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1989 präsentierte Audi in einem Audi 100 den ersten Turbodieseldirekteinspritzer TDI mit voll elektronischer Regelung. Heute würdigt Audi Entwicklungsvorstand Prof. Dr.-Ing. Ulrich Hackenberg den TDI mit Stolz als erfolgreichste Effizienztechnologie der Welt: „Im Laufe der 25 Jahre hat der TDI hinsichtlich des Hubraums mehr als 100 Prozent Leistung und Drehmoment zugelegt, während der Schadstoffausstoß um 98 Prozent gesunken ist“.

Wie der Volkswagen Vorstandsvorsitzende Prof. Dr.-Ing. Martin Winterkorn als derzeit weltweit erfolgreichster Automobilmanager die TDI-Weiterentwicklung vorantreibt, zeigte Audi jetzt internationalen Fachjournalisten in Kopenhagen. Die TDI-Technologie initiiert und auf den Weg gebracht hat der geniale Autobauer und heutige Volkswagen Aufsichtsratsvorsitzende Prof. Dr.-Ing. Ferdinand Piech. Jetzt heißen die wesentlichen TDI-Entwicklungsschwerpunkte Turboaufladung, Einspritzung und Abgasreinigung, um weiter den Verbrauch zu senken, Leistung und Drehmoment zu steigern und die Laufkultur zu verbessern.

Mit 200.000 Umdrehungen pro Minute, das sind unvorstellbare 3.333 Umdrehungen in jeder Sekunde, rotiert die Laderturbine des zukünftigen 3,0-Liter-TDI, um bis zu 1,2 Tonnen Luft stündlich zu verdichten. Die Abgase, die mit ihrer Strömungsenergie den Turbolader antreiben, belasten mit bis zu 830 Grad Celsius die beweglichen Teile. Ein Zurücklehnen ob erreichter Erfolge gibt es bei den Ingenieuren nicht. Immer neue Steigerungen der Herstellungspräzision der Bauteile bis zum Tausendstel-Millimeterbereich und immer höhere Temperaturfestigkeit der Werkstoffe und Materialien sind hier die Triebfedern.

Erst die zusätzliche Beatmung, die Aufladung, hat dem kräftigen Arbeitspferd Dieselmotor außerdem Rennpferdqualitäten verliehen. Bei niedrigen Drehzahlen des Dieselmotors liegt im Abgasstrom noch nicht genügend Energie für den Antrieb des Abgasturboladers. Der Lader läuft nur langsam an und liefert noch nicht so viel Luft wie wünschenswert. Der Volksmund nennt diesen Effekt auch Turboloch. Eine intelligente Lösung sind zwei Turbolader, ein kleiner und ein großer. Der kleine Lader läuft leichter an und fächelt bereits Luft, ehe der große sich erst bei höheren Drehzahlen in Bewegung setzen kann und dann lospustet. Diese Technik reicht den Ingenieuren noch immer nicht.

Beim Anfahren steht bereits ein enormer Schub zum Sprinten bereit. Nach drei Sekunden lag der RS 5 mit elektrischem Lader plus Abgasturboaufladung zwei Wagenlängen vor einem RS 5 ohne elektrischen Lader. Nach rund vier Sekunden erreichte der Dreiliter-Sechszylinder-TDI mit 283 kW/385 PS Tempo 100 km/h. Auch nach jedem Hochschalten steht dank des intelligenten Zusammenspiels von elektrischem Lader und Abgasturbolader immer der optimale Ladedruck bereit. Im Alltag erspart er so manches Runterschalten und hält das Drehzahlniveau ökonomisch und ökologisch niedrig. Seine spontane Kraftentfaltung am Kurvenausgang und beim Überholen faszinierte.

Noch halten sich die Audi-Ingenieure zurück, was Datum und Modell für den Einzug des elektrischen Biturbos in die Serie angeht. Vielleicht hat derjenige Recht, der auf den Q7 tippt, der Ende 2015/Anfang 2016 sein Debüt gibt.

Die Energie, die der elektrische Verdichter für seinen Antrieb benötigt, stammt zum Großteil aus Rückgewinnung in der Schubphase des Motors. Er arbeitet damit weitgehend verbrauchsneutral. Für seine Stromversorgung greift der elektrische Verdichter auf ein separates 48-Volt-Stromnetz mit einer kompakten Lithium-Ionen-Batterie zurück. Es kann leistungsstarke Aggregate mit mehr Energie versorgen als das herkömmliche 12-Volt-Netz. Zudem bedeutet die höhere Spannung gleichzeitig niedrigere Ströme und weniger starke Leitungsquerschnitte mit geringerem Gewicht. Schon in Kürze wird Audi mehrere Modellreihen mit dem 48-Volt-Netz ausstatten. Mit dem elektrischen Biturbo startet Audi in die Elektrifizierung des TDI. Für jeden Kunden wollen die Ingolstädter künftig die gewünschte Lösung bringen bis hin zum TDI mit Plug-in-Hybridtechnologie.

Audi R18 e-tron quattro

Bei der Common-Rail-Einspritzung steigen die Drücke, mit denen der Dieselkraftstoff in den Verbrennungsraum eingespritzt wird, von 2.000 bar auf künftig 2.500 bar. Der TDI-Motor des Rennwagens Audi R18 e-tron quattro arbeitet bereits mit mehr als 2.800 bar. Das entspricht vergleichsweise dem Druck, den zwei kompakte Pkw auf eine Fingerkuppe ausüben. Die 395 kW/537 PS seines neuen 4,0-Liter-Sechszylinder-Turbodiesels und die mehr als 800 Newtonmeter Drehmoment katapultierten das Auto beim diesjährigen 24-Stunden-Rennen von Le Mans auf Platz eins.

Audi nutzt die Rennstrecke als das ideale Testlabor für neue Entwicklungen, die in die Serienfahrzeuge überführt werden sollen. Als härtester Prüfstand gelten die 24 Stunden von Le Mans. 2006 gab dort ein TDI-Motor sein Debüt. Seit dieser Zeit fuhren bei neun Starts TDI-Motoren achtmal Audi-Rennwagen mit Gesamtsiegen auf das Siegertreppchen. Prinzipiell zählt auf der Rennpiste wie in der Serie, aus jedem Tropfen Kraftstoff noch mehr Nutzen herauszuholen.

Common-Rail-Technologie mit Mehrfacheinspritzung ist wesentliche Voraussetzung für eine weiche, leise Verbrennung. Kurze Leitungen führen von einem zentralen Druckspeicher zu den Injektoren, die die Einspritzzeitpunkte, die Einspritzdauer und die Einspritzmenge steuern. Bis zu neun Einzeleinspritzungen pro Arbeitstakt sind Garanten für hohe Laufkultur, reduzierte Emissionen und Regeneration der Abgasreinigungssysteme.

Die Injektoren sind Präzisionsbauteile. Sie injizieren den Kraftstoff in winzigsten Mengen mit mehrfacher Schallgeschwindigkeit durch Düsenlöcher mit weniger als 0,1 Millimeter Durchmesser in die Brennräume. Die Verbrennung läuft schnell, homogen, akustisch komfortabel und höchst effizient ab.

Für das jeweils effizienteste Modell jeder Baureihe reserviert Audi das Prädikat „ultra“. Derzeit sind es 23 Modelle, davon 15 TDI-Versionen. Sie verbrauchen zwischen 3,2 und 4,9 Liter pro 100 Kilometer. Das entspricht 85 bis 122 Gramm CO2 pro Kilometer. Effizientes Modell der gesamten Audi Palette ist der A3 ultra mit 81 kW/110 PS und 220 Newtonmeter Drehmoment, dessen 1,6-Liter-TDI 3,2 Liter im EU-Messzyklus verbraucht. In den A4- und A5-Modellen als Limousine, Avant und Sportback arbeitet ein 2,0-Liter-TDI in den Leistungsstufen 100 kW/136 PS und 120 kW/163 PS und bis zu 400 Newtonmeter Drehmoment, die zwischen 4,0 und 4,4 Liter verbrauchen. Der A6 ultra mit 140 kW/190 PS begnügt sich mit 4,4 Liter und emittiert 114 Gramm CO2.

Bis 2020 will Audi den Flottenverbrauch seiner Modelle im Mittel auf 95 Gramm CO2 pro Kilometer senken. Neben der Hybridisierung werden auch klassische Technikfelder wie Reibungsreduktion, Thermomanagement mit zusätzlichen Kühlkreisläufen an Motor und Nebenaggregaten zum so genannten Rightsizing führen. Im Gegensatz zum Downsizing, dem Absenken von Hubraum und weiteren Kennzahlen, setzt Audi auf das Rightsizing. Gemeint ist, die richtige Motorgröße anzubieten, jeweils passend zur Größe des Autos. Ohnehin arbeiten TDI-Motoren mit sechs und acht Zylindern in der Praxis deshalb höchst effizient, weil sie mit extrem niedrigen Drehzahlen laufen.

(31. Juli 2014)