Nieuwe transmissie- en emissiecontrolesystemen

Nieuwe transmissie- en emissiecontrolesystemen


De ontwikkeling van motoren met zeer hoge trekkracht en koppel – bij dieselmotoren dankzij de pomp-injectortechnologie – vormt een grote uitdaging voor de transmissietechniek.




Volkswagen is begonnen met het heroriënteren en stroomlijnen van zijn transmissieprogramma om de grootst mogelijke ontwerpvooruitgang te boeken, waarbij basisdoelstellingen zoals kostenreductie door schaalvoordelen altijd voorop staan. De elementen die momenteel als basispijlers worden gebruikt, zijn een gevolg van het modulaire ontwerpprincipe, dat het bekende "gemeenschappelijke platform" omvat en het gebruik van identieke assemblages in een breed scala aan modellen binnen de Volkswagen Groep mogelijk maakt. De doelstellingen zijn als volgt:

· Alle handgeschakelde versnellingsbakken hebben zes versnellingen.
· Ontwikkeling van automatische zesversnellingsbakken.
· Vierwielaandrijvingssystemen leverbaar met dwars- of in de lengterichting geplaatste motoren en met handgeschakelde of automatische versnellingsbakken.

Nieuwe handgeschakelde zesversnellingsbakken
De nieuwe versnellingsbakken met de naam MQ (een afkorting waarbij M staat voor manual en Q voor transverse mechanical mounting) hebben:

· Nauwkeurige schakelwerking, met minimale hendelbeweging en nauwkeurige aangrijppunten, identiek voor alle handgeschakelde transmissies van VW.
o Zorgvuldig gedefinieerde relaties voor de kenmerken van de engine waarin ze worden gebruikt.
· Gefabriceerd volgens uitzonderlijke precisienormen, wat een absoluut stille werking en een lange levensduur garandeert.
De nieuwe kabelbediende versnellingsbakken hebben zes of indien nodig vijf overbrengingsverhoudingen en voldoen aan de volgende criteria:
· Minimale wrijvingsverliezen voor maximale efficiëntie.
· Compact ontwerp door gebruik van hoogwaardige materialen en minimale afmetingen.
· Gewichtsbesparing door gebruik van bijvoorbeeld magnesium behuizingen.

De MQ 200, 250, 350 en 500 versnellingsbakken (de getallen geven het maximale koppel in Nm aan dat de versnellingsbak kan overbrengen) zijn al in gebruik of zullen binnenkort worden toegepast in nieuwe Volkswagen-modellen. Er is bijzondere aandacht besteed aan het feit dat de versnellingsbakken niet alleen geschikt zijn voor verschillende motoren, maar ook voor modellen in verschillende segmenten.
Door bij nieuwe modellen gebruik te maken van zes versnellingen vooruit, kan Volkswagen de overbrengingsverhoudingen veel nauwkeuriger afstemmen op de eigenschappen van de verschillende motoren. Dit resulteert in een krachtigere gasrespons en tegelijkertijd een lager brandstofverbruik.

Nieuwe automatische transmissies met koppelomvormer
Net als bij de handgeschakelde versnellingsbak zal een nieuwe reeks automatische transmissies met hydraulische koppelomvormers de huidige binnenkort vervangen. Neem bijvoorbeeld de V10 TDI-motor, met een maximumkoppel van 750 Nm en een vermogen van 313 pk, dan wordt duidelijk welke aanzienlijke vermogens- en koppelniveaus automatische transmissies in de toekomst zullen moeten verwerken. Bovendien zullen de zes versnellingen vooruit in deze transmissies worden gebruikt om dezelfde redenen als in de handgeschakelde versnellingsbak.
Volkswagen ontwikkelt momenteel drie automatische transmissies voor koppelbereiken van 250 tot 800 Nm, waarvan sommige geschikt zullen zijn voor in de lengterichting of dwars geplaatste motoren. Door voortdurende vooruitgang in de softwareontwikkeling zullen brandstofbesparende programma's beschikbaar zijn zonder dat dit ten koste gaat van de rijervaring, bijvoorbeeld door de installatie van een "afgeschermde" koppelomvormer om de huidige hydraulische transmissieverliezen tussen de twee delen van de omvormer te elimineren.

Slimme transmissietechnologie
De vooruitgang die de nieuwste generatie motoren biedt, met een hoger dan gebruikelijk vermogen en koppel, bevestigt in alle opzichten de validiteit van Volkswagens beleid om vierwielaandrijving te gebruiken als de enige praktische manier om deze aanzienlijk toegenomen trekkracht betrouwbaar op de weg over te brengen. Het onderzoek en de ontwikkeling werpen al vruchten af en de vierwielaandrijvingssystemen van de Volkswagen Groep – of het nu gaat om de Haldex-koppeling voor dwarsgeplaatste motoren of om de vierwielaandrijving met Torsen-middendifferentieel voor in de lengterichting geplaatste motoren – voldoen in de praktijk aan alle mechanische eisen.
De ontwikkeling van de nieuwe SUV, die gebruik zal maken van een in de lengterichting geplaatste motor met automatische transmissie, vereiste het ontwerp van een vierwielaandrijvingssysteem dat bestand is tegen de zwaarste belastingen, zowel op de weg als off-road. Om dit te bereiken, werd gekozen voor een klassieke configuratie, met een planetaire tandwieloverbrenging die, gekoppeld aan de automatische transmissie, fungeert als een extra lage versnelling, waardoor zeer langzaam rijden op zeer moeilijk terrein mogelijk is.
Tot 50% van het koppel dat normaal gesproken op de achterwielen wordt uitgeoefend, kan via een tandketting en een externe aandrijfas naadloos naar de voorwielen worden geleid. Een elektronisch gestuurd spersysteem op het middendifferentieel zorgt voor een optimale koppelverdeling tussen de twee assen, terwijl door de bestuurder bediende elektrische sperren op de voor- en achteras zorgen voor een soepele voortgang, zelfs op het moeilijkste terrein.
Bij het rijden op asfalt worden alle blokkeringen losgelaten, waardoor de aandrijving de achterwielen bereikt zonder dat er spanning wordt opgeslagen. Dit vierwielaandrijvingssysteem is ook beschikbaar voor lichte bedrijfswagens en zal ook in andere modellen worden toegepast.

Strategie voor emissiebeheersing
In de vijfentwintig jaar sinds Volkswagen zijn eerste dieselmotor voor personenauto's op de markt bracht, hebben R&D-ingenieurs zich voortdurend ingespannen om het milieu te beschermen. Het verminderen van de hoeveelheid vervuilende uitlaatgassen is altijd een prioriteit bij de ontwikkeling van elke nieuwe motor of de optimalisatie van bestaande motoren. Momenteel is de R&D gericht op het terugdringen van de emissies tot een niveau dat ruim onder de Euro 4-norm ligt, die in 2005 van kracht wordt.
De werktuigbouwkundige ingenieurs van Volkswagen hebben er vertrouwen in dat de ontwikkelingen waaraan ze momenteel werken de vervuilingsniveaus verder zullen terugdringen:

Nieuwe verbeteringen in het verbrandingsproces.
Nog efficiëntere katalysatoren
Gebruik van een extra deeltjesfilter.
Extra uitlaatgasbehandeling om stikstofoxide (NOX) te verminderen.

Optimalisatie van injectie- en verbrandingstechnieken
De meest milieuvriendelijke motor van Volkswagen, de Lupo TDI "3L", voldoet al sinds 1999 als enige aan de D4-emissienorm. Binnenkort voldoet echter ook een andere personenauto van VW aan deze doelstelling: de 100 pk sterke Golf 1.9 TDI met voorwielaandrijving voldoet vanaf juni volgend jaar aan deze emissienorm.
De prestaties blijven intact, met 100 pk beschikbaar bij 4.800 tpm en een maximumkoppel van 240 Nm bij 1.800 tpm. Het brandstofinjectiesysteem en andere interne bedrijfsprocessen zijn verder ontwikkeld.
De eerste stap om dit te bereiken is een nieuw ontwerp van de injectoren – met een nog nauwkeurigere bewerking van de openingen, wat resulteert in een verbeterde brandstofverstuiving – en een efficiëntere verbranding, mede dankzij het gebruik van vlakke zuigerkoppen, waarvoor ook de kleppen zijn aangepast. Het nieuwe systeem elimineert de traditionele uitsparingen voor de klepkoppen, die tot op zekere hoogte de vlamvoortplanting tijdens het verbrandingsproces belemmerden.
Er is ook een innovatief uitlaatgasrecirculatiesysteem ingebouwd, dat bijdraagt aan een lagere NOx-uitstoot. De gassen die terugkeren naar de verbrandingskamers worden gekoeld op basis van de temperatuur en het bedrijfspunt van de motor. Dit extra koelsysteem zorgt ervoor dat de uitlaatgassen die terugkeren naar de verbrandingskamers, de optimale temperatuur hebben om de NOx-uitstoot te beperken, zonder de uitstoot van koolmonoxide (CO), koolwaterstoffen (HC) en fijnstof te verhogen.
Een bijzonder dunwandige oxidatiekatalysator zorgt voor een snellere gasconversie na het starten van een koude motor. Isolatie met een tussenliggende luchtlaag vanuit de uitlaatpijp naar de katalysator helpt ook om temperatuurverlies te minimaliseren.
Beide factoren verminderen de hoeveelheid brandstof die de katalysator tijdens de opwarmfase van de motor omzet. Hierdoor voldoet de 100 pk TDI-motor aan de toekomstige Euro 4-norm, zelfs met tweekleppen-per-cilindertechnologie. Een nog grotere vooruitgang zal worden geboekt met de commercialisering van de tweede generatie pompinjector, die een hogere drukclassificatie biedt.
Het wordt steeds duidelijker dat het tempo van de ontwikkeling van alle emissiecontroleprocessen ervoor zal zorgen dat voertuigen met een bepaald motorvermogen de Euro 4-norm betrouwbaar zullen overtreffen.
Grotere en zwaardere voertuigen, zoals de luxe sedan of de toekomstige SUV met een V10 TDI-motor, opereren echter vaak op bedrijfspunten waar het risico bestaat dat de toekomstige norm wordt overschreden. Daarom is extra uitlaatgasreiniging essentieel. Het doel is om de hoeveelheid gasvormige stikstofoxiden (NOX) en vaste deeltjes te verlagen. Hiervoor hebben de ontwikkelingsingenieurs van Volkswagen een actief uitlaatgasreinigingssysteem ontwikkeld.

Het actieve CRT-systeem van Volkswagen
In tegenstelling tot het traditionele discontinue regeneratiesysteem met een roetfilter, werkt het nieuwe CRT-systeem (Continuous Regeneration Storage) met een filterbelasting die niet meer bedraagt dan 20 of 30% van de capaciteit. Hierdoor worden extreme tegendrukken in het uitlaatsysteem, die vaak een zeer hoog verbruik veroorzaken, vermeden.
Continue regeneratie maakt gebruik van stikstofdioxide (NO2) dat wordt geproduceerd in de oxidatiekatalysator vlak bij de motor, in plaats van zuurstof (O2), zoals bij het huidige systeem. Om de CRT continu te laten werken, is een bedrijfstemperatuur van meer dan 300 graden Celsius vereist, die wordt bereikt met een geleidelijke na-injectiecyclus.
Bij lage belasting, bij snelheden tot 100 km/u (62 mph), verzamelt het systeem gefilterde roetdeeltjes tot de filtercapaciteit van 30% is bereikt. Vanaf dat moment begint de CRT actief te werken. De oxidatiekatalysator verwijdert koolmonoxide (CO) en koolwaterstoffen (HC) uit de uitlaatgassen en levert de stikstofdioxide (NO₂) die nodig is voor de oxidatie (verbranding) van de roetdeeltjes tot kooldioxide (CO₂) in de secundaire katalysator.
Als de filterbelasting onder 20% van de capaciteit daalt, stopt de actieve CRT-functie. De regelwaarden zijn de temperatuur- en drukverschillen voor en na het filter; deze kunnen met grote nauwkeurigheid en betrouwbaarheid worden bepaald om een efficiënte CRT-werking te garanderen.
De dieselbrandstof die momenteel op de markt is, bevat een hoog zwavelgehalte, wat geleidelijk de katalysatoren verontreinigt. Deze situatie zou de werking van de CRT negatief beïnvloeden – met een snelle toename van filtervervuiling door roetdeeltjes – tenzij er externe maatregelen worden genomen om dit te corrigeren. Om de betrouwbaarheid onder deze omstandigheden te behouden, is er een "noodrem" in het CRT-systeem ingebouwd.
Deze "rem" activeert een na-injectieproces van de brandstof dat de uitlaatgastemperatuur verhoogt tot meer dan 500 graden Celsius; bij deze temperatuur ontbranden de roetdeeltjes in het filter in aanwezigheid van zuurstof (O2). Tegelijkertijd reinigt deze "vuurinjectie" de katalysatoren door zwavelafzettingen te verwijderen.
Door de aanstaande introductie van zwavelvrije Super-Plus benzine op de markt zullen er op relatief korte termijn gecontroleerde veranderingen in de brandstofsamenstelling optreden. Het is dan ook zeer waarschijnlijk dat op middellange termijn ook zwavelvrije dieselbrandstof op de markt zal komen, waardoor het gebruik van deze extra functie in het actieve CRT-systeem overbodig wordt, met de daaruit voortvloeiende sterke temperatuurstijging.

Opslagkatalysator voor stikstofoxiden (NOX)
Om een uitlaatgassamenstelling te bereiken die voldoet aan de Euro 4-regelgeving in alle bedrijfsfasen van een high-performance motor, is zelfs het vrijwel volledig elimineren van roetdeeltjes niet voldoende. Ook de resterende gasvormige stikstofoxiden (NOX) moeten tot een minimum worden beperkt. De meest geschikte manier om dit te bereiken is met een stikstofoxideopslagkatalysator, een component die al bekend is vanwege zijn toepassing in benzinemotoren met directe injectie. De katalytische coating absorbeert stikstofoxiden in de uitlaatgassen als een spons.
Door de beperkte absorptiecapaciteit moet de katalysator echter met tussenpozen worden gereinigd door middel van mengselverrijking. Hiervoor wordt de inlaatlucht van een dieselmotor, die normaal gesproken met meer lucht dan brandstof (d.w.z. met een zeer arm mengsel) werkt, tijdelijk versterkt en werkt de motor via na-injectie. Dit proces duurt vijf tot tien kilometer, maar de bestuurder merkt er doorgaans niets van. Het proces zorgt ervoor dat de opslagkatalysator onder normale bedrijfsomstandigheden 60 tot 70% van de stikstofoxiden uit de uitlaatgassen kan verwijderen.



GROETEN