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Blogger Sebastian Bauer hat nicht nur Benzin im Blut, durch seine Adern fließt auch Diesel. In Kopenhagen konnte er die Zukunft der Audi-TDI-Motoren erleben: Er fuhr das Audi RS 5 TDI concept, das dank E-Turbo ganz ohne Turboloch auskommt.

 Blogger Sebastian Bauer neben dem Audi RS 5 TDI concept. Sein 3.0-Liter-Biturbo-TDI wurde um einen seriell angeordneten elektrischen Verdichter erweitert
Blogger Sebastian Bauer neben dem Audi RS 5 TDI concept. Sein 3.0-Liter-Biturbo-TDI wurde um einen seriell angeordneten elektrischen Verdichter erweitert
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Dass Audi eine lange und erfolgreiche Historie bei Dieselmotoren hat, ist kein Geheimnis. Mit dem 1989 auf der IAA vorgestellten Audi 100 brachte Audi den weltweit dritten PKW auf den Markt, der von einem mittels Turbo aufgeladenen und direkt einspritzenden Dieselmotor angetrieben wurde. Bis heute wurden über 7,5 Millionen Audi TDI verkauft. Hierzulande ist der TDI die wichtigste Motorvariante für das Unternehmen. Mit seinen nicht abreißenden Erfolgen in Le Mans beweisen die Ingolstädter auch eindrucksvoll die Leistungsfähigkeit dieser Technologie.

Heute sind die TDI-Motoren vor allem leistungsstark, effizient und verbrauchsarm. Dem typischen Vorwurf mangelnder Emotionalität begegnet man mit dem 3.0 Biturbo-V6-TDI – einem fraglos faszinierenden Triebwerk. In der neuesten Generation des Audi A7 Sportback leistet der drehfreudige Dieselmotor 320 PS, im A7 competition gar 326 PS und zeitweise, dank Overboost, bis zu 346 PS.

Das sind beeindruckende Zahlen, die Entwicklung ist aber selbstverständlich noch nicht zum Erliegen gekommen. Um mehr Leistung, einen höheren Wirkungsgrad und ein noch besseres Ansprechverhalten zu realisieren, forscht Audi derzeit am Einsatz eines elektrischen Verdichters. Im Rahmen eines TDI-Technologie-Workshops auf dem schwedischen Sturup Raceway hatte ich die Gelegenheit, einen Versuchsträger dieser Technologie, das Audi RS 5 TDI concept, zu bewegen.

Die technische Basis für den selbstzündenden RS 5 bildet der erwähnte 3.0-Liter-Biturbo-TDI, der um einen seriell angeordneten elektrischen Verdichter erweitert wird. Dieser Lader hat, wie ein üblicher Lader auch, auf Ansaugseite ein Verdichterrad, das aber im Gegensatz zum klassischen Abgasturbolader nicht durch ein Turbinenrad auf Abgasseite angetrieben wird. Stattdessen befindet sich dort eine kleine E-Maschine, die das Verdichterrad innerhalb von 250 Millisekunden auf maximale Drehzahl beschleunigt. Per Bypass-Ventil kann dieser elektrische Turbolader bei Bedarf umgangen werden. Zusätzlich ergibt sich der Vorteil, dass dieser elektrische Verdichter nicht von Abgastemperaturen beeinflusst wird. Damit wird die Ansaugluft deutlich weniger stark aufgewärmt.

Gedacht ist der elektrische Turbolader vor allem zur Unterstützung in niedrigen Drehzahlbereichen, in denen die Abgasströme die Abgasturbolader noch nicht ausreichend schnell beschleunigen können. Damit leistet das RS 5 TDI concept ganze 750 Nm Drehmoment, die zwischen 1.250 und 2.000 Umdrehungen anliegen. 385 PS leistet der RS5 TDI concept damit in der Summe. Soweit die Theorie. In der Praxis fühlt sich das ähnlich beeindruckend an, wie die Zahlen versprechen: Aus dem Stand weg sorgt der elektrische Verdichter unmittelbar für Ladedruck und lässt das Versuchsfahrzeug vehement nach vorne stürmen. Auf dem Sturup Raceway, der sich besonders durch seine Kehren auszeichnet, macht sich die elektrische Leistungsunterstützung vor allem durch die daraus resultierende Elastizität bemerkbar: Bei niedrigen Drehzahlen aus den engen Kehren herauszubeschleunigen, ist kein Problem und das Turboloch wird auf ein Minimum reduziert.

Das fühlt sich alles erst einmal nach einer gelungenen Evolution an, ein sanfter Schritt nach vorne in der Entwicklung noch leistungsfähigerer Dieselmotoren. Steigt man danach allerdings wieder in einem regulären 3.0-Liter-Biturbo-TDI um, wird schlagartig klar, dass man eben mehr als nur eine kleine Evolution des Motorenbaus erfahren durfte. Das an und für sich so souverän und begeisternd arbeitende Vorzeigetriebwerk lässt kurz die Frage im Kopf aufkommen, ob hier etwas nicht stimmt. Wenn man beim Beschleunigen das übliche kurze Päuschen wahrnimmt, bis die Luft im Ansaugtrakt von den Abgasturboladern komprimiert wurde. Nein, alles in Ordnung hier, wir haben es immer noch mit einem der besten Dieselmotoren dieser Welt zu tun – von seinem Bruder, der bereits bei niedrigsten Drehzahlen vom elektrischen Lader unter Druck gesetzt wird, kann er in Sachen Ansprechverhalten und Sprintvermögen allerdings noch etwas lernen.

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Der elektrische Verdichter sorgt für schnelles Ansprechen und hervorragende Elastizität: Das Audi RS 5 TDI concept sprintet in vier Sekunden von 0 auf 100 Stundenkilometer

Noch passt die Schaltstrategie des S-tronic-Getriebes nicht so ganz zur neuen Charakteristik des Motors. Statt auf der satten Drehmomentwelle des elektrischen Laders zu surfen, wird hier trotzdem noch oft heruntergeschaltet und auf das Rezept „Drehzahl statt Drehmoment“ gesetzt. Dieser Umstand ist aber noch dem Entwicklungsstadium dieses Versuchsträgers zu schulden. Bekommen wir jetzt also überall elektrische Turbolader und warum macht man das nicht mit einem Kompressor? Beide Fragen sind leicht und schnell beantwortet, denn ein paar Voraussetzungen sind dafür natürlich noch notwendig. Da wäre einerseits der hohe Energiebedarf des elektrischen Verdichters. Über heutige 12V-Bordnetze ist der plötzliche und hohe Energiebedarf nicht zu decken.

Im Audi RS 5 TDI concept wurde daher ein zweites paralleles 48V-Bordnetz installiert, das über eine eigene Lithium-Ionen-Batterie verfügt. Gespeist wird diese größtenteils durch Rekuperation. Warum der elektrische Verdichter die bessere Wahl ist als ein Kompressor, liegt ebenfalls auf der Hand: Ein Kompressor wird mechanisch vom Motor angetrieben und erzeugt dadurch vor allem Reibung. Der elektrische Verdichter gewinnt seine Energie vor allem dann, wenn ohnehin Energie abgebaut wird und speist sie ohne Reibungsverluste oder ähnliches ins System ein, damit wird auch der gesamte Wirkungsgrad verbessert.

Bis zum elektrischen Verdichter in der Serie wird es aber noch ein Weilchen dauern. Das 48V-Teilbordnet will Audi hingegen schon bald in seinen Modellen einführen. Denn dank der höheren Spannungen kann mit niedrigeren Strömen gearbeitet werden, Kabelquerschnitte lassen sich dadurch verringern und so kann wiederum Gewicht eingespart werden. Einen kleinen Ausblick in die Zukunft hat Audi damit anlässlich des 25jährigen TDI-Jubiläums also schon gezeigt. Nicht nur die Zukunft des TDI bleibt also spannend.

Mehr von Sebastian Bauer können Sie in seinem Blog Passion:driving lesen.

 

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Holger

5. August 2014 um 10:33
sehr spannendes Thema, bin gespannt wer dieses Rennen um den E-Turbo gewinnen wird! Die Konkurrenz schläft nicht!

@Sebastian, was denken Sie wann die ersten Fahrzeuge "auf die Straße kommen"?

Yannick Pott

1. August 2014 um 8:51
Eine Frage habe ich dazu noch.
Undzwar warum macht man es nich so das im Abgasrohr noch ein Turbinenrad ist welches einen zusätzlichen Generator antreibt?

Sebastian

1. August 2014 um 14:39
Hi Yannick,

Porsche hat das in Le Mans ja im 919 hybrid so gemacht, für die Straße ist das aber noch ein weiter weg. Der Anwendungsfall ist ja auch ein anderer, als jetzt hier für den E-Turbo.

Aber ich finde das Thema auch spannend. Ist derzeit noch extrem komplex, da es ja die mechanische Ladedrucksteuerung mittels Wastegate ersetzt.