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.

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.

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.

Der Modulare Längsbaukasten der zweiten Generation ist für die Zusammenarbeit der E-Maschinen 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.

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 Einspritz-Düsennadel 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 SCR-Katalysator 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.

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.

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.

Die angegebenen Ausstattungen und Daten beziehen sich auf das in Deutschland angebotene Modellprogramm. Änderungen und Irrtümer vorbehalten.