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06.06.2017 | Motorentechnik | Nachricht | Onlineartikel

Die Motorenstrategie von Audi: Hybridisierung, Gas und V-Motoren

Autor:
Angelina Hofacker

Elektrifizierung hin oder her – das Antriebsportfolio von Audi wird auch künftig Otto- und Dieselmotoren enthalten. Zudem stehen Strom, Wasserstoff und Gas im Fokus der Antriebsstrangentwickler der Volkswagen-Marke.

Im Jahr 2025 soll jedes dritte ausgelieferte Auto von Audi einen teil- oder vollelektrischen Antrieb haben. Zwei Drittel werden ergo noch einen Verbrennungsmotor besitzen, der Audi zufolge weiter optimiert und mitunter dank synthetischer Kraftstoffe effizient seine Arbeit verrichten soll. Bei einem Technik-Workshop in München erläuterte Dr. Nicolai Ardey, der seit 1. Januar 2017 Leiter Antriebsentwicklung bei Audi ist, die aktuelle Strategie der Volkswagen-Marke.

V-Motoren-Strategie

Vor 29 Jahren setzte Audi erstmals V-Motoren ein (3,6-Liter-Achtzylinder im Audi V8), heute werden V6- und V8-Motoren in allen Modellen der Marke verbaut, die auf dem modularen Längsbaukasten basieren, also in den Baureihen Audi A4, A5, A6, A8, Q5 und Q7. Die V6-Diesel- wie Ottomotoren schöpfen aus drei Liter Hubraum, bei den V8-Motoren sind es vier Liter. Die Leistungsspanne reicht von 160 kW (218 PS) bis 445 kW (605 PS). Natürlich gelte es diese Technologie über das Jahr 2025 hinaus weiterentwickeln, sagte Ardey. Nachhaltigkeit spiele für die Otto- und Dieselmotorenentwicklung eine wichtige Rolle.

Wichtige Hebel für eine weitere Optimierung sind bei den neuen Motorengenerationen unter anderem die Zylinderabschaltung, verbesserte Brennverfahren (das erweiterte Miller-Verfahren, B-Zyklus bei Audi genannt) und ein optimiertes Thermomanagement. Das B-Zyklus-Verfahren soll mit seiner künstlich verkürzten Kompression einen motorischen Prozess mit einer deutlich höheren Grundverdichtung ermöglichen. In Kombination mit einer normalen, aber im Verhältnis zur Kompression längeren Expansionsphase könnten so Wirkungsgradvorteile erzielt und die Effizienz des Motors gesteigert werden.

Die neuen V6- und V8-Ottomotoren eignen sich Ardey zufolge auch für die Hybridisierung — auf Hoch-und Niedervoltbasis. Schon beim Verkaufsstart des nächsten Audi A8 sollen sämtliche Motorisierungen ein Mild-Hybrid-System an Bord haben, das mit einem neuen 48-Volt-Hauptbordnetz zusammenarbeitet.

Ausbau der g-tron-Modelle

Auf dem Weg zur Nachhaltigkeit seien auch kohlenstoffbasierte synthetische Kraftstoffe für Audi aktuell ein wichtiges Entwicklungsfeld, berichtete Ardey. Verdichtetes Erdgas (Compressed Natural Gas, kurz CNG) ist ihm zufolge besonders attraktiv, da der Verbrauch drei bis fünf Prozent unterhalb des Verbrauchs eines Dieselmotors liege. Nach 20.000 bis 30.000 km habe sich der Mehrpreis für den Kunden amortisiert. Mit dem Audi A4 Avant g-tron und dem Audi A5 Sportback g-tron – ausgestattet mit neuen Verbrennungsmotoren, die mit dem B-Zyklus-Verfahren (erweitertes Miller-Verfahren) arbeiten – kommen diesen Sommer gleich zwei bivalent ausgelegte Erdgasmodelle von Audi auf den Markt. Die neuen Erdgasfahrzeuge seien keine Verzichtsmodelle, betonte Tobias Block, der im Bereich Nachhaltige Produktentwicklung bei Audi tätig ist. 29 neue und modifizierte Teile kommen Block zufolge bei den Modellen zum Einsatz. 110 Kilogramm betrage der Gewichtsunterschied zum Fahrzeug mit konventionellem Ottomotor.

Der A5 Sportback g-tron wird von einem 2.0-TFSI-Motor angetrieben. Die speziell für den Gasbetrieb angepassten Kolben und Ventile sollen dabei eine optimale Verdichtung ermöglichen. Der so auf den CNG-Betrieb erweiterte Motor leiste 125 kW (170 PS). Bei 1650/min stehe sein maximales Drehmoment von 270 Nm bereit. Ein elektronischer Regler verringert den Druck des vom Tank einströmenden Erdgases von bis zu 200 bar auf 5 bis 10 bar Arbeitsdruck im Motor. Diese Druckregelung erfolge dynamisch und präzise, entsprechend der vom Fahrer angeforderten Kraft. So stehe in der Gasleitung und in den Einblasventilen stets der richtige Druck bereit. Den CNG-Verbrauch beziffert Audi mit 4,3 bis 3,8 Kilogramm auf 100 km (NEFZ, kombiniert), den Benzinverbrauch mit 6,4 - 5,6 Liter auf 100 Kilometer. Die CO2-Emissionen lägen kombiniert bei 115 bis 102 Gramm pro Kilometer (CNG) und 144 bis 126 Gramm pro Kilometer (Benzin). Mit der optionalen Siebengang S tronic beschleunige der Fünftürer in 8,4 Sekunden von 0 auf 100 km/h und weiter bis 224 km/h Höchstgeschwindigkeit, mit dem Sechsgangschaltgetriebe seien es 8,5 Sekunden und 226 km/h.

Auf das gleiche Antriebskonzept baut auch der Audi A4 Avant g-tron. Sein 2.0-TFSI-Motor beschleunige das S tronic-Modell in ebenfalls 8,4 Sekunden von 0 auf 100 km/h. Die Höchstgeschwindigkeit ist bei 221 km/h erreicht. Als Handschalter gelinge der Sprint auf Landstraßentempo in 8,5 Sekunden und ende bei maximal 223 km/h. Die Verbrauchs- und Emissionswerte seien nahezu identisch mit dem A5 Sportback g-tron: Der CNG-Verbrauch liegt Audi zufolge bei 4,4 bis 3,8 Kilogramm auf 100 km (NEFZ, kombiniert), der Benzinverbrauch bei 6,5 - 5,5 Liter auf 100 Kilometer. Die CO2-Emissionen lägen kombiniert bei 117 bis 102 Gramm pro Kilometer (CNG) und 147 bis 126 Gramm pro Kilometer (Benzin).

Die vier zylindrischen CNG-Behälter haben die Entwickler von Audi als kompaktes Modul im Hinterwagen des A4 Avant g-tron und A5 Sportback g-tron verbaut. Schalen aus Stahlblech mit Spannbändern tragen die Behälter und sollen sie vor Beschädigungen, zum Beispiel an Bordsteinkanten, schützen. Das gesamte CNG-Tankmodul, das auch den 25-Liter-Benzintank integriert, wird bei der Produktion der g-tron-Modelle in die Karosserie eingepasst. Die CNG-Behälter, die das Gas mit 200 bar Betriebsdruck bei 15 Grad Celsius speichern, wiegen dank ihres Layouts 56 Prozent weniger als vergleichbare Stahlflaschen. Wie Tobias Block erklärte, bildet eine Matrix aus gasdichtem Polyamid die innere Lage. Die zweite Schicht bestehe aus einer Mischwicklung von kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) und glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK). Die dritte Schicht sei ausschließlich aus GFK gefertigt und diene vor allem zur optischen Prüfung – an beschädigten Stellen verfärbe sie sich milchig-weiß.

Power-to-Gas-Ansatz

"Im emsländischen Werlte produzieren wir mindestens so viel Audi e-Gas aus Wasser- und Ökostrom, wie unsere Kunden für den Fahrzeugbetrieb brauchen", erklärte Ardey. Bei der Power-to-Gas-Anlage steht am Anfang Strom aus erneuerbaren Energien, die Endprodukte sind Wasserstoff und das synthetische Audi E-gas. "Wenn das Volumen der Erdgas-Fahrzeuge weiter zunimmt, was wir anstreben, haben wir jetzt schon genug Partner an der Hand, mit denen wir dann weiteres Öko-Erdgas erzeugen und ins Erdgasnetz einspeisen können, so Ardey. Das Ganze funktioniere über Bilanzverfahren, in den ersten drei Jahren müssten die Kunden dafür nichts bezahlen. Der CO2-Fußabdruck der Erdgasfahrzeuge sei so dann 80 Prozent unter dem, den man hätte, wenn man das fossiles Erdgas fahren würde. Der Volkswagen-Konzern engagiere sich zudem gemeinsam mit Erdgaslieferanten für einen Ausbau des Tankstellennetzes. Aktuell gibt es in Deutschland etwa 900 Erdgastankstellen. Ziel ist der Ausbau auf 2000 Erdgastankstellen in den nächsten Jahren.

Elektrifizierung — erst einmal sanft

Zur weiteren CO2-Reduzierung spielt vor allem die Elektrifizierung eine Rolle. Die Spanne reiche bei Audi von Mild-Hybrid-Konzepten bis hin zu Plug-in-Hybriden. "Der wertigste Schritt ist in meinen Augen die flächendeckende Ausrollung der Mild-Hybrid-Technologie, weil sie den größten Anteil der Kunden erreicht", betonte Ardey. Besserer Komfort und knapp ein dreiviertel Liter Verbrauchseinsparung auf 100 km seien überzeugende Argumente. Das alles werde dieses Jahr im neuen Audi A8 erlebbar, dem ersten Modell in dieser Fahrzeugklasse. Das System bei Audi umfasst eine Lithium-Ionen-Batterie (48 Volt), einen DC/DC-Converter, der die 12-Volt-Komponenten bedient und versorgt sowie einem Riemen-Starter-Generator, der im vorderen Bereich untergebracht ist, als elektrische Maschine. "Diese Komponenten eignen sich heute, um flächendeckend ausgerollt zu werden", sagte Ardey.

Nach der Einführung des 48-Volt-Teilbordnetzes im SQ7 mit dem elektrischen Verdichter in 2016, sehe die weitere Planung der Marke die 12-Volt-Systeme (Motor-aus-Segelfunktion und Rekuperieren möglich) in allen neuen Vierzylindermotoren in 2017 vor. Dazu hält das 48-Volt-Hauptbordnetz mit dem Audi A8 Einzug in die Serie und soll ab 2018 sukzessive in allen Modellen der Marke Audi eingesetzt werden. Die nächste Elektrifizierungsstufe sind Ardey zufolge Plug-in-Hybride, die auf einer höher als 400-Volt-Spannungsebene operieren (2014: Audi A3 Sportback; 2015:Audi Q7 e-tron). In 2018 werde dann das erste rein batterieelektrisch angetriebene SUV der Marke mit 500 km Kundenreichweite auf den Markt kommen, je nach Ausstattung mehr als 350 kW Leistung. Noch vor 2025 wolle Audi zudem das erste Serienprodukt mit Wasserstoffantrieb auf den Markt bringen.

Etwa 2500 Antriebsentwickler arbeiten laut Ardey derzeit an den Standorten Ingolstadt und Neckarsulm aber auch etwa in China und Mexiko. Zum ersten 1. April wurde das Team strukturell neu aufgestellt, berichtete er. Der Entwicklungsbereich alternative Antriebe sei komplett "aus dem Elfenbeinturm" herausgeholt worden. Wie Ardey hervorhob, seien Elektromobilität und Brennstoffzellenentwicklung seien nun unmittelbar mit dem konventionellen Verbrennungsmotor vernetzt und also integraler Bestandteil der Organisation.

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