Retro: twintig jaar TDI bij Audi

Een motor waarin de lucht zodanig samengeperst werd dat ingespoten brandstof spontaan zou ontbranden: dat was het concept waarop de Duitser Rudolf Diesel in 1892 een patent nam.

Het uitwerken van dat idee in de praktijk duurde nog enkele jaren. In 1894 liep een prototype van Diesels krachtbron voor het eerst, al duurde dat maar één minuut. De Gentse producent van stoommachines Carels, dat later ACEC heette, zag het potentieel en kocht in 1894 als eerste bedrijf van de wereld een licentie om dieselmotoren te bouwen.

Na vier jaar ontwikkeling draaide de eerste afgewerkte dieselmotor op 17 februari 1897 op een testbank van Maschinenfabrik Augsburg Nürnberg, beter bekend als vrachtwagenconstructeur MAN.

Voorkamer
Die eerste motor werkte al met rechtstreekse inspuiting. De brandstof moest echter worden ingespoten met behulp van samengedrukte lucht omdat geen enkele pomp toen in staat was om de brandstof genoeg te verstuiven.

De eerste dieselmotoren vervingen de stoommachines en werden gebruikt voor machines in fabrieken en later in schepen. In 1924 verschenen de eerste bedrijfsvoertuigen met een dieselmotor, tien jaar later de eerste personenwagens van Mercedes.

Zoals gezegd bleek de lage druk van de eerste inspuitpompen onvoldoende voor directe injectie. Aanvankelijk werden de dieselmotoren voor personenwagens dan ook uitgerust met een voorverbrandingskamer.

Dat was nodig voor een goed mengsel van brandstof en lucht, maar verminderde het rendement. De in- en uitgaande stromen in de voorkamer veroorzaakten warmte- en ladingsverliezen en vertraagden de verbranding.

Directe injectie
Vanaf de jaren '50 maakten motoren met voorkamers in bedrijfswagens geleidelijk plaats voor rechtstreeks ingespoten motoren. In 1973 gaf de eerste oliecrisis het gebruik van directe injectie in personenwagens een duwtje in de rug.

Maar de ingenieurs moesten nog veel hindernissen overwinnen: hogere toerentallen, betere prestaties, minder verbrandingslawaai, een lagere uitstoot van koolwaterstof en NOx, onaangename geur en irriterende uitlaatgassen, enzovoort.

Ook Audi sprong midden jaren '70 op de dieselkar. De eerste motor met zelfontbranding van het merk werd een atmosferische viercilinder met inspuiting in de voorkamers. Hij kwam in 1978 op de markt in de Audi 80 en leverde 54 pk.

Eerste TDI
Elf jaar later realiseerde Audi een technologische doorbraak die de dieselmarkt op z'n kop zette. Op de autoshow van Frankfurt in 1989 debuteerde de Audi 100 2.5 TDI. De vijfcilindermotor puurde uit zijn cilinderinhoud van 2.461 cc een vermogen van 120 pk en een koppel van 265 Nm vanaf 2.250 o/m. Een topsnelheid van bijna 200 km/u en verbruik van 5,7 l/100 km waren in die tijd knappe prestaties.

De vader van de TDI-technologie bij Audi heet Richard Bauder; hij leidt ook vandaag nog de ontwikkeling van de dieselmotoren. Het TDI-verhaal begon in 1976, nog altijd onder invloed van de oliecrisis van 1973. "We probeerden destijds om een verbrandingsmotor met een zo gering mogelijk verbruik te ontwerpen. We onderzochten alle enigszins denkbare concepten, tot de tweetaktdiesel toe, waarbij we verschillende injectie- en verbrandingsprocedés analyseerden en ontwikkelden", legt Bauder uit.

"Een van de grootste stappen voorwaarts was de verstuiver met een verstuiverhouder met twee veren: die maakte de voorinspuiting van een kleine hoeveelheid brandstof mogelijk. Daardoor verliep de verbranding minder bruusk en daalde het geluidsniveau, de basisvoorwaarde voor het gebruik in een personenwagen", aldus Audi's dieselspecialist.

1.9 TDI
De combinatie van rechtstreekse brandstofinspuiting, drukvoeding met een turbo en een volledig elektronische motorsturing maakte ook zijn opwachting in de hogere middenklasse. In 1991 debuteerde een viercilinder in de Audi 80: de 1.9 TDI met 90 pk en een koppel van 182 Nm.

Vier jaar later volgde een variant met 110 pk. Die vermogenstoename was vooral te danken aan een nieuwe turbo met verstelbare schoepen aan uitlaatzijde, de zogenaamde turbo met variabele geometrie. De inspuitdruk steeg van 950 tot 1.100 bar.

In 1993 bestond het volledige dieselgamma van het merk met de vier ringen uit TDI-motoren. De volgende stap zette Audi in 1994, met een vijfcilinder van 140 pk. Een zesversnellingsbak was standaard en de TDI kon voor het eerst aan de permanente vierwielaandrijving quattro gekoppeld worden.

De eerste V6 TDI kwam in 1997 op de markt in de A6. De 2.5 schopte het tot 150 pk en 310 Nm. Twee jaar later volgde de eerste V8 TDI van Audi onder de kap van de A8. Opmerkelijk: deze 3.3 (224 pk en 480 Nm) gebruikte een inspuitsysteem met... common rail.

Pompverstuivers
De common-railtechniek werd uitgevonden door Fiat. De Alfa Romeo 156 gebruikte het als eerste in 1997. Fiat verkocht de techniek aan Bosch en zo kwamen de common-railmotoren bij concurrenten als Mercedes en Audi terecht. Audi verkoos common rail voor grotere dieselmotoren voor de preciezere voor- en na-inspuiting en omdat de inspuitdruk onafhankelijk van het toerental kon worden opgewekt.

Voor de kleinere motoren greep Audi echter nog niet naar de gemeenschappelijke inspuitbuis. In 1998 had concerngenoot Volkswagen in de Passat een 1.9 TDI gelanceerd met een nieuwe techniek: pompverstuivers. In elke cilinder werd het pompelement in de cilinderkop geplaatst, onmiddellijk boven de sproeier. Op dat moment tipte geen andere dieseltechniek aan de inspuitdruk van 2.050 bar.

Audi leverde de TDI's met pompverstuivers vanaf het jaar 2000, eerst met 115 pk en later met 130 pk. Audi realiseerde in 2001 nog een mijlpaal, met de A2 1.2 TDI die gemiddeld 2,99 l/100 km verbruikte. Net als de Volkswagen Lupo 3L werd de A2 3L met zijn zuinige driecilindertje een commerciële flop. In 2003 creëerde Audi een grote broer voor de 1.9 TDI: de 2.0 TDI.

Helaas kenden de pompverstuivers ook een groot nadeel in vergelijking met common rail. Ze maakten meer lawaai. De common-railmotoren evolueerden bovendien, zodat ze niet meer moesten onderdoen qua inspuitdruk. Dat de pompverstuivers duurder waren, deed de balans definitief overhellen in de richting van common rail.

Sinds 1989 heeft Audi meer dan vijf miljoen TDI-motoren geproduceerd. Eerst met gewone directe injectie, dan met pompverstuivers en nu alleen nog met common rail. In 2007 en 2008 kreeg de viercilinder 2.0 TDI een common-railsysteem met piëzo-elektrische verstuivers. Sinds 2009 is die technologie bij Audi standaard voor alle dieselmotoren.