt gereden. In alle andere gevallen zorgt het dieselpartikelfilter voor de omzetting van de stikstofoxiden.
Al zo’n 7,5 miljoen Audi’s met TDI-motor geproduceerd
Tot nu toe heeft Audi zo’n 7,5 miljoen auto’s met TDI-motor geproduceerd. Alleen in 2013 al waren het er bijna 600.000. Deze modellen hebben er in belangrijke mate toe bijgedragen, dat Audi in de afgelopen jaren de gemiddelde CO2-uitstoot van de nieuw in de EU verkochte auto’s met drie procent per jaar kon verminderen. Van de momenteel 156 leverbare TDI-modellen in het Audi-programma hebben er 58 een CO2-uitstoot van tussen de 85 en 120 gram. De Audi A3 ultra heeft met zijn 1,6-liter TDI-motor genoeg aan gemiddeld 3,2 liter diesel per 100 kilometer. Daarbij staat de aanduiding ‘ultra’ voor duurzaamheid in alle aspecten van de onderneming. Audi is momenteel hard bezig om het aanbod van de zeer efficiënte ultra-modellen te vergroten.
Alle TDI-motoren die Audi momenteel levert zijn uitermate efficiënt, schoon, stil, comfortabel en krachtig. In grootte uiteenlopend van 1,6 tot 4,2 liter en met vermogens van 66 kW (90 pk) bij de 1.6 TDI tot 283 kW (385 pk) bij de 4.2 TDI worden de motoren in alle modelreeksen geleverd, met uitzondering van de R8. De best verkochte motor is de 2.0 TDI, waarvan er al bijna drie miljoen exemplaren werden geleverd; alleen vorig jaar al bijna 370.000 eenheden.
De TDI-technologie van Audi heeft een indrukwekkende en succesvolle historie en een grote toekomst. De volledig geactualiseerde emissie-arme 3.0 TDI clean diesel betekent een nieuwe mijlpaal, in de compacte modellen beleeft binnenkort de nieuwe driecilinder 1.4 TDI clean diesel zijn première. Bij de V6 TDI-motoren zorgt een extra elektronische compressor voor een nog vlottere opbouw van de trekkracht, ook al in lagere toerengebieden, waardoor de rijbeleving nog emotioneler en sportiever wordt.
De volgende stap: elektrische biturbo
Met de elektrische biturbo koppelt Audi nu ook elektrische aandrijving van een turbocompressor aan een TDI-motor. De nieuwe hybride-componenten worden binnenkort leverbaar. De normale TDI-motor haalt zijn kracht uit de laaddruk van de turbocompressor. Deze is afhankelijk van de energie uit de uitlaatgassen. De elektrische biturbo maakt hieraan een einde: zijn extra elektrisch aangedreven turbocompressor maakt ook bij lage toerentallen een snelle opbouw van de laaddruk en een groot koppel mogelijk. Hiermee zet Audi, 25 jaar na de uitvinding van de TDI-motor, de volgende stap. Er zijn twee studiemodellen met elektrische biturbo: een Audi A6 TDI concept met 3.0 TDI turbomotor en een Audi RS 5 TDI concept met 3.0 TDI biturbomotor. Al in de nabije toekomst gaat de elektrische biturbo in combinatie met TDI-motoren in de serieproductie. Zo komt er voor elke klant en elke vraag een passende oplossing, tot en met de TDI-motor met plug-in-hybridetechnologie.
‘Rightsizing’: motoren in de juiste grootte, passend bij de auto
Het doel van Audi is om de uitstoot van zijn modellen tot gemiddeld 95 gram CO2 per kilometer te verminderen. Daarom werken de technici naast de hybride-technologie ook hard aan de klassieke segmenten van de techniek. Hiertoe behoren ondermeer het verminderen van weerstand, de warmtehuishouding en de verbranding inclusief injectie en compressor-technologie. Voor Audi is niet ‘downsizing’, maar ‘rightsizing’ het doel: motoren in de juiste grootte, passend bij de auto. Zo blijken de TDI-motoren met zes en acht cilinders in de praktijk vooral zo efficiënt, omdat ze met extreem lage toerentallen probleemloos hun werk doen.
Ook de autosport maakt deel uit van het DNA van Audi. Het circuit is het zwaarste testlaboratorium voor nieuwe ontwikkelingen die later hun weg naar de serieproductie vinden. In 2006 maakte de Audi TDI-motor zijn opwachting bij de 24 Uur van Le Mans en won gelijk in het eerste jaar, de eerste overwinning voor een dieselmotor in de historie van de lange-afstandsrace. Sinds het debuut heeft Audi in negen jaar acht overwinningen in Le Mans behaald, eerst met de TDI-motor en later met een combinatie van TDI- en elektromotor. Op het circuit gelden dezelfde eisen als in de serieproductie: het doel is, steeds meer uit elke druppel brandstof te halen. De successen in de autosport vormen een indrukwekkend bewijs van het potentieel van de TDI-technologie van Audi, onlangs nog met een dubbelzege in Le Mans.
Nieuwe 1.4 TDI-motor
De nieuwe 1.4 TDI is naast de tweeliter-viercilinder de tweede motor in de ‘modulaire diesel-bouwdoos’ van het Volkswagen-concern. De driecilindermotor is dwarsgeplaatst en de serieproductie start binnenkort. De cilinderinhoud bedraagt 1.422 cm2; de slag van 95,5 mm is gelijk aan die van de 2.0 TDI, terwijl de boring is verminderd van 81,0 naar 79,5 mm. Anders dan de voorgaande motor, die tot 2005 werd gebruikt in de Audi A2, heeft de nieuwe 1.4 TDI-motor een onderblok die is gemaakt van een legering van aluminium en silicium, een bijzondere toepassing in dit marktsegment. De kast, die slechts 17 kg weegt en daarmee 12 kg lichter is dan bij de vroegere motor, is dankzij een speciaal gietproces uitermate stevig en volledig dicht. Het totale gewicht van de motor bedraagt 132 kg. De loopbussen van gegoten staal zijn thermisch gevoegd, de zuigers en drijfstangen zijn lichter gemaakt en de bewegende delen zijn geoptimaliseerd voor minder wrijving. De nieuwe 1.4 TDI-motor levert een vermogen van 66 kW (90 pk) en is tussen de 1.500 en 2.500 omw./min. goed voor een koppel van 230 Nm.
De nieuwe, in lengterichting ingebouwde 2.0 TDI-motor
De 2.0 TDI is de allrounder in het modelprogramma van Audi. Van de Audi A1 tot de Audi A6 zorgt de tweeliter viercilindermotor in de meest uiteenlopende modellen voor de aandrijving. In de SUV Audi Q5 is de 2.0 TDI-motor in lengterichting ingebouwd en in zijn meest recente uitvoering overtuigt hij ook door uitlaatgas dat al aan de EU6-norm voldoet. Er kan worden gekozen uit twee uitvoeringen met respectievelijk 110 kW (150 pk) en 140 kW (190 pk). Het maximum koppel bedraagt 320 respectievelijk 400 Nm. Met de 110 kW-motor accelereert de Audi Q5 in 10,9 seconden van 0-100 km/u, de topsnelheid bedraagt 192 km/u. Het gemiddeld verbruik ligt op 4,9 liter per 100 km (129 gram CO2 per km). Bij de top-viercilinder-diesel luiden de cijfers 8,4 seconden, 210 km/u topsnelheid en 5,7 liter brandstof per 100 km (149 gram CO2 per km).
De 2.0 TDI-motor met zijn cilinderinhoud van 1.968 cm3 (boring x slag 81,0 x 95,5 mm) is speciaal gebouwd met het oog op een hoge efficiëntie. De aandrijfriemen voor de nokkenassen en de perifere aggregaten lopen licht en stil. De beide balansassen, die vanuit het oliecarter naar de krukkast zijn verplaatst, zijn voorzien van walslagers. De directe common-rail-injectie bouwt een systeemdruk tot 2.000 bar op, magneetklep-injectoren verstuiven de brandstof door spuitkoppen met acht openingen. In de injector zorgt een extra brandstofopslag in de vorm van een mini-rail voor exact gedoseerde inspuithoeveelheden. Een sensor analyseert de druk bij de verbranding en aan de hand van deze gegevens wordt het motormanagement aangepast. Met zijn uitlaatgasreiniging, inclusief een oxidatiekatalysator en een dieselpartikelfilter met SCR-laag (selective catalytic reduction) dichtbij de motor, voldoet de nieuwe 2.0 TDI-motor in de Audi Q5 aan de Euro6-norm.
De nieuwe 3.0 TDI-motor
De 3.0 TDI-motor vertegenwoordigd de meest recente stand van de techniek. De bestseller van Audi in de grotere modelreeksen is nu nog schoner en voldoet aan de Euro6-norm. Ook de prestaties zijn verbeterd: het vermogen bedraagt 200 kW (272 pk), het maximum koppel van 580 Nm is beschikbaar van 1.250 tot 3.250 omw./min. De vernieuwde Audi A7 Sportback – waarin de nieuwe V6-dieselmotor als eerste wordt geleverd – accelereert met quattro-aandrijving in 5,7 seconden van 0-100 km/u en gaat door tot de elektronisch afgeregelde topsnelheid van 250 km/u. Gemiddeld zijn 5,2 liter brandstof per 100 km genoeg, wat overeenkomt met een CO2-uitstoot van 136 gram per km. Daarmee doet de nieuwe 3.0 TDI-motor het 13 procent beter dan zijn voorganger. Bij de ultra-uitvoering werkt de motor nog efficiënter. Hier luiden de cijfers 160 kW (218 pk), 400 Nm, acceleratie van 0-100 km/u in 7,3 seconden, topsnelheid 239 km/u, verbruik 4,7 liter per 100 km en CO2-uitstoot 122 gram per km.
De nieuwe 3.0 TDI-motor, die met een ontstekingsdruk tot 180 bar werkt, heeft de belangrijkste afmetingen overgenomen van zijn voorganger: boring x slag 83,0 x 91,4 mm, wat resulteert in een cilinderinhoud van 2.967 cm3. De cilinderbanken staan onder een hoek van 90 graden tot elkaar. De volledige motor weegt 192 kg. Het drukniveau in de common-rail-inspuiting kan oplopen tot 2.000 bar. De snel werkende piëzo-injectoren met inspuitkoppen met acht gaten kunnen per arbeidsslag tot acht keer inspuiten. Bij de watergekoelde turbocompressor is er ook sprake van een nieuwe generatie. Het verstelmechaniek van de turbine is aangepast voor een nog betere stroming en nauwkeurigheid, waardoor de motor sneller op het gaspedaal reageert. De relatieve laaddruk nam toe van 1,6 tot 2,0 bar. Dankzij de uitlaatgasreiniging, die voldoet aan de Euro6-norm, draagt de 3.0 TDI in alle uitvoeringen de toevoeging ‘clean diesel’.
De topmotor: 4.2 TDI
De 4.2 TDI-motor is de krachtigste in het Audi-motorenprogramma. In de meest recente uitvoering van de Audi A8 is tussen 2.000 en 2.750 omw./min. een koppel van 850 Nm beschikbaar, het vermogen van 283 kW (385 pk) komt al bij 3.750 omw./min. vrij. De top-TDI heeft een cilinderinhoud van 4.134 cm3 (boring x slag 83,0 x 95,5 mm). In verhouding is het gewicht van de motor met rond de 250 kg vrij laag. Vier nokkenassen met kettingaandrijving bewegen de in totaal 32 kleppen. Voor de toepassing in de Audi A8 is de 4.2 TDI-motor nog verder verbeterd met een hogere temperatuurbestendigheid, aanpassingen aan de piëzo-injectoren en de beide VTG-turbocompressors. Er kan zelfs met een toerental van 800 omw./min. worden gereden, wanneer de stand ‘Audi drive select’ of de efficiency-instelling gekozen wordt. Daarmee wordt het brandstofverbruik aanzienlijk verminderd. In de ECE-cyclus komt de Audi A8 4.2 TDI clean diesel tot een verbruik van 7,4 liter per 100 km (194 gram CO2 per km).
Audi-showcars met TDI-motoren
Sinds 2005 toont Audi regelmatig bij diverse gelegenheden interessante studiemodellen met TDI-motoren. Daarbij werden motoren met vier, zes, acht, tien en twaalf cilinders toegepast. In 2007 was de in Detroit gepresenteerde showcar Q7 coastline met een 368 kW (500 pk) en 1.000 Nm sterke V12-TDI-motor de voorbode van het seriemodel, dat een jaar later in productie ging. In 2008 toonde Audi in Detroit de R8 V12 TDI concept en enkele weken later in Genève de R18 TDI Le Mans. Met beide modellen verwees Audi naar de racesuccessen met de TDI-motor in Le Mans: net als de winnende raceauto’s uit 2006 en 2007 beschikten ook de showcars over een zesliter V12-TDI. In mei 2008 volgde de presentatie van de Audi A3 TDI clubsport quattro met 165 kW (224 pk) sterke motor. In 2010 kwam de Audi e-tron Spyder als een van de belangrijkste blikvangers tijdens de Salon van Parijs. Deze open tweezitter beschikte over een drieliter TDI-biturbomotor en plug-in-hybride-aandrijving. Op de IAA in Frankfurt maakte vorig jaar de Audi nanuk quattro concept zijn opwachting, een crossover-concept van een tweezits coupé die met vijfliter V10-TDI-motor de dynamiek van een sportwagen combineerde met de voordelen van de beroemde Audi quattro-vierwielaandrijving. Ook andere studiemodellen met TDI-motor zagen in de afgelopen jaren het licht.
