Úvod do technologie TDI
TDI (Turbocharged Direct Injection) je obchodní název pro přeplňované vznětové motory s přímým vstřikováním, které vyrábí koncern Volkswagen. První sériově vyráběný motor TDI představila automobilka Fiat v květnu roku 1989 v modelu Croma 1.9TDI.D 154. Jednalo se o přeplňovaný řadový čtyřválec o objemu 1929 cm³ s výkonem 66 kW (později 68 kW), který vycházel z původního komůrkového motoru.
Oproti komůrkovému agregátu měl TDI.D zesílenou klikovou hřídel, zesílené ojnice, vylepšený ostřik pístů, lepší chlazení a zcela novou hlavu válců. První generace motorů TDI používala písty se spalovacím prostorem ve tvaru misky, což se vyznačovalo vyšší hlučností, ale zároveň vyšší tepelnou účinností motoru. Hlava osazená osmi ventily byla vyrobena z hliníkové slitiny a obsahovala vačkovou hřídel s rozvodem OHC pomocí zubového řemene.
Palivový systém vycházel z komůrkové verze motoru. Vstřikovací čerpadlo bylo rotační a trysky byly víceotvorové (4) s označením DLLA160P171, s otevíracím tlakem 250 Bar. První generace motoru měla tzv. jednopružinkové trysky, což znamenalo, že do válce bylo vstříknuto vždy v jednom cyklu jedna celistvá dávka paliva. To vedlo k hlučnějšímu (tvrdšímu) chodu motoru a větší náchylnosti na kouřivost. Druhá generace motorů již používala dvoupružinkové vstřikovače, kde byl cyklus vstřiku rozdělen na předvstřik a hlavní dávku, což umožňovalo měkčí spalování.
Vývoj a klíčové milníky TDI motorů
Přeplňování motorů TDI zajišťovalo zpočátku obtokové turbodmychadlo KKK K16, od roku 1992 pak turbo s proměnnou geometrií lopatek. Na podzim roku 1989 se motor TDI představil také jako řadový pětiválec 2.5 TDI s výkonem 88 kW (120 k), který byl osazen podélně ve voze střední třídy Audi 100 Avant. Tento motor se vyznačoval plynulým zátahem a zrychlením již od nízkých otáček, přičemž vůz s ním dokázal jet téměř 200 km/h s udávanou spotřebou pouhých 5,7 litrů nafty na 100 km.
Dalším významným krokem byl „lidovější“ motor 1.9 TDI o výkonu 66 kW (90 k), který se v roce 1991 dostal do nižšího modelu Audi 80. V roce 1993 jej obdržela také třetí generace Volkswagenu Golf, včetně verze kabriolet. V roce 1995 se na trhu objevila silnější verze s výkonem 81 kW (110 k) a variabilní geometrií lopatek turbodmychadla (VGT).
Obliba TDI motorů rychle rostla, což vedlo k jejich dalšímu rozšíření. V roce 1997 dostala nová generace modelu Audi A6 motor 2.5 V6 TDI s výkonem 110 kW (150 k). V roce 1999 se dočkali i náročnější motoristé, když přeplňovaný přímovstřikový diesel dostala i největší limuzína Audi A8 první generace. Jednalo se o osmiválcový motor 3.3 TDI s výkonem 165 kW (224 k) a přímým vstřikováním Common-Rail (CR).
Nejmenším motorem s označením TDI prodávaným od roku 1999 byl tříválec o objemu 1,2 litru (přesně 1191 cm³) s výkonem 45 kW (61 k) a spotřebou 3 litry nafty na 100 km. Tento motor byl spojen se sekvenční převodovkou Tiptronic a osazoval se do vozů VW Lupo 3L a Audi A2. Roli turbodieselu „pro masy“ měl však zastávat tříválec 1.4 TDI, který vznikl „uříznutím“ jednoho válce z motoru 1.9 TDI.
Technologie Pumpe-Düse (PD) a Common-Rail (CR)
Od roku 2000 se do všech modelů koncernu VW postupně montovalo vysokotlaké vstřikování čerpadlo-tryska (PD), známé z německého názvu Pumpe-Düse. Tento systém dosahoval vstřikovacího tlaku až 2050 barů. Motory s tímto systémem byly laicky označovány jako TDI-PD.
Rok 2003 znamenal debut pro motor 4.0 V8 TDI s výkonem 202 kW (275 k), který obsahoval řadu inovativních řešení a stal se základem pro novější šestiválce 3.0 TDI CR. Na přelomu let 2007 a 2008 se z nabídky koncernu VW začaly postupně vytrácet verze TDI motorů se vstřikováním PD a byly nahrazovány motory se systémem Common-Rail (CR), které jsou výrazně kultivovanější a tišší.
Vrcholné a kontroverzní modely TDI
Třešničkou na dortu sériově vyráběných TDI motorů byl motor 6.0 V12 TDI s výkonem 368 kW (500 k) a točivým momentem 1000 Nm v širokém rozsahu 1750-3250 otáček za minutu.
V září 2015 vydala americká Agentura pro ochranu životního prostředí (EPA) prohlášení o manipulaci softwaru naftových TDI motorů Volkswagenu, která porušovala emisní limity. Tato aféra se týkala přibližně 11 milionů automobilů po celém světě. Dne 2. listopadu EPA oznámila rozšíření vyšetřování na automobily z modelových let 2014 až 2016 s třílitrovými šestiválcovými motory TDI.
Princip fungování turbodmychadla
Turbodmychadlo (anglicky turbocharger) je pokročilý systém zvyšující výkon motoru, široce využívaný v moderních automobilech. Jeho fungování je založeno na principu zvyšování tlaku a hustoty vzduchu přiváděného do spalovacích komor motoru.
Turbodmychadlo se skládá ze dvou základních částí: turbíny a dmychadla (kompresoru). Výfukové plyny motoru jsou směrovány do turbíny, kde roztočí její lopatky a tím i hřídel. Kompresorová část, poháněná turbínou, nasává a stlačuje vzduch, který se následně dodává do spalovacích komor motoru. Tímto způsobem se do spalovacího prostoru dostává více vzduchu, než by motor dokázal nasát sám s atmosférickým plněním. Většina automobilových turbodmychadel je vybavena obtokovým ventilem (wastegate), který umožňuje výfukovým plynům obejít turbínové lopatky. Tento mechanismus předchází příliš rychlému otáčení turbíny při vysokých otáčkách motoru a pomáhá regulovat plnící tlak.
Turbo lag a pokročilé technologie
Jedním z hlavních problémů turbodmychadel je tzv. turbo lag - zpoždění v reakci turba při akceleraci. Tento jev je způsoben tím, že turbo potřebuje určitý průtok výfukových plynů, aby se dostatečně roztočilo. U moderních motorů se tento jev minimalizuje pomocí pokročilých technologií, jako je variabilní geometrie lopatek (VGT) nebo použití dvou turbodmychadel (jedno menší pro nízké otáčky a jedno větší pro vysoké otáčky).
Pro zvýšení účinnosti se stlačený vzduch po cestě do válců často chladí v mezichladiči (intercooler), protože čím chladnější směs se zapálí, tím vyšší účinnosti lze dosáhnout. Turbodmychadlo značně zvyšuje výkon motoru tím, že mu umožňuje spalovat více paliva a vzduchu. Typický nárůst tlaku, který turbo poskytuje, se pohybuje mezi 6 a 8 psi (cca 0,4 až 0,55 baru).
Historie a vývoj přeplňování
Historie přeplňování motorů turbodmychadlem sahá až do konce 19. století, ale první masivnější aplikace se dočkalo během druhé světové války, kdy bylo použito v motorech letadel, jako jsou bombardéry B-17 a B-24, a stíhačky P-38 Lightning. Do sériové výroby v automobilovém průmyslu se turbo dostalo v Americe v roce 1962.
Největší rozkvět přeplňování turbodmychadly nastal v osmdesátých letech, kdy se výkony v motorsportu hnaly do absurdních extrémů. Přeplňované monoposty F1 dosahovaly obrovských výkonů, přičemž objem motorů byl omezen. Po sérii tragických nehod byla skupina B v rallye v roce 1986 zrušena, což vedlo k omezení divokého vývoje.
Turbo-boom v motorsportu se promítl i do vývoje vozů pro běžné silnice. Nápisy "turbo" se staly módním symbolem a byly téměř na všem. Dnes se turbodmychadla v osobních vozech používají k optimalizaci výkonu a snížení spotřeby paliva, což umožňuje maloobjemovým motorům dosahovat výkonů dříve vyhrazených větším agregátům. Motory s turbodmychadly jsou dnes běžnou součástí téměř všech modelových řad.
Jak funguje turbodmychadlo?
Údržba a problémy turbodmychadla
Ačkoliv je turbodmychadlo extrémně namáhanou součástkou, při správné údržbě může bez problémů sloužit stovky tisíc kilometrů. Klíčová je pravidelná výměna motorového oleje (ideálně každých 15 000 km nebo jednou ročně), protože turbodmychadlo vyžaduje neustálé a dostatečně kvalitní mazání a chlazení. Nedostatečná údržba může vést k zadření turba.
Neméně důležité je také dochlazování motoru po jízdě, zejména po delší zátěži. Dosluhující turbodmychadlo se obvykle projeví zvýšenou hlučností (syčením), modrým nebo černým kouřem z výfuku. V moderních autech může na závadu turba upozornit kontrolka motoru. Pokud turbo odejde úplně, dojde k výraznému snížení výkonu motoru.
Alternativy k turbodmychadlu
Oproti turbodmychadlu existuje i méně častý způsob přeplňování motorů - kompresor. Jeho princip je podobný, ale není poháněn výfukovými plyny, nýbrž řemenem přímo otáčkami motoru. Nástup plnícího tlaku je tedy lineární s otáčkami motoru. Motory s kompresorem však bývají o něco méně úsporné, a proto se s nimi v moderních autech setkáváme méně často.
Pro puristy a fanoušky sportovní jízdy zůstávají atmosférické motory stále preferovanou volbou, avšak pro běžné řidiče přinášejí turbodmychadla převážně výhody v podobě vyššího výkonu a lepší efektivity spalování.