Der Begriff TDI wird häufig als Synonym für einen Dieselmotor mit fülligem Drehmomentverlauf, herausragender Motorleistung und günstigsten Verbrauchswerten gesehen. Technisch betrachtet bezeichnet Volkswagen jedoch alle seine hochmodernen Dieselmotoren mit direkter Kraftstoffeinspritzung und Turbolader als TDI.
Grundlegende Gemeinsamkeiten aller TDI-Motoren sind die Hochdruck-Kraftstoffeinspritzung und die variable Turbinengeometrie für einen hohen Zylinderfüllgrad und eine effiziente Verbrennung. Dabei setzt Volkswagen zunehmend auf die innovative Common-Rail-Technologie der neuesten Generation mit blitzschnellen Piezo-Elementen.
Die Diesel-Direkteinspritzung bietet den derzeit höchsten Motorwirkungsgrad von bis zu 45 Prozent. Das bedeutet, dass ein Großteil der im Kraftstoff gespeicherten Energie in Bewegungsenergie und somit in Motorleistung umgewandelt wird. Voraussetzung dafür ist eine besonders effiziente Verbrennung des Kraftstoffs. Dabei sind die Brennraumgestaltung und die Zerstäubung des Kraftstoffs von entscheidender Bedeutung.
Beim Common-Rail-System sind Druckerzeugung und Kraftstoffeinspritzung baulich voneinander getrennt. Eine separate Pumpe erzeugt kontinuierlich einen konstanten Kraftstoffdruck. Dieser wird in einer für jeden Zylinderkopf gemeinsamen Verteilerleiste, dem so genannten Common Rail (engl.: "gemeinsame Leitung"), gespeichert. Über kurze Zuleitungen sind die Einspritzdüsen parallel mit der Verteilerleiste verbunden und versorgen so die entsprechenden Zylinder des Motors mit Kraftstoff.
Immer höher werdende Einspritzdrücke zur Steigerung der Effizienz und Verbesserung der Abgaswerte bei Dieselmotoren stellen höchste Ansprüche an das Common Rail-System. Daher wird die Verteilerleiste von Volkswagen als erstem Automobilhersteller selbst gefertigt. Unsere jüngste Dieselgeneration erreicht Spitzendrücke von bis zu 1800 bar. Diese Anforderungen bedürfen einer sehr hohen Qualität in Sachen Oberflächengüte, Dauerfestigkeit, Dichtheit und Sauberkeit. So muss jedes Bauteil zehn Millionen Lastwechsel bei wechselndem Druck einwandfrei überstehen.
Im neuen Golf leistet die Common-Rail-Technologie zudem einen erheblichen Beitrag zur Geräuschreduktion: Während bis zu 1.800 bar Einspritzdruck und spezielle Achtloch-Einspritzdüsen für eine besonders feine Zerstäubung des Dieselkraftstoffs sorgen, übernehmen Piezo-Inline-Injektoren der neuesten Generation die Ansteuerung der Einspritzdüsen. Diese Piezo-Technik ermöglicht flexiblere Einspritzvorgänge mit kleineren und exakter dosierbaren Kraftstoffmengen. Vorteil: ein sehr leiser und angenehm weicher Motorlauf, ein ausgesprochen spontanes Ansprechverhalten sowie besonders niedrige Verbrauchs- und Emissionswerte.
Um Motorleistung und Drehmoment der TDI-Motoren noch weiter zu steigern, setzt Volkswagen auf Abgasturbolader mit variabler Turbinengeometrie.
Sie erhöhen durch Verdichtung der zur Verbrennung notwendigen Luft den Luftdurchsatz des Motors bei gleichbleibendem Hubraum und gleicher Drehzahl und erhöhen somit die Leistung.
Der Abgasturbolader nutzt die im Abgas enthaltene Energie zum Antrieb. Er besteht aus zwei Turbinen. Das Turbinenrad liegt im Auspuffstrom und treibt das über eine Welle verbundene Verdichterrad an. Hier wird die Luft verdichtet. Die durch das Verdichten erhitzte Luft wird meist über einen Ladeluftkühler abgekühlt und danach in den Brennraum geführt. Da kühle Luft ein kleineres Volumen einnimmt als heiße, gelangt so noch mehr Luft und somit Sauerstoff zur Verbrennung in den Brennraum.
Der wesentliche Nachteil des Abgasturboladers besteht darin, dass er für seine Arbeit einen bestimmten Gasdruck benötigt, der aber erst bei höheren Drehzahlen des Motors bereitsteht. Daher entstand der Begriff des "Turbolochs". Um auch im unteren Drehzahlbereich seinen optimalen Wirkungsgrad zu erreichen, benötigt der Lader eine Regelung des Abgasdrucks.
Mit einem System mechanischer Leitschaufeln lässt sich der Querschnitt der Zuleitung zum VTG-Turbolader (VTG = variable Turbinengeometrie) auf der Antriebsseite verändern. Ist bei kleiner Motordrehzahl der Gasdruck gering, sorgt die Steuerung für eine Stellung der Leitschaufeln, die den Querschnitt verengen und den Abgasstrom somit beschleunigen und damit den Druck verstärkt. Erhöht sich mit steigender Drehzahl der Abgasdruck, vergrößert die Steuerung durch die Veränderung der Stellung der Leitschaufeln den Querschnitt der Zuleitung.
Lader mit variabler Turbinengeometrie arbeiten besonders im Teillastbereich sehr effektiv - das "Turboloch" wird vermieden. Sie verleihen dem Motor mehr Leistung, ein deutlich besseres Ansprechverhalten und können seine Emissionen positiv beeinflussen.
Moderne Dieselmotoren emittieren wesentlich weniger Rußpartikel als ältere Aggregate. Dieselpartikelfilter senken den Partikelausstoß erheblich. Selbst feinste Partikel, die bei der Verbrennung des Dieselkraftstoffes entstehen, werden durch den Filter zurückgehalten.
Die neueste Generation der Dieselpartikelfilter von Volkswagen arbeitet ohne Zusatz von Additiven und ist dadurch lange Zeit absolut wartungsfrei. Eine erste Prüfung findet gewöhnlich nach 150.000 km statt. Die Lebensdauer des Filters ist abhängig von Faktoren wie Kraftstoffqualität, Fahrweise, Einsatz und Ölverbrauch.
Der beschichtete Filter besteht aus einem porösen Keramikbauteil mit einer edelmetallhaltigen Beschichtung. Beim Passieren des porösen Filtermaterials werden die Rußpartikel aufgehalten, während Gase ungestört entweichen können. Um die Durchgängigkeit des Filters auf Dauer zu gewährleisten, müssen die im Filter angelagerten Partikel entfernt werden.
Zur Reinigung des Filters werden die abgelagerten Rußpartikel von Zeit zu Zeit entsorgt. Bei der passiven Regeneration erfolgt eine langsame und schonende Umwandlung des Rußes in CO2. Dieser Vorgang benötigt eine Abgastemperatur von über 630 °C und vollzieht sich ohne besondere Maßnahmen, z. B. im Autobahnbetrieb. Nur bei längerer Fahrweise mit geringer Last, z. B. im Stadtverkehr, wird der Filter aktiv gereinigt.
Dazu wird die Abgastemperatur durch die Veränderung spezifischer Motorparameter erhöht. Alle 1.000 bis 1.200 km werden die eingelagerten Rußpartikel abgebrannt. Durch die motornahe Platzierung reicht die Temperatur des Abgases aus, die Rußpartikel während des Motorbetriebs umzuwandeln. Die Folge sind eine geringe Bauteilbeanspruchung sowie ein guter Filterwirkungsgrad.
Seit Jahren ist Volkswagen einer der führenden Anbieter von modernsten Dieselmotoren. So unterschritten die innovativen Pumpe-Düse-Motoren die Grenzwerte der EURO-4-Norm bereits lange vor ihrer Einführung. Damit manifestierte die Volkswagen Motorentechnik ihre Spitzenposition bei der Entwicklung effizienter und ökologischer Diesel-Aggregate. Heute bietet Volkswagen ein großes Spektrum vom Drei- bis zum Zehnzylinder-Turbodiesel mit zuverlässiger und wirtschaftlicher Diesel-Technik mit Pumpe-Düse-Einspritzung oder dem Common-Rail-System an.
Ausschlaggebend bei der Dieseldirekteinspritzung ist der Druck, mit dem der Kraftstoff in den Zylinder eingespritzt wird. Der Diesel-Kraftstoff hat nur eine sehr kurze Zeitspanne, um sich mit der hoch komprimierten Luft im Zylinder zu vermengen. Je höher der Einspritzdruck ist, umso feiner zerstäubt der Dieselkraftstoff im Brennraum des Motors. Dies sorgt für eine intensive Vermischung von Kraftstoff und Luftteilchen. Je intensiver dies geschieht, desto besser und effizienter wird die Verbrennung ablaufen. Außerdem wird der Energiegehalt des Kraftstoffes optimal genutzt, die Schadstoffemissionen sinken.
Um die Verbrennungsabläufe weiter zu optimieren, bedient sich Volkswagen mehrerer Einspritzvorgänge innerhalb eines Arbeitstaktes - der so genannten Mehrfacheinspritzung. Je nach Motorauslegung, Drehzahl und Motorlast verfügen moderne Dieselmotoren über eine Pilot- oder Doppelpilot-, eine Haupt- und eine Nacheinspritzung. Die Pilot- bzw. Voreinspritzung gilt als ideale Lösung zu einem sanften Verbrennungsablauf, indem die enorm hohen Drücke im Brennraum nicht schlagartig auftreten, sondern kontinuierlich ansteigen. Dies führt zu beträchtlich reduzierten Verbrennungsgeräuschen und minimierten Stickoxidemissionen. Zielsetzung der Nacheinspritzung ist es, die Verbrennung weiter zu optimieren und somit die Emissionswerte nochmals zu reduzieren.
Beim Common-Rail-System sind Druckerzeugung und Kraftstoffeinspritzung baulich voneinander getrennt. Eine separate Pumpe erzeugt kontinuierlich einen konstanten Kraftstoffdruck. Dieser wird in einer für jeden Zylinderkopf gemeinsamen Verteilerleiste, dem so genannten Common Rail (engl.: "gemeinsame Leitung"), gespeichert. Über kurze Zuleitungen sind die Einspritzdüsen parallel mit der Verteilerleiste verbunden und versorgen so die entsprechenden Zylinder des Motors mit Kraftstoff.
Immer höher werdende Einspritzdrücke zur Steigerung der Effizienz und Verbesserung der Abgaswerte bei Dieselmotoren stellen höchste Ansprüche an das Common Rail-System. Daher wird die Verteilerleiste von Volkswagen als erstem Automobilhersteller selbst gefertigt. Unsere jüngste Dieselgeneration erreicht Spitzendrücke von bis zu 1800 bar. Diese Anforderungen bedürfen einer sehr hohen Qualität in Sachen Oberflächengüte, Dauerfestigkeit, Dichtheit und Sauberkeit. So muss jedes Bauteil zehn Millionen Lastwechsel bei wechselndem Druck einwandfrei überstehen.
Das klassische Pumpe-Düse-Einspritzsystem wird künftig durch die moderne Common-Rail-Technologie abgelöst.
Im neuen Golf leistet die Common-Rail-Technologie zudem einen erheblichen Beitrag zur Geräuschreduktion: Während bis zu 1.800 bar Einspritzdruck und spezielle Achtloch-Einspritzdüsen für eine besonders feine Zerstäubung des Dieselkraftstoffs sorgen, übernehmen Piezo-Inline-Injektoren der neuesten Generation die Ansteuerung der Einspritzdüsen. Diese Piezo-Technik ermöglicht flexiblere Einspritzvorgänge mit kleineren und exakter dosierbaren Kraftstoffmengen. Vorteil: ein sehr leiser und angenehm weicher Motorlauf, ein ausgesprochen spontanes Ansprechverhalten sowie besonders niedrige Verbrauchs- und Emissionswerte.
Für eine möglichst exakte Steuerung des Einspritzverlaufs und somit deutlich reduzierten Kraftstoffverbrauch und Emissionen verwendet Volkswagen anstelle von Magnetventilen so genannte Piezo-Inline-Injektoren. Beispielsweise beim 2.0 TDI® CR ab 81 kW und beim 3.0 V6 TDI® übernehmen Piezo-Kristalle die Aufgabe der Ventilbetätigung. Dabei sind mehrere Piezo-Kristalle in Reihe geschaltet (Inline), um den nötigen Nadel- bzw. Ventilhub zu erreichen. Piezo-Kristalle besitzen die Eigenschaft, dass sich unter elektrischer Spannung das Kristallgitter anders ausrichtet und sich der Kristall dadurch in seiner Ausdehnung verändert.
Piezo-Elemente sind wesentlich leichter und reagieren doppelt so schnell wie konventionelle Magnetventile. Dadurch lässt sich das Einspritzventil fünfmal schneller schalten und Einspritzmenge sowie -verlauf wesentlich exakter steuern. Ein weiteres wichtiges Kriterium für eine effiziente, weiche und emissionsarme Verbrennung. In Zahlen ausgedrückt bietet die Diesel-Einspritzung mit Piezo-Injektoren gegenüber bisherigen Systemen die Möglichkeiten, den Kraftstoffverbrauch um zirka drei Prozent zu senken, die Schadstoffemission um bis zu 20 Prozent zu verringern, die erzielbare Motorleistung bis zu fünf Prozent zu steigern oder das Motorgeräusch um bis zu drei Dezibel (A) auf ca. die Hälfte zu reduzieren, je nach Auslegungskonzept.