До конца восьмидесятых моторы на тяжелом топливе были синонимом шумности и медлительности. Но уже тогда они отличались тяговитостью и экономичностью. Однако им все равно чего-то не хватало. Ответ дали турбодизели Audi TDI.
За четверть века турбодизельные моторы из бесславных трудяг под капотами грузовиков и такси превратились в покорителей гоночных треков и в агрегаты для премиум-авто. В 1989 году на Франкфуртском автосалоне показали первый Audi 100 2.5 TDI с пятицилиндровым 2,5-литровым турбодизелем, который выдавал скромные, по сегодняшним меркам, 120 л. с. Но уже тогда у него были прямой впрыск в камеру сгорания (хотя у других в те времена топливо подавалось в предкамеру), турбонаддув с интеркулером и электронное управление впрыском. А загородный расход в 5,7 л/100 км выглядел на то время почти фантастикой. Сегодня эволюция турбодизелей не только не замедлилась, но и ускорилась. Причина тому – сокращение запасов нефти и все более жесткие экологические требования к токсичности выхлопов.
1989 – первый мотор TDI (Turbo Direct Injection)
1991 – 1.9 TDI c турбокомпрес-сором с изменяемой геометрией (VTG)
1997 – внедрение ГРМ с 4 клапанами на цилиндр и насос-форсунок
1999 – система питания Сommon Rail с электромеханическими форсунками
2004 – пьезо-форсунки
2014 – турбодизель с электрическим компрессором
Знакомство с историей дизелей Audi началась с экскурсии в центр Dieselhausе в Копенгагене. В его основе – гигантская дизельная электростанция высотой с трехэтажный дом. Мощность мотора с диаметром цилиндра 840 мм и ходом поршня 1,5 метра составляет 22500 л. с. Расход топлива восьмицилиндрового исполина – 2880 л/ч Но самое удивительное, что этот гигант из прошлого (создан в 1932 году) до сих пор в рабочем состоянии.
Турбо и впрыск
Использование турбонагнетателей существенно изменило характер дизелей. Да и сами нагнетатели заметно эволюционировали. Так, современный турбокомпрессор на двигателе 3.0 TDI развивает давление до 2,0 бара, а при полной нагрузке может прокачать до 1200 кубических метров воздуха в час! В нем применен электропривод механизма изменения геометрии турбины, который меняет положение лопаток за 200 миллисекунд.
Впрыск топлива
На сегодняшний день в системе Сommon Rail большинства двигателей Audi использует пиковое давление в 2000 бар. Но в ближайшее время инженеры поставили перед собой цель увеличить его до 2500 бар. И турбодизельный мотор, установленный в гоночном прототипе Audi R18 e-tron quattro, демонстрирует, как близка эта цель для серийных авто. 4-литровый V6 данного болида использует давление впрыска свыше 2800 бар, что позволяет добиваться от турбодизеля мощности порядка 136 л. с. на литр рабочего объема.
Современные пьезофорсунки, применяемые в V-образных моторах Audi, имеют сопла лишь 0,1 мм в диаметре, за счет чего достигается тщательное распыление топлива. И чем выше давление, тем больше точность смесеобразования, что улучшает не только мощность и крутящий момент, но и плавность работы, а также чистоту выбросов. Этому способствует и многоступенчатый впрыск. Так, в новом 3.0 TDI форсунка может совершить девять впрыскиваний горючего за один рабочий цикл. Использование таких решений, как предварительный впрыск, помогает гарантировать, что двигатель работает плавно даже на низких оборотах; а пост-впрыск служит для очищения сажевого фильтра и десульфатации, а также обеспечивает длительный срок службы катализатора.
Очистители выхлопа
Создавая системы очистки выхлопных газов, производитель столкнулся с одной основной проблемой. Чтобы вывести каталитический нейтрализатор на рабочую температуру (от 150 градусов), необходимо минимум 2,5 минуты. Чтобы сделать время прогрева наименьшим, в новом моторе 3.0 TDI катализаторы и сажевые фильтры были перемещены максимально близко к двигателю, что снизило время их прогрева. Также на некоторых агрегатах ставят катализаторы с электрическим подогревом.
Для нейтрализации оксида азота в составе отработавших газов в выпускной тракт врезали систему SCR (селективная каталитическая нейтрализация). Она впрыскивает раствор мочевины (AdBlue), и в результате химической реакции на выходе получают безвредные азот и воду.
Новый V6 TDI Biturbo с элекрокомпрессором
Реальные концепты
Прошло 25 лет, и в турбодизельных моторах Audi произошла очередная революция. На юбилее Audi TDI Tech Workshop мы смогли опробовать Audi в версии Ultra. Это комплекс технологий (малый вес авто, системы рекуперации энергии торможения и «Стоп-старт»), которые позволяют добиться минимальных расхода топлива и выбросов углекислого газа. Лифтбек Audi А7 Sportback c 3,0-литровым турбодизилем в 218 л. с. в среднем расходует 4,7 л/100 км. Версии Ultra есть у большей части моделей Audi.
A6 concept и RS5 concept
Моторы TDI оснащены турбонагнетателями, эффективность которых зависит от скорости потока выхлопных газов. Но применение электрического компрессора позволяет изменить эту зависимость. Благодаря этому спустя 25 лет после изобретения TDI Audi сделала следующий шаг – обеспечила дизель еще большими эмоциональностью и спортивностью. Новые технологии можно было испробовать в деле на Audi A6 TDI concept и RS5 concept. Всего после пары кругов на шведском треке Sturup Raceway стало очевидно, что электропривод компрессора дает свой эффект. Под капотом Audi A6 concept находится дизель 3.0 TDI с электромеханическим нагнетателем, который выдает 326 л. с. и 650 Нм с 1500 об/ мин. За счет электропривода компрессора улучшились приемистость и эластичность работы двигателя. Так, разгон с 60 до 120 км/ч на высшей передаче удалось улучшить на 5,4 с (с 13,7 до 8,3 с). Но особенно чувствуется прирост тяги на первой фазе ускорения. И рядом стоит еще один концепт – RS5 TDI concept. Его мотор оснащен уже двумя компрессорами (низкого и высокого давления) и выдает более впечатляющие 385 л. с. и 750 Нм. При работе мотора на низких оборотах, когда скорость потока отработавших газов недостаточна для эффективного нагнетания воздуха турбокомпрессором, в работу включается электромеханический компрессор. Для раскручивания до максимальной скорости вращения после нажатия на педаль газа требуется всего 250 миллисекунд. Иначе говоря – реакция мгновенна. Когда мотор раскрутится, в дело вступает обычный турбокомпрессор. Это решение настолько очевидно и логично, что неясно, почему такое не сделали раньше.
Фото автора и Audi