Turbodiesel Direct Injection

TDI-Motor eines VW Passat 35i Bj. 1996, letzte Version der ersten Generation, noch mit Verteilerpumpe, 1,9 l, 81 kW/110 PS, Laufleistung 402.000 km

TDI von Audi im Luftlandepanzer Wiesel 2 der Bundeswehr

Pumpe-Düse TDI 1,9l quer eingebaut in Golf IV (Turbolader links vom Motorblock)

„TDI-Motor“ ist ein Kürzel für Dieselmotoren mit Direkteinspritzung und Turboaufladung aus dem Volkswagen-Konzern. „TDI“ ist eine eingetragene Marke^[1]. Eingesetzt wird die Dieseldirekteinspritzer-Motorenfamilie der „TDI-Motoren“ bei Fahrzeugen der Marken Volkswagen, Audi, Seat und Škoda, sowie beim VW-Ford-Gemeinschaftsprojekt Ford Galaxy. TDI wird meist ausgeschrieben als Turbocharged Direct Injection, teilweise auch als Turbocharged Diesel Injection.

Demgegenüber arbeiten die von Volkswagen unter der Marketingbezeichnung SDI angebotenen Dieselmotoren ebenfalls mit Direkteinspritzung, jedoch ohne Turboaufladung. Siehe auch unter Saugdiesel.

Merkmale

Die Glühkerze dieser Dieseldirekteinspritzermotoren mit Turboaufladung ist direkt im Verbrennungsraum angeordnet. Der TDI-Motor hat keine Vorkammer oder Wirbelkammer. Kennzeichen dieses Dieselmotors ist die meist Omega-förmige Mulde am Kolbenboden. Die geringere Brennraumoberfläche im Vergleich zum Nebenkammer-Motor ermöglicht geringere Wärmeverluste und damit einen besseren Wirkungsgrad; außerdem gibt es kein gedrosseltes (verlustbehaftetes) Überströmen aus der Vor- oder Wirbelkammer in den eigentlichen Brennraum. Deshalb haben diese Motoren einen besonders niedrigen Verbrauch. Das Prinzip bedingt höhere Druckanstiege und damit deutlich lauteres Motorengeräusch. Allgemein weisen alle Turbodieselmotoren eine gewisse Anfahrschwäche auf, die auf den nicht sofort ansetzenden Ladeschub des Abgasturboladers zurückzuführen ist. Diese als Turboloch bezeichnete Eigenschaft ist zwischen der Motor-Leerlaufdrehzahl von knapp 1000 min^-1 und der Wirkung des Turboladers von etwa 1300 min^-1 Motordrehzahl auffällig. Bei den TDI-Motoren wird das maximale Drehmoment bei ca. 1800 bis 2200 min^-1 erreicht.

Ursprung

Dieseldirekteinspritzer gab es bereits vor dem Zweiten Weltkrieg. Die Direkteinspritzung ist das bei fast allen Dieselaggregaten bevorzugte Verfahren. Lediglich im Bereich der schnelllaufenden Kleindiesel (Zylinderhubräume von 500 cm³ und weniger) war das Verfahren in Bezug auf Dosierbarkeit des Brennstoffes, die Druckerzeugung sowie die Laufruhe problematisch. Diese Probleme führten zu der Entwicklung der Vor- und Wirbelkammermotoren. Erst die Möglichkeiten einer elektronisch beeinflussten Kraftstoffzumessung ermöglichten Direkteinspritzverfahren, sie auch in PKW-Maßstäben sinnvoll anzuwenden.

TDI der ersten Generation mit Verteilerpumpe

Im Audi 100 der Modellreihe C3 (Typ 44) wurde der TDI-Motor der ersten Generation auf der IAA 1989 erstmals vorgestellt. Das war der weltweit dritte PKW mit einer Dieseldirekteinspritzung nach dem Fiat Croma TD i.d (1986) und dem Austin Montego MDi (1988). Die ersten Maschinen basierten allesamt auf dem bekannten VW-Hausmotor (Baureihe 827), auf dessen Basis auch die ersten Wirbelkammer-Dieselmotoren von VW in den 1970er Jahren entstanden. Der Motor der ersten Serie des Audi 100 TDI hat fünf Zylinder und leistet 88 kW (120 PS). Das maximale Drehmoment von über 200 Nm liegt bereits ab 1800 U/min an und bietet auch im unteren Drehzahlbereich ausreichend Schub. Die Fahrleistungen können sich mit ca. 200 km/h sehen lassen, genauso wie der Verbrauch von nur ca. 6 Liter auf 100 km. Schon die ersten TDI-Motoren weisen eine elektronisch gesteuerte Verteilereinspritzpumpe von Bosch auf (VP36 oder VP37, Axialkolben-Verteilereinspritzpumpen). Sie spritzen mit einem Druck von bis zu 800 bar bei Nennleistung ein. Ab 1991 folgte der Audi 80 mit einem etwas kleineren 1,9-Liter-Vierzylinder-Motor mit einer Leistung von 66 kW (90 PS) und 190 Nm maximalem Drehmoment.

1993 kam der erste Golf III TDI mit 66 kW und einem weitgehend baugleichen Motor auf den Markt. Problem bei den ersten TDIs war zum einen das immer noch harte Laufverhalten. Der TDI im Golf III kam deshalb erst mit größerer Verzögerung zur Serienreife, da die Möglichkeiten der Schalldämmung in seinem relativ kleinen Motorraum wesentlich ungünstiger sind. Außerdem bewirkte der für damalige Verhältnisse enorm gute Wirkungsgrad von etwa 38 % eine geringe und späte Kühlwasseraufheizung. Deshalb waren die Winterbetriebseigenschaften, insbesondere die Wirkung der Innenraumheizung und damit der Scheibenentfrostung, unbefriedigend. Um trotzdem auch winterlichen Verhältnissen genügen zu können, wurden Glühkerzen im Kühlwasserkanal integriert. Dieser sogenannte „Zuheizer“ in der Zuleitung zum Heizungskühler beschleunigt, mit elektrischem Strom aus dem Bordnetz, die Erwärmung des Kühlwassers und der Heizungsluft. Die Alternative ist eine dieselbetriebene Heizeinrichtung bei den Audi-TDI. Es sprach sich recht schnell herum, dass diese Zusatzeinrichtung von Eberspächer mit nur wenig Aufwand zu einer vollwertigen Standheizung erweitert werden konnte.

Schon die TDI-Motoren der ersten Generation waren Ziele von Chiptuning-Maßnahmen, die oft die Motormechanik überforderten. Deshalb brachten VW und Audi später stärkere Varianten auf den Markt. Im Jahre 1996 kam der 81 kW starke TDI (erkennbar am roten I). Dieser verfügt nicht nur über eine andere Motorsoftware, sondern auch über stärkere Pleuel und Kolben. Dieser Motor war der erste PKW-Serienmotor mit einem Wirkungsgrad über 40 %. Darüber hinaus gab es jahrelang einen Sechszylinder-V-Motor mit Verteilerpumpe (VP44, Radialkolben- Verteilereinspritzpumpe) im Angebot. Noch heute (März 2007) werden TDI-Motoren der ersten Generation bei VW verbaut: Der 1,9-Liter-Vierzylinder im VW Transporter (T5).

TDI der zweiten Generation mit Pumpe-Düse-Technik

Die ersten Fahrzeuge mit Pumpe-Düse-Technik kamen 1998 im damaligen VW Passat (3B5) auf den Markt. Diese Fahrzeuge besitzen keine separate Einspritzpumpe mehr. Ersetzt wurde diese durch ein Zylinder-Kolben-Element, welches über der Einspritzdüse angebracht ist. Beides zusammen nennt man Pumpe-Düse-Element. Verbaut wird dieses im Zylinderkopf. Die Nockenwelle übt mit einem dritten Nocken pro Zylinder (außer für Einlass- und Auslassventil) Kraft auf die Pumpe-Düse aus, so dass diese Kraftstoffdruck aufbaut. Der Kraftstoff wird dosiert durch ein Magnetventil zur Einspritzdüse übertragen.

Bekannt ist dieses System bereits aus der Nutzfahrzeugindustrie. Pumpe-Düse-Motoren arbeiten bei Nennleistung mit einem Druck von bis zu 2050 bar, der lange Zeit der höchstmögliche Druck im PKW-Dieselmotoren-Bau war. Entsprechend verbesserten sich die Wirkungsgrade und Verbrauchswerte. So ist der Dreiliter-Lupo von VW und auch das Einliter-Fahrzeug mit einem solchen System ausgestattet. Die Wirkungsgrade dieser Motoren liegen beim Dreiliter-Auto bei 45 %. VW erhoffte sich von dieser Technik den großen Durchbruch, der jedoch nicht gelang, da das System sehr eingeengte Fertigungstoleranzen erfordert. Entsprechend teuer ist ein solcher Motor. Da der Volkswagen-Konzern jedoch einen hohen Anteil von Firmenfahrzeugen verkauft, bedeutete die Pumpe-Düse-Technik einen gewissen Wettbewerbsvorteil auf Grund des geringeren Verbrauchs. Dieser Motorentyp findet auch heute noch in den meisten Konzernmodellen Verwendung, läuft aber schrittweise bis zum Jahr 2010 aus.

Ab 2000 wurde der TDI-Motor mit 96 kW im VW-Konzern eingeführt: u.a. im VW Passat (2001) und Golf (2001), Audi A3 (2000), A4 (2000), und A6 (2001) sowie Skoda Superb (2002). Im Jahre 2003 wurde diese TDI-Variante im VW Sharan mit 96 kW und 110 kW verbaut. Ein halbes Jahr später folgten diese Motorversionen in weiteren Modellen wie: Skoda Fabia (RS), Octavia, VW Polo, Seat Leon und Ibiza. Ab dem Jahr 2005 wurde, ausschließlich im Ibiza Cupra, ein TDI-Motor mit 1,9 Liter Hubraum und 118 kW bei 3750 Umdrehungen je Minute (min^-1) angeboten. Das maximale Drehmoment betrug 330 Nm bei 1900 min^-1.

Mit dem Golf V (2003) kam dann auch die neuere Generation des TDI mit 1,9 Liter Hubraum heraus. Er hatte 50 cm³ mehr Hubraum und wurde daher auch als 2.0 TDI angeboten. Damals gab es ihn nur mit 103 kW. Dieser hatte, so lange er ohne Dieselpartikelfilter (DPF) ausgestattet war, 16 Ventile statt der üblichen acht. Mittlerweile gibt es diesen 2.0 TDI in einer leistungsgesteigerten Variante mit 125 kW (hier mit 16 Ventilen) und wird z.B. wie er im Golf GT oder Audi A3 angeboten. Dieser entfaltet die Leistung nicht mehr bei 4000 min^-1 sondern bei 4200 min^-1.

TDI der dritten Generation mit Common-Rail-Technik

TDI der dritten Generation sind Direkteinspritzer mit Common-Rail-Technik. Hierbei wird in einer gemeinsamen (common) Leitung (rail) ein konstant hoher Druck erzeugt, während der Einspritzzeitpunkt durch Magnetventile gesteuert wird. Als erster Motor mit dieser Technik war 2001 ein V8-Dieselmotor im Audi A8 ausgestattet. Hier sprach ein hoher Komfortanspruch gegen ein Pumpe-Düse-Einspritzsystem. Letztendlich erwies sich die Common-Rail-Technologie, die bereits 1997 von Fiat im Alfa Romeo 156 zum ersten Mal eingesetzt wurde, als deutlich kostengünstiger und komfortabler. Erstmalig wurde im Volkswagen-Konzern 2007 mit dem Audi A4 und VW Tiguan die ersten Vierzylinder mit Common-Rail auf den Markt gebracht. Der Phaeton und der Touareg wurden bereits seit 2004 mit einem Common-Rail-V6-Motor ausgerüstet und damit den Abschied von der Pumpe-Düse-Technik bei Volkswagen eingeleitet. Als nächstes Modell wurde ab Februar 2008 der Passat auf die neue Technik umgestellt.

Die beherrschbaren Einspritzdrücke von Common-Rail-Systemen liegen 2007 bereits bei 2000 bis 2200 bar, sodass kein wesentlicher Verbrauchsvorteil mehr für Pumpe-Düse-Motoren besteht. Außerdem ist die Produktion von Common-Rail-Systemen bei so hohen Stückzahlen angelangt, dass mit ihr auch ein deutlicher Kostenvorteil verbunden ist, speziell im Vergleich zur aufwendigen Pumpe-Düse-Technik. Allgemein weisen Common-Rail-Systeme einen einfachen Aufbau mit wenigen Komponenten auf, der im Prinzip einer alten L-Jetronic-Benzineinspritzung aus den 1980er Jahren ähnelt.

Bedeutung der eingefärbten Buchstaben im TDI-Schriftzug

Die VW-TDI-Motoren weisen eine Besonderheit in der Gestaltung des Typenschriftzuges auf. So wurde ab 1996 eine auf 81 kW (Motorkennbuchstabe AFN) leistungsgesteigerte Variante des 66 kW (1Z, AHU, ALE) der ersten Generation hergestellt. Dieser wies erstmals einen Leitschaufel-verstellbaren Turbolader (VTG), eine andere Motorsoftware sowie verstärkte Pleuellager (Sputterlager) auf. Solche Fahrzeuge wurden mit einem „roten I“ im Schriftzug versehen. Später kamen die Pumpe-Düse-Motoren mit rotem „D“ und „I“ dazu. Beim Golf IV mit 110 kW (Kennbuchstabe u.a. ARL) wurde ein komplett roter Schriftzug verwendet. Die kleineren Pumpe-Düse-Motoren mit 85 kW, 96 kW und zuletzt auch 74 kW, hatten im Golf ein silbernes „T“ und die Buchstaben „DI“ rot in der Typenbezeichnung.

Ein Rückschluss vom Schriftzug auf den Motor ist also nur in Kenntnis des Modelljahres möglich. Das „blaue I“ ist oft auf Transportern zu sehen und deutet auf einen besonders sparsamen und kleinen TDI ohne Ladeluftkühler hin. Das „grüne I“ ist beim Dreiliter-Lupo zu finden.

Beim Seat Leon 1M gab es das Modell Topsport (TS), welches später in Formula Racing (FR) umbenannt wurde. Diese tragen beim 110 kw-Motor ebenfalls ein komplett rotes TDI.

Literatur

Einzelnachweise

1. ↑ DPMA

Weblinks

Motorkennbuchstaben und Datentabelle TDI-Motoren (Diese Tabelle wurde das letzte mal im Februar 2006 überarbeitet.)