abgasturbolader audi 80

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AUDI AG
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Juli 2014
Audi TDI – Tech Workshop 2014
Einleitung – 25 Jahre TDI
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TDI-Entwicklung
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Der neue 1.4 TDI
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Der neue 2.0 TDI im Längseinbau
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Der neue 3.0 TDI
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Der Audi A7 Sportback 3.0 TDI competition
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Der 4.2 TDI
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Die Audi ultra-Modelle
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Die Rennmotoren
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Elektrischer Biturbo und Hybridisierung
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Audi e-diesel
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Die Audi-Showcars mit TDI-Motoren
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Technologie-Meilensteine
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TDI-Lexikon
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Anlage: Technische Daten
Die angegebenen Ausstattungen und Daten beziehen sich auf das in Deutschland angebotene
Modellprogramm. Änderungen und Irrtümer vorbehalten.
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www.audi-mediaservices.com
Einleitung – 25 Jahre TDI
Audi feiert 2014 ein ganz besonderes Jubiläum – 25 Jahre TDI. Im Herbst 1989 präsentierte
das Unternehmen auf der IAA in Frankfurt am Main den Audi 100 mit einem 2.5 TDI an Bord
– ein Turbodieselmotor mit Direkteinspritzung und vollelektronischer Regelung. Seitdem hat
die Marke mit den Vier Ringen ihren Vorsprung in diesem Technologiefeld kontinuierlich
ausgebaut und dabei neue Meilensteine gesetzt.
„25 Jahre TDI bedeuten ein Vierteljahrhundert Fortschritt und Effizienz, Dynamik und Power“,
sagt Prof. Dr. Ulrich Hackenberg, Vorstand Technische Entwicklung der AUDI AG. „Wir
blicken mit Stolz auf diese Zeit zurück. Denn der TDI, den Audi als erster AutomobilHersteller auf den Markt gebracht hat, ist heute die erfolgreichste Effizienztechnologie der
Welt. Er hat damit entscheidend zum Aufstieg unserer Marke ins Premiumsegment
beigetragen.“
Seit 1989 hat die TDI-Technologie dem Dieselmotor zu einem überwältigenden Erfolg
verholfen. Die Entwicklung ist in mehreren Schritten verlaufen – mit Aufladung, Einspritzung
und Abgasreinigung als den großen Treibern. Im Lauf dieser 25 Jahre hat der TDI – bezogen
auf den Hubraum – mehr als 100 Prozent Leistung und Drehmoment zugelegt, während in
derselben Zeit sein Schadstoffausstoß um 98 Prozent gesunken ist.
Bis heute hat Audi zirka 7,5 Millionen Autos mit TDI-Motoren produziert – allein 2013 waren
es knapp 600.000 Einheiten. Sie trugen stark dazu bei, dass die Marke mit den Vier Ringen
in den vergangenen Jahren die durchschnittlichen CO2-Emissionen der EU-Neufahrzeugflotte um drei Prozent pro Jahr reduzieren konnte. Von den derzeit 156 TDI-Modellen im
Audi-Programm liegen 58 bei einem CO2-Ausstoß von 85 bis 120 Gramm. Der Audi A3 ultra
mit seinem 1,6-Liter-TDI begnügt sich auf 100 Kilometer mit durchschnittlich 3,2 Liter
Kraftstoff. Der Begriff „ultra“ steht dabei für Nachhaltigkeit in allen Bereichen des
Unternehmens. Gerade baut Audi die Palette seiner hocheffizienten ultra-Modelle mit großen
Schritten aus.
Alle TDI-Motoren, die Audi heute anbietet, sind hocheffizient, sauber, kultiviert, komfortabel
und stark. Mit Ausnahme des Audi R8, finden sie sich in sämtlichen Baureihen wieder – mit
Hubräumen von 1,6 bis 4,2 Liter und Leistungsdaten zwischen 66 kW (90 PS) beim 1.6 TDI
und 283 kW (385 PS) beim 4.2 TDI. In der Verkaufsstatistik liegt der 2.0 TDI unangefochten
an der Spitze. Er erzielte bislang knapp drei Millionen verkaufte Einheiten, fast 370.000
davon allein im vergangenen Jahr.
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Die TDI-Technologie von Audi hat eine beeindruckende Erfolgsgeschichte und eine große
Zukunft. Der rundum überarbeitete, abgasarme 3.0 TDI clean diesel setzt einen neuen
Meilenstein; in die kompakten Modelle zieht bald der neue 1.4 TDI clean diesel mit drei
Zylindern ein. Bei den V6 TDI-Motoren wiederum wird ein zusätzlicher elektrischer Verdichter
künftig für spontanen Kraftaufbau schon im unteren Drehzahlbereich sorgen – er macht das
Fahrerlebnis noch emotionaler und sportlicher.
Mit dem elektrischen Biturbo startet Audi nun die Elektrifizierung des TDI. Die neuen
Hybridisierungs-Komponenten stehen kurz vor der Markteinführung. Künftig wird es für jeden
Kunden und Anspruch eine maßgeschneiderte Lösung geben – bis hin zum TDI mit Plug-inHybridtechnologie. Bei den Kraftstoffen setzt die Marke auf den nachhaltig produzierten
Audi e-diesel, der CO2-neutrales Fahren möglich macht.
Bis 2020 will Audi den Flottenverbrauch seiner Modelle auf durchschnittlich 95 Gramm CO2
pro Kilometer senken. Die Entwickler bearbeiten deswegen neben der Hybridisierung auch
die klassischen Technikfelder mit Hochdruck. Unter anderem zählen dazu die
Reibungsreduktion, das Thermomanagement und das Brennverfahren mit den Aspekten
Einspritzung und Aufladung. Audi setzt auf Rightsizing statt auf Downsizing – also auf die
richtige Motorgröße, die der jeweiligen Größe des Autos entspricht. So erweisen sich die
TDI-Motoren mit sechs und acht Zylindern in der Praxis vor allem deshalb als höchst
effizient, weil sie mit extrem niedrigen Drehzahlen rund laufen.
Motorsport ist Teil der DNA von Audi. Die Rennstrecke ist das härteste Testlabor für neue
Entwicklungen, die in die Serie überführt werden sollen. 2006 debütierte der TDI-Motor beim
24 Stunden-Rennen von Le Mans; seitdem hat die Marke mit den Vier Ringen hier bei
insgesamt neun Starts acht Gesamtsiege eingefahren. Prinzipiell gelten auf der Rennstrecke
die gleichen Anforderung wie in der Serie – Ziel ist, aus jedem Tropfen Kraftstoff immer mehr
herauszuholen. Die Erfolge im Motorsport belegen eindrucksvoll das Potenzial der TDITechnologie von Audi. Zuletzt mit einem Doppelsieg in Le Mans beim wichtigsten
Langstreckenrennen.
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TDI-Entwicklung
Turboaufladung, Einspritzung und Abgasreinigung sind die drei wesentlichen Treiber bei der
Entwicklung der TDI-Motoren. Die Ingenieure arbeiten kontinuierlich daran, den Verbrauch
weiter zu senken, Leistung und Drehmoment zu steigern und die Laufkultur zu verbessern.
Weitere Vorgaben kommen aus der Gesetzgebung und der Wirtschaft: etwa Abgasnormen
oder Anforderungen an Qualität und Zusammensetzung des Dieselkraftstoffs auf den
weltweiten Märkten. In Europa stehen die Biodiesel-Beimischungen und die künftigen RDETestzyklen (Real Driving Emissions) im Vordergrund. Für die ULEV-II-Norm in einigen
Staaten der USA hat der neue 3.0 TDI schon jetzt eine zweistufig gekühlte
Abgasrückführungsanlage an Bord. Wenn China – ein Land, in dem heute die
Kraftstoffqualität noch stark schwankt – zum Diesel-Markt wird, werden die Kriterien Höhe
und dünne Luft verstärkt ins Spiel kommen.
Turboaufladung
Die Zahlen, mit denen sich die Audi-Turbolader von heute beschreiben lassen, sind
beeindruckend. Der Lader des neuen 3.0 TDI baut bis zu 2,0 bar relativen Ladedruck auf, er
kann bei Volllast theoretisch pro Stunde 1.200 Kubikmeter Luft (1,2 Tonnen) verdichten.
Seine Antriebsleistung liegt im Bereich von 35 kW und die Drehzahl über 200.000
Umdrehungen pro Minute.
In der Entwicklung der Turboladertechnik, die Audi stetig vorantreibt, legen die Ingenieure
großen Wert auf die Themen Wirkungsgrad, Drehmomentaufbau, Übergangsverhalten,
Akustik und Leichtbau. Der Fortschritt vollzieht sich in zahllosen Einzelschritten und im
Tausendstel-Millimeter-Bereich. Ein Beispiel dafür sind die künftigen Verdichterräder. Sie
sind aus dem Vollen gefräst und noch präziser als die heutigen Gussteile.
Der Turbolader des neuen 3.0 TDI nutzt eine elektrische VTG-Aktuatorik, die die
Leitschaufeln des Turbinenrads in weniger als 200 Millisekunden verstellt. Sie ist in einer neu
entwickelten Kartusche untergebracht, deren Hälften miteinander vernietet sind – die
schmalen Nieten stören die Strömung weniger als die gegossenen Verbindungsstellen des
Vorgängerbauteils. Die Abgastemperaturen, die in der Spitze 830 Grad Celsius betragen,
stellen hohe Ansprüche speziell an die beweglichen Teile; jeder weitere Anstieg macht hier
neue Materialien notwendig.
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Einspritzung
Bei der Common-Rail-Einspritzung fährt Audi bei den meisten Motoren Spitzendrücke von
2.000 bar. Das nächste Ziel liegt bei 2.500 bar, und auch über diese Marke denken die
Ingenieure schon hinaus. Der TDI-Motor des Rennwagens Audi R18 e-tron quattro liefert das
Vorbild: Der Vierliter-V6 erzielt mit mehr als 2.800 bar Einspritzdruck zirka 100 kW
Literleistung. Stahlkolben – eine weitere Option für die Serie – nehmen die Zünddrücke auf,
die mit weit mehr als 200 bar das Niveau der Straßen-TDI übertreffen.
In den Piezo-Injektoren, die Audi bei seinen V-Motoren einsetzt, haben die Düsenlöcher nur
etwa 0,1 Millimeter Durchmesser, um den Kraftstoff auch bei niedriger Last fein zerstäuben
zu können. Je höher der Druck, desto präziser die Gemischbildung – und von ihr profitieren
neben der Leistung und dem Drehmoment auch die Laufkultur und das Emissionsverhalten.
Die Common-Rail-Anlage des neuen 3.0 TDI kann pro Arbeitstakt neun einzelne
Einspritzungen absetzen. Die Voreinspritzungen dienen dem kultivierten Motorlauf vor allem
bei niedrigem Tempo, die Nacheinspritzungen der Regeneration des Partikelfilters
beziehungsweise der Desulfatisierung des künftigen NOx-Speicherkatalysators. Die
Einspritzanlagen von Audi müssen ihre Präzision, die sich im Milligramm-Bereich bewegt,
über viele zehntausend Kilometer gewährleisten – schon kleinste Abweichungen könnten bei
der Abgasmessung das Ergebnis verschlechtern.
Abgasreinigung
Bei der Abgasnachbehandlung mussten die Entwickler in den vergangenen Jahren die
Komponenten auf frühes Ansprechen auslegen. Dank der zunehmenden Effizienz der TDIMotoren sinken die Abgastemperaturen immer weiter. Im ECE-Zyklus erreichen sie derzeit,
hinter dem Oxidationskatalysator gemessen, erst nach zweieinhalb Minuten 150 Grad
Celsius; unterhalb dieser Schwelle findet keine Umsetzung statt.
Beim neuen 3.0 TDI sind deshalb beide Katalysatoren – der vergrößerte Oxi-Kat und der
Dieselpartikelfilter mit SCR-Beschichtung – extrem nah an den Motor herangerückt; in das
kurze, gebogene Verbindungsrohr zwischen ihnen spritzt die wassergekühlte SCR-Pumpe
die AdBlue-Lösung ein. Bei der 160 kW (218 PS)-Version des neuen V6-Diesel, beim neuen
V6 Biturbo und beim 4.2 TDI werden die Oxi-Kats zudem eine elektrisch beheizt.
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Der nächste Schritt von Audi erfolgt im Jahr 2015 beim 3.0 TDI: Statt des Oxi-Katalysators
kommt dann ein neuer NOx-Speicherkatalysator zum Einsatz. Der so genannte NOC (NOxOxidation Catalyst) speichert die Stickoxide, bis er komplett gefüllt ist; die Reinigung erfolgt
per Gemischanreicherung im Motor. Um den Kraftstoffverbrauch möglichst gering zu halten,
wird der NOC nur bei niedrigen Abgastemperaturen – nach dem Start und bei geringer Last
– aktiv. In allen anderen Situationen erledigt der Dieselpartikelfilter mit SCR-Beschichtung
die NOx-Umsetzung. Mit den großen Potenzialen, die diese Technologie bietet, ist Audi
hervorragend für die Abgasbestimmungen der Zukunft gerüstet.
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Der neue 1.4 TDI
Der neue 1.4 TDI ist neben dem Zweiliter-Vierzylinder das zweite Aggregat im Modularen
Dieselbaukasten (MDB) des Volkswagen-Konzerns. Der Dreizylinder ist für den Quereinbau
konzipiert und wird in Kürze in Serie gehen. Sein Hubraum misst 1.422 Kubikzentimeter –
der Hub von 95,5 Millimeter stammt vom 2.0 TDI, die Bohrung ist von 81,0 auf 79,5
Millimeter reduziert. Der Zylinderabstand beträgt 88,0 Millimeter.
Anders als der Vorgängermotor, der bis 2005 im Audi A2 arbeitete, hat der neue 1.4 TDI ein
leichtes Kurbelgehäuse aus einer Aluminium-Silizium-Legierung – eine große Ausnahme im
Wettbewerbsumfeld. Das Gehäuse entsteht im Schwerkraft-Kokillengussverfahren, das
besonders hohe Festigkeit, Dichte und Homogenität ermöglicht. Gezielte Verrippungen und
Detailmaßnahmen an der Motorperipherie minimieren die Schallabstrahlung.
Das Kurbelgehäuse wiegt nur 17 Kilogramm, das sind zwölf Kilogramm weniger als beim
früheren Grauguss-Block. Das Gesamtgewicht des Motors beträgt
132 Kilogramm. Die dünnwandigen Laufbuchsen aus Grauguss sind thermisch gefügt, die
Kolben und Pleuel im Gewicht reduziert. Kolbenspiel, Ringkontur und Ringvorspannung sind
auf geringe Reibleistung optimiert.
Gegenläufig zur Kurbelwelle rotiert eine Ausgleichswelle; ihr Antrieb ist in die so genannte
Duopumpe integriert: Öl- und Vakuumpumpe teilen sich ein gemeinsames Gehäuse. Die
Ölpumpe schaltet je nach Bedarf zwischen zwei Druckstufen um. Ein weiterer
Effizienzbaustein ist die Trennung der Kühlwasserkreisläufe für den Zylinderblock und den
Zylinderkopf. Der Blockkreislauf lässt sich in der Warmlaufphase stilllegen – hier ist nur der
Kopf-Kreislauf aktiv, der auch den Wärmetauscher der Innenraumheizung versorgt. Dieses
Thermomanagement bringt den 1.4 TDI nach dem Kaltstart rasch auf Betriebstemperatur.
Im Antrieb der Nockenwellen kommt eine aufwendige Nadel-Lagerung zum Einsatz. Die
Wellen sind in einem separaten Rahmen gelagert und werden während der
Motorenproduktion in ihm gefügt – das neue Ventiltriebsmodul vereint hohe Steifigkeit mit
geringem Gewicht.
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Die Common-Rail-Einspritzanlage baut 2.000 bar Systemdruck auf, Magnetventile öffnen
und schließen die Düsennadeln in den Siebenloch-Injektoren. Der hohe Druck ermöglicht
eine noch feinere Zerstäubung des Kraftstoffs in den Brennräumen und damit eine noch
effizientere und schadstoffärmere Verbrennung.
Der Turbolader des 1.4 TDI hat eine pneumatische Verstellung für die Leitschaufeln des
Turbinenrads. Der Ladeluftkühler, der für seine Wasserkühlung einen eigenen Kreislauf
nutzt, ist am Zylinderkopf montiert. Direkt vor dem Lader mündet die ebenfalls
wassergekühlte Niederdruck-Abgasrückführung (AGR). Sie verringert den Stickoxid-Ausstoß
bei warmem Motor und bei mittleren und hohen Lasten, während die ungekühlte HochdruckAGR vor allem für die Phase nach dem Kaltstart zuständig ist. Der neue Motor hält die Limits
der Euro 6-Norm ein; die gesamte Abgasreinigungsanlage ist mit ihrer kompakten Bauweise
auf minimale Strömungsverluste ausgelegt.
Der neue 1.4 TDI leistet 66 kW (90 PS) und stellt von 1.500 bis 2.500 Umdrehungen pro
Minute 230 Nm Drehmoment bereit.
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Der neue 2.0 TDI im Längseinbau
In der Modellpalette von Audi ist der 2.0 TDI der Allrounder. Vom Audi A1 bis zum Audi A6
treibt der Zweiliter-Vierzylinder die unterschiedlichsten Modelle an. Im Mittelklasse-SUV
Audi Q5 ist der 2.0 TDI auf den Längseinbau ausgelegt und überzeugt in seiner jüngsten
Evolutionsstufe mit EU 6-sauberem Abgas.
Zwei Ausführungen mit 110 kW (150 PS) und 140 kW (190 PS) stehen zur Wahl; das
maximale Drehmoment beträgt 320 bzw. 400 Nm. Mit dem 110 kW-Motor beschleunigt der
Audi Q5 in 10,9 Sekunden von 0 auf 100 km/h; seine Höchstgeschwindigkeit beträgt
192 km/h, der Verbrauch auf 100 Kilometer liegt im Mittel bei 4,9 Liter Kraftstoff (129 Gramm
CO2 pro Kilometer). Beim Top-Vierzylinder-Diesel lauten die Eckdaten 8,4 Sekunden,
210 km/h Höchstgeschwindigkeit und 5,7 Liter Kraftstoff auf 100 Kilometer (149 Gramm CO2
pro Kilometer).
Der 2.0 TDI mit seinen 1.968 cm3 Hubraum (Bohrung x Hub 81,0 x 95,5 Millimeter) ist
konsequent auf geringe Wirkungsgradverluste ausgelegt. Der Zahn-riemen für die
Nockenwellen und die Nebenaggregate läuft leicht und leise. Die beiden Ausgleichswellen –
aus der Ölwanne ins Kurbelgehäuse verlegt – sind wälzgelagert; sie werden vom Ölnebel
geschmiert. Bei den Antriebsrädern der Nockenwellen kommt ebenfalls eine Nadel-Lagerung
zum Einsatz.
Die Nockenwellen sind in einen separaten Lagerrahmen eingepresst – das neue
Ventiltriebmodul steht für hohe Steifigkeit und geringes Gewicht. Der Ventilstern im
Zylinderkopf ist um 90 Grad gedreht; beide Nockenwellen betätigen pro Zylinder je ein
Einlass- und Auslassventil. Die Einlassnockenwelle lässt sich hydraulisch um bis zu 50 Grad
verstellen – die variablen Steuerzeiten verbessern die Füllung der Brennräume, den Drall,
die effektive Verdichtung und die Expansionsdauer.
Die Common-Rail-Einspritzanlage baut bis zu 2.000 bar Systemdruck auf; MagnetventilInjektoren zerstäuben den Kraftstoff durch Achtloch-Düsen. Im Injektor existiert ein
zusätzliches Kraftstoffvolumen in Gestalt einer Mini-Rail. Es minimiert die Druckwellen an der
Düsennadel und sorgt für definierte Einspritzmengen. Ein Sensor in einer der Glühkerzen
analysiert die Druckverhältnisse bei der Verbrennung, die Messdaten beeinflussen das
Motormanagement.
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An den Kolben sorgt eine reduzierte Spannung der Ringe für leichten Lauf; in der Fertigung
des Motors garantiert eine Honbrille hohe Präzision bei der Feinbearbeitung der
Zylinderlaufbahnen. Die zweistufig geregelte Ölpumpe spart Antriebsenergie. Das
Thermomanagement arbeitet flexibel – der Kühlwasserkreislauf im Zylinderblock lässt sich
während der Warmlaufphase über eine schaltbare Pumpe deaktivieren, um das Motoröl
rasch zu erwärmen. Der Zylinderkopf-Mikrokreislauf wird von einer elektrischen Pumpe
angetrieben und versorgt die Innenraumheizung sowie die Niederdruck-Abgasrückführung.
Mit seiner Abgasreinigungsanlage, in der ein Oxidationskatalysator und ein Dieselpartikelfilter mit SCR-Beschichtung (SCR: selective catalytic reduction) nahe am Motor sitzen, erfüllt
der neue 2.0 TDI im Audi Q5 die Limits der Euro 6-Norm. Die ungekühlte HochdruckAbgasrückführung (AGR), die nach dem Kaltstart und bei sehr niedriger Last aktiv wird,
verläuft quer durch den Zylinderkopf. Die sehr kompakte Niederdruck-AGR ist unmittelbar
am Motor platziert und wird gekühlt. Sie deckt den Großteil der Fahrbetriebsbereiche ab und
ist auf geringe Strömungsverluste ausgelegt.
Die variable Turbinengeometrie (VTG) des Turboladers wird pneumatisch betätigt. Der
wassergekühlte Ladeluftkühler ist ins Saugrohr integriert – diese Bauweise führt zu kurzen
Gasstrecken, hoher Regelgüte und sehr gutem Wirkungsgrad.
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Der neue 3.0 TDI
Der 3.0 TDI präsentiert den neuesten Stand der Technik. Der Bestseller von Audi in den
großen Modellbaureihen ist nun noch sauberer und erfüllt die Vorgaben der Abgasnorm Euro
6. Die Performance hat ebenfalls zugelegt – die Leistung beträgt 200 kW (272 PS), das
maximale Drehmoment von 580 Nm steht von 1.250 bis 3.250 Umdrehungen pro Minute
bereit.
Der überarbeitete Audi A7 Sportback, in dem der neue V6-Diesel erstmalig zum Einsatz
kommt, beschleunigt mit quattro-Antrieb in 5,7 Sekunden von 0 auf 100 km/h und weiter auf
elektronisch begrenzte 250 km/h Höchstgeschwindigkeit. Im Mittel genügen ihm 5,2 Liter
Kraftstoff pro 100 Kilometer, das entspricht CO2-Emissionen von 136 Gramm pro Kilometer.
Damit verbessert der neue 3.0 TDI seine Bilanz um 13 Prozent im Vergleich zum
Vorgängermodell.
Beim ultra-Modell arbeitet der neue V6-Diesel noch effizienter und liefert neue Bestwerte: Mit
160 kW (218 PS) und 400 Nm Drehmoment beschleunigt er in 7,3 Sekunden aus dem Stand
auf 100 km/h und erreicht eine Geschwindigkeit von 239 km/h. Dabei verbraucht er auf
100 Kilometer im Mittel nur 4,7 Liter Kraftstoff (122 Gramm CO2 pro Kilometer).
Von seinen beiden Vorgängergenerationen hat der neue 3.0 TDI, der mit bis zu 180 bar
Zünddruck arbeitet, die wichtigen Abmessungen übernommen – die Bohrung von
83,0 Millimeter und den Hub von 91,4 Millimeter, aus denen ein Hubraum von 2.967 cm3
resultiert. Die Zylinderbänke stehen im 90 Grad-Winkel zueinander, im Zylinderkurbelgehäuse (ZKG) rotiert eine Ausgleichswelle. Das ZKG besteht aus hochfestem und zugleich
leichtem Vermikulargraphitguss; durch intensive Detailarbeit hat das ZKG etwas Gewicht
verloren, der gesamte Motor wiegt 192 Kilogramm.
Bei der geschmiedeten, ebenfalls gewichtsoptimierten Kurbelwelle sorgt das Split-Pin-Prinzip
für kultivierten Lauf: Die Hubzapfen der gegenüberliegenden Kolben sind um 30 Grad
gekröpft, die Zündabstände somit gleichmäßig. Eingegossene Kanäle versorgen die
Aluminium-Kolben mit kühlendem Spritzöl. Um die Reibung zu verringern, erhielten die
Kolbenbolzen eine diamantähnliche Kohlenstoff-Beschichtung, der erste Kolbenring trägt
ebenfalls eine Highend-Hartstoffbeschichtung. Das Ringpaket ist völlig neu entwickelt, die
Tangentialspannung ging um mehr als 25 Prozent zurück – die Ringe gleiten nun leichter in
den Laufbuchsen. Die Verdichtung liegt bei 16,0:1.
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Bei der Fertigung des 3.0 TDI kommt aufwendiges Brillenhonen zum Einsatz. Eine Platte
(„Brille“), die vor dem mechanischen Honen der Laufbahnen auf das Kurbelgehäuse
geschraubt wird, simuliert die Verspannung, die der Zylinderkopf später im Betrieb ausübt
und die Abweichungen von der perfekten Rundheit im Tausendstel Millimeter-Bereich mit
sich bringt.
Der V6-Diesel nutzt ein hochentwickeltes Thermomanagement. Das ZKG und die
Zylinderköpfe besitzen separate Kühlwasserkreisläufe, die über ein Ventil miteinander
verbunden sind. In der Warmlaufphase wird das Kühlmittel im Block nicht umgewälzt – so
erwärmt sich das Motoröl rasch. Um Energie zu sparen, bleibt das Wasser auch bei niedriger
Last oft stehen. Das Kühlmittel des Kopfkreislaufs heizt den Innenraum und versorgt den
Kühler des Abgasrückführungssystems. Um die Druckverluste zu verringern, sind die
Wassermäntel der Zylinderköpfe in einen oberen und einen unteren Bereich aufgeteilt.
In der Common-Rail-Anlage beträgt das Druckniveau bis 2.000 bar. Die blitzschnell
schaltenden Piezo-Injektoren mit ihren Achtloch-Düsen können pro Arbeitstakt bis zu acht
Mal einspritzen. Die zentrale Drallklappe, die am Eingang des Saugrohrs sitzt, sorgt für
geringe Druckverluste; im unteren Drehzahlbereich entsteht durch den geschlossenen
Füllkanal ein hoher Drall, der den Aufbau des Drehmoments fördert. Im hohen
Drehzahlbereich hingegen sorgt der offene Kanal für einen hohen Füllungsgrad der
Brennräume.
Beim wassergekühlten Turbolader kommt eine neue Generation zum Einsatz. Die elektrisch
betätigte Verstellmechanik auf der Turbinenseite (VTG) ist noch strömungsgünstiger und
präziser ausgeführt, der Motor reagiert schneller auf die Gaspedalstellung. Der maximale
relative Ladedruck stieg von 1,6 auf 2,0 bar. Der Abgaskrümmer ist ebenfalls überarbeitet.
Die neu entwickelte Ölpumpe arbeitet abhängig von Last und Drehzahl in weiten Bereichen
ihres Kennfelds vollvariabel, der Ölkühler ist mit einem thermostatisch geregelten Bypass in
den Kreislauf eingebunden.
Dank der Euro 6-tauglichen Abgasreinigung trägt der 3.0 TDI in allen Varianten den Zusatz
„clean diesel“. Die Bauteile sind beim neuen Motor so nah wie möglich an die Rückseite
verlegt und erlauben damit ein rasches Anspringen. Der vergrößerte Oxi-Kat – beim V6 mit
160 kW (218 PS) liegt koaxial hinter dem Turbinenaustritt des Turboladers. Unmittelbar
hinter ihm folgt der Dieselpartikelfilter; seine Filterwände tragen eine Beschichtung, die
zugleich zur Umwandlung der Stickoxide im Abgas nach dem SCR-Verfahren (selective
catalytic reduction) dient. Ein Dosiermodul spritzt das Additiv AdBlue ein.
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Das neue Packaging der Abgasreinigungskomponenten führte zu Modifikationen beim
Kettentrieb. Die Öl-/Vakuumpumpe und die Hochdruckpumpe des Common-Rail-Systems
haben jeweils eigene Antriebe. Beim Nockenwellenantrieb ersetzen nadel-gelagerte
Zwischenräder sowie Zahnradstufen die großen Kettenräder. Als gebaute Hohlwellen sind
die Nockenwellen besonders leicht ausgeführt, sie betätigen die Ventile über extrem steife
Rollenschlepphebel. Verringerte Durchmesser bei den Nockenwellenlagern verringern die
Reibung.
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Der Audi A7 Sportback 3.0 TDI competition
Im Audi A7 Sportback 3.0 TDI competition arbeitet der 3.0 TDI Biturbo clean diesel mit
2.967 cm3 Hubraum. Modifikationen an der Aufladung und an den Nockenwellen steigern
seine Leistung um weitere 5 kW (7 PS) gegenüber dem Serienmodell auf 240 kW (326 PS);
wenn der Fahrer Vollgas gibt, kommen kurzzeitig über eine Boostfunktion weitere 15 kW
(20 PS) dazu. Das maximale Drehmoment beträgt 650 Nm und steht von 1.400 bis
2.800 Umdrehungen pro Minute bereit. Die Abgaseinstufung lautet Euro 6.
Passend zu seinem dynamischen Charakter bringt der Audi A7 Sportback 3.0 TDI
competition das S line Sportpaket mit, das auch eine Tieferlegung der Karosserie um
20 Millimeter beinhaltet. Die Räder im Fünf-Speichen-W-Design haben schwarz lackierte
Flanken. Mit 20 Zoll Durchmesser fallen sie sehr stattlich aus, die Reifen haben die
Dimension 265/35. Rote Bremssättel und Scheiben im 17-Zoll-Format an Vorderachse und
Hinterachse unterstreichen die Sportlichkeit des Editionsmodells.
Das S line Exterieurpaket und das Glanzpaket Schwarz verleihen der Karosserie eine
dynamische Eleganz; ergänzend gibt es V6 T-Embleme an den Kotflügeln, schwarze
Außenspiegelgehäuse und schwarz hochglänzende Endrohrblenden. Das Editions-modell
wird in den Lackierungen Daytonagrau, Misanorot, Nardograu und Sepangblau angeboten.
Im Stil des S line Sportpakets ist der Innenraum des Audi A7 Sportback 3.0 TDI competition
in Schwarz gehalten. Die Sportsitze sind mit feinem Leder Valcona schwarz oder mondsilber
bezogen und mit S line-Prägungen dekoriert. Optional bietet Audi die S Sportsitze mit
Kontrastnähten in Misanorot beziehungsweise Achatgrau; hier sind auch die Armauflagen
beledert und mit Kontrastnähten versehen. Die Dekoreinlagen bestehen aus Aluminium Holz
Beaufort schwarz – eine besonders hochwertige Metall-/Holz-Kombination. Die Einstiegsleisten tragen „quattro“-Schriftzüge. Mit den Schaltwippen hinter dem Multifunktionssportlenkrad lässt sich die Achtstufen-tiptronic manuell steuern.
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Das Editionsmodell hat alle Features an Bord, die bereits in die überarbeitete A7-Baureihe
eingeflossen sind. Dazu zählen die serienmäßigen LED-Scheinwerfer und das Blinklicht mit
dynamisierter Anzeige. Auf Wunsch liefert Audi die Matrix LED-Scheinwerfer, die noch
leistungsfähiger gewordene MMI Navigation plus und weiterentwickelte
Fahrerassistenzsysteme wie den Nachtsichtassistent.
Die Kunden können den Audi A7 Sportback 3.0 TDI competition ab Anfang August bestellen,
die Auslieferung beginnt im Herbst. Der Grundpreis beträgt 72.000 Euro.
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Der 4.2 TDI
Im Motorenprogramm von Audi ist der 4.2 TDI das drehmomentstärkste Aggregat: In seiner
jüngsten Evolutionsstufe im Audi A8 stehen zwischen 2.000 und 2.750 Umdrehungen pro
Minute 850 Nm bereit; seine 283 kW (385 PS) Leistung werden schon bei 3.750 Touren frei.
Die immense Kraft sorgt für ein sportlich-souveränes Fahrerlebnis. Der V8-Diesel
beschleunigt die Luxuslimousine über eine Achtstufen-tiptronic und den quattroAntriebsstrang in 4,7 Sekunden von 0 auf 100 km/h, die Höchstgeschwindigkeit ist auf
250 km/h begrenzt.
Der Top-TDI von Audi schöpft aus 4.134 cm3 Hubraum (Bohrung x Hub 83,0 mm x 95,5
mm). Sein Kurbelgehäuse aus Vermikulargraphitguss trägt stark zum vergleichsweise
geringen Gesamtgewicht des Motors von zirka 250 Kilogramm bei. Vier kettengetriebene
Nockenwellen betätigen die insgesamt 32 Ventile über Rollenschlepphebel.
Für den Einsatz im Audi A8 haben die Entwickler den 4.2 TDI überarbeitet. Dabei erhielten
die Aluminiumkolben verstärkte Muldenränder, die – ebenso wie die neuen Auslassventile –
die Temperaturfestigkeit weiter erhöhen. Die Common-Rail-Anlage baut bis zu 2.000 bar
Druck auf, Piezo-Inline-Injektoren mit neu entwickelten Achtloch-Düsen spritzen den
Kraftstoff in die Brennräume ein.
Auch die beiden VTG-Turbolader wurden weiter verbessert, vor allem in punkto Lagerung
der Verdichterräder. Beide Turbos, die bis zu 1,7 bar relativen Ladedruck produzieren,
versorgen über einen nachgeschalteten Ladeluftkühler jeweils eine Zylinderbank. Mit der
variablen Turbinengeometrie beginnt der Kraftaufbau schon knapp über der
Leerlaufdrehzahl.
Damit und dank des hochkultivierten Laufs kann der Dieselmotor mit Drehzahlen von nur
800 Umdrehungen pro Minute betrieben werden, sobald im System Audi drive select der
efficiency-Modus gewählt wird. Die niedrigen Touren senken den Praxisverbrauch erheblich.
Im ECE-Zyklus kommt der Audi A8 4.2 TDI clean diesel auf 100 km mit 7,4 Liter Kraftstoff
aus (194 Gramm CO2/km).
Der 4.2 TDI clean diesel im Audi A8 hält die Vorgaben der Abgasnorm Euro 6 ein. Nahe am
Motor sitzen zwei beheizbare Oxidationskatalysatoren, im Heck sind die beiden Partikelfilter
mit SCR-Beschichtung untergebracht. Eine Dosierpumpe spritzt das Additiv AdBlue ein, das
die Stickoxide aufspaltet. Die Lösung kommt aus zwei Tanks, die zusammen ein Volumen
von 27 Liter fassen.
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Die Audi ultra-Modelle
Der Begriff „Audi ultra“ ist für das jeweils effizienteste Modell jeder Baureihe reserviert – er
steht für voll alltagstaugliche und zugleich nachhaltige Mobilität. Derzeit bietet Audi in den
Baureihen A3, A4, A5, A6 und A7 insgesamt 23 ultra-Modelle an – davon sind 15
ausgestattet mit TDI-Motoren. Mit einem durchschnittlichen Verbrauch von 3,2 Liter bis zu
4,9 Liter pro 100 Kilometer und CO2-Emissionen von 85 Gramm bis 122 Gramm pro
Kilometer gehören die ultra-Modelle von Audi zu den effizientesten Autos ihrer Klassen, ohne
Einschränkung bei Fahrdynamik und Komfort.
3,2 Liter Kraftstoff pro 100 Kilometer, ein CO2-Äquivalent von 85 Gramm pro Kilometer – der
Audi A3 ultra ist das effizienteste Modell in der gesamten Audi-Palette. Als Antrieb dient der
auf minimale Reibung ausgelegte 1.6 TDI mit 81 kW (110 PS) und 250 Nm Drehmoment.
Der fünftürige Audi A3 Sportback ultra sowie die A3 Limousine ultra kommen auf 3,3 Liter
pro 100 Kilometer (88 Gramm CO2 pro Kilometer). Das Audi A3 Cabriolet ultra benötigt auf
100 Kilometer 4,9 Liter Kraftstoff (114 Gramm CO2 pro Kilometer).
In den neuen A4- und A5-ultra-Modellen ist der intensiv überarbeitete 2.0 TDI im Einsatz. Er
gibt je nach Version 100 kW (136 PS) oder 120 kW (163 PS) ab, sein Drehmoment beträgt
320 beziehungsweise 400 Nm. Die A4 Limousine mit 100 kW (136 PS) kommt auf 100
Kilometer im Mittel mit 4,0 Liter Kraftstoff (104 Gramm CO2 pro Kilometer) aus. 4,2 Liter pro
100 Kilometer (109 Gramm CO2 pro Kilometer) sind es beim A4 Avant und beim
A5 Sportback, beide mit 100 kW (136 PS). Die A4 Limousine und das A5 Coupé kommen
auf 120 kW (163 PS). Der ebenso starke A5 Sportback liegt bei 4,3 Liter (111 Gramm CO 2
pro Kilometer), der A4 Avant mit ebenfalls 120 kW (163 PS) bei 4,4 Liter pro 100 Kilometer
(114 Gramm CO2 pro km).
Die ultra-Modelle der A6-Reihe nutzen den 2.0 TDI in der Topversion mit 140 kW (190 PS)
und 400 Nm. Die genauen Werte: A6 Limousine mit S tronic 4,4 Liter pro 100 Kilometer
(114 Gramm CO2 pro Kilometer), A6 Limousine mit Handschaltung 4,5 Liter pro
100 Kilometer (117 Gramm CO2 pro Kilometer), A6 Avant mit S tronic oder Handschaltung
4,6 Liter pro 100 Kilometer (119 Gramm CO2 pro Kilometer).
Serienmäßig liefert Audi die ultra-Modelle mit einem Schaltgetriebe aus, bei dem die
Übersetzung in den oberen Gängen etwas verlängert wurde. Die optionale S tronic in der A6Reihe präsentiert sich von Grund auf neu entwickelt. Das Fahrerinformationssystem mit
Effizienzprogramm und das Start-Stop-System tragen ebenfalls zur Effizienz bei. Bei den
Modellen der A3- und A4-Familie runden Modifikationen an der Aerodynamik und eine tiefer
gelegte Karosserie das Paket ab. Alle ultra-Modelle geben sich optisch durch einen dezenten
Schriftzug am Heck zu erkennen.
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Die Rennmotoren
Audi betrachtet den Motorsport als ideales Testfeld für die Serie – und der härteste Prüfstand
überhaupt ist das 24-Stunden-Rennen von Le Mans. 2006 brachte die Marke mit den Vier
Ringen hier zum ersten Mal einen TDI-Motor an den Start. Insgesamt hat Audi bei 15
Teilnahmen 13 Gesamtsiege gefeiert, davon acht mit TDI-Antrieb. Dazu gehört auch der
Doppelsieg am 15. Juni. Für die Sportprototypen in Le Mans und in der FIA-LangstreckenWeltmeisterschaft (WEC) gelten die gleichen Anforderungen wie für Serienautos: aus jedem
Tropfen Kraftstoff immer mehr herauszuholen, die Effizienz zu steigern und gleichzeitig den
Verbrauch kontinuierlich weiter zu senken.
Über die Jahre hinweg hat das Reglement in Le Mans den TDI-Motoren immer engere
Grenzen gezogen. So ist der vorgeschriebene Durchmesser des Luftmengenbegrenzers seit
2006 um 34 Prozent, der Hubraum um fast 33 Prozent reduziert worden. Dadurch sank die
absolute Leistung um etwa 25 Prozent: von mehr als 478 kW (650 PS) im Jahr 2006 auf rund
360 kW (490 PS) im Jahr 2013.
Gleichzeitig hat Audi konsequentes Downsizing betrieben und die spezifische Leistung stark
verbessert. Von 87 kW (118 PS) pro Liter Hubraum im Jahr 2006 stieg sie auf 107 kW (146
PS) im Jahr 2011 – ein Plus von fast 24 Prozent. Die Kolbenflächenleistung – die Leistung,
die in jedem einzelnen Zylinder erbracht wird – wuchs im selben Zeitraum sogar von 40 kW
(54 PS) auf 66 kW (90 PS) –also plus 65 Prozent. Während das gefahrene Tempo weiter
zugelegt hat, hat Audi parallel dazu den Verbrauch im Rennbetrieb in Le Mans im großen Stil
reduziert.
2006 – 2008: Der V12 TDI im Audi R10 TDI
Mit dem R10 TDI und seinem Zwölfzylinder-TDI hat Audi ein neues Kapitel im Motorsport
aufgeschlagen – seit seinem Debüt absolvierte der Diesel-Rennwagen einen
überwältigenden Triumphzug. Der 5,5 Liter große TDI übertraf mit einem Drehmoment von
mehr als 1.100 Nm alle Benziner deutlich. Bei Nenndrehzahl leistete der sehr leise laufende
Biturbo rund 480 kW (mehr als 650 PS), schon bei 5.000 1/min schalteten die Piloten in den
nächsten Gang. Zwei Partikelfilter reinigten das Abgas, ein sequenzielles Fünfganggetriebe
schickte die Kräfte auf die Hinterachse.
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Der vergleichsweise niedrige Verbrauch und die hohe Reichweite des R10 TDI waren beim
24-Stunden-Rennen von Le Mans 2006 die Schlüssel zum Sieg: Frank Biela, Emanuele Pirro
und Marco Werner steuerten ihr Auto nur 27 Mal an die Box. Dasselbe Team setzte sich mit
dem Audi R10 TDI auch 2007 durch, trotz schwieriger Wetterbedingungen und obwohl die
Veranstalter das erlaubte Tankvolumen um zehn Prozent verringert hatten. Im Jahr 2008
machten Rinaldo Capello, Allan McNish und Tom Kristensen den Hattrick des Audi R10 TDI
perfekt.
2009/2010: Der V10 TDI im Audi R15 TDI
Bei dem R15 TDI verteilte Audi die 5,5 Liter Hubraum auf zwei Zylinder weniger. Der V10
TDI kam auf zirka 440 kW (etwa 600 PS) und mehr als 1.050 Nm Drehmoment. Er war
kürzer und leichter als der Zwölfzylinder, wovon die Agilität des neu entwickelten
Sportprototypen erheblich profitierte.
2010 feierte Audi mit dem offenen Sportprototyp einen überlegenen Dreifachsieg. Timo
Bernhard, Romain Dumas und Mike Rockenfeller verbesserten den Distanzrekord, den
Porsche 39 Jahre zuvor aufgestellt hatte, um fünf Runden oder 75,4 Kilometer auf
5.410,713 Kilometer.
Obwohl das Le Mans-Reglement den Ladedruck und den Luftdurchsatz erneut beschnitten
hatte, blieb die Leistung des Zehnzylinder-TDI nahezu unverändert. Erstmals nutzte Audi im
V10 TDI Lader mit variabler Turbinengeometrie (VTG), die das Ansprechverhalten deutlich
verbesserten. Dabei stellten die Abgastemperaturen von bis zu 1.050 Grad Celsius in der
Turbine höchste Ansprüche an das Material. Weiterhin kamen im V10 TDI erstmals
Stahlkolben zum Einsatz, die bereits im V 12 vorerprobt wurden. Diese erlauben, noch
höhere Drücke zu fahren und erzielen damit eine noch bessere Effizienz.
2011 – 2013: Der V6 TDI im Audi R18 TDI, R18 ultra und R18 e-tron quattro
Beim 24-Stunden-Rennen im Jahr 2011 ging Audi mit dem R18 TDI an den Start – dem
ersten geschlossenen Sportprototyp der Marke seit dem R8C von 1999. Beim Motor
erzwang das neue Reglement ein drastisches Downsizing auf 3,7 Liter Hubraum. Von Grund
auf neu entwickelt, erzielte der leichte und kompakte V6 TDI mit seinen 120 Grad
Bankwinkel über 397 kW (540 PS) und mehr als 900 Nm Drehmoment, die an ein ebenfalls
neues Sechsganggetriebe weitergeleitet wurden. Die Common-Rail-Einspritzung baute bis
zu 2.600 bar Druck auf.
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Auch beim Layout und der Kühlung der Zylinderköpfe ging Audi neue Wege – die
Ansaugseite lag ab sofort außen, die heiße Abgasseite innen. Der Mono-Turbolader saß im
Innen-V und bezog seine Frischluft aus der Hutze im Dach. Der große VTG-Lader, der bis zu
2,0 bar relativen Ladedruck aufbaute (2011: 2.960 mbar absolut; 2012 – 2013: 2.800 mbar
absolut), besaß in einem innovativ aufgebauten zweiflutigen Prinzip gegenüberliegende
Eingänge für die Abgasströme sowie zwei Ausgänge auf der Verdichterseite; die verdichtete
Luft strömte über separate Ladeluftkühler in zwei Ansaugkrümmer. Das Rennen in Le Mans
verlief höchst dramatisch: Marcel Fässler, André Lotterer und Benoît Tréluyer siegten im
verbliebenen Audi R18 TDI mit gerade mal 13,854 Sekunden Vorsprung vor vier Peugeots.
Mit der Motor-Generator-Einheit (MGU) an der Vorderachse, die in Abhängigkeit von der
Energiemenge kurzzeitig bis zu 170 kW Leistung abgab, verfügte der Audi R18 e-tron
quattro über einen temporären Allradantrieb. Beim Audi-Dreifacherfolg 2012 feierten Fässler,
Lotterer und Tréluyer den ersten Sieg eines Hybrid-Rennwagens in Le Mans. Im folgenden
Jahr setzten sich Tom Kristensen, Loïc Duval und Allan McNish durch.
2014: Der neue V6 TDI im Audi R18 e-tron quattro
Im neuen R18 e-tron quattro, mit dem Audi im Juni 2014 in Le Mans antrat, arbeitet ein von
Grund auf neu konzipierter V6 TDI mit 4,0 Liter Hubraum. Seine Eckdaten lauten: gut 395
kW (537 PS) und mehr als 800 Nm Drehmoment, der Einspritzdruck liegt bei mehr als 2.800
bar. Aufgrund sehr intensiver Detailarbeit stellt der Motor den mit Abstand leichtesten und
gleichzeitig effizientesten Renndiesel von Audi dar. Der Verbrauch sank im Vergleich zum
3,7-Liter-Aggregat um mehr als 25 Prozent. Das Hybridsystem – die Motor-Generator-Einheit
im Vorderwagen und der Drehmassenspeicher neben dem Fahrer – gibt mehr als 170 kW
ab. Mit diesem Technik-Paket startete Audi beim 24-Stunden-Rennen in der Energieklasse
bis zwei Megajoule Rekuperationsenergie – das neue Reglement begrenzte die verfügbare
Energie pro Runde, stellte aber viele andere Parameter frei.
In einem dramatischen, von vielen Führungswechseln geprägten Rennen holte der Audi R
18 e-tron quattro mit der Startnummer 2 den Gesamtsieg – Marcel Fässler/André
Lotterer/Benoît Tréluyer spulten 379 Runden ab. Tom Kristensen/Luca di Grassi/Marc Gené
brachten die Startnummer 1 auf Rang zwei ins Ziel und komplettierten damit den AudiTriumph. Das Siegerauto verbrauchte 22 Prozent weniger Kraftstoff als sein Vorgänger aus
dem Jahr 2013. Seit Beginn der TDI-Ära (2006) hat Audi den Verbrauch beim 24-StundenRennen von Le Mans um 38 Prozent gesenkt.
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Elektrischer Biturbo und Hybridisierung
Der TDI-Motor bezieht seine Kraft aus dem Ladedruck, den der Turbolader aufbaut. Dieser
ist auf die Energie des Abgases angewiesen. Der elektrische Biturbo löst diese Abhängigkeit
auf – sein zusätzlicher elektrischer Verdichter ermöglicht einen raschen Ladedruckaufbau
und ein hohes Drehmoment auch bei niedrigen Touren. 25 Jahre nach der Erfindung des TDI
geht Audi also den nächsten großen Schritt – die Marke mit den Vier Ringen macht den
Dieselmotor noch emotionaler und sportlicher.
Zusätzlich zum klassischen Abgasturbolader hat der elektrische Biturbo einen zweiten, seriell
angeordneten Lader. Statt des Turbinenrads integriert er eine kleine E-Maschine, die das
Verdichterrad mit maximal sieben kW Antriebsleistung innerhalb von 250 Millisekunden auf
maximale Drehzahl beschleunigt.
Der elektrische Verdichter ist nach dem Ladeluftkühler angeordnet. Bei sehr niedrigen
Drehzahlen und entsprechend geringer Abgasenergie am Turbolader schließt die
Bypassklappe – die Luft wird dadurch in den elektrischen Verdichter geleitet. Dieser kann
flexibel und kompakt in unterschiedliche Aufladekonzepte integriert werden.
Audi hat zwei Technikstudien mit elektrischem Biturbo aufgebaut: Im Audi A6 TDI concept
arbeitet der neue 3.0 TDI Monoturbo, im Audi RS 5 TDI concept der 3.0 TDI Biturbo. Der
Monoturbo gibt stationär – ohne zusätzlichen Anschub – 240 kW (326 PS) und 650 Nm
Drehmoment ab, Letzteres zwischen 1.500 und 3.500 Umdrehungen pro Minute. Der
elektrische Verdichter füllt den Drehmomentverlauf unterhalb dieses Bereichs auf und sorgt
für schnelles Ansprechen und hervorragende Elastizität: so reduziert sich bei der
Beschleunigung von 60 auf 120 km/h im sechsten Gang die Zeit von 13,7 Sekunden auf
8,3 Sekunden.
Noch eindrucksvoller wirkt der modifizierte V6-Biturbo im Audi RS 5 TDI concept – er leistet
283 kW (385 PS), sein maximales Drehmoment beträgt 750 Nm von 1.250 bis 2.000
Umdrehungen pro Minute. Beim Anfahren sorgt der elektrische Verdichter für ein enormes
Moment. Bleibt der Fahrer auf dem Gas, erreicht er Tempo 100 in zirka vier Sekunden.
Unmittelbar nach jedem Schaltvorgang steht erneut Ladedruck bereit – dank des
intelligenten Zusammenspiels beider Turbolader.
Am eindrucksvollsten aber ist in den beiden Technikstudien wohl der schnelle, nahezu
ansatzlose Kraftaufbau auch bei niedrigen Drehzahlen. Der elektrische Biturbo hat seine
Stärken dort, wo sie im Alltag am meisten Sinn machen. Er erspart viele Rückschaltungen
und hält dadurch das Drehzahlniveau niedrig. Sportliche Fahrer werden die Überhol-Power
und die spontane Kraftentfaltung am Kurvenausgang besonders schätzen. Der elektrische
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Biturbo eignet sich für den Einsatz in vielen Modellreihen von Audi – prinzipiell auch für
Ottomotoren. Auf dem TDI-Sektor wird er schon in naher Zukunft in Serie gehen.
Die Energie, die der elektrische Verdichter für seinen Antrieb braucht, gewinnt er zum
großen Teil verbrauchsneutral durch Rekuperation in den Schubphasen. Für seine
Stromversorgung nutzt er ein separates 48 Volt-Stromnetz samt eigener, kompakter LithiumIonen-Batterie im Gepäckraum und eine Leistungselektronik. Ein DC/DC-Wandler stellt die
Verbindung zum 12 Volt-Bordnetz her.
Mit dem neuen 48 Volt-Teilnetz sind große Vorteile verbunden. Es kann die leistungsstarken,
elektrischen Verbraucher der Zukunft – etwa thermoelektrische Heizelemente,
elektromechanische Hinterradbremsen oder Motor-Nebenaggregate wie Öl- und
Wasserpumpen – mit mehr Energie versorgen als das 12 Volt-Netz. Die höhere Spannung
bedeutet gleichzeitig niedrigere Ströme; Dadurch werden die Kabelquerschnitte kleiner, und
das Gewicht wird gesenkt. Audi will das 48 Volt-Teilbordnetz schon bald in mehreren
Modellreihen in den Markt einführen.
Parallel dazu arbeiten die Audi-Ingenieure an der Elektrifizierung des Antriebstrangs. Für
jeden Kunden wird es eine maßgeschneiderte Lösung geben. Der Hybrid-Baukasten hält
zahlreiche Lösungen bereit – vom elektrischen Biturbo bis zum TDI mit Plug-in-Technologie.
Das Zusammenspiel mit der E-Maschine eröffnet neue Spielräume; es erlaubt gezielte
Verschiebungen der Lastpunkte, von denen sowohl der Verbrauch als auch das
Emissionsverhalten profitieren. Im Stadtverkehr sorgt der Elektromotor für lokal
emissionsfreien Antrieb.
Eine weitere interessante Option im Rahmen der Elektrifizierung ist der elektrische quattroAntrieb – der e-quattro. Ihn hat Audi in vielen seiner Showcars gezeigt. Hier treiben der TDI
und eine E-Maschine die Vorderräder an, ein zweiter Elektromotor im Heck wirkt auf die
Hinterräder ein. Die Batterie kann teilweise im Bodentunnel liegen.
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Audi e-diesel
Audi engagiert sich beim Dieselkraftstoff der Zukunft mit einem grundlegend neuen Ansatz in
einer Kooperation mit dem US-amerikanischen Unternehmen Joule. Das 2007 gegründete
Biotechnologieunternehmen mit Hauptsitz in Bedford/Massachusetts arbeitet daran, mittels
spezieller Mikroorganismen synthetische Kraftstoffe zu produzieren: Audi e-diesel und Audi
e-ethanol. Sie sind annähernd klimaneutral, da bei der Verbrennung nur so viel CO2
freigesetzt wird, wie zuvor bei der Herstellung gebunden wurde. Ein Auto, das mit
Audi e-diesel fährt, erzielt nach aktuellen Prognosen eine ähnlich gute CO2-Bilanz wie ein
batterieelektrisches Auto, das Strom aus regenerativen Quellen nutzt.
Erforderlich für Audi e-diesel und Audi e-ethanol sind Wasser, CO2, Sonnenenergie und
spezielle Mikroorganismen, Einzeller von nur etwa drei tausendstel Millimeter Größe. Ebenso
wie Pflanzen betreiben diese Organismen die sogenannte oxygene Photosynthese – sie
nutzen Sonnenlicht und CO2, zum Beispiel aus Abgasen, um Kohlehydrate zu bilden und zu
wachsen. Als Milieu benötigen sie kein sauberes Trinkwasser, sondern nur Salzbeziehungsweise Brauchwasser. Als Nebenprodukt fällt bei der oxygenen Photosynthese
Sauerstoff an.
Die Experten von Joule haben diesen Photosyntheseprozess so verändert, dass die
Mikroorganismen aus dem Kohlendioxid direkt Alkane – wichtige Bestandteile von
Dieselkraftstoff – oder auch Ethanol herstellen. Die Kraftstoffe werden vom Wasser
abgetrennt und gereinigt.
Audi e-diesel bietet den Vorteil hoher Reinheit – er ist schwefel- und aromatenfrei, ganz
anders als Diesel aus Mineralöl, der ein Gemisch verschiedenster KohlenwasserstoffVerbindungen ist. Aufgrund seiner hohen Cetanzahl ist der neue Kraftstoff sehr zündwillig,
seine chemische Beschaffenheit ermöglicht eine unbegrenzte Zumischung zum fossilen
Diesel. In den clean diesel-Motoren von Audi lässt sich Audi e-diesel ohne größere
Modifikation nutzen.
Audi und Joule haben 2012 im US-Bundesstaat New Mexico eine Demonstrationsanlage
errichtet – in einer unfruchtbaren, für die Landwirtschaft ungeeigneten Region mit einer
hohen Zahl an Sonnenstunden im Jahr. Die Kooperation zwischen beiden Unternehmen läuft
seit 2011. Das amerikanische Unternehmen hat seine Technologie mit Patenten abgesichert,
die Marke mit den Vier Ringen arbeitet im Automobilbereich exklusiv mit Joule zusammen.
Speziell mit ihrem Know-how im Bereich Kraftstoff- und Motorentests und der Erstellung von
LCAs (Life Cycle Assessment) unterstützen die die Audi-Ingenieure bei der Entwicklung
marktfähiger Kraftstoffe, deren Produktion innerhalb der nächsten Jahre starten könnte.
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Über die Kooperation mit Joule hinaus ist Audi bei der Entwicklung CO2-neutraler Kraftstoffe
der Zukunft sehr aktiv. Die Audi e-gas-Anlage im niedersächsischen Werlte, die weltweit
erste industrielle Power-to-Gas-Anlage, produziert synthetisches Methan und macht so die
Speicherung großer Mengen an Wind- und Sonnenenergie möglich – dafür braucht sie
neben dem Ökostrom nichts weiter als Wasser und CO2. Gemeinsam mit dem französischen
Unternehmen Global Bioenergies erforscht Audi zudem die synthetische Herstellung von
Audi e-benzin.
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Die Audi-Showcars mit TDI-Motoren
Die Konzeptstudien reichen von 2005 bis in die Gegenwart. Zum Einsatz kamen TDIAggregate mit vier, sechs, acht, zehn sowie zwölf Zylindern.
2007: Der Audi Q7 coastline
368 kW (500 PS), 1.000 Nm Drehmoment – das Showcar Q7 V12 TDI, das Audi im Januar
2007 auf der Detroit Auto Show vorstellte, war der Vorbote des Serienmodells, das 2008 an
den Start ging. Mit seiner Fahrleistung katapultierte sich der Konzept-SUV in die
Sportwagen-Liga: Der Standardsprint war nach 5,5 Sekunden abgeschlossen, erst bei 250
km/h endete der elektrisch begrenzte Vortrieb.
Die Technik des Sechsliter-TDI entsprach dem Serienstand. Dabei baute die Common-RailAnlage mit ihren Piezo-Injektoren bis zu 2.000 bar Einspritzdruck auf. Beide VTG-Turbolader
generierten bis zu 1,6 bar relativen Ladedruck. Das Kurbelgehäuse war aus Vermikulargraphit gegossen und die Zylinderbänke standen im idealen Winkel von 60 Grad zueinander
– der V12-Diesel von Audi faszinierte auch durch seine enorme Laufruhe.
2008: Der Audi R8 V12 concept und der R8 TDI Le Mans
Anfang 2008 präsentierte Audi den Audi R8 V12 TDI concept in Detroit, wenige Wochen
später stand der baugleiche R8 TDI Le Mans auf dem Genfer Autosalon. Mit beiden Studien
nahm die Marke auf die Siege Bezug, die der Audi R10 TDI 2006 und 2007 beim
24-Stunden-Rennen errungen hatte.
Ähnlich wie im Rennwagen sorgte auch im Showcar ein V12 TDI mit sechs Litern Hubraum
für Vortrieb. Der Mittelmotor saß direkt hinter dem Fahrer und dem Beifahrer, der beim Audi
R8 übliche Golfbag-Stauraum entfiel. 368 kW (500 PS) und 1.000 Nm Drehmoment –
Letztere bei 1.750 1/min – beschleunigten den Zweisitzer in 4,2 Sekunden von 0 auf
100 km/h und weiter auf mehr als 300 km/h Spitze. Der Verbrauch lag laut Berechnung unter
zehn Liter pro 100 Kilometer.
2008: Audi A3 TDI clubsport quattro
Der Audi A3 TDI clubsport quattro wurde im Mai 2008 erstmalig präsentiert. Er leistete
165 kW (224 PS) und produzierte bei 1.750 Touren 450 Nm Drehmoment. Das Showcar
sprintete in 6,6 Sekunden von 0 auf 100 km/h und erreichte 240 km/h Höchstgeschwindigkeit.
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Die spezifischen Werte des Zweiliter-Diesels lagen bei 83,8 kW (113,8 PS) und 228,7 Nm
pro Liter Hubraum. Ein vergrößerter VTG-Turbolader drückte die Luft in die Brennräume, die
Common-Rail-Anlage spritzte den Kraftstoff unter 1.800 bar Druck ein. Schaltbare
Resonanzkammern in den Endrohren der Abgasanlage verliehen dem 2.0 TDI einen vollen
Sound.
2010: Audi e-tron Spyder
Der Audi e-tron Spyder – einer der Stars des Pariser Salons 2010 – war ein offener
Zweisitzer von gut vier Metern Länge. Er besaß eine Struktur aus Aluminium in Audi Space
Frame-Bauweise, eine Außenhaut aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) und
einen Plug-in-Hybridantrieb.
Ein Dreiliter-TDI mit Biturbo-Aufladung trieb die Hinterräder mit 221 kW (300 PS) und
650 Nm an. Zwei E-Maschinen, die 64 kW und 352 Nm abgaben, wirkten auf die
Vorderräder; sie ließen sich einzeln ansteuern und ermöglichten so ein intelligentes Torque
Vectoring. Die Stromversorgung erfolgte durch eine Lithium-Ionen-Batterie mit 9,1 kWh
Kapazität. Die elektrische Reichweite lag bei 50 Kilometern; auf 100 Kilometer verbrauchte
der Audi e-tron Spyder 2,2 Liter Kraftstoff (59 Gramm CO2 pro km). Die dynamischen
Eckdaten: von 0 auf 100 km/h in 4,4 Sekunden, der Topspeed war auf 250 km/h begrenzt.
2013: Audi nanuk quattro concept
Auf der IAA 2013 in Frankfurt am Main zeigte Audi die Technikstudie Audi nanuk quattro
concept. Das Crossover-Konzept eines zweisitzigen Coupés verband die Dynamik eines
Hochleistungssportwagens mit der quattro-Kompetenz von Audi – auf der Straße, der
Rennstrecke und im Gelände.
Als Antrieb diente ein V10 TDI, der längs vor der Hinterachse saß. Der mächtige Diesel
schöpfte aus 5,0 Liter Hubraum mehr als 400 kW (544 PS) Leistung und entwickelte bereits
ab 1.500 1/min 1.000 Nm Drehmoment. Er nutzte eine Biturbo-Registeraufladung und das
Audi valvelift system (AVS) – Technologien, die Audi inzwischen intensiv weiterentwickelt
hat. Seine Common-Rail-Anlage baute bis zu 2.500 bar Druck auf. Der
Audi nanuk quattro concept sprintete in 3,8 Sekunden aus dem Stand auf 100 km/h und
erreichte 305 km/h Höchstgeschwindigkeit. Im Mittel verbrauchte er nur 7,8 Liter Kraftstoff
pro 100 Kilometer.
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2005 bis 2009: Weitere Showcars mit TDI-Motoren
Neben den genannten Showcars hat Audi weitere Studien mit TDI-Antrieb der Öffentlichkeit
vorgestellt. Der Audi allroad quattro concept auf der Detroit Auto Show 2005 stellte den
damals neuen V8-Diesel vor, der wenig später in Serie ging. 2008 wiederum zeigte Audi in
Shanghai das Cross Coupé quattro und in Los Angeles das Cross Cabriolet quattro. Der
geschlossene Zweitürer nutzte den 2.0 TDI, das Cabriolet den Dreiliter-Diesel. Und Anfang
2009 stand der Sportback concept auf dem Audi-Stand in Detroit. Der Vorläufer des Audi A7
Sportback hatte den 3.0 TDI clean diesel mit SCR-Katalysator (selective catalytic reduction)
unter der Haube.
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Technologie-Meilensteine
Seit seiner Premiere 1989 hat Audi den TDI-Motor kontinuierlich weiterentwickelt. In
25 Jahren hat die Marke mit den Vier Ringen ihren Vorsprung immer wieder neu ausgebaut
und dabei zahlreiche Meilensteine gesetzt.
1970er Jahre: Druck durch die Ölkrise
Die Entwicklung des TDI begann bei Audi Mitte der 1970er Jahre – Im Rahmen der Ölkrise
entstand der Auftrag für einen sparsamen neuen Motor. Während der Vorentwicklung
entschied sich das Entwickler-Team aus zehn Audi-Ingenieuren für das Mehrstrahlverfahren;
Systemlieferant Bosch entwickelte eine elektronisch geregelte Axialkolben-Einspritzpumpe,
die bis zu 900 bar Druck aufbaute. Dort öffneten Zweifeder-Halter die Düsennadeln in zwei
Stufen mit unterschiedlichem Hub – sie erlaubten die Voreinspritzung kleiner
Kraftstoffmengen, was die Verbrennung weicher und die Akustik angenehmer machte.
1989: 2.5 TDI
Auf der IAA in Frankfurt/Main präsentierte Audi 1989 einen Meilenstein der Technik – den
2.5 TDI, eingebaut in einem Audi 100. Der Reihenfünfzylinder mit 2.461 cm3 Hubraum war
ein direkteinspritzender Turbodiesel mit vollelektronischem Management – der erste TDI.
Damals ahnte noch niemand, dass er dem Dieselmotor für die Automobil-Serienproduktion in
Europa zum Durchbruch verhelfen und den Beginn einer neuen Zeitrechnung markieren
sollte.
Mit 88 kW (120 PS) Leistung und 265 Nm Drehmoment, Letztere bei 2.250 1/min, setzte die
Kraftentfaltung im Wettbewerbsumfeld völlig neue Maßstäbe. Der Audi 100 2.5 TDI erreichte
fast 200 km/h Spitze, verbrauchte im Mittel nach der damaligen Norm jedoch nur 5,7 Liter
Kraftstoff pro 100 Kilometer. Ab 1994 leistete der Fünfzylinder, mit einer neuen RadialkolbenPumpe, Oxikat und Abgasrückführung im Audi A6 103 kW (140 PS). Alternativ stand eine
Version mit 85 kW (115 PS) zur Wahl.
1991: 1.9 TDI mit VTG-Lader
Auch in der Mittelklasse traten die TDI-Aggregate bei Audi ihren Siegeszug an. 1991 zog der
1.9 TDI mit vier Zylindern in den Audi 80 ein, er gab 66 kW (90 PS) und 182 Nm ab. Vier
Jahre später folgte im Audi A4 eine Ausbaustufe mit 81 kW (110 PS). Verantwortlich für den
Zuwachs war vor allem ein neuer Turbolader mit verstellbaren Leitschaufeln auf der
Abgasseite – der VTG-Lader ermöglichte einen harmonischen und frühzeitigen
Drehmomentaufbau schon ab 1700 Umdrehungen.
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1997: Weltweit erster V6-TDI
Im Jahr 1997 leistete Audi erneut Pionierarbeit. Eine weitere Innovation auf dem PkwDieselsektor war die Kombination eines V6-TDI mit einem Vierventil-Zylinderkopf. Das
2,5-Liter-Aggregat kam auf 110 kW (150 PS) und 310 Nm Drehmoment. Der Motor
präsentierte Lösungen wie die Drall- und Tangentialkanäle im Einlass sowie eine
Radialkolben-Einspritzpumpe, die bis zu 1.850 bar Druck aufbaute. Der 2.5 TDI kam im A4,
im A6 und im A8 zum Einsatz, in seiner letzten Evolutionsstufe mit132 kW (180 PS).
1999: V8 TDI
3.328 cm3 Liter Hubraum, vier obenliegende Nockenwellen, 32 Ventile, zwei VTG-Lader –
der V8 TDI, seit Oktober 1999 serienmäßig im Audi A8, war ein Hightech-Statement. Sein
Kurbelgehäuse bestand aus hochfestem und leichtem Vermikulargraphitguss, die Ladeluft
und das rückgeführte Abgas wurden mit Wasser gekühlt. Eine Common-Rail-Anlage –
damals neu bei Audi – spritzte den Kraftstoff mit 1.350 bar Druck ein. Mit 165 kW (225 PS)
und 480 Nm Drehmoment war der V8-TDI ein souveräner und kultivierter Antrieb; in punkto
Höchstgeschwindigkeit erschloss er mit 242 km/h eine neue Größenordnung.
2001: 1.2 TDI
Audi setzte 2001 einen nachhaltigen Akzent: Der Audi A2 1.2 TDI erzielte einen
Durchschnittsverbrauch von 2,99 Liter pro 100 Kilometer (81 Gramm CO2 pro Kilometer). Als
Antrieb des kompakten Fünftürers mit der strikt aerodynamisch geformten AluminiumKarosserie diente ein Dreizylinder mit 1,2 Liter Hubraum und einer Leistung von 45 kW
(61 PS) und 140 Nm. Der Zweiventiler nutzte einen VTG-Lader und eine Pumpe-DüseEinspritzung mit 2.050 bar Druck– eine Technologie aus dem Volkswagen Konzern, die Audi
im Vorjahr eingeführt hatte. Der A2 1.2 TDI ist bis heute das einzige fünftürige Dreiliter-Auto
der Welt geblieben.
2004: 3.0 TDI
Der 3.0 TDI, der 2004 debütierte, war das erste Mitglied der neuen V-Motoren-Familie von
Audi mit einheitlich 90 Grad Bankwinkel, 90 Millimeter Zylinderabstand und Kettenantrieb an
der Rückseite. Wie alle großen Audi-Dieselmotoren hatte er einen leichten und hochfesten
Block aus Vermikulargraphitguss. Ein Dieselpartikelfilter – neu bei der Marke – reinigte das
Abgas.
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Ein weiteres Novum bildeten die Piezo Inline-Injektoren – sie konnten winzige
Kraftstoffmengen injizieren und durch extrem schnelles Öffnen und Schließen mehrfach
abgesetzte Einspritzungen realisieren. Damit ermöglichten sie einen fein modulierten Anstieg
des Drucks auf maximal 1.600 bar und einen Brennverlauf, der für ruhige Motorakustik
sorgte. Der V6 TDI startete in drei Versionen mit 150 kW (204 PS), 165 kW (224 PS) und
171 kW (233 PS). Er fand in der Modellpalette breite Verwendung, 2009 legte Audi seine
zweite Generation auf.
2008: V12 TDI
Der Zwölfzylinder, der Ende 2008 im Q7 einsetzte, setzte der TDI-Technologie von Audi die
Krone auf – als stärkster Pkw-Seriendiesel der Welt. Zu seinen Kennzeichen gehörten die
Common-Rail-Anlage, die 2.000 bar Druck erzeugte, und die beiden VTG-Lader. Der
Zylinderwinkel von 60 Grad sorgte für exzellenten Massenausgleich und damit für souveräne
Laufruhe.
Aus seinen 6,0 Liter Hubraum holte der V12 TDI 368 kW (500 PS) und 1.000 Nm
Drehmoment, Letztere von 1.750 bis 3.250 1/min. Mit ihnen beschleunigte er den großen
SUV wie einen Sportwagen in 5,5 Sekunden von null auf 100 km/h und weiter auf 250 km/h
elektronisch begrenzte Höchstgeschwindigkeit.
2009: 3.0 TDI clean diesel
Als Reaktion auf die immer schärferen Abgasvorschriften, vor allem in den USA, brachte
Audi 2009 die clean diesel-Technologie auf den Markt. Der 3.0 TDI clean diesel hatte eine
Common-Rail-Anlage mit 2.000 bar Druck und neuartige Brennraumsensoren an Bord. Die
feine Zerstäubung und die präzise Verbrennung des Kraftstoffs sorgten für niedrige
Rohemissionen. Im Abgasstrang reduzierte ein SCR-Katalysator (selective catalytic
reduction) die Stickoxide. Das eingespritzte wässrige Additiv AdBlue zerfiel im heißen
Abgasstrom zu Ammoniak, das mit den Stickoxiden zu Wasser und Stickstoff reagierte.
2013 folgte ein neues Bauteil, das zwei bisherige zusammenfasste: der Dieselpartikelfilter
mit SCR-Beschichtung. Keramische Substrate – Aluminiumtitanat beziehungsweise
Siliziumkarbid – an den Filterwänden übernehmen hier die NOx-Umwandlung. Ein
nachgeschalteter Sperrkatalysator (Ammonia Slip Catalyst, ASC) wandelt verbliebene
Ammoniakmoleküle um, die bei hohen Lasten auftreten können.
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TDI-Lexikon
Von A wie Abgasrückführung bis V wie Vierventiltechnik – Audi beherrscht das Alphabet der
Dieseltechnologie perfekt.
Audi 100 TDI (1989)
Auf der IAA in Frankfurt/Main präsentierte Audi 1989 einen Meilenstein der Technik. Der
Fünfzylinder im Audi 100, der 2.461 cm3 Hubraum aufbot, war der erste direkteinspritzende
Turbodiesel mit vollelektronischem Management – der erste TDI. Mit 88 kW (120 PS)
Leistung und 265 Nm Drehmoment, Letztere bei 2.250 1/min, lieferte der Zweiventiler satte
Kraft bei wegweisend geringem Verbrauch.
Drallkanäle im Einlass dienten zur Verwirbelung der Luft. Die Verteiler-Einspritzpumpe baute
bis zu 900 bar Druck auf, die Fünflochdüsen in den Injektoren sorgten für ein präzises
Spraybild. Der Zweifeder-Düsenhalter – einer der großen Durchbrüche in der Entwicklung
des TDI – machte eine Voreinspritzung möglich, die der Verbrennung die Härte nahm und
das Geräuschniveau verringerte. Der Ladeluftkühler schließlich senkte die Temperatur der
verdichteten Ansaugluft ab.
Abgasrückführung (AGR)
Bei hohen Brennraumtemperaturen bilden sich in einem Verbrennungsmotor Stickoxide. Ein
großer Teil von ihnen lässt sich mithilfe der Abgasrückführung vermeiden. Die AGR speist
bei den TDI-Motoren von Audi einen großen Teil des Abgases in die Brennräume zurück;
dadurch geht der Anteil an frischer, sauerstoffreicher Luft zurück, und die
Verbrennungstemperaturen sinken.
Audi hat die AGR bereits bei seinem ersten TDI eingeführt: der 2,5-Liter-Fünfzylinder erhielt
sie in seiner Evolutionsstufe im Jahr 1994. Um die Wirkung zu steigern, haben heute fast alle
Motoren eine gekühlte Anlage an Bord. Das Abgas durchströmt auf dem Rückweg zum
Motor einen Wasserkühler. Der neue 2.0 TDI und der künftige 1.4 TDI kombinieren eine
gekühlte und eine ungekühlte AGR miteinander.
Abgasturbolader
Ein Turbolader besteht aus einer Turbine, die vom Abgasstrom angetrieben wird, und einem
Verdichter für die Ansaugluft. Die beiden Bauteile liegen sich auf einer gemeinsamen Welle
gegenüber, ihre maximale Drehzahl kann mehr als 200.000 1/min erreichen. Die Turbolader
von Audi bauen bis zu 2,2 bar relativen Ladedruck auf, der 3.0 TDI Biturbo verdichtet bei
Volllast rechnerisch pro Stunde 1.200 Kubikmeter Luft.
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Zu den Monoturbos und zum Biturbo im Audi-Programm kommt künftig der elektrische
Biturbo. Audi entwickelt die Turbo-Technologie unter Hochdruck in allen Bereichen weiter,
um das Ansprechverhalten, den Wirkungsgrad, das Gewicht und die Akustik noch besser zu
machen.
Audi e-diesel
Audi e-diesel ist ein synthetischer, CO2-neutraler Kraftstoff der Zukunft. Er entsteht, indem
spezielle Mikroorganismen, die im Wasser leben, per Photosynthese langkettige Alkane –
wichtige Bestandteile von Dieselkraftstoff – produzieren. Dafür benötigen sie lediglich
Sonnenlicht und CO2. Der neue Kraftstoff besticht durch seine chemische Reinheit und die
hohe Cetanzahl.
Audi hat mit dem US-amerikanischen Biotechnologieunternehmen Joule in New Mexico eine
Demonstrationsanlage aufgebaut, die neben Audi e-diesel auch Audi e-ethanol herstellt.
Autos, die diese Kraftstoffe nutzen, fahren ähnlich umweltschonend wie reine Elektroautos,
die mit Ökostrom betrieben werden.
Biturbo
Der 3,0-TDI-Biturbo ist der stärkste V6-Diesel von Audi. Ein Umschaltventil verbindet seine
beiden in Reihe geschalteten Lader. Bei niedrigen Drehzahlen ist es geschlossen; der kleine
Lader mit seiner variablen Turbinengeometrie leistet den größten Teil der Arbeit, der große
Lader übernimmt die Vorverdichtung. Ab etwa 2.500 1/min beginnt sich die Klappe zu öffnen,
der kleine Lader übergibt die Hauptarbeit zunehmend an sein großes Pendant. Im Bereich
zwischen 3.500 und 4.000 Touren öffnet das Ventil ganz, jetzt arbeitet nur noch der große
Lader.
Aufgrund seines Hochleistungskonzepts hat Audi den Motor und sein Umfeld in zahlreichen
Details weiterentwickelt. Ein Soundaktuator in der Abgasanlage verleiht dem Diesel einen
satten, sonoren Klang, der an einen Achtzylinder erinnert. Der 3,0-TDI-Biturbo arbeitet unter
anderem im Audi SQ5 TDI, dem ersten S-Modell von Audi mit einem Dieselmotor.
clean diesel
Um die Limits der neuen Abgasnorm Euro 6 zu erfüllen und dafür die Stickoxid-Emissionen
drastisch zu senken, stellt Audi seine TDI-Motoren auf die clean diesel-Technologie um. In
den meisten Fällen erfordert sie Maßnahmen im Motor und im Abgasstrang; bei den
kompakteren Motoren und Modellen genügt hier ein DeNox-Katalysator.
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Aufwendiger ist die Technologie für die großen Modelle und Aggregate. Der neue 3.0 TDI
etwa hat einen vergrößerten Oxidationskatalysator, in der Version mit 160 kW (218 PS) ist er
elektrisch beheizbar. Der vergrößerte Oxi-Kat liegt koaxial hinter dem Turbinenaustritt des
Turboladers. Erstmals im Automobilbau kombiniert Audi einen NOx-Speicherkatalysator mit
einem Dieselpartikelfilter sowie der SCR-Einspritzung (selective catalytic reduction) in einer
Bauteilgruppe. Ein Dosiermodul spritzt das Additiv AdBlue ein.
Common-Rail
Eine Common-Rail-Einspritzanlage ist ein rohrförmiger Hochdruckspeicher, der den
Kraftstoff unter hohem Druck – in den Serienmotoren von Audi bis 2.000 bar – konstant
vorhält. Er wird mittels einer Pumpe gefüllt, die vom Motor angetrieben wird. Kurze
Stahlleitungen verbinden die Injektoren mit der Rail, elektrische Impulse steuern ihr Öffnen
und Schließen.
Die Common-Rail-Technologie trennt die Druckerzeugung von der Einspritzung, dadurch
können die Entwickler alle Injektionen im Kennfeld frei festlegen. Das verleiht ihnen hohe
Freiheit – pro Arbeitstakt sind bis zu neun Einzeleinspritzungen möglich. Die
Voreinspritzungen sorgen für einen weichen Druckeinstieg und damit für eine leise
Verbrennung, die Nacheinspritzungen reduzieren die Schadstoffemissionen und dienen auch
zur Regeneration des Partikelfilters.
Elektrischer Biturbo
Der elektrische Biturbo ist eine völlig neue Technologie von Audi. Der Abgasturbolader
kooperiert hier mit einem zusätzlichen, elektrisch angetriebenen Verdichter. Statt auf ein
Turbinenrad setzt er auf eine kleine E-Maschine, die das Verdichterrad in kürzester Zeit auf
sehr hohe Drehzahlen beschleunigt.
Der elektrische Lader ist hinter den Ladeluftkühler geschaltet, in den meisten
Betriebszuständen wird er durch einen Bypass umgangen. Wenn die Energie des Abgases
bei sehr niedrigen Drehzahlen gering ist, schließt die Bypassklappe, und das neue Bauteil
wird aktiv. Die neue Technologie ermöglicht beim Anfahren und im niedrigen
Drehzahlbereich einen bislang unbekannten spontanen Kraftaufbau.
Hybridisierung
Audi hat bereits verschiedene Hybridmodelle auf dem Markt, in diesem Jahr kommt der
kompakte Audi A3 Sportback e-tron mit seiner Plug-in-Hybridtechnologie zu den Händlern. In
Kürze folgt der nächste Schritt: die neuen Modelle mit längs eingebauten Motoren.
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Der Modulare Längsbaukasten der zweiten Generation ist für die Zusammenarbeit der EMaschinen mit den Verbrennungsmotoren, auch mit den TDI-Aggregaten, ausgelegt. Je
nach Modell erfolgt sie auf maßgeschneiderte Weise. Audi hat eine Technik-Matrix
entwickelt, deren Elektrifizierungsstufen bis zum Plug-in-Hybridantrieb reichen.
Innere Reibung
Bei vielen TDI-Motoren hat Audi die innere Reibung drastisch reduziert. Zu den Mitteln dafür
zählen Highend-Bearbeitungstechnologien in der Fertigung, etwa das Laserbelichten und
das Brillenhonen der Zylinderlaufbahn. Die noch dauerhafteren und präziseren Laufbahnen
erlauben es, die Spannkräfte der Kolbenringe zu minimieren – die Kolben gleiten noch
leichter. Verkleinerte Lager an der Kurbelwelle, den Pleueln und den Nockenwellen tragen
ebenfalls stark zur Reibungssenkung bei.
Ein weiteres Innovationsfeld sind die Materialien in den Motoren. Beim neuen 3.0 TDI
beispielsweise hat der erste Kolbenring eine Beschichtung, die in einem neuartigen
Verfahren entsteht. Die Kolbenbolzen tragen eine diamantähnliche Kohlenstoff-Beschichtung
mit der Bezeichnung DLC (diamond-like-carbon).
Ladeluftkühler
Wenn der Turbolader die Ansaugluft verdichtet, erhitzt er sie auf bis zu 200 Grad Celsius.
Heiße Luft hat jedoch eine geringere Dichte, enthält also weniger Sauerstoff für die
Verbrennung. Deshalb ist hinter den Turbolader ein Ladeluftkühler geschaltet, der die
komprimierte Luft vor dem Eintritt in den Brennraum wieder stark abkühlt.
Ladeluftkühler sind bei Audi Standard. Als Kühlmedium benutzen sie, je nach Bauform, Luft
und/oder Wasser, das aus dem Kühlkreislauf kommt. Auch beim Ladeluftkühler achten die
Audi-Ingenieure auf maximale Effizienz – beim Gewicht, beim Wirkungsgrad und bei der
Reduzierung der Strömungswiderstände.
Mehrlochdüsen
Die Common-Rail-Systeme von Audi sind Bauteile von höchster Präzision. Sie injizieren den
Kraftstoff in winzigen Mengen in die Brennräume, er tritt unter bis zu 2.000 bar Druck mit
mehrfacher Schallgeschwindigkeit aus den Düsen aus.
Bei einigen Motoren nutzt Audi Piezo-Injektoren mit Achtlochdüsen – jedes Loch hat nur
etwa 0,1 Millimeter Durchmesser. Durch die extrem feine Zerstäubung entsteht ein Spraybild
im Brennraum, das die Zündung und die Verbrennung schnell, homogen, akustisch
komfortabel und vor allem höchst effizient ablaufen lässt.
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Nebenaggregate
Auch bei den Nebenaggregaten der Motoren steigert Audi kontinuierlich die Effizienz. Die
neuen Ölpumpen beispielsweise, die hydraulisch vom Volumenstrom geregelt werden,
nehmen immer nur so viel Energie auf, wie sie tatsächlich benötigen. Mittelfristig arbeitet
Audi an elektrifizierten Aggregaten.
Partikelfilter
Bei der Verbrennung von Dieselkraftstoff im Motor entstehen in einigen Bereichen der
Brennräume Rußpartikel. Um sie zu eliminieren, setzt Audi Dieselpartikelfilter ein, die einen
Wirkungsgrad von mehr als 95 Prozent erreichen.
Die einströmenden Partikel bleiben per Adhäsion an der porösen Filterwand haften. Sie
werden regelmäßig abgebrannt – wann genau, hängt vom jeweiligen Fahrprofil ab. Als
Auslöser fungieren gezielte späte Nacheinspritzungen; sie sorgen dafür, dass die
Temperatur des Abgases kurzfristig stark ansteigt.
Piezo-Prinzip
Das Piezo-Prinzip ist der ideale Partner für die Common-Rail-Einspritzung. Piezo-Kristalle
verändern beim Anlegen einer elektrischen Spannung ihre Struktur im Bruchteil von
Millisekunden, sie dehnen sich leicht aus. Im Injektor sind mehrere hundert Piezo-Plättchen
übereinandergestapelt; die Ausdehnung des Pakets wird direkt (inline) auf die EinspritzDüsennadel übertragen, ohne dazwischengeschaltete Mechanik.
Schon nach wenigen tausendstel Sekunden schließen die Injektoren wieder. So sind winzige
Einspritzmengen von nur 0,8 Milligramm Gewicht, weniger als ein tausendstel Gramm,
möglich.
SCR-Katalysator
Das Kürzel SCR steht für selective catalytic reduction – für die Umwandlung der Stickoxide
im Abgas. Aus einem Vorratstank wird eine Lösung, das so genannte AdBlue, in den SCRKatalysator eingedüst. Im heißen Abgasstrom zerfällt das wässrige Additiv zu Ammoniak, mit
dessen Hilfe die Stickoxide in unschädlichen Stickstoff und Wasser umgewandelt werden.
Beim neuen 3.0 TDI fasst Audi den SCR-Katalysator mit dem Dieselpartikelfilter zusammen.
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Thermomanagement
Das Thermomanagement senkt den Kraftstoffverbrauch der TDI-Motoren um mehrere
Prozent. Je nach Motor unterscheidet es sich in Details. Beim neuen 3.0 TDI etwa haben das
Zylinderkurbelgehäuse und die Zylinderköpfe getrennte Kühlkreisläufe; um die Druckverluste
zu verringern, sind die Wassermäntel der Köpfe in zwei Bereiche aufgeteilt.
In der Warmlaufphase wird das Kühlmittel nicht umgewälzt, der Ölkühler wird über einen
Bypass umgangen. So kommt das Motoröl rasch auf seine Betriebstemperatur, die Phase
der erhöhten Reibungsverluste durch kaltes, zähes Öl im Kurbel- und Ventiltrieb verkürzt
sich sehr. Der Kopf-Kreislauf versorgt die Innenraumheizung und die Abgasrückführungsanlage. Auch bei warmem Motor und niedriger Last kann das Wasser im Kurbelgehäuse
immer wieder mal stehen bleiben – das spart Antriebsenergie für die Wasserpumpe.
Variable Turbinengeometrie
Die Variable Turbinengeometrie (VTG) ist bei den TDI-Motoren von Audi Standard. Sie
ermöglicht einen spontanen und harmonischen Aufbau des Drehmoments schon im
niedrigen Drehzahlbereich. Wenn der Fahrer kräftig Gas gibt, werden die Leitschaufeln der
Turbine flach gestellt. Der Eintrittsquerschnitt in das Turbinengehäuse wird kleiner. Dies
zwingt das Abgas, mit höherem Tempo einzuströmen. Das Turbinenrad dreht sich schneller,
die geförderte Menge an Frischluft steigt, der Ladedruck wird spontan aufgebaut.
Mit zunehmender Abgasmenge oder bei geringem Ladedruckbedarf werden die
Leitschaufeln steiler gestellt. Der Eintrittsquerschnitt vergrößert sich, die Abgase strömen
langsamer. Auch das Turbinenrad dreht sich langsamer, während der Ladedruck und die
Turbinenleistung annähernd konstant bleiben. Audi nutzt bei den großen TDI-Aggregaten
elektrische VTG-Steller, bei den Vierzylinder-Dieselmotoren pneumatische.
Vermikulargraphitguss
Bei den V6-TDI-Motoren von Audi und beim Achtzylinder besteht das Kurbelgehäuse aus
Vermikulargraphitguss (GJV-450). Das Material mit seiner würmchenförmigen Graphitverteilung, das in einem Hightech-Gussprozess entsteht, zeichnet sich durch extreme
Festigkeit aus, auch bei hohen Temperaturen. Im Vergleich zu Grauguss (GJL) ermöglicht es
geringere Wandstärken, die das Gewicht senken.
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Vierventiltechnik
Motoren mit vier Ventilen arbeiten effizienter als Zweiventiler, weil ihr Gaswechsel schneller
abläuft und ihr Füllungsgrad höher ist. Sie verbrennen den Kraftstoff besser, damit erzielen
sie mehr Leistung und Drehmoment bei geringerem Verbrauch und niedrigeren Emissionen.
Audi führte die Vierventiltechnik mit zwei obenliegenden Nockenwellen beim Diesel 1997 mit
dem 2,5-Liter-V6-TDI ein. Sie machte es möglich, die Einspritzdüse am idealen Ort – genau
in der Mitte des Brennraums – zu platzieren. Ein weiterer großer Vorteil waren die beiden
Einlasskanäle. Im Drallkanal verwirbelt die einströmende Luft bei niedriger Last und
Drehzahl, was das Drehmoment erhöht. Der Tangentialkanal erlaubt hohe Dynamik durch
reduzierte Widerstände bei höheren Drehzahlen.
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abgasturbolader audi 80

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