Und hier vom 85kW.. als Info...
Der Volkswagen-Konzern als Marktführer für Dieselmotoren mit Direkteinspritzung im Pkw-Bereich stellt mit der Serieneinführung der Pumpe-Düse-Technik im Pkw seine Diesel-Technologieführerschaft erneut unter Beweis. Als erster Schritt in diese Richtung ist nun der 1,9-l-85 kW-Vierzylindermotor erhältlich, der als eine Grundbaustufe für weitere Ableitungen den Ersteinsatz bildet.
1. Einleitung
Auf dem Pkw-Sektor mit Dieselmotorisierung nimmt der Volkswagen-Konzern in Deutschland mit einem Marktanteil von 50 % eine dominierende Stellung ein. Mit Einführung des 1,9-l-85 kW-TDI-Motor mit der Pumpe-Düse-Einspritzung behauptet der Volkswagen-Konzern seine technologische Spitzenposition bezüglich der Direkteinspritzung in schnelllaufenden Dieselmotoren. Das neuentwickelte Pumpe-Düse-Aggregat überzeugt neben dem günstigen Kraftstoffverbrauch und Einhaltung der Euro 3-Norm durch eine hohe Durchzugskraft und exzellente Fahrleistungen, die in seiner Klasse Maßstäbe setzen. Dieser Motor stellt im Hinblick auf das spezifische Drehmoment bei aufgeladenen Pkw-Dieselmotoren im Volkswagen-Konzern die derzeitige Spitze dar.
2. Entwicklungsziele
Aufbauend auf den Erfolgen mit Verteilereinspritzpumpenmotoren war ein Entwicklungssprung hinsichtlich der Emissionen notwendig, um auch in schwereren Fahrzeugklassen Dieselmotorisierungen anbieten zu können, die die Abgasnorm Euro 3 erfüllen und darüber hinaus auch Potential für schärfere Grenzwerte enthalten. Die Emissionsanforderungen lassen sich jedoch nicht losgelöst von anderen Zielfunktionen sehen. Neben der immer präsenten Kostenminimierungspflicht muss aus technischer Sicht der Zielkonflikt zwischen Leistung und Drehmoment (als Synonym für Fahrspaß), Verbrauch, Zuverlässigkeit, Komfort und Emissionen bestmöglich gelöst werden.
Ziel war es, einen Motor zu entwickeln, der der Beste seiner Klasse ist. Zur Lösung dieses Zielkonflikts hat Volkswagen sich für ein Hochdruckeinspritzsystem mit Pumpe-Düse entschieden. Dabei sollten möglichst viele Bauteile des bewährten 1,9-l-81 kW-Serienaggregats aus kosten- und produktionstechnischen Gründen übernommen werden. Im untenstehenden Kasten sind die unter diesen Maßgaben realisierten wichtigsten technischen Daten dargestellt.
3. Motorbeschreibung
Die Basis für den vorliegenden Motor bildet der millionenfach bewährte 1,9-l-TDI-Moror mit 66 und 81 kW, bekannt aus allen Vierzylinder-Volkswagen und Audi TDI-Motorisierungen. Bild 1 zeigt den Motor im Schnitt.
3.1 Zylinderkopf
Die Realisierung einer Pumpe-Düse-Einspritzung erforderte die Entwicklung eines neuen Zylinderkopfes, Bild 2. Der Antrieb durch die Nockenwelle über Rollenkipphebel ist mechanisch und tribologisch sehr anspruchsvoll. Hierbei treten Hertz`sche Pressungen bis 2 000 MPa auf, so dass werkstofftechnisch neue Wege beschritten wurden, zum Beispiel durch den Einsatz amorpher Kohlenstoffschichten. Begleitend wurden FEM-unterstützte Bauteiloptimierungen durchgeführt. Die Ölversorgung des Pumpe-Düse-Antriebes erfolgt über Stichkanäle in den Lagerböcken der Nockenwelle sowie der Kipphebelachse.
Die Kraftstoffeversorgung der Pumpe-Düse-Elemente erfolgt innerhalb des Zylinderkopfes über je ein Vor- und Rücklaufrail. Den erforderlichen Vorlaufdruck liefert eine Flügelzellenpumpe der Firma LUK, die über die Nockenwelle angetrieben wird und eine Einheit mit der Unterdruckpumpe bildet.
3.2 Steuerbetrieb
Als Steuerbetrieb kommt ein Zahnriementrieb zum Einsatz. Die Übertragung der gegenüber der Verteilereinspritzpumpe infolge deutlich größerer Einspritzdrücke von bis zu 2 050 bar auftretenden Trumkräfte wird über einen neuartigen Zahnriemen realisiert. Den hohen dynamischen Belastungen entsprechend wurde das Zahnprofil optimiert. Den Zugkraftspitzen während der Einspritzung wird durch einen besonders geformten Einspritzzahn auf dem Kurbelwellenrad entsprochen. Da der Steuertrieb bei etwa 3 000/min eine Resonanz aufweist, die zu einer deutlichen Verstärkung der dynamischen Trumkräfte führt, wurde ein Nockenwellentilger entwickelt, der die dynamischen Beanspruchungen deutlich reduziert, Bild 3. Ein weiteres Merkmal des Steuertriebes ist der hydraulische Zahnriemenspanner, der Schwingungen im Lostrum wirkungsvoll dämpft. Die Spannrolle wird über einen Exzenter eingestellt, so dass geometrische Toleranzen nicht zu Lasten des Spannerweges gehen.
Technische Daten des 1,9-l-85 kW-TDI-Motors
- wassergekühlter Vierzylinder-Reihenmotor
- Zylinderabstand 88 mm
- Bohrung x Hub 79,5 x 95,5 mm
- Hubraum 1 896 ccm
- obenliegende Nockenwelle über Zahnriemen angetrieben
- zwei Ventile pro Zylinder über hydraulische Tassenstößel betätigt
- Verdichtungsverhältnis 18,0:1
- Leistung 85 kW bei 4 000 1/min
- Maximales Drehmoment 285 Nm bei 1 900 /min
- Gemischaufbereitung durch elektronisch geregelte Pumpe-Düsen mit hydraulischer
Voreinspritzung (max. Einspritzdruck 2 050 bar)
- Abgasturbolader mit variabler Schaufelgeometrie (Garrett VNT 15)
- Ladeluftkühler
- MVEG-Verbrauch 5,3 l /100 km (Audi A 4)
3.3 Kurbelwelle
Die geschmiedete Kurbelwelle ist eine Modifikation der im 1,9-l-81 kW-TDI-Motor eingesetzten Kurbelwelle. Sie unterscheidet sich von dieser durch eine zusätzliche Rollierung der ersten Kurbelwange.
3.4 Pleuel
Das Pleuel des 1,9-l-85 kW-Pumpe-Düse-Motors ist als Trapezpleuel ausgeführt. Diese Ausführung ermöglicht 10 % geringere Muldenrandspannungen am Kolben, 15 % geringere Flächenpressungen in der Kolbennabe und reduziert die Laufzeugmasse um 50 g (etwa 4 %) je Zylinder. Das Pleuel ist geschmiedet und als Crackpleuel ausgeführt. Letzteres liefert eine hohe Passgenauigkeit im großen Pleuelauge.
3.5 Kolben
Der Kolben wurde infolge der größeren thermischen Belastung gegenüber den jetzigen Serienmotoren von Volkswagen als Kühlkanalkolben ausgeführt. Bild 4. Die Verwendung von hochtemperaturfesten Aluminiumlegierungen überkompensiert den mechanischen Festigkeitsverlust, der durch das Einbringen eines Kühlkanals zwangsläufig auftritt. Der Kühlkanalkolben reduziert die Muldenrandtemperaturen um bis zu 40 K, die Temperaturen in der ersten Ringnut um bis zu 20 K und die Temperaturen in der Bolzennabe um bis zu 10 K. Die Mulde wurde der neuen Einspritzqualität entsprechend angepasst.
3.6 Kurbelgehäuse
Das Kurbelgehäuse ist eine Gleichteil zum heutigen 81 kW-Serienmotor. Mit Einsatz dieses Kurbelgehäuses im Pumpe-Düse-Motor kommt parallel zu den in Serie befindlichen Verteilereinspritzmotoren die Fluidstrahlhonung zum Einsatz. Diese Art der Honung verkürzt den Motoreinlauf und führt zu einem geringeren Ölverbrauch. Fluidstrahlen und Glätthonen stellen eine Erweiterung der bekannten zweistufigen Honung um zwei weitere Prozessschritte dar. In der ersten neuen Bearbeitungsstufe werden durch Hochdruckverfahren Verquetschungen an der Laufbuchsenoberfläche abgetragen und verschmierte Riefen der Honbearbeitungen sowie legierungstechnisch bedingte Ausbrüche freigelegt. Die so erzeugte Oberfläche ist weitgehend frei von metallischen Verunreinigungen. In der nachfolgenden, abschließenden Honoperation werden die durch das Strahlen entstandenen Abbruchkanten der Flitter, ebenso wie die übrigen Restrauheiten im Spitzenbereich geglättet. Aufgrund der sauberen Oberfläche können bei Honbearbeitung extrem feine Diamanthonleisten verwendet werden.
4. Pumpe-Düse Einspritzsystem
4.1 Warum Pumpe-Düse ?
Bei der neuen Motorengeneration nimmt das Einspritzsystem eine Schlüsselrolle ein, da es die Motorqualitäten, insbesondere spezifische Leistung bzw. Mitteldruck, Schadstoffemission, Verbrauch und auch Komfort maßgeblich beeinflusst. Da bereits die bisherigen TDI-Motoren von Volkswagen und Audi in diesen Disziplinen einen hohen Standard vorgelegt haben, mussten an das neue Einspritzsystem höchste Anforderungen gestellt werden. Die Entscheidung für die Pumpe-Düse, Bild 5, fiel auf der Basis eines langjährigen Konzeptvergleiches aller denkbaren Systeme anhand eines Lastenheftes für die Einspritzhydraulik, das aufgrund aktueller Motorergebnisse sowie neuer Zielsetzungen oder gesetzlicher Anforderungen laufend präzisiert wurde. Das Pumpe-Düse-System mit Magnetventilsteuerung bedeutete zwar einen vergleichsweise hohen Entwicklungsaufwand, stellte aber gleichzeitig aufgrund seiner Überlegenheit in den nachfolgenden Kriterien die Lösung mit dem höchsten Gesamtnutzen dar: