Konzept
Der Sechszylindermotor der
V-Motoren-Baureihe von Volkswagen wird bei AUDI erstmals in der
Quermotor-Plattform eingesetzt. Die Weiterentwicklung des 2,8L-VR6
Vierventilmotors wurde im Hubraum auf 3189 Kubikzentimeter vergrößert.
Durch Optimierung des Ansaug und Abgassystems steigen die spezifischen
Leistungs und Drehmomentwerte. Der Motor erzielt ein maximales Drehmoment
von 320 Nm bei 2500/min. und erreicht 184kW bei 6300/min. Das Fahrzeug
erfüllt in allen Motor-Getriebekombinationen die Abgasgesetzgebung nach
EURO 4.
Das Hubraumvolumen des
2,8L-Sechszylindermotors der V-Baureihe von Volkswagen wurde von bisher
2891cm^3 auf 3189cm^3 angehoben. Der Ersteinsatz des Motors erfolgte im
Volkswagen Phaeton. Nach weiteren Anwendungen bei Volkswagen im Touareg
und Golf R32 wird der Motor auch bei AUDI im TT und nun auch im A3
eingesetzt. Damit nutzt jetzt auch AUDI die Vorteile der VR-Baureihe mit
einem Zylinderwinkel von nur 15° , der wegen der geringen Breite und
Länge des Motors den Einbau vorne quer im kompakten Fahrzeug ermöglicht.
Ein Hubraum von 3,2 Liter wäre in diesem Einbauraum mit keinem anderen
Motortyp darstellbar. Die Anordnung der Nebenaggregate und Anbauteile war
an die Erfordernisse der neuen A-Klasse-Plattform der fünften Generation
des Volkswagenkonzerns anzupassen.
Grundmotor
Der neue 3,2L-Motor west das gleiche technische Konzept wie der
2,8L-Basismotor auf
- Vierventil-Zylinderkopf mit Rollenschlepphebel-Ventiltrieb
- Kontinuierliche Ein- und Auslassnockenwellenverstellung
- Resonanz-Schaltsaugrohr aus Kunststoff
- Grauguss-Zylinderkurbelgehäuse
- Einzelstabzündspule für jeden Zylinder
Die wichtigsten technischen Daten sind in der obigen Tabelle
zusammengefasst. Die Erhöhung des Hubraums wird durch Vergrößerung des
Kolbenhubes von 90,3mm auf 95,9mm sowie der Zylinderbohrung von 81,0mm auf
84,0mm erzielt. Die Steigerung der spezifischen Leistungskennwerte ist
neben der Hubraumvergrößerung im wesentlichen auf die komplette
Neuauslegung des Ansaugsystems mit der Optimierung der Strömungsgeometrie
von Saugrohr und Kanälen im Zylinderkopf zurückzuführen. Der
Zylinderkopf stellt gegenüber dem 2,8Liter-Motor eine Neuentwicklung dar.
Der Schwerpunkt wurde auf die Steigerung des Durchflußvermögens gelegt.
Die Ein- und Auslasskanäle weisen größere Strömungsquerschnitte auf,
die Durchmesser der Ein- Auslassventile sind auf 33,2mm bzw 30,2mm
vergrößert.
Das bekannte Prinzip des Schaltsaugrohres in Überkopfanordnung mit
getrenntem Haupt- und Leistungssammler wurde vom 2,8-Liter-Motor
übernommen. Die Luftversorgung der Zylinder erfolgt in Drehmomentstellung
direkt über den Hauptsammler und die Drehmomentrohre. In
Leistungsstellung gibt die Scaltwalze die Verbindung zum Leistungssammler
frei, sa daß die Luftversorgung zusätzlich zu den Drejhmomentrohren auch
über den Leistungssammler erfolgt. Konsequente Detailoptimierung und
reduzierte Strömungsverluste führen zur Erhöhung der spezifischen
Leistungskennwerte. Besondere Bedeutung kommt den Einlaufbereichen der
Saugarme in die Sammler zu. Es wurden eine ausgeprägte Ebenheit der
Druckwellenreflektion und eine gleichmäßige Geschwindigkeitsverteilung
im Mündungsquerschnitt erreicht. Beispielhaft ist die ausgeprägte
Gleichverteilung am Ansaugvorgang des Zylinders 2. Im Bereich der
Rohrverzweigung am Leistungssammler wurde eine Reduktion von
Druckverlusten und eine gute Querschnittsnutzung der einzelnen Saugarme
erzielt. Die reduzierte Leckage an der Schaltwalze bewirkt ein schmales
Streuband der gemessenen maximalen Drehmomente bei hohen spezifischen
Werten.
Die Steuerung der
Nockenwellen
Das Prinzip der Doppelnockenwellenverstellung wird beim 3,2-Liter-Motor
zusätzlich um das Potenzial der kontinuierlichen Verstellung der
Auslassnockenwelle erweitert. Der Verstellwinkel der Einlassnockenwelle
beträgt 52° KW, der der Auslassnockenwelle hier erstmalig 42° KW. Die
Grundposition beim Motorstart ist bei der Einlassnockenwelle auf spätes
Ventilöffnen ausgelegt. Bei der Auslassnockenwelle war aufgrund des
weiteren Verstellbereiches sicheres Starten in der Spätposition unter
allen Betriebsbedingungen, besonders bei tiefen Temperaturen, nicht
möglich. Daher wird der Auslassnockenwellenversteller mittels Sperrbolzen
in der Position "frühes Ventilöffnen" mechanisch versperrt.
Somit erfolgt der Motorstart unter allen Randbedingungen zuverlässig mit
minimaler Ventilüberschneidung, die auch die beste Betriebsposition für
den Leerlauf ist.
Der erweiterte Verstellbereich der Auslassnockenwelle ergibt in Verbindung
mit einer um 7°KW in Richtung "spätes Öffnen" verschobenen
Grundposition einen maximalen Überschneidungswinkel von 47°KW gegenüber
19°KW bei den bisherigen Anwendungen. Dieser wird im Betrieb nicht voll
genutzt, aber der Überschneidungsbereich wird nach spät verlagert. Statt
des Ausschiebens des verbrannten Gases in den Einlasskanal und Rücksaugen
in den Brennraum (reaspirative Abgasrückführung) wird der
Verbleib eines Teiles des Restgases im Zylinder (residuale AGR) erreicht.
Damit ergeben sich folgende Vorteile bei der internen Abgasrückführung (AGR).
- Verbrauchseinsparung durch reduzierte Gaswechselarbeit
- vergrößerter Teillastbereich mit Abgasrückführung
- bessere Laufruhe
- geringere Empfindlichkeit gegen Gemischschwankungen
- Abgasrückführung schon bei kaltem Motor möglich
Eine Reduzierung des Verbrauches um 4% gegenüber den bisher eingesetzten
3,2-L-Motoren und um 6,5% gegenüber dem 2,8-L-Basismotor wird in einem
weiten Teillastbereich erzielt. Beim Betriebspunkt Pe=2bar/n=2000/min.
beträgt der spezifische Kraftstoffverbrauch 360g/kWh.
Abgassystem und
Emissionen des 3.2-L-Motors
Die Doppelflutigkeit in der Abgasanlage bis weit hinter die Katalysatoren
bewirkt das hohe Drehmomentmaximum bei der für Otto-Saugmotoren sehr
niedrigen Drehzahl von 2500/min. Der hohe spezifische Wert von
100Nm/L wie beim Golf R32 und AUDI TT wird durch konsequente
Feinabstimmung erreicht. Die Abgasanlage enthält je einen
Hauptkatalysator sowie 2 Lambdasonden pro Abgasstrang. Vor den
Katalysatoren wird die neueste Generation der planaren
Breitband-Lambda-Sonde von Bosch, LSU 4.9 mit geregelter Heizung,
eingesetzt. Die Lambda-Regelung spricht so sehr früh an. Die
Rohgasemmissionen konnten aufgrund des Einsetzens der residualen
Abgasrückführung bei niedrigen Motortemperaturen sowie der verbesserten
Abmagerfähigkeit besonders im Kaltstart und in der Warmlaufphase weiter
reduziert werden. Die zweistrahligen Einspritzventile im Zylinderkopf sind
gegenüber dem 2,8-l-Motor näher an den Einlassventilen angeordnet. DIe
dadurch verbesserte Gemischaufbereitung macht zudem die Luftumfassung der
Einspritzventile überflüssig. Die Kraftstoffzuführung zu den
Einspritzventilen erfolgt bedarfsgeregelt und rücklauffrei. Damit wird
die Erwärmung des Kraftstoffes im Tank reduziert, die
Verdampfungsemissionen verringern sich. Eine sekundärlufteinblasung
unterstützt das frühe Ansprechen der beiden Hauptkatalysatoren unter dem
Fahrzeugboden mit je 1,0-Liter Volumen. Die Abgasgrenzwerte nach Euro 4
werden mit beiden Getriebevarianten deutlich unterschritten.
Motorsteuerung des
3.2-L-Motors
Als Motorsteuerung kommt die Motronic ME7.1.1 von Bosch zum Einsatz. Die
Prozessorgeschwindigkeit wurde wegen des Rechenaufwandes für zahlreiche
neue Funktionen von 32 auf 40MHz erhöht. Neue Funktionen waren für den
kontinuierlich geregelten Auslassnockenwellenversteller mit weiterem
Verstellbereich notwendig. Die Kennfelder der Nockenwellensteuerung waren
aufgrund der oben beschriebenen Änderungen völlig neu zu applizieren.
Wegen der hohen Abgasrückführraten wurde eine Berechnung des
Restgasgehaltes im Zylinder eingeführt. Deren ergebnisse verbessern
wiederum die Berechnung des Saugrohrdruckes und in Folge das
Instationärverhalten der Gemischaufbereitung deutlich.
In der Abgasanlage ist zur Verringerung der Geräuschemissionen bei
tiefen Drehzahlen eine Klappe integriert, die last- und
drehzahlabhängig vom Motorsteuergerät geöffnet wir. Die Regelung der
Kühlerlüfter erfolgt wie im Phaeton über ein diskretes Signal aus dem
Motorsteuergerät, in dem die zahlreichen notwendigen Informationen zur
Einstellung der gewünschten Kühlmitteltemperatur zentral vorliegen. Die
Berechnung des gemittelten Ölstandes aus den momentanen Informationen des
in der Ölwanne befindlichen Ölstandsgebers erfolgt im Motorsteuergerät.
Das Ergebnis wird an das Kombiinstrument weitergeleitet und ist dort
Bestandteil der Wartungsintervall-Anzeige. Über den CAN-Bus sind
Motorsteuerung, Getriebesteuerung des DSG, ABS, ESP, Klimaanlage,
Wegfahrsperre und das Kombiinstrument vernetzt.
Ergebnisse
Der Motor leiste 184kW bei 6300/min. Das maximale Drehmoment von
320Nm wird bereits bei einer Drehzahl von 2500/min. erreicht. Der
Nutzmitteldruckverlauf liegt im Streuband von Vergleichsmotoren im oberen
Bereich. Bei den für den Fahrbereich relevanten niedrigen Drehzahlen
unterhalb 3000/min. ist ein erheblicher Vorteil gegenüber vergleichbaren
Motoren zu verzeichnen. Die Auslegung der Verdichtung von E=11,25 erfolgte
für die Kraftstoffqualität ROZ 98. ROZ 95 wird über die Klopfregelung
abgedeckt.
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