Automotive Intelligence .

 

Diese Woche:

 

.

 

.


.

 

 

© 1998 - 2001 Copyright & 
Nutzungshinweise
 Automotive Intelligence,
www.autointell.de
All Rights Reserved .
For questions please contact
editor@autointell.de  

 

Automotive Intelligence

Auto News: 08. August 2001
.

 

Neue Motorengeneration bei Audi / Mehr Leistung, weniger Verbrauch

FSI – Benzin-Direkteinspritzung

Ingolstadt - Wer einen neuen Motor entwirft, der muss sich in der Regel entscheiden: Leistung oder Verbrauch – ein Zielkonflikt, der so alt ist wie der Ottomotor und den auch der Fortschritt bisher allenfalls in Nuancen entschärfen konnte. 

Audi stellt nun eine neue Motorengeneration vor, die in puncto Wirkungsgrad einen Quantensprung bedeutet: Die FSI-Technologie erschließt dem Benzinmotor eine neue Dimension.

Photo: Audi

Ein Fortschritt, der sich durchaus vergleichen lässt mit der Einführung der TDI-Technologie bei den Dieselmotoren. Auch hier war es gelungen, hohe Leistung und effektive Verbrauchssenkung in einem bisher unbekannten Maß zu verbinden.

Was kann der FSI-Motor mit Benzin-Direkteinspritzung besser im Vergleich zum konventionellen Saugrohr-Einspritzer? Er bietet deutlich mehr Dynamik,eine Erhöhung von Drehmoment und Leistung und gleichzeitig eine Verbrauchssenkung um bis zu 15 Prozent.

Möglich macht diesen Fortschritt vor allem die Schichtladung im Teillastbereich. Das heißt: Nur im Bereich der Zündkerze benötigt man ein zündfähiges Gemisch, der übrige Brennraum wird mit deutlichem Luftüberschuß befüllt. Dadurch kann der Motor entdrosselt gefahren werden. Zusätzlich profitiert der Direkteinspritzer von den reduzierten Wärmeverlusten. Das bedeutet: Die Luftschichten um die Gemischwolke isolieren zum Zylinder und Zylinderkopf.

Was ist neu am Audi FSI-Motor? Die Audi-Techniker mussten eine Vielzahl neuer Komponenten und Baugruppen eigens entwickeln. Dazu gehören:

  • das Common Rail-Hochdruck-Einspritzsystem mit neu entwickelter, bedarfsgerecht geregelter Einkolben-Einspritzpumpe: sie fördert nur so viel Kraftstoff ins System, bis der Solldruck erreicht ist.
  • der neue Vierventil-Zylinderkopf mit Rollenschlepphebel-Steuerung
  • das weiterentwickelte luftgeführte Brennverfahren mit kontinuierlich gesteuerter Ladungsbewegung
  • das externe Abgas-Rückführungs-System
  • das weiterentwickelte Abgasnachbehandlungs-System mit NOx-Speicher-Kat und NOx-Sensor

Und es gibt inzwischen ein flächendeckendes Angebot an schwefelarmem Kraft­stoff, der es möglich macht, das maximale Verbrauchspotenzial im Alltagsbetrieb auszuschöpfen.

Entscheidend für die Effizienz ist das besondere Brennverfahren des FSI-Motors: Anders als beim Saugrohreinspritzer, wird der Kraftstoff direkt in den Brennraum eingespritzt. Die Einspritzdüse, versorgt durch eine Einkolben-Pumpe und ein Common-Rail-System, sitzt seitlich im Zylinderkopf. Das Einspritzventil dosiert millisekundengenau bei Einspritzdrücken bis 110 bar. 

Der Kraftstoff wird im Schichtladebetrieb in die Kompressionsphase eingespritzt. Er gelangt damit in die Bewegung der angesaugten Luft im Brennraum, die durch eine bewegliche Klappe im Ansaugrohr, den Einlaßkanal, und die besondere Form des Kolbenbodens in eine gezielte Ladungsbewegung versetzt wurde. Dieser Effekt wird als „Tumble“ bezeichnet. 

So wird dann auch der gewünschte Effekt der Schichtladung erreicht: Die Kraft­stoffwolke, die sich mit der Luft zu einem zündfähigen Gemisch auf begrenztem Raum aufbereitet hat, befindet sich pünktlich zum Zündzeitpunkt um die Zünd­kerze herum. Weil der Einspritzwinkel recht flach ausfällt, kommt die Kraftstoff­wolke praktisch nicht mit dem Kolbenboden in Kontakt: Ein sogenanntes „luftgeführtes“ Verfahren. 

Zusätzlich befindet sich nach der Verbrennung eine isolierende Luftschicht zwischen dem gezündeten Gemisch und der Zylinderwand. Damit kommt es zu einer Reduktion der Wärmeabfuhr über den Motorblock – auch dies steigert den Wirkungsgrad des Motors. 

Im Schichtladebetrieb lassen sich übrigens, auf den gesamten Brennraum bezogen, Lambdawerte von bis zu 4,0 verzeichnen – die entscheidende Voraus­setzung für die Verbrauchsreduzierung bei niedrigen und mittleren Drehzahlen.

Unter Vollast wird der Kraftstoff synchron zur Ansaugphase eingespritzt. Dabei kommt es zu einer homogenen Füllung des Brennraums. Auch damit lässt sich immer noch ein spürbar niedrigerer Kraftstoffverbrauch, gekoppelt mit höheren Leistungs- und  Drehmomentwerten erreichen als bei der Saugrohreinspritzung – das hat bekanntlich der permanent homogen betriebene Le Mans-Siegermotor bewiesen. 

Die Vorteile im Homogenbetrieb entstehen durch die reduzierte Klopfneigung, resultierend aus der Einspritzung des Kraftstoffs direkt in den Brennraum und der damit verbundenen Innenkühlung. Zudem kann eine höhere Verdichtung gefahren werden.

Der erste Vertreter der neuen Motorgeneration ist ein zwei Liter großer Vier­zylinder. Das Kurbelgehäuse und die Dimensionen sind identisch mit dem Aggregat, das bereits aus dem A4 und dem A6 bekannt ist. Es verfügt über ein Common Rail-Einspritzsystem und eine Einkolben-Einspritzpumpe. Der Zylinderkopf hat – im Gegensatz zu Audi-Motoren mit Saugrohreinspritzung – nicht fünf, sondern vier Ventile. Nur so lässt sich Platz für das Einspritzventil schaffen.

Das Schaltsaugrohr ist zweistufig ausgelegt und bietet damit zwei Längen für hohe und niedrige Drehzahlen. Ein kontinuierlicher Versteller der Einlass-nockenwelle sorgt für die bedarfsgerechte Steuerung der Ventilöffnungszeiten. 

Auf der Auslassseite findet sich eine der zentralen Komponenten für die effiziente Abgasreinigung, die Abgasrückführung. Sie arbeitet effizienter als bisherige Systeme und führt bis zu 30 Prozent des gesamten Abgases wieder zurück in den Brennraum. Für die Abgasreinigung sind zwei Katalysatoren zuständig: Hinter dem Krümmer angebracht ist der motornahe 3-Wege-Stufenkatalysator, im Unter­boden befindet sich der NOx-Speicherkat. 

Für die besonderen Anforderungen eines Direkteinspritzers ausgelegt ist der NOx-Speicherkat, an dessen Ausgang ein NOx-Sensor angebracht ist. In der Mager­phase kann der konventionelle 3-Wege-Kat bekanntlich Stickoxide nicht aus­reichend abbauen, da er stöchiometrisches Abgas benötigt. Die folglich vermehrt vorhandenen Stickoxide müssen also zu ungefährlichem Stickstoff reduziert werden. Dies geschieht wirkungsvoll im Speicherkat, der die Stickoxide in seiner Barium-Beschichtung bindet. 

Die Arbeit des Speicherkat ist kennfeld- und temperaturgesteuert. Bei der Sättigung des Kat sorgt ein kurzzeitiges Anfetten des Gemischs für die erforderli­che Entladung: Durch die Temperaturerhöhung des Abgases wird das Stickoxid von den Bariummolekülen freigegeben und in Stickstoff umgewandelt. Die Häufigkeit der Anfettung hängt natürlich vom Betriebszustand des Motors ab; im Schnitt genügt jedoch eine Anfettung von nur wenigen Sekunden pro Minute.

Dies resultiert in einer Verbrauchssenkung von 15 Prozent gegenüber einem gleichstarken Motor mit Saugrohreinspritzung. 15 Prozent bessere Ökonomie: So sieht der Fortschritt aus. Und die Audi-Motorenentwickler versprechen gerne: Damit ist das Ende der Entwicklung noch lange nicht erreicht. 

(3. August 2001)

[Home] [ News] [ Diskussion] [ Kalender] [ Jobs] [ Travel & Golf]