- di aug 28, 2012 11:30
#74318
wat je maastal nergens vindt maar heel interessant blijkt te zijn .
Nieuwe krachtbron voor Audi TT RS
Er zijn maar weinig autofabrikanten die vijfcilinders bouwen. Volvo doet het en Audi deed het. Voor haar sportieve vlaggenschap, de nieuwe TT RS, heeft Audi de vijfcilindertechniek weer van stal gehaald. De nieuwe 2.5 liter TFSI zal zowel in de coupé als roadster haar opwachting maken.
Voor de standaard TT biedt Audi de keuze uit drie motoren: een viercilinder 1.8 TFSI, een viercilinder 2.0 TFSI en een 184 kW sterke 3.2 liter V6. Voor het paradepaardje van de TT serie, de RS, moest een motor komen die nog meer indruk kon maken en dus ontwikkelde Audi een gloednieuwe 2.5 liter TFSI-motor, dus met turbo en directe inspuiting. Het resultaat is een 250 kW sterke vijfcilinder, waartegen zelfs de dikke V6 het moet afleggen.
Compact
Audi heeft het nieuwe blok zeer compact gehouden en doet dat onder meer door de 2480 cc metende vijfcilinder dezelfde, zeer lange boring-slagverhouding van 82,5 x 92.8 mm te geven als de viercilinder 2.0 TFSI-motor. Een smalle boring heeft immers minder ruimte nodig. Daarnaast is de wanddikte tussen de cilinders met 5,5 mm minimaal, waardoor de hartafstand van de cilinders slechts 88 mm bedraagt. Op die manier wist Audi de totale lengte van het blok tot 494 mm te beperken en dat maakt hem geschikt voor dwarse plaatsing voorin de TT. Natuurlijk helpt de compacte bouw om het gewicht te minimaliseren. De complete krachtbron weegt niet meer dan 183 kilogram. In de cilinders, die volgens een open deck-constructie zijn vervaardigd, lopen zuigers van gietaluminium op drijfstangen van smeedstaal. De zuigers hebben een ondiepe uitsparing in het hart van de verbrandingskamer en zijn zeer licht. Volledig gemonteerd, dus met zuigerveren en zuigerpen, wegen ze slechts 492 gram.
Het motorblok zelf is vervaardigd van vermiculair gietijzer. Dat is een relatief nieuwe gietlegering, die de beide hoofdeigenschappen van nodulair en lamellair gietijzer bijeenbrengt: het combineert een grote stevigheid met goede trillingsdempende eigenschappen. Dit materiaal is eerder met succes toegepast in de grote TDI-motoren van Audi, omdat dit materiaal relatief lichte constructies toelaat die toch over voldoende stijfheid beschikken. Daarnaast heeft Audi gerichte versterkingen van de hoofdlagerzittingen en lagerkappen doorgevoerd voor een nog grotere belastbaarheid van het blok.
De aluminium cilinderkop van de 2,5 liter vijfcilinder telt vier kleppen per cilinder, dus twintig in totaal. De kleppen aan de uitlaatzijde zijn uitgerust met holle, natriumgevulde klepstelen voor een optimale warmteafvoer. Verder zorgen geharde klepzittingen voor een laag slijtagebeeld, ook bij hoge belastingen en hoge temperaturen.
Opvallend is hoe Audi heeft getracht de aandrijfverliezen van het blok te beperken. De kleppen worden bediend door twee bovenliggende nokkenassen, die hol zijn uitgevoerd om gewicht en daarmee roterende massatraagheid te beperken. De nokken lopen over tuimelaars, die zijn voorzien van een rol, zodat ze zo min mogelijk wrijvingsweerstand opleveren. Aan de binnenzijde van het blok steunen de tuimelaars af op hydraulische klepstellers. De nokkenassen zijn direct gelagerd tussen de kop en een aluminium raamwerk, waarop een vrij vlak kleppendeksel ligt.
Zoals te verwachten van een motorblok van dit kaliber is de 2,5 litermotor voorzien van variabele kleptiming om de cilindervulling over een zo groot mogelijk toerengebied te optimaliseren. Hiertoe zijn op de kop van zowel de in- als de uitlaatnokkenas hydraulische verstellers aangebracht, die de nokkenassen over een bereik van 42 krukgraden kunnen verdraaien. De verstellers worden niet direct door de krukas aangedreven, maar via een tweetraps kettingaandrijving aan de vliegwielzijde van het blok. Vanaf de krukas loopt een dubbele morseketting via de oliepomp naar een tandwiel op een tussenas. Vanaf daar loopt een enkele rollenketting verder naar de kop. Balansassen zijn er niet, omdat een vijfcilinder van huis uit al over een uitstekende primaire en secundaire balans beschikt. Wel is er aan de voorzijde van de krukas een trillingsdemper geplaatst. Aan de voorzijde zorgt een Multi V-riem voor de aandrijving van andere aggregaten.
Turbo
Voor de toepassing van de turbotechniek zocht Audi de samenwerking met Borg Warner, die een turbo ontwikkelde die is geïntegreerd in het gietijzeren uitlaatspruitstuk. Dit spruitstuk is aan het motorblok bevestigd met behulp van een klemflens, die de thermische expansie van de turbolader kan opvangen. Verder is de Borg Warner K16 turbo voorzien van een eigen smeeroliecircuit en een eigen koelsysteem met een aparte waterpomp.
Omdat de turbo al bij lage toerentallen een goede vulling moet leveren, is het compressorwiel nogal groot uitgevallen. Het meet 64 mm en pompt tot maar liefst 335 liter lucht per seconde met een overdruk van 1,2 bar vanuit het paneelluchtfilter naar de intercooler, die de gecomprimeerde lucht afkoelt om de cilindervulling nog verder te verbeteren. Pneumatisch bediende kleppen in het inlaatspruitstuk zorgen daarbij dat de lucht met een rolbeweging de cilinders instroomt. Daar wordt de benzine met een druk van 120 bar vanuit de common rail ingespoten. De inspuiting vindt aan de buitenkant van de cilinders plaats, vlak bij de inlaatkleppen. Zo komt de brandstof in de wervelende lucht terecht. Ze wervelt mee langs de cilinderwanden en koelt deze daardoor tijdens de verdamping af. Daarmee voorkomt Audi detonatie tijdens de verbranding en dat maakt een voor een turbomotor vrij hoge compressieverhouding van 1:10 mogelijk.
Lambda sturing
Zoals gebruikelijk bij vierklepsmotoren zijn de bougies bij de 2.5 TFSI motor centraal tussen de kleppen geplaatst. Elke bougie heeft daarbij haar eigen bobine, zodat er geen storingsgevoelige hoogspanningskabels naar de bougies lopen. De ontstekingsvolgorde is 1-2-4-5-3, het vonk-interval logischerwijs 144 graden, zijnde een vijfde van twee omwentelingen (720 graden). Het tijdstip van ontsteking wordt door het motormanagement bepaald aan de hand van vooraf bepaalde mappingen, die in het geheugen van de motormanagementcomputer zijn opgeslagen. Dat gebeurt eveneens met de injectie, maar die wordt bijgestuurd op basis van de stand van de gasklep en lambdasignalen. De gasklep wordt elektronisch bediend via een ride by wire-systeem, dus niet meer via een gaskabel. De lambdasignalen zijn afkomstig van diverse zuurstofsensoren in de uitlaat. De eerste lambdasonde zit voor de primaire close coupled katalysator. Die is dicht bij het spruitstuk geplaatst, zodat hij snel opwarmt en emissies in de koudestartfase minimaliseert. Van daaruit loopt er een dubbel uitlaatsysteem tot de achteras. Elke uitlaatbuis heeft zijn eigen secundaire katalysator, waarachter een tweede lambdasonde zit. Na de achteras komen beide uitlaatpijpen samen in een grote uitlaatdemper, die twee eindpijpen heeft. In de linker eindpijp zit een klep. Bij lage belastingen en toerentallen is die klep gesloten, zodat de gassen in de demper worden omgeleid naar de rechter eindpijp. Bij grote belasting en hoge toerentallen is de klep geopend, zodat de uitlaatgassen direct naar buiten kunnen. Dat zorgt niet alleen voor een lagere tegendruk, maar ook voor een voller, intenser geluid. De klep opent overigens ook wanneer de rijder de sportmodus inschakelt met de knop op de tunnelconsole.
Brede powerband
Dankzij het turbosysteem, de kleppen in de in- en uitlaten en de variabele kleptiming heeft de 2.5 TFSI-krachtbron van Audi een enorm brede powerband. Hij levert zijn maximum vermogen van 250 kW (340 pk) over een breed toerengebied, van 5400 tot 6500 toeren per minuut. Dat is een enorm hoge vermogensafgifte voor deze cilinderinhoud. Het specifieke vermogen is 100,8 kW per liter, ofwel 137,1 pk per liter. Datzelfde geldt voor het koppel. Het gigantische draaimoment van 450 Nm is van 1600 tot 5300 toeren beschikbaar. Hoe indrukwekkend dat is, is te zien wanneer we het vergelijken met het koppel van een vergelijkbare motor, bijvoorbeeld 2,5 liter vijfcilinder turbomotor uit de Volvo S60. Die motor haalt slechts 320 Nm bij 1500 toeren. Een groot verschil. De gemiddelde effectieve cilinderdruk is met 22,7 bar dan ook extreem hoog voor een benzinemotor. De onlang geïntroduceerde, 400 kW sterke BMW V12 krachtbron blijft bijvoorbeeld op 15,77 bar steken, om de waarde in perspectief te zetten.
Verder is het opvallend dat de Audi krachtbron een voor een motor met een lange slag =zeer hoog toerental mag draaien. Bij 6800 toeren en een slag van 92.8 mm bedraagt de gemiddelde zuigersnelheid 21 meter per seconde. Er zijn niet veel benzinemotoren die dat kunnen. Ook dat is een gevolg van de filosofie van het downsizen: met drukvulling veel vermogen en koppel uit kleine motoren halen, zodat je met een relatief kleine motor goede prestaties haalt bij een laag verbruik, en dat doet de TT. Ondanks zijn gewicht van 1510 kilogram accelereert hij in 4,7 seconde vanuit stilstand naar 100 kilometer per uur, dankzij de verhouding van 4,4 kilogram per pk. De topsnelheid is afgeregeld op 250 kilometer per uur en toch verbruikt de TT roadster slechts 9,5 liter op honderd kilometer bij een gecombineerde stads- en snelwegrit. De coupé heeft daar zelfs maar 9.2 liter voor nodig. Gezien de topprestaties van dit blok is dat netjes te noemen. Het vertaalt zich natuurlijk wel in een CO2-afgifte van 214 gram per kilometer voor de coupé en 221 gram voor de roadster. Qua energielabel komen ze dan ook niet verder dan een E voor de coupé en een F voor de roadster.
Nieuwe krachtbron voor Audi TT RS
Er zijn maar weinig autofabrikanten die vijfcilinders bouwen. Volvo doet het en Audi deed het. Voor haar sportieve vlaggenschap, de nieuwe TT RS, heeft Audi de vijfcilindertechniek weer van stal gehaald. De nieuwe 2.5 liter TFSI zal zowel in de coupé als roadster haar opwachting maken.
Voor de standaard TT biedt Audi de keuze uit drie motoren: een viercilinder 1.8 TFSI, een viercilinder 2.0 TFSI en een 184 kW sterke 3.2 liter V6. Voor het paradepaardje van de TT serie, de RS, moest een motor komen die nog meer indruk kon maken en dus ontwikkelde Audi een gloednieuwe 2.5 liter TFSI-motor, dus met turbo en directe inspuiting. Het resultaat is een 250 kW sterke vijfcilinder, waartegen zelfs de dikke V6 het moet afleggen.
Compact
Audi heeft het nieuwe blok zeer compact gehouden en doet dat onder meer door de 2480 cc metende vijfcilinder dezelfde, zeer lange boring-slagverhouding van 82,5 x 92.8 mm te geven als de viercilinder 2.0 TFSI-motor. Een smalle boring heeft immers minder ruimte nodig. Daarnaast is de wanddikte tussen de cilinders met 5,5 mm minimaal, waardoor de hartafstand van de cilinders slechts 88 mm bedraagt. Op die manier wist Audi de totale lengte van het blok tot 494 mm te beperken en dat maakt hem geschikt voor dwarse plaatsing voorin de TT. Natuurlijk helpt de compacte bouw om het gewicht te minimaliseren. De complete krachtbron weegt niet meer dan 183 kilogram. In de cilinders, die volgens een open deck-constructie zijn vervaardigd, lopen zuigers van gietaluminium op drijfstangen van smeedstaal. De zuigers hebben een ondiepe uitsparing in het hart van de verbrandingskamer en zijn zeer licht. Volledig gemonteerd, dus met zuigerveren en zuigerpen, wegen ze slechts 492 gram.
Het motorblok zelf is vervaardigd van vermiculair gietijzer. Dat is een relatief nieuwe gietlegering, die de beide hoofdeigenschappen van nodulair en lamellair gietijzer bijeenbrengt: het combineert een grote stevigheid met goede trillingsdempende eigenschappen. Dit materiaal is eerder met succes toegepast in de grote TDI-motoren van Audi, omdat dit materiaal relatief lichte constructies toelaat die toch over voldoende stijfheid beschikken. Daarnaast heeft Audi gerichte versterkingen van de hoofdlagerzittingen en lagerkappen doorgevoerd voor een nog grotere belastbaarheid van het blok.
De aluminium cilinderkop van de 2,5 liter vijfcilinder telt vier kleppen per cilinder, dus twintig in totaal. De kleppen aan de uitlaatzijde zijn uitgerust met holle, natriumgevulde klepstelen voor een optimale warmteafvoer. Verder zorgen geharde klepzittingen voor een laag slijtagebeeld, ook bij hoge belastingen en hoge temperaturen.
Opvallend is hoe Audi heeft getracht de aandrijfverliezen van het blok te beperken. De kleppen worden bediend door twee bovenliggende nokkenassen, die hol zijn uitgevoerd om gewicht en daarmee roterende massatraagheid te beperken. De nokken lopen over tuimelaars, die zijn voorzien van een rol, zodat ze zo min mogelijk wrijvingsweerstand opleveren. Aan de binnenzijde van het blok steunen de tuimelaars af op hydraulische klepstellers. De nokkenassen zijn direct gelagerd tussen de kop en een aluminium raamwerk, waarop een vrij vlak kleppendeksel ligt.
Zoals te verwachten van een motorblok van dit kaliber is de 2,5 litermotor voorzien van variabele kleptiming om de cilindervulling over een zo groot mogelijk toerengebied te optimaliseren. Hiertoe zijn op de kop van zowel de in- als de uitlaatnokkenas hydraulische verstellers aangebracht, die de nokkenassen over een bereik van 42 krukgraden kunnen verdraaien. De verstellers worden niet direct door de krukas aangedreven, maar via een tweetraps kettingaandrijving aan de vliegwielzijde van het blok. Vanaf de krukas loopt een dubbele morseketting via de oliepomp naar een tandwiel op een tussenas. Vanaf daar loopt een enkele rollenketting verder naar de kop. Balansassen zijn er niet, omdat een vijfcilinder van huis uit al over een uitstekende primaire en secundaire balans beschikt. Wel is er aan de voorzijde van de krukas een trillingsdemper geplaatst. Aan de voorzijde zorgt een Multi V-riem voor de aandrijving van andere aggregaten.
Turbo
Voor de toepassing van de turbotechniek zocht Audi de samenwerking met Borg Warner, die een turbo ontwikkelde die is geïntegreerd in het gietijzeren uitlaatspruitstuk. Dit spruitstuk is aan het motorblok bevestigd met behulp van een klemflens, die de thermische expansie van de turbolader kan opvangen. Verder is de Borg Warner K16 turbo voorzien van een eigen smeeroliecircuit en een eigen koelsysteem met een aparte waterpomp.
Omdat de turbo al bij lage toerentallen een goede vulling moet leveren, is het compressorwiel nogal groot uitgevallen. Het meet 64 mm en pompt tot maar liefst 335 liter lucht per seconde met een overdruk van 1,2 bar vanuit het paneelluchtfilter naar de intercooler, die de gecomprimeerde lucht afkoelt om de cilindervulling nog verder te verbeteren. Pneumatisch bediende kleppen in het inlaatspruitstuk zorgen daarbij dat de lucht met een rolbeweging de cilinders instroomt. Daar wordt de benzine met een druk van 120 bar vanuit de common rail ingespoten. De inspuiting vindt aan de buitenkant van de cilinders plaats, vlak bij de inlaatkleppen. Zo komt de brandstof in de wervelende lucht terecht. Ze wervelt mee langs de cilinderwanden en koelt deze daardoor tijdens de verdamping af. Daarmee voorkomt Audi detonatie tijdens de verbranding en dat maakt een voor een turbomotor vrij hoge compressieverhouding van 1:10 mogelijk.
Lambda sturing
Zoals gebruikelijk bij vierklepsmotoren zijn de bougies bij de 2.5 TFSI motor centraal tussen de kleppen geplaatst. Elke bougie heeft daarbij haar eigen bobine, zodat er geen storingsgevoelige hoogspanningskabels naar de bougies lopen. De ontstekingsvolgorde is 1-2-4-5-3, het vonk-interval logischerwijs 144 graden, zijnde een vijfde van twee omwentelingen (720 graden). Het tijdstip van ontsteking wordt door het motormanagement bepaald aan de hand van vooraf bepaalde mappingen, die in het geheugen van de motormanagementcomputer zijn opgeslagen. Dat gebeurt eveneens met de injectie, maar die wordt bijgestuurd op basis van de stand van de gasklep en lambdasignalen. De gasklep wordt elektronisch bediend via een ride by wire-systeem, dus niet meer via een gaskabel. De lambdasignalen zijn afkomstig van diverse zuurstofsensoren in de uitlaat. De eerste lambdasonde zit voor de primaire close coupled katalysator. Die is dicht bij het spruitstuk geplaatst, zodat hij snel opwarmt en emissies in de koudestartfase minimaliseert. Van daaruit loopt er een dubbel uitlaatsysteem tot de achteras. Elke uitlaatbuis heeft zijn eigen secundaire katalysator, waarachter een tweede lambdasonde zit. Na de achteras komen beide uitlaatpijpen samen in een grote uitlaatdemper, die twee eindpijpen heeft. In de linker eindpijp zit een klep. Bij lage belastingen en toerentallen is die klep gesloten, zodat de gassen in de demper worden omgeleid naar de rechter eindpijp. Bij grote belasting en hoge toerentallen is de klep geopend, zodat de uitlaatgassen direct naar buiten kunnen. Dat zorgt niet alleen voor een lagere tegendruk, maar ook voor een voller, intenser geluid. De klep opent overigens ook wanneer de rijder de sportmodus inschakelt met de knop op de tunnelconsole.
Brede powerband
Dankzij het turbosysteem, de kleppen in de in- en uitlaten en de variabele kleptiming heeft de 2.5 TFSI-krachtbron van Audi een enorm brede powerband. Hij levert zijn maximum vermogen van 250 kW (340 pk) over een breed toerengebied, van 5400 tot 6500 toeren per minuut. Dat is een enorm hoge vermogensafgifte voor deze cilinderinhoud. Het specifieke vermogen is 100,8 kW per liter, ofwel 137,1 pk per liter. Datzelfde geldt voor het koppel. Het gigantische draaimoment van 450 Nm is van 1600 tot 5300 toeren beschikbaar. Hoe indrukwekkend dat is, is te zien wanneer we het vergelijken met het koppel van een vergelijkbare motor, bijvoorbeeld 2,5 liter vijfcilinder turbomotor uit de Volvo S60. Die motor haalt slechts 320 Nm bij 1500 toeren. Een groot verschil. De gemiddelde effectieve cilinderdruk is met 22,7 bar dan ook extreem hoog voor een benzinemotor. De onlang geïntroduceerde, 400 kW sterke BMW V12 krachtbron blijft bijvoorbeeld op 15,77 bar steken, om de waarde in perspectief te zetten.
Verder is het opvallend dat de Audi krachtbron een voor een motor met een lange slag =zeer hoog toerental mag draaien. Bij 6800 toeren en een slag van 92.8 mm bedraagt de gemiddelde zuigersnelheid 21 meter per seconde. Er zijn niet veel benzinemotoren die dat kunnen. Ook dat is een gevolg van de filosofie van het downsizen: met drukvulling veel vermogen en koppel uit kleine motoren halen, zodat je met een relatief kleine motor goede prestaties haalt bij een laag verbruik, en dat doet de TT. Ondanks zijn gewicht van 1510 kilogram accelereert hij in 4,7 seconde vanuit stilstand naar 100 kilometer per uur, dankzij de verhouding van 4,4 kilogram per pk. De topsnelheid is afgeregeld op 250 kilometer per uur en toch verbruikt de TT roadster slechts 9,5 liter op honderd kilometer bij een gecombineerde stads- en snelwegrit. De coupé heeft daar zelfs maar 9.2 liter voor nodig. Gezien de topprestaties van dit blok is dat netjes te noemen. Het vertaalt zich natuurlijk wel in een CO2-afgifte van 214 gram per kilometer voor de coupé en 221 gram voor de roadster. Qua energielabel komen ze dan ook niet verder dan een E voor de coupé en een F voor de roadster.
