der neue 3,0-l-v6-tdi-motor von audi

ENTWICKLUNG Dieselmotoren

684 MTZ 9/2004 Jahrgang 65

Der neue 3,0-l-V6-TDI-Motor von AudiTeil 2: Thermodynamik, Applikation und Abgasnach-behandlungIm ersten Teil dieses Beitrags [1] wurden Konstruktion und Mechanik desneuen 3,0-l-V6-TDI Motors von Audi beschrieben. In diesem zweiten Teil gehtes um die Entwicklung der Thermodynamik, Applikation und Abgasnachbe-handlung. Der neue Dieselmotor hat eine Leistung von maximal 171 kW bei4000/min und ein Drehmoment von 450 Nm zwischen 1400 bis 3250/min. Er wird zunächst im Audi A8 und A6 in Verbindung mit dem neuen Sechs-gang-Automatikgetriebe mit quattro-Antrieb eingesetzt.

1 Einleitung und Aufgabenstellung

Im Jahr 1997 ging der 2,5-l-V6-TDI-Motor inProduktion. Dieser kam mit seiner letztenEntwicklungsstufe von maximal 132 kWund Abgasstufe Euro 4 auch bei Fahrzeugender Oberklasse zum Serieneinsatz [2]. Fürden neuen Audi A6 und den A8 wurde einV6-TDI-Motor mit 3 l Hubraum entwickelt.Er ist nach dem 4,0-l-V8-TDI [3] der zweiteDieselmotor, der auf der neuen Audi-V-Mo-torenfamilie basiert. Allerdings wurde derZylinderabstand von 88 auf 90 mm vergrö-ßert. Familienmerkmal ist der getriebeseiti-ge Kettentrieb und resultierend daraus eineextrem kurze und kompakte Bauweise. DieEinspritzung übernimmt – erstmalig beimV6-TDI-Motor von Audi – ein Piezo-Com-mon-Rail-System der dritten Generationvon Bosch [4]. Der maximale Einspritzdruckbeträgt 1600 bar. Die Ziele für die Entwick-lung von Thermodynamik und Abgasnach-behandlung waren:■ höchste spezifische Leistung■ hohes Motordrehmoment■ beste Fahrleistungen insbesondere hin-sichtlich Ansprech- und Beschleunigungs-verhalten bei gleichzeitig niedrigen Ver-brauchswerten■ exzellente Verbrennungsakustik■ Einhaltung der strengen Emissions-grenzwerte Euro 4 allein durch innermoto-rische Maßnahmen■ optional ein wartungsfreies CSF-Parti-kelfiltersystem (Catalysed Soot Filter).

Um das Potenzial mehrerer hochkom-plexer Systeme zu nutzen, wurden um-fangreiche Untersuchungen zum Brenn-verfahren und zur Applikation durchge-führt. Die Wechselwirkungen der verschie-denen Systeme und Parameter konntennur unter Zuhilfenahme von DoE (Designof Experiment) zielgerichtet untersuchtund analysiert werden. Mit diesen Ergeb-nissen wurde das Brennverfahren definiertund die Applikationsdaten festgelegt.

2 Brennverfahren und Applikation

Das vom 4,0-l-V8-TDI bekannte Audi TDI-Brennverfahren mit vier Ventilen undCommon-Rail-Einspritzsystem wurde fürdiesen Motor komplett überarbeitet. Dabeiwurden insbesondere folgende Einfluss-faktoren auf die dieselmotorische Verbren-nung betrachtet:■ Drallregelung und Füllung■ Brennraumform und Verdichtung■ Einspritzsystem mit Mehrfacheinsprit-zung■ Abgasrückführung mit gesteuerter Küh-lung■ Abgasturboaufladung und Ladeluftküh-lung.

2.1 Vierventil-Technologie mitelektronischer DrallregelungBeim 3,0-l-V6-TDI wird erstmals das neueVierventil-Konzept umgesetzt. Zur Erzie-lung einer höheren mechanischen Festig-

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Die Autoren

Dipl.-Ing. DieterBrucker ist Thermo-dynamiker in der Abtei-lung Thermodynamikund Applikation Diesel-motoren bei der AudiAG in Neckarsulm.

Dipl.-Ing. RichardBauder ist Leiter derEntwicklung Diesel-motoren bei der AudiAG in Neckarsulm.

Dipl.-Ing. WolfgangHatz ist Leiter derAggregate-Entwick-lung bei der Audi AGin Ingolstadt.

Dr. rer. nat. HenningLörch ist Teamkoordi-nator in der AbteilungAbgasnachbehand-lung Dieselmotorenbei der Audi AG inNeckarsulm.

Dipl.-Ing. Axel Macherist Applikateur in derAbteilung Thermodyna-mik und ApplikationDieselmotoren bei derAudi AG in Neckar-sulm.

Dipl.-Ing. Zaccheo-Giovanni Pamio istLeiter der Abgasnach-behandlung Diesel-motoren bei der AudiAG in Neckarsulm.

Dipl.-Ing. ThomasReuss ist Leiter Ther-modynamik und Ap-plikation 3,0-l-V6-Die-selmotoren bei derAudi AG in Neckar-sulm.

Dipl.-Ing. RalphRiegger ist Fachrefe-rent in der AbteilungThermodynamik undApplikation Diesel-motoren bei der AudiAG in Neckarsulm.

Dr.-Ing. Hans-JosefSchiffgens ist LeiterThermodynamik undApplikation Diesel-motoren bei der AudiAG in Neckarsulm.

Bild 1: Audi-Vierventil-Verfahren mit elektronischer DrallregelungFigure 1: Audi four-valve cylinder layout with electronic swirl control

2.1 Vierventil-Technologie mit elektronischer Drallregelung

keit und besseren Kühlung (Querstrom-statt Längskühlung) wurde der Ventilsternetwas zurückgedreht, so dass jeweils diezwei Ein- und Auslassventile von einer No-ckenwelle betätigt werden, Bild 1.

In Verbindung mit der geregelten Drall-klappe konnte durch eine konsequente Ka-nalentwicklung eine höhere Spreizung desDralls erreicht werden – also ein weiter Be-reich zwischen hohem und niedrigemDrall. Erstmalig können durch die elektro-nisch geregelte Ansteuerung der Drallklap-pe auch Zwischenstufen kennfeldabhän-gig eingestellt werden, Bild 2.

Bei geschlossenem Spiralkanal stelltsich ein hoher Drall von etwa 1,35 ein. Beigeöffneter Klappe wird ein Drall von ledig-lich 0,4, bei einem guten Durchfluss von

0,11 erreicht. Der Vorgängermotor 2,5-l-V6-TDI erzielte einen Durchfluss von 0,09 beieinem festen Drall von 0,67.

Im unteren Drehzahl- und Lastbereich istdie Klappe zur Erzielung niedrigster Emis-sionen geschlossen, das ergibt einen hohenDrall. Bei niedrigen Drehzahlen und höhe-ren Lasten ergibt eine Zwischenstellung mitmittleren Drall beste Emissionen. Bei höhe-ren Drehzahlen und für höchste Leistung istdie Drallklappe voll geöffnet, dies ist ein Be-reich mit niedrigem Drall. Den Einfluss derDrallklappenstellung auf die Partikelemis-sionen an einem ausgewählten Kennfeld-punkt mit relativ hoher Last zeigt Bild 3.

Durch die geregelten Drallklappen kön-nen noch deutlich niedrigere Partikelwertebei vorgegebenem Euro 4-NOx-Niveau er-

reicht werden. Vorteilhaft ist dies bei rela-tiv hohen Lasten, wo ein ganz geschlosse-ner Einlasskanal zu Füllungseinbußen unddamit zu einem höheren Partikelausstoßführt. Des weiteren ist die Entdrosselungauch für den Verbrauch vorteilhaft. DieseMöglichkeit ist insbesondere für Automat-quattro-Antriebe notwendig, da durch-schnittlich höhere Lasten als mit Standard-antrieb gefahren werden.

Der Einsatz der lagegeregelten Drall-klappe, die in Abhängigkeit von Last undDrehzahl den optimalen Kompromiss zwi-schen den Anforderungen hinsichtlichEmissionen, Verbrauch und Drehmo-ment/Leistung ermöglicht, bildet die Basiszur Erzielung der Emissionsstufe Euro 4nur mit innermotorischen Mitteln.



2.1 Vierventil-Technologie mit elektronischer Drallregelung

Bild 3: Einfluss der Drallklappenstellung auf die PartikelemissionenFigure 3: Influence of swirl flap position on particle emissions

Bild 2: Drallvariationen und DurchflussFigure 2: Swirl variations and through-flow

Bild 4: Brennraum

Figure 4: Combustion

chamber

2.2 Brennraum

Bild 5: Piezo-Inline-Injektor der 3. GenerationFigure 5: Third-generation piezo inline injector

2.2 BrennraumFür eine schadstoffarme und effizienteVerbrennung müssen die Brennraumform,die Luftbewegung im Brennraum und dieEinspritzung gezielt aufeinander abge-stimmt werden. Durch umfangreicheUntersuchungen wurden folgende Para-meter im Hinblick auf niedrigste Emissio-nen und Kraftstoffverbräuche sowie höch-ste Leistungswerte bei gleichzeitig hohermechanischer Festigkeit des Kolbens opti-miert:■ Brennraummuldengeometrie■ Drallausbildung in der Mulde■ Verdichtungsverhältnis■ Strahlauftreffpunkt und freie Strahl-länge■ Einspritzdüsengeometrie und -durch-fluss.

Bild 4 zeigt die Anordnung von Injek-tor, Einspritzstahlen und Kolbenmulde. Eswurde ein Kolben ohne Ventiltaschen undeinem maximalen Muldendurchmesservon 50 mm gewählt. Die Verdichtungkonnte mit 17:1 sehr niedrig ausgelegt wer-den, weil das Piezo-Common-Rail-Systemmit zweifacher Voreinspritzung sehr guteKaltstarteigenschaften und eine ausge-zeichnete Verbrennungsakustik auch beiniedrigsten Außentemperaturen ermög-licht.

Als Einspritzdüse kommt eine neu ent-wickelte Mikro-Sacklochdüse mit siebenSpritzlöchern und einem Spritzwinkel von158° zum Einsatz, Bild 5. Das gute Strahl-bild in Kombination mit dem sehr kleinenSchadvolumen der Düse durch das Mikro-Sackloch und der hohe Einspritzdruck füh-ren zu einer hervorragenden Gemischbil-dung und damit zu einer sehr emissionsar-men und effizienten, verbrauchsgünstigenVerbrennung.

2.3 EinspritzsystemDie Kraftstoffeinspritzung übernimmt einBosch Common-Rail-System der 3. Genera-tion. Erstmals werden schaltschnelle undkompakte Piezo-Inline-Injektoren mit ei-nem maximalen Einspritzdruck von 1600bar eingesetzt, Bild 5.

Der Piezoaktor schaltet in weniger alseiner zehntausendstel Sekunde und wurdenahe der Düsennadel in den Injektor inte-griert. Dadurch konnten die bewegtenBauteile und Massen gegenüber her-kömmlichen Magnetventilinjektorendeutlich reduziert werden. Die Bewegungdes Piezopakets wird über ein Servoventilreibungsfrei auf die Düsennadel übertra-gen. Im Vergleich zu bisherigen Injektorenwerden doppelt so schnelle Düsenschalt-zeiten realisiert. Durch die hohe Schaltge-schwindigkeit lassen sich die Abständezwischen den einzelnen Einspritzungen


2.3 Einspritzsystem

Bild 6: Einfluss der Voreinspritzung auf die NOx- und Partikel-EmissionenFigure 6: Influence of pilot injection on NOx and particle emissions

Bild 7: Wechselwirkung Akustik/Emissionen mit einfacher VoreinspritzungFigure 7: Interaction between acoustics and emissions with a single pilot injection phase

Bild 8: Einflussder Einspritz-parameter aufdie Partikel-emissionenund dasVerbrennungs-geräuschFigure 8:Influence offuel injectionparameters onparticle emis-sions and com-bustion noise

verringern und die Einspritzsequenz demjeweiligen Betriebspunkt des Motors an-passen.

Die einzelnen Einspritzungen könneneng aufeinander im Abstand von etwa 50Mikrosekunden folgen – im Vergleich zur2. Generation eine Verbesserung um denFaktor 40. Die neue Injektorgeneration er-laubt bis zu fünf Einspritzungen pro Ar-beitsspiel. Des weiteren konnten die mini-mal zulässigen Voreinspritzmengen unddie Toleranzen im Vergleich zur 2. Genera-tion deutlich von 1,5 auf 1,0 mm3/Hub re-duziert werden, eine wichtige Vorausset-zung für niedrigste Partikelemissionen. Inenger Zusammenarbeit mit Bosch wurdeder Injektor und das Düsenmodul hinsicht-lich seiner Mengen-Langzeitstabilität ins-besondere bei hohen Raildrücken entschei-dend weiterentwickelt. Den Einfluss derAnzahl der Voreinspritzungen auf die NOx-und Partikelemissionen bei einer konstan-ten Voreinspritzmenge von 1 mm3/Hubzeigt Bild 6.

Es wird deutlich, dass der PM/NOx-Tra-de-off mit steigender Anzahl der Vorein-spritzungen immer ungünstiger wird, diebesten Emissionen werden also ohne Vor-einspritzung erreicht. Auf der anderen Sei-te sind Dieselmotoren ohne Voreinsprit-zung aufgrund der schlechten Verbren-nungsakustik nicht akzeptabel.

Die hohe Dynamik und die damit ver-bundene Flexibilität des Piezosystems er-laubt es, diesen Zielkonflikt Verbrennungs-akustik/Emissionen nahezu aufzuheben,da im ganzen Betriebsbereich eine weicheVerbrennung ohne große Emissionsnach-teile umgesetzt werden kann. Beispielhaftin einem wichtigen Betriebspunkt wirdder Einfluss des Abstands zwischen einerVor- und der Haupteinspritzung auf diePartikelemission und das Verbrennungs-geräusch bei konstanten NOx-Emissionenaufgezeigt, Bild 7.

Eine Voreinspritzung, die möglichstnah bei der Haupteinspritzung liegt,bringt beste Akustik aber schlechtere Par-tikelemissionen – und umgekehrt gilt: Ei-ne weit abgesetzte Voreinspritzung be-wirkt niedrigere Partikelwerte bei schlech-terer Akustik. Eine größere Voreinspritz-menge ergibt eine bessere Akustik aberschlechtere Partikelwerte. Dabei ist zu be-achten, dass die Anforderungen bezüglichder Mengentoleranz bei naher Voreinspit-zung zunimmt.

Einen Überblick, welchen Einfluss dieEinspritzparameter auf die Partikelemis-sionen und das Verbrennungsgeräusch beikonstanten NOx-Emissionen in einem aus-gewählten Kennfeldpunkt besitzen, zeigtBild 8. Die hier untersuchten Parametersind:



Bild 9: Vergleich Verbrennungsanregung Magnetventil-/Piezo-Injektor im LeerlaufFigure 9: Comparison between combustion noise occurrence on engines with solenoid-valve and piezo injectors at idle speed

2.3 Einspritzsystem

2.4 Aufladung und Ladeluftkühlung

Bild 10: Verstellkinematik der variablen TurbinengeometrieFigure 10: Variable turbine geometry adjusting kinematics

Bild 11:Ladeluftkühler-anordnung imneuen A8Figure 11:Arrangement ofcharge-air inter-coolers in thenew Audi A8

■ Anzahl der Voreinspritzungen ■ Voreinspritzmenge■ Abstand der Voreinspritzungen■ Einspritzdruck.

Es wird deutlich, dass durch eine ge-schickte Wahl der Einspritzparameter beikonstanter Verbrennungsakustik undNOx-Emission ein Optimum hinsichtlichVerbrauch und Partikelemissionen erreichtwerden kann. Für den neuen Audi 3,0-l-V6-TDI wurde die Einspritzstrategie in allenFahrzeugen so gewählt, dass zum einen dieEuro 4 Grenzwerte innermotorisch erreichtwerden und gleichzeitig die Kundenanfor-derungen hinsichtlich Verbrauch, Akustik,Leistung und Drehmoment optimal erfülltwerden.

Eine gute Leerlaufakustik ist für einFahrzeug der Luxusklasse selbstverständ-lich. Auch in dieser Disziplin kann das neuePiezo-Einspritzsystem seine Vorteile ein-drucksvoll unter Beweis stellen. Bild 9zeigt, dass das Verbrennungsgeräuschbeim 3,0-l-V6-TDI nur noch einen unterge-ordneten Einfluss auf das Leerlaufgeräuschbesitzt. Bestimmend sind überwiegend diemechanischen Geräusche der bewegtenBauteile.

2.4 Aufladung und Ladeluft-kühlungEin wichtiges Entwicklungsziel war es,schon bei niedrigen Drehzahlen ein hohesDrehmoment und insbesondere einenspontanen Drehmomentaufbau darstellenzu können. Dies wurde mit einem Abgas-turbolader mit variabler Turbinengeome-trie von Borg Warner Turbosystems er-reicht, der zur exakten und schnellerenEinstellung der Leitschaufeln einen elektri-schen Stellmotor einsetzt.

Bild 10 zeigt bei konstanter Drehzahlund einer Variation des Ladedrucks dieUnterschiede zwischen einer Unterdruck-dose und dem gewählten elektrischen Stel-ler. Es wird deutlich, dass die Regelcharak-teristik des E-Stellers deutliche Vorteile be-sitzt, da sie eine geringe Hysterese im Stell-mechanismus hat und damit eine eindeu-tige Zuordnung zwischen Ansteuerungund Ladedruck ermöglicht. Dadurch kannunter anderem der Abstand zur Pumpgren-ze verringert werden. Weitere Vorteile sinddie exakte Vorsteuerung und damit bestesAnsprechverhalten und Emissionen sowiedie Lagerückmeldung für eine exaktereEOBD-Diagnose.

Ein Temperatursensor am Turbinenein-gang sorgt dafür, dass die zulässige Abgas-temperatur von 820°C nicht überschrittenwird. Dies erlaubt eine hohe Motorleistungohne Bauteilüberlastung.

In gleicher Weise wichtig für einenspontanen Drehmomentaufbau ist eine


2.5 Abgasrückführung

3 Motormanagement

Bild 14: Einfluss der Korrekturfunktionen auf die Partikel- und NOx-EmissionenFigure 14: Influence of correcting functions on particle and NOx emissions

Bild 12:Einfluss AGR-Kühlung aufEmissionenFigure 12:Influence ofEGR cooling onemissions

Bild 13: AGR-Gleich-verteilungMessung undRechnungFigure 13:Measurement/computing ofuniform EGRdistribution

optimale Ladeluftkühlung. Bauraumbe-dingt wurden zwei Seitenladeluftkühlereingebaut. Um gleichzeitig niedrige Lade-lufttemperaturen (ΔT = 25 K über Umge-bung) und Druckverluste (120 mbar beiNennleistung) zu erzielen, wurde eine pa-rallele Anordnung gewählt, Bild 11.

2.5 AbgasrückführungDie geregelte Abgasrückführung mit mehroder weniger stark gekühltem Abgas istderzeit die effektivste Maßnahme um dieRohemissionen bei NOx- und Partikel deut-lich zu reduzieren. Durch die Möglichkeitdes Zu- und Abschaltens des AGR-Kühlerssind bei den Emissionen erhebliche Ver-besserungen umsetzbar – auch bei den HC-und CO-Werten, Bild 12. Zusätzlich kanndas Versotten des AGR-Systems zuverläs-sig vermieden werden. Abhängig von derBetriebstemperatur und der Lastanforde-rung wird das rückgeführte Abgas mehroder weniger stark gekühlt.

Weitere wichtige Parameter für ein effi-zientes AGR-System sind eine gute Homo-genisierung von Luft und Abgas und eineexzellente Mengengleichverteilung auf dieeinzelnen Zylinder. Dies ist insbesonderefür Euro 4 Motoren mit AGR-Raten von biszu 60% von entscheidender Bedeutung. Eswurden verschiedene Konstruktionsvari-anten durch gekoppelte 1D/3D CFD-Rech-nungen bewertet und optimiert. Basis fürdie guten Ergebnisse bildet die Einleitungdes Abgases kurz nach der Drosselklappe,die Verteilung über eine lange Mischstre-cke auf die beiden Zylinderbänke und einedetailoptimierte AGR-Einleitstelle, Bild 13.

3 Motormanagement

Als Motorsteuergerät wird die neuesteSteuergerätegeneration EDC16CP vonBosch verwendet. Dieses Steuergerät ver-fügt über einen leistungsfähigen 32-bit-Prozessor mit 56 Mhz Taktfrequenz undSpeicherkapazität für mehr als 12.000 Ap-plikationsparameter.

Erweiterte Regelfunktionen der elektro-nischen Motorsteuerung unterstützen dieGenauigkeit der Piezo-Inline-Injektoreninsbesondere im Hinblick auf Emissions-,Akustik- und Fahrverhaltensstabilität überLaufzeit:■ Injektor-Mengen-Abgleich (IMA), umfertigungsbedingte Mengenstreuungender einzelnen Injektoren im Motorbetriebnahezu auf Null zu reduzieren.■ Null-Mengen-Kalibrierung (NMK), umzylinderindividuell die Mengen der Vor-einspritzungen zu korrigieren, indem dasDrehzahlsignal bei gleichzeitiger Variationder Ansteuerdauer im Schub ausgewertetwird.



4 Abgasnachbehandlung


Bild 15: ÜbersichtAbgasanlage mitPartikelfilter undSensorikFigure 15: Overview of exhaust systemwith particle filter and sensors

Bild 16: Regene-rationsvergleichDünnwand- und Standardsubstrat bei 580 °C, TeillastFigure 16: Compari-son of the regenera-tion process with thin-walled andstandard substrates at 580 °C and partload

Bild 17: Schema fürBeladungserkennungund Auslösung derRegeneration Figure 17: Schematicdiagram for the iden-tification of particlecontent and initiationof the regenerationprocess


5 Motorergebnisse

Bild 18: Anzahl derEinspritzungenim Regenera-tionsbetrieb Figure 18:Number of fuel injectionphases in theregeneratingmode

Bild 19:TypischerTemperatur-verlauf wäh-rend einerRegenerationFigure 19:Typical tempe-rature patternduring regene-ration

Tabelle1: Technische Daten des 3,0-l-V6-TDI-MotorsTable1: Technical data of the 3.0-l-V6-TDI-engine

■ Mengen-Ausgleich-Regelung (MAR), umdie Momentenbeiträge der einzelnen Zy-linder mittelwertneutral gleichzustellen,indem durch Analyse des Drehzahlsignalsim Schub die Torsionsschwingungen derKurbelwelle erfasst und die Einspritzmen-ge dementsprechend angepasst wird.■ Mengen-Mittelwerts-Adaption (MMA),um eine Verschiebung des Luftverhältnis-ses durch die λ-Sonde im Abgasstrang zudetektieren und durch einen Eingriff in dieAGR-Regelung zu korrigieren.■ Nominal-Voltage-Calibraton (NVC), umden individuellen Spannungsbedarf derPiezoaktoren zu überwachen und gegebe-nenfalls zu korrigieren, damit ein gleich-bleibender Hub des Steuerventils im Injek-tor gewährleistet werden kann.

Die Wirkungsweise der elektronischenKorrekturfunktionen auf die Partikel- undNOx-Emissionen zeigt Bild 14.


Bereits die Variante ohne Dieselpartikelfil-ter (DPF) unterschreitet im Audi A8 die Eu-ro 4 Abgasnorm. Optional auf Kunden-wunsch wird ein Dieselpartikelfilter ange-boten, der die schon niedrige emittiertePartikelmasse um mehr als 90 % reduziert.Die Abgasanlage setzt sich aus einem mo-tornahen Oxidationskatalysator, einemUnterbodenkatalysator und einem direktverbundenen Partikelfilter zusammen,Bild 15.

Wie bei der Variante ohne Partikelfiltergewährleistet der motornahe Katalysatordie schnelle Umsetzung von Kohlenwas-serstoffen und Kohlenmonoxid zur Einhal-tung der Euro 4 Grenzwerte. Der kerami-sche Partikelfilter aus Siliciumcarbid be-steht aus parallel angeordneten, wechsel-seitig verschlossenen Kanälen. Das durch-strömende Abgas muss die porösen Wändepassieren und die Rußpartikel werden inden Eingangskanälen zurückgehalten. DasFiltervolumen wurde so ausgelegt, dassüber die gesamte Fahrzeuglebensdauerkeine Wartung erforderlich ist.

Um dem V6-TDI-Hochleistungskonzeptgerecht zu werden, wird erstmalig auf demMarkt ein neuartiges, dünnwandiges Sub-strat eingesetzt. Durch die Verringerungder Wanddicken um 37 % gegenüber demgängigen Standardsubstrat konnte der Ab-gasgegendruck um bis zu 20 % reduziertwerden. In Verbindung mit einer kataly-tisch wirksamen Filterbeschichtung (CSF)verläuft die aktive Filterregeneration be-reits effizient bei Temperaturen von 580-600 °C. Zusammen mit der höherenZellenanzahl des Dünnwandsubstrats ver-kürzt sich die Dauer für eine Regenerationum circa 20 %, Bild 16. Daraus resultiert

ein niedrigerer Kraftstoffmehrverbrauchund eine höhere Regenerationssicherheitzum Beispiel im Kurzstreckenbetrieb.

Die Regeneration wird ausgelöst, wennder Partikelfilter seine maximal zulässigeBeladung erreicht hat. Dabei werden Lauf-strecken bis zu 2000 km erreicht. Die Bela-dungserkennung erfolgt über zwei Model-le, Bild 17: Ein Simulationsmodell errech-net aus den im Steuergerät hinterlegten

Daten die stationäre oder dynamischeRußmassenemission (mCein) und berück-sichtigt die Verringerung der bereits abge-lagerten Partikelmasse durch NO2-Effekteund thermischen Abbrand via O2 (mCaus).

Um eine möglichst hohe Genauigkeitder Simulationsrechnung zu erzielen, wirdneben Temperatursensoren auch eineLambdasonde zur Bestimmung des O2-Massenstroms und zur Ermittlung des



Bild 20: Voll-lastwerte des3,0-l-V6-TDI-Motors mit undohne Partikelfil-terFigure 20: Full-load values forthe 3.0-l-V6-TDIengine (fullload with andwithout DPF)

5 Motorergebnisse

Bild 21: Vergleich der spezifischen Leistung des 3,0-l-V6-TDI-Motors mit dem WettbewerbFigure 21: Comparison of the 3.0-l-V6-TDI-engine’s specific output with that of competitors

Rußmassenstroms unter dynamischen Be-dingungen eingesetzt. Darüber hinauswird der Beladungszustand durch Auswer-tung des gemessenen Differenzdrucksüber den Partikelfilter ermittelt.

Die Erzeugung der erforderlichen Rege-nerationstemperatur von mehr als 580°Cin Unterbodenlage erfordert umfangreicheEingriffe in das Motormanagement. Zudiesem Zweck wird die Menge und die An-zahl der Einspritzungen sowie die Ansteu-erbeginne so angepasst, dass die Tempera-turerhöhung ohne Auswirkungen aufAkustik und Momentenverhalten des Mo-tors erfolgt.

Optimale Rahmenbedingungen werdenhierfür durch das bei Audi eingesetzte Pie-zo-Common-Rail-Einspritzsystem geschaf-fen, mit dem kennfeldabhängig bis zu fünfEinspritzungen erfolgen können, Bild 18.

Luftseitig wird zur Erwärmung desBrennraums eine Drosselung der Ansaug-luft vorgenommen. Zur Erhöhung der Sau-erstoffmenge wird die rückgeführte Ab-gasmenge reduziert. Neben diesen inner-motorischen Maßnahmen wird die Abgas-temperatur zusätzlich durch exothermeUmsetzung unverbrannter Kohlenwasser-stoffe in den Oxidationskatalysatoren an-gehoben, Bild 19.

Durch die Kombination eines hochflexi-blen Einpritzsystems, eines neuartigenSubstrats und einer intelligenten Regene-rationsstrategie in Verbindung mit einerniedrigen Partikelrohemission, konnte einwirksames, zuverlässiges und kaum ver-brauchserhöhendes Abgasnachbehand-lungssystem realisiert werden.

5 Motorergebnisse

Die wesentlichen thermodynamischenMerkmale des neuen 3.0-V6-TDI-Motorssind in Tabelle 1 zusammengefasst. DasDrehmoment- und Leistungspotenzial desV6-TDI-Motors zeigt die erzielte Volllast-kurve, Bild 20. Bemerkenswert ist der fül-lige Drehmomentverlauf. Bereits ab1400/min wird das maximale Moment von450 Nm erreicht und steht bis zu einerDrehzahl von 3250/min zur Verfügung. Da-bei liegen die Rauchwerte bei der Varianteohne DPF auf einem sehr niedrigen Ni-veau. In weiten Bereichen liegen sie untereiner Rauchzahl von 1. Auch der Verbrauchist günstig. Im Nennleistungsbereich wirdein spezifischer Verbrauch von nur 235 g/kWh erreicht. Der Verbrauchsnach-teil für die Variante mit DPF beträgt an derVolllast etwa 1 bis 2 %.

Mit einer spezifischen Leistung von 57,6 kW/l werden derzeit die höchsten spe-zifischen Werte bei einem PKW-Diesel-Mo-tor mit sechs Zylindern erzielt, Bild 21.

Das Verbrauchskennfeld des neuen V6-TDI-Motors zeigt im Bestpunkt hervorra-gende 202 g/kWh, Bild 22. Basis für diesehr flachen Iso-Linien sind neben deroben beschriebenen Brennverfahrensaus-legung auch die reibungsreduzierendenMaßnahmen wie Rollenschlepphebel undUV-Photonenbelichtung der Zylinderlauf-flächen.

6 Fahrzeugergebnisse

Erstmals in Kombination mit dem V6-TDI-

Motor kommt das neue sechsstufige quat-tro-Tiptronic-Automatikgetriebe zum Ein-satz. Durch die hohen Leistungs- und Dreh-momentwerte sind in allen Situationen ex-zellente Fahrleistungen jederzeit abrufbar.Gleichzeitig werden schon allein durchinnermotorische Maßnahmen die sehrstrengen Abgasgrenzwerte nach Euro 4 er-reicht. Um die schon niedrigen Partikel-werte weiter zu reduzieren, wird optionalein Partikelfilter angeboten. Die Emissio-nen im MVEG-Test mit und ohne DPF zeigtBild 23.


Durch nasse Filtertechnologie und opti-mierte Applikation können gleiche Fahr-leistungen dargestellt werden. Der Ver-brauch im MVEG-Test ist um nur 0,1 l/100km höher als ohne DPF. Die Tabelle 2 zeigtdie Fahrleistungs- und Verbrauchswertedes 3,0-l-V6-TDI-Motors mit Automatik-Getriebe im A8.

7 Zusammenfassung

Der neu entwickelte 3,0-l-V6-TDI-Motor istder erste Dieselmotor aus der Audi-V-Mo-torenfamilie mit einem Zylinderabstandvon 90 mm. Mit bis zu 171 kW und 450 Nmist er der derzeit stärkste Sechszylinder-Pkw-Dieselmotor weltweit und zeichnetsich durch exzellente Fahrleistungen beiniedrigen Kraftstoffverbräuchen aus.

Er erfüllt mit innermotorischen Maß-nahmen auch in der Luxusklasse und inVerbindung mit Automat-quattro-Antriebdie strengen Euro 4 Abgasgrenzwerte. Umdie Partikel weiter zu reduzieren, und umKundenwünschen nach einem Partikelfil-ter erfüllen zu können, wird optional einwartungsfreies CSF-Partikelfiltersystemangeboten.

Erstmals kommt beim 3,0-l-V6-TDI einPiezo-Inline-Injektor mit einem maxima-len Einspritzdruck von 1600 bar zum Ein-satz. Das Einspritzsystem ermöglicht ne-ben guten Leistungsdaten auch eine her-vorragende Laufkultur und Verbrennungs-akustik. Zudem kann der Partikelfilter miteiner oder zwei Nacheinspritzungen opti-mal regeneriert werden.

Der neue 3,0-l-V6-TDI ist in seiner Klas-se der derzeit umwelt- und ressourcen-schonendste Dieselmotor für Personenwa-gen.



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5 Motorergebnisse

Bild 22: Verbrauchskennfeld 3,0-l-V6-TDI-Motor ohne Dieselpartikelfilter (DPF)Figure 22: Fuel-consumption characteristic of the 3.0-l-V6-TDI engine without DPF

6 Fahrzeugergebnisse

Bild 23: Emissionen mit und ohne DPF im MVEG-Test mit Automatik-quattro-Getriebe im A8Figure 23: Emissions for an Audi A8 with automatic transmission with and without DPF in the MVEG test

Tabelle 2: Fahrleistungen und Verbrauch des 3,0-l-V6-TDI-Motors im Audi A8mit/ohne PartikelfilterTable 2: Performance and fuel consumption of the 3.0-l-V6-TDI-engine in the Audi A8with and without DPF

Literaturhinweise

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[2] Bauder, R.; Bechle, S.; Dorsch, W.; Pölzl, H.-W.; Riegger, R.; Schiffgens, H.-J.: Der neueV6-TDI-Motor von Audi – Teil 2: Thermodyna-mik. In: MTZ 64 (2003), Nr. 7-8. S. 606

[3] Bauder, R.; Hatz, W.; Pölzl, H.-W.; Michels, E.;Schiffgens, H.-J.; Streng, C.; Wimmer, W.: Au-di 4.0-V8-TDI – Teil 2: Thermodynamik und Ap-plikation. In: MTZ 64 (2003), Nr. 10, S. 860

[4] Hummel, K.; Boecking, F.; Groß, J.; Stein, J.-O.; Dohle, U.: 3. Generation Pkw-Common-Rail von Bosch mit Piezo-Inline-Injektoren. In:MTZ 65 (2004), Nr. 3, S. 180

der neue 3,0-l-v6-tdi-motor von audi

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