Verbrenner & Hybridantriebe

Die 8-Stufen-tiptronic ist eine klassische Wandlerautomatik, ihre große Stärke liegt im hohen Schalt- und Anfahrkomfort. Der Gangwechsel erfolgt weich, spontan, schnell und hochflexibel. Audi setzt sie in vielen Modellen mit längs eingebautem Motor ein. Dank der acht Stufen bleiben die Drehzahlsprünge zwischen den Gängen klein, der Motor läuft stets in der Nähe seines idealen Betriebspunktes. Ein drehzahladaptiver Torsionsdämpfer kompensiert unerwünschte Schwingungen des Motors und ermöglicht effizientes Fahren bei besonders niedrigen Drehzahlen.

Zur hohen Effizienz trägt auch die Wandlerüberbrückungskupplung mit dem integrierten Dämpfer bei. Die Kupplung ist im normalen Fahrbetrieb geschlossen und bindet das Getriebe direkt an den Motor an. In manchen Fahrsituationen arbeitet sie mit geregeltem Schlupf – das erlaubt im Zusammenspiel mit dem Dämpfer sehr niedrige Drehzahlen, ohne dass Vibrationen auftreten würden. Steht das Auto, trennt eine interne Kupplung das Getriebe vom Motor, auch wenn die Stufe D noch eingelegt ist – das vermeidet die Verluste durch das Ölumwälzen im Wandler. Sobald die Fahrerin oder der Fahrer die Bremse löst, schließt die Kupplung wieder, der dämpfende Effekt des Drehmomentwandlers sorgt für sanftes Anrollen.

Das dynamische Schaltprogramm DSP steuert die 8-Stufen-tiptronic. Es nutzt einen schnellen Prozessor. In der Betriebsart D legt das DSP selbsttätig den optimalen Schaltpunkt fest. Es bevorzugt im Sinne einer effizienten Fahrweise große Gänge und niedrige Drehzahlen. In einer zweiten Schaltgasse erlaubt die tiptronic den manuellen Eingriff in den Automatikbetrieb. Das ermöglicht beispielsweise das Herunterschalten auf kurvenreicher Bergstrecke zum Verstärken der Motorbremswirkung oder eine betont sportliche Fahrweise. Im Sportmodus steigert die Automatik durch später gesetzte Schaltpunkte die Fahrdynamik. Der Wählhebel kommuniziert rein elektronisch, ohne mechanische Verbindung mit dem Getriebe (shift-by-wire).

Die 8-Stufen-tiptronic arbeitet mit dem Start-Stopp-System von Audi zusammen. Dafür integriert sie einen kleinen, permanent gefüllten Hydraulikspeicher. Beim Neustart nach einem Halt wird sein Ölvolumen – etwa 100 Milliliter – von einem federbelasteten Kolben in die Schaltelemente gepresst, die zum Anfahren nötig sind. Das Getriebe ist innerhalb kürzester Zeit startklar.

In einigen Audi Modellen hat die 8-Stufen-tiptronic eine elektrische Ölpumpe an Bord. Sie sorgt für die Schmierung des Getriebes und ermöglicht es, den Gang einzulegen, der beim Wiederstart nach einer Segelphase gebraucht wird. Dadurch ist es möglich, mithilfe der Mild-Hybrid-Technologie den Motor während der Fahrt auszuschalten, wenn er nicht für den Vortrieb benötigt wird. Rollt das Auto und der Motor dreht dabei im Leerlauf, ist eine Kupplung im Bereich der Radsätze geöffnet. Die Getriebesteuerung erkennt Stop-and-Go-Situationen und sorgt für besonders komfortables Anfahren.

Die Active Noise Cancellation (ANC) reduziert unerwünschten Schall, wie beispielsweise bestimmte Anteile des Motorsounds, durch gezielten Einsatz von Gegenschall. Dabei nutzt das System das Prinzip der destruktiven Interferenz, auch Gegenschall-Prinzip genannt: Wenn sich zwei Wellen von gleicher Frequenz überlagern, löschen sich ihre Amplituden gegenseitig aus, sofern diese gleich und die Phasen um 180 Grad zueinander versetzt sind.

Im Innenraum und am Fahrzeughimmel des Autos zeichnen kleine ANC-Mikrofone die Geräuschkulisse in mehreren Zonen auf. Aus ihren Signalen errechnet das ANC-Steuergerät ein differenziertes räumliches Schallfeld. Ergänzend nutzt es Informationen über die Motordrehzahl. In allen Zonen, in denen das System Störgeräusche erkennt, auf die es zuvor kalibriert worden ist, veranlasst es einen präzise modulierten Gegenschall. Die neutralisierenden Schallwellen werden durch die Basslautsprecher abgegeben. Das ANC-System ist immer aktiv – egal ob die Soundanlage eingeschaltet, deaktiviert, laut, leise oder stumm gestellt ist. Es arbeitet mit allen lieferbaren Soundsystemen zusammen.

Aktive Motorlager reduzieren die unerwünschte Vibrationsanregung durch das Aggregat, indem sie kompensierende Gegenschwingungen erzeugen. Um auf schnelle Änderungen des Fahrzustandes reagieren zu können, wertet ein Algorithmus permanent die Daten der Beschleunigungssensoren im Motorraum aus und gibt das Signal für die Gegenschwingung an die aktiven Motorlager weiter.

Diese Technik steigert den Fahrkomfort von Modellen mit Zylinderabschaltung und Dieselfahrzeugen. Darüber hinaus tragen sie bei Plug-in-Hybriden dazu bei, ein homogenes Fahrerlebnis auch beim Wechsel zwischen den Betriebsmodi zu gewährleisten.

Seit 2014 bietet Audi Modelle als Plug-in-Hybride an. Plug-in-Hybrid ist die gebräuchliche Bezeichnung für „plug-in hybrid electric vehicle“, abgekürzt PHEV. Im Automobilbau hat sich bei PHEV-Modellen die Kombination eines Verbrennungsmotors mit einem Elektromotor etabliert. Typisch für solche Parallel-Hybride: Der E-Antrieb kann lokal emissionsfrei als alleiniger Antrieb genutzt werden oder den Verbrenner sowohl im Teillastbereich als auch mit einer zusätzlichen Boost-Leistung bei stärkerer Beschleunigung unterstützen. Ebenso dient der Elektroantrieb als Generator für die Rekuperation, bei der kinetische Energie in elektrische gewandelt und in einem Akku gespeichert wird. Beim Plug-in-Hybrid kann dieser zusätzlich an der Ladesäule oder der Steckdose aufgeladen werden.

Das Antriebskonzept eines Plug-in-Hybrid ist so konzipiert, dass viele Kurzstrecken rein elektrisch zurückgelegt werden können. Welche Antriebsform zum Einsatz kommt, lässt sich über vier unterschiedliche Fahrmodi bestimmen: Rein elektrisches Fahren lässt sich mit der EV-Taste priorisieren. Der Verbrennungsmotor springt dann so lange nicht an, bis ein variabel spürbarer Druckpunkt im Fahrpedal überschritten oder der Ladestand des Akkus zu niedrig ist. Im „Battery Hold“- oder „Battery Charge“-Modus läuft primär der Benzinmotor, so dass der vorhandene Ladestatus der Batterie gehalten oder sogar erhöht wird – etwa für das spätere rein elektrische Fahren in Städten.

Im Hauptmodus „Auto Hybrid“ teilen sich Benzin- und Elektromotor die Arbeit automatisch auf: Niedrige Geschwindigkeiten werden rein elektrisch zurückgelegt, der Verbrenner kommt vorrangig bei höherem Tempo zum Einsatz. Oder beide Aggregate treiben das Auto im Zusammenspiel an: Wird das Gaspedal kräftig durchgetreten, unterstützt das hohe Drehmoment des Elektromotors den Verbrenner. Beim Gasgeben aus niedrigen Drehzahlen überbrückt die E-Maschine die Zehntelsekunden, die der Turbolader zum Druckaufbau braucht. Beim Fahren mit konstanten Drehzahlen arbeitet der E-Motor phasenweise als Generator und verschiebt so den Lastpunkt des TFSI in Betriebsbereiche mit höherem Wirkungsgrad.

Die prädiktive Betriebsstrategie (PBS) hilft im Fahrbetrieb bei der Verbrauchseinsparung und der Rekuperation. Im Auto-Hybrid-Modus steuert sie bei aktivierter Routenführung den Antriebsstrang so, dass die Batterieladung intelligent auf die gesamte Fahrstrecke aufgeteilt wird. Dabei wertet sie kontinuierlich Daten von Navigation, Sensoren und Assistenzsystemen aus. Die PBS bezieht Echtzeitereignisse wie Staus oder dichten Stadtverkehr ein und passt ihre Berechnungen an den Fahrstil an. Aus diesen Informationen errechnet sie eine Grobplanung für die Strecke. Zugleich erstellt die PBS eine Feinplanung für die Nahdistanz, bei der sie eng mit dem Prädiktiven Effizienzassistenten (PEA) zusammenarbeitet. Der PEA nutzt die Daten der Onboard-Sensoren, um vorausliegende Ortsschilder, Kreuzungen, Tempolimits sowie vorausfahrende Fahrzeuge zu erkennen.

Verbunden mit dem Antriebsmanagement ist auch das aktive Fahrpedal, das mit haptischer Rückmeldung bei einer möglichst effizienten Fahrweise unterstützt. Über einen Druckpunkt im Pedal spürt man, wenn der rein elektrische Fahrbereich verlassen wird. Basierend auf den Informationen des Prädiktiven Effizienzassistenten signalisiert das Pedal außerdem, wann für das Segeln oder Rekuperieren der Fuß vom Gaspedal genommen werden sollte. Bremsvorgänge bis etwa 0,3 g – also die allermeisten Verzögerungen im Fahralltag – übernimmt die E-Maschine alleine und gewinnt Energie zurück. Erst beim stärkeren Tritt aufs Bremspedal werden zusätzlich die hydraulischen Radbremsen aktiv, die von einem elektrischen Bremskraftverstärker unterstützt werden. Der Übergang geschieht fast unmerklich und wird als „Brake Blending“ bezeichnet.

Geladen werden PHEV-Modelle an einem 400-Volt-Drehstromanschluss mit bis zu 7,4 kW. Die Ladedauer an einer Industriesteckdose oder Wallbox liegt zwischen zweieinhalb und viereinhalb Stunden. Damit ist das unkomplizierte und schnelle Aufladen des Fahrzeugs ein- bis zweimal am Tag, entweder zu Hause oder zusätzlich am Arbeitsplatz, möglich. An einer 230-Volt-Haushaltssteckdose dauert eine Vollladung je nach Akkugröße sechs bis acht Stunden.

Das Batteriesystem besteht aus flüssigkeitsgekühlten Lithium-Ionen-Zellen. Die ebenfalls in den Kühlkreislauf integrierte Leistungselektronik wandelt den Gleichstrom der Hochvolt-Batterie in Drehstrom für die E-Maschine um, beim Rekuperieren macht sie das Gegenteil. Ein aufwendiges Thermomanagement steuert sowohl den Hochtemperaturkreislauf für den Verbrennungsmotor samt Getriebe und Nebenaggregaten als auch den Niedertemperaturkreislauf für Batterie, Ladegerät, E-Maschine und Leistungselektronik. In das Thermomanagement ist eine Wärmepumpe integriert, darin wird elektrische Energie in Wärmeleistung umgewandelt. Die Wärmepumpe ist mit dem Kältemittelkreis der Klimaanlage gekoppelt und nutzt die Abwärme der Hochvolt-Komponenten für eine schnelle und effiziente Temperierung des Innenraums.

Seit 2017 hat Audi auch Mild-Hybrid-Antriebe (MHEV, Mild Hybrid Electric Vehicles) im Angebot. Die Technologie eignet sich für das Zusammenspiel mit Diesel- und Benzinmotoren gleichermaßen und kann den Verbrauch im Kundenbetrieb um bis zu 0,8 Liter pro 100 Kilometer senken. Ein rein elektrisches Fahren ist hier nicht möglich.

Audi bietet die MHEV-Antriebe in zwei Varianten an. Bei den Vierzylindermotoren basieren sie auf dem bekannten 12-Volt-Bordnetz. Die Sechs- und Achtzylinder erhalten ein 48-Volt-Netz, das hier als Hauptbordnetz dient. Eine kompakte Lithium-Ionen-Batterie speichert die Energie. An der Stirnseite des Verbrennungsmotors sitzt ein wassergekühlter Riemen-Starter-Generator (RSG), der über einen hochbelastbaren Keilrippenriemen mit der Kurbelwelle verbunden ist. Beim Verzögern kann der RSG bis zu 8 kW Leistung rekuperieren und die Energie in den Akku einspeisen. Ein DC-/DC-Wandler verbindet das 48-Volt-Netz mit dem 12-Volt-Bordnetz.

Die MHEV-Technologie auf 48-Volt-Basis ist besonders komfortabel und effizient. Wenn fahrende Personen im Bereich zwischen 55 und 160 km/h vom Gas geht, kann das Auto bis zu 40 Sekunden lang mit komplett ausgeschaltetem Motor segeln oder wahlweise rekuperieren. Beim Rollen mit niedrigem Tempo beginnt die Start-Stopp-Phase schon bei 22 km/h. Das Antriebsmanagement nutzt die Informationen von Navigationskarte und Onboard-Sensoren, um in jeder Situation neu zu entscheiden, ob Segeln oder Rekuperieren effizienter ist. Beispielsweise wählt es die Rekuperation, wenn der Effizienzassistent ein vorausfahrendes Fahrzeug erkennt. In den Bremsphasen unterstützt der RSG bei der Verzögerung und kann die gewonnene elektrische Energie in den 48-Volt-Speicher einspeisen oder für die elektrischen Verbraucher direkt nutzen.

Wenn nach einer Segelphase oder einem Stopp wieder Gas gegeben wird, erfolgt der Wiederstart des Verbrennungsmotors über den RSG. Der herkömmliche Ritzelstarter kommt nur noch beim ersten Start zum Einsatz, wenn das Motoröl noch kalt ist und ein höheres Startmoment benötigt wird.

Der RSG-Start wird je nach Fahreranforderung moduliert: Fordert zum Beispiel die Klimaanlage bei Fahrzeugstillstand einen Motorstart, erfolgt dieser besonders komfortabel. Gleiches gilt, wenn in einer Start-/Stopp-Phase die Bremse gelöst wird, um im Verkehr mitzuschwimmen. Wird das Gaspedal weiter durchgetreteb und dadurch einen deutlichen Beschleunigungswunsch signalisiert, wird der Start so schnell wie möglich ausgeführt. Zudem gibt es den so genannten prädiktiven Komfortstart: Hier startet der Motor, sobald sich das vorausfahrende Auto in Bewegung setzt, auch wenn die Bremse noch getreten ist.

Mit dem 12-Volt-Bordnetz ist das Funktionsprinzip der MHEV-Technologie gleich wie bei 48 Volt. Allerdings fallen die Segelphasen, die Rekuperationsleistung und die CO₂-Einsparung etwas geringer aus.

Beim Effizienzsystem cylinder on demand (COD) handelt es sich um eine Zylinderabschaltung. Audi setzt sie derzeit in zwei Motoren – dem 1.4 TFSI und dem 4.0 TFSI ein. Bei geringer bis mittlerer Last und Drehzahl deaktiviert das System in den oberen Gängen die Hälfte der Zylinder: Der Vierzylinder läuft im COD-Betrieb als Zweizylinder, beim V8 wird eine Zylinderbank, also die Hälfte, temporär stillgelegt.

Das COD-System schaltet die Einspritzung und die Zündung ab und schließt zudem die Ventile.

Der Umschaltvorgang dauert nur Millisekunden und ist praktisch nicht zu spüren. In den aktiven Zylindern verlagern sich die Betriebspunkte zu höheren Lasten, was den Wirkungsgrad steigert, während die deaktivierten Zylinder weitestgehend verlustfrei wie eine Gasfeder mit geringem Druck mitlaufen. Beim Tritt auf das Gaspedal werden die abgeschalteten Zylinder wieder aktiv. Das COD-System kann den realen Verbrauch um mehrere Zehntelliter pro 100 Kilometer senken.

Das Doppelkupplungsgetriebe S tronic verbindet den Komfort einer Automatik mit der Effizienz eines Schaltgetriebes. Es steht in unterschiedlichen Ausführungen – mit sechs und sieben Gängen – in weiten Bereichen der Modellpalette bereit.

Für die längs eingebauten Motoren hat Audi eine eigene Version der Siebengang S tronic entwickelt. Bei ihr liegen die Zahnräder für alle Gänge auf einer Abtriebswelle hintereinander. Die vier Varianten für die quer eingebauten Motoren hingegen sind in einem Layout mit zwei Abtriebswellen konzipiert. Es erlaubt eine kompakte Bauweise.

Welche Variante hier mit welchem Motor zusammenarbeitet, richtet sich nach dem Kundenwunsch zum Fahrzeug sowie dem zu übertragenden Drehmoment.

In der S tronic sind zwei Lamellenkupplungen integriert, die unterschiedliche Gänge bedienen. Die Kupplung K1 schickt das Drehmoment über eine Vollwelle auf die Zahnräder der ungeraden Gänge 1, 3, 5 und 7. Um die Vollwelle herum rotiert eine Hohlwelle. Sie ist mit der Kupplung K2 verbunden, die entweder parallel zur K1 oder in ihrem Inneren liegt. Diese K2 bedient die Zahnräder der geraden Gänge 2, 4 und 6 sowie den Rückwärtsgang. Die beiden Teilgetriebe sind permanent aktiv, aber nur eines ist mit dem Motor verbunden. Wid beispielsweise im dritten Gang beschleunigt, ist im zweiten Teilgetriebe der vierte Gang bereits eingelegt. Der Schaltvorgang erfolgt durch das Wechseln der Kupplungen – K1 öffnet sich, während sich K2 schließt. Er dauert nur wenige Hundertstelsekunden und vollzieht sich fast ohne Unterbrechung der Zugkraft. Die S tronic schaltet so dynamisch, fließend und komfortabel, dass der Gangwechsel kaum wahrgenommen wird.

Das Mechatronik-Modul, ein kompakter und robuster Block, fasst die Elektronik mit den hydraulischen Stellgliedern zusammen. Sein Steuerungskonzept erlaubt es, die Geschwindigkeit des Gangwechsels zu variieren und die notwendige Kraft exakt zu regeln. Das Management der Lamellenkupplungen agiert mit höchster Präzision – die Siebengang S tronic arbeitet auch im Stop-and-Go-Verkehr und beim Rangieren sehr feinfühlig.

Die Siebengang S tronic lässt sich auf unterschiedliche Arten nutzen. Der automatische Modus hält die Programme D (Drive) und S (Sport) bereit. Fahrerinnen und Fahrer können über den Wählhebel oder mit Wippen am Lenkrad selbst schalten. Ein weiteres Feature für die Hochleistungsmodelle ist die Launch Control, die das Beschleunigungspotenzial des Fahrzeugs beim Start voll ausschöpft. Die sportlichste Siebengang S tronic für die Längsmotoren verkraftet eine Drehzahl von bis zu 9.000 Umdrehungen pro Minute.

In allen Varianten bietet die S tronic viele Stärken: einen hohen Wirkungsgrad, ein intelligentes Management und eine hohe Spreizung mit lang übersetzten hohen Gängen. Damit senkt das Hightech-Getriebe in vielen Fällen den Verbrauch gegenüber einer manuellen Schaltbox. Ihre beiden trockenen Kupplungen kommen ohne eigene Ölversorgung aus, was die Effizienz weiter steigert. Alle Varianten der S tronic sind mit dem Start-Stopp-System von Audi kombiniert. Die S tronic im Längsverbau verfügt – neben einem innovativen Druckspeichersystem – über die shift-by-wire-Technologie, die die Voraussetzung für zahlreiche Assistenzsysteme bis hin zum pilotierten Fahren bildet.

Der elektrisch angetriebene Verdichter (EAV) ergänzt die Arbeit der/des Turboladers beim Anfahren und beim Beschleunigen mit sehr niedriger Drehzahl – also immer dann, wenn im Abgasstrom zu wenig Energie für kraftvollen Drehmomentaufbau vorhanden ist. Damit ermöglicht er spontanes Ansprechverhalten und eine dynamische Anfahrperformance aus dem Stillstand heraus. Sportliche Fahrerinnen und Fahrer wissen die Überhol-Power und die spontane Kraftentfaltung am Kurvenausgang zu schätzen. Bei komfortorientierter Fahrweise vermeidet die EAV-Technologie unnötiges Zurückschalten und hält so das Drehzahlniveau und den Verbrauch niedrig.

Der EAV arbeitet mit einer Spannungslage von 48 Volt. Er ist in der Ansaugluftstrecke hinter dem Ladeluftkühler platziert und wird in folgenden zwei Betriebszuständen aktiv: Beim Anfahren schließt der Bypass und der EAV verdichtet den Luftstrom vor. So erhöht sich die Füllung des Brennraums. Wenn im Fahrbetrieb die Lastanforderung durch das Gaspedal hoch und zugleich das Energieangebot im Abgas niedrig ist, schließt die Bypassklappe – jetzt strömt die Ansaugluft in den EAV und wird dort zum zweiten Mal verdichtet. Dabei beschleunigt ein kompakter Elektromotor, der bis zu 7 kW leistet, das Verdichterrad des EAV in zirka 250 Millisekunden auf bis zu 70.000 Umdrehungen pro Minute.

Über seine Modellpalette hinweg bietet Audi unterschiedliche Automobilkonzepte an – entsprechend vielseitig ist die quattro-Technologie aufgestellt.

Modularer Längsbaukasten: das selbstsperrende Mittendifferenzial
In Audi Modellen mit längs eingebautem Frontmotor ist das selbstsperrende Mittendifferenzial das Herzstück des quattro-Antriebs. Es ist als rein mechanisches, verzögerungsfrei arbeitendes Planetengetriebe aufgebaut. Ein Hohlrad schließt ein Sonnenrad ein. Zwischen beiden drehen sich walzenförmige Planetenräder, die mit dem rotierenden Gehäuse verbunden sind. Im regulären Fahrbetrieb fließen 60 Prozent der Antriebsmomente über das Hohlrad, das einen größeren Durchmesser hat, und über die mit ihm verbundene Abtriebswelle zur Hinterachse. 40 Prozent gelangen über das kleinere Sonnenrad zur Vorderachse. Diese asymmetrisch-dynamische Momentenverteilung führt zu einem sportlichen, heckbetonten Handling. Durch Schrägverzahnungen entstehen Axialkräfte, sobald Drehmoment durch das Differenzial übertragen wird. Sie erzeugen über Reibscheiben ein Sperrmoment, das die Drehmomente zu den Rädern mit der besseren Traktion leitet.

In seiner jüngsten Ausbaustufe kann das Mittendifferenzial bis zu 70 Prozent der Momente nach vorn oder maximal 85 Prozent nach hinten leiten. Die hohen Sperrwerte erlauben eine klar definierte Verteilung der Momente und ein hochpräzises Zusammenspiel mit den Regelsystemen wie der ESC und der radselektiven Momentensteuerung. Um die Fahrdynamik und die Fahrsicherheit noch weiter zu steigern, gibt es für die Audi Topmodelle aus dem modularen Längsbaukasten ergänzend das Sportdifferenzial.

Modularer Querbaukasten: die elektrohydraulische Lamellenkupplung
Bei den kompakten Modellen mit quer eingebautem Motor setzt Audi einen quattro-Antriebstrang ein, in dem eine Lamellenkupplung mit hydraulischer Betätigung und elektronischer Regelung das Herzstück bildet. Aus Gründen der Gewichtsverteilung ist sie am Ende der Kardanwelle vor dem Hinterachsdifferenzial montiert. In ihrem Inneren birgt die Kupplung ein Paket metallener Reibringe, die paarweise hintereinander liegen. Je ein Ring ist fest mit dem Kupplungskorb verzahnt, der mit der Kardanwelle rotiert, der jeweils andere ist mit der Welle zum Hinterachsdifferenzial verbunden.

Die Allradsoftware berechnet auf Basis zahlreicher Daten kontinuierlich die richtige Momentenverteilung zwischen Vorder- und Hinterachse. Bei einer Momentenanforderung baut die hocheffiziente elektrische Axialkolbenpumpe innerhalb weniger Millisekunden bis zu 40 bar Hydraulikdruck auf. Dadurch werden die Reiblamellen zusammengepresst und das Antriebsmoment wird so stufenlos zur Hinterachse übertragen. Die elektronisch geregelte Lamellenkupplung garantiert beste Traktion, Fahrdynamik und Fahrsicherheit und sorgt mit aktiv geregelter Momentenverteilung für ein dynamisches Handling.

Bei den sportlichen Quermotor-Modellen ist das Management der Lamellenkupplung betont dynamisch ausgelegt. Die spezielle Regelphilosophie berücksichtigt hier in hohem Maße fahrdynamisch relevante Größen, bei einigen Modellen orientiert sie sich auch am Status von Audi drive select und der elektronischen Stabilisierungskontrolle ESC. Das Resultat zeigt sich in einer häufigeren und ausgeprägten Momentenverteilung zur Hinterachse, die das sportliche Fahrverhalten zusätzlich unterstützt. Im Sportmodus oder bei abgeschalteter ESC auf einer Fahrbahn mit niedrigem Reibwert erlaubt das Management kontrollierte Drifts. Bei ruhiger Fahrweise hingegen ist bei einigen Modellen eine temporäre automatisierte Komplettöffnung der Kupplung möglich, um Kraftstoff zu sparen. Sobald sich der Fahrzustand ändert, wird der quattro-Antrieb wieder aktiv.

Der quattro mit ultra-Technologie vereint Fahrdynamik und Sicherheit mit hoher Effizienz. Möglich wird das durch das Zusammenspiel der Allradkomponenten mit einer ausgeklügelten Betriebsstrategie und einer perfekt auf das Auto abgestimmten Momentenverteilung. Der optimierte Allradantrieb schaltet sich nur zu, wenn er benötigt wird. Gleichzeitig lässt er bei Traktion und Fahrdynamik keinen Unterschied zu permanenten Systemen spüren.

Fährt das Auto mit moderater Gangart, nutzt der quattro mit ultra-Technologie alle Vorteile des Frontantriebs. Der Allradantrieb bleibt jedoch permanent verfügbar und steht sofort bereit, wenn er benötigt wird. Die Steuerung des quattro-Antriebsstrangs ist rundum vernetzt. Sie erfasst und bewertet im Takt von zehn Millisekunden Daten wie den Lenkwinkel, die Quer- und Längsbeschleunigung sowie das Motormoment.

Das Zuschalten des Allradantriebs erfolgt in der Regel prädiktiv, also vorausschauend. Hierzu ermittelt das Steuergerät beispielsweise bei schneller Kurvenfahrt den Punkt, an dem das kurveninnere Vorderrad die Haftgrenze erreichen wird. Dabei rechnet es etwa eine halbe Sekunde voraus. Kurz bevor das Rad die errechnete Haftgrenze erreicht, wird der Allradantrieb aktiviert. Beim reaktiven Zuschalten, das in der Praxis selten vorkommt, reagiert das System auf plötzliche Reibwertveränderungen. Sie treten beispielsweise auf, wenn die Räder von trockenem Asphalt auf eine Eisplatte geraten. Durch die sehr kurzen Zuschaltzeiten ist selbst in diesen Extremsituationen die volle quattro-Performance gewährleistet.

Im Vergleich zum Wettbewerb erzielt der quattro mit ultra-Technologie durch das Konzept der beiden Kupplungen im Antriebsstrang einen entscheidenden Effizienzgewinn. Wenn das System in den Frontantrieb wechselt, koppelt die vordere, eine Lamellenkupplung am Ausgang des Getriebes, die Kardanwelle ab. Im Hinterachsgetriebe öffnet zugleich eine Trennkupplung. Sie legt die rotierenden Bauteile still, die hier die meisten Schleppverluste verursachen, etwa das im Ölbad laufende Tellerrad. Trotz der Zusatzkomponenten ist der quattro mit ultra-Technologie fast vier Kilogramm leichter als das bisherige System.

Der quattro mit ultra-Technologie ist für zahlreiche Modelle von Audi mit längs eingebautem Frontmotor konzipiert. Das System kommt in Kombination mit manuellem Getriebe oder dem Doppelkupplungsgetriebe S tronic bis 500 Newtonmeter Drehmoment zum Einsatz.

Mit der Einführung der TFSI-Technologie entwickelte sich das Downsizing – die Reduzierung des Hubvolumens bei gleichzeitiger Erhöhung der Leistungsdichte – zum Mainstream in der Motorenentwicklung. Damit konnten beachtliche Verbrauchseinsparungen erzielt werden. Rightsizing führt das konventionelle Downsizing fort, indem durch die Auslegung des Brennverfahrens und die Wahl des Hubvolumens zusätzliche Verbrauchsvorteile im volllastnahen Bereich ermöglicht werden. Dafür kommen innovative Technologien zum Einsatz wie das Audi valvelift system (AVS), der in den Zylinderkopf integrierte Abgaskrümmer und der Turbolader mit elektrischem Wastegate-Steller. Sie ermöglichen es, die Motoren so auszulegen, dass Hubraum, Leistung, Drehmoment und Verbrauch für die geforderten Einsatzbedingungen optimal zueinander passen. Auch das System cylinder on demand (COD) ist ein Beispiel dafür. Es legt im Teillastbereich die Hälfte der Zylinder still. Diese Lösung ist eine Variante der Rightsizing-Strategie. Ihr Ziel ist es, den Hubraum und die Aufladung ins jeweils richtige Verhältnis zu bringen.

Das B-Zyklus-Brennverfahren ist eine Effizienztechnologie für die Ottomotoren von Audi. Es ist speziell für den Teillastbereich ausgelegt, die weit überwiegende Betriebsart. Im Kern ist das Verfahren mit dem so genannten Miller-Zyklus vergleichbar. Audi hat es jedoch entscheidend weiterentwickelt – um eine erhöhte Verdichtung, um die Turboaufladung und um das Audi valvelift system (AVS). Das Ergebnis: Bei moderater Gangart erleben Fahrerinnen und Fahrer die Verbrauchsvorteile eines kleinvolumigen Aggregats. Bei sportlicher Fahrweise profitiert er/sie von der Dynamik eines großen Motors.

Das B-Zyklus-Brennverfahren ist bei drei TFSI-Aggregaten im Einsatz: bei einer Variante des 2.0 TFSI, beim 3.0 TFSI-V6 sowie beim 2.9 TFSI-V6 mit seiner Biturbo-Aufladung. Der Kern des Brennverfahrens ist eine ungewöhnlich kurze Öffnungsdauer beim Ansaugen in der Teillast. Die Einlassventile des V6 TFSI schließen schon bei 130 Grad Kurbelwinkel – deutlich bevor der Kolben den Unteren Totpunkt (UT) erreicht. Dadurch – und durch einen erhöhten Druck im Saugrohr – sinken die Drosselverluste. Die angesaugte Frischgasmenge bleibt vergleichsweise klein; wenn der Kolben nach dem UT wieder hochfährt, beginnt die Kompressionsphase entsprechend spät. Das erlaubt ein hohes geometrisches Verdichtungsverhältnis von 11,2:1 beim 3.0 TFSI – die Verbrennung findet in einem relativ kleinen Brennraumvolumen statt. Im Vergleich zur kurzen Kompressionsphase ist die Expansionsphase deutlich verlängert. Das Resultat ist eine höhere abgegebene Motorarbeit bei gleichem Kraftstoffverbrauch, also ein signifikanter Anstieg des Wirkungsgrads.

Beim klassischen Miller-Zyklus bringt die verringerte Zylinderfüllung Einbußen an Drehmoment und Leistung mit sich. Audi neutralisiert sie durch die Turboaufladung und das zweistufig schaltende Audi valvelift system (AVS). Bei höherer Last und Drehzahl schließt das AVS des V6 TFSI die Einlassventile später – die Öffnungsdauer verlängert sich auf 180 Grad Kurbelwinkel beim 3.0 TFSI und 200 Grad beim 2.9 TFSI. Zugleich wächst der Ventilhub von 6,0 auf 10 Millimeter. Die Zylinderfüllung nimmt erheblich zu – der Motor dreht kraftvoll hoch und liefert satte Leistung.

Bei den V6-Motoren bildet die zentrale Lage des Injektors im Brennraum einen wichtigen Bestandteil des B-Zyklus-Brennverfahrens: Sie ermöglicht im Bereich der Einlassventile eine Geometrie, die im Zusammenspiel mit den Einlasskanälen die Gasladung gezielt verwirbeln lässt und damit die Verbrennung optimiert.

Das Audi valvelift system (AVS) ist eine Technologie zur variablen Ventilsteuerung. Audi setzt es je nach Motor zu unterschiedlichen Zwecken ein, das Arbeitsprinzip ist jedoch in allen Fällen gleich: Auf den Nockenwellen sitzen Hülsen, die Nockenprofile mit unterschiedlichen Konturen tragen. Elektromagnetisch betätigte Pins verschieben die Hülsen um einige Millimeter. Je nach Position der Hülse öffnet entweder der flache oder der hohe Nocken das Ventil.

Beim 3.0 TFSI, beim 2.9 TFSI und beim 2.0 TFSI mit 140 kW (190 PS) wirkt das AVS auf die Einlassventile. Es schaltet ihren Hub und die Öffnungsdauer je nach Last und Drehzahl in zwei Stufen um und steuert so die Menge der angesaugten Luft. In der Teillast sind Hub und Öffnungsdauer relativ gering. Die Drosselklappe kann weit geöffnet bleiben, Drosselverluste entfallen weitgehend. Bei höherer Last sorgt das AVS für größeren Hub und späteres Schließen. Die Füllung wächst, der Motor kann frei atmen und erzielt mehr Leistung und Drehmoment.

Bei einigen Vierzylinder-Ottomotoren und beim 2.5 TFSI mit seinen fünf Zylindern variiert das AVS den Hub der Auslassventile. Damit verringert es die Spülverluste im Brennraum und ermöglicht speziell im unteren Drehzahlbereich die optimale Anströmung des Turboladers mit Abgas. Die Folgen sind ein dynamisches Ansprechverhalten und ein Zuwachs an Drehmoment.

Beim 1.4 TFSI dient das System dazu, bei moderater Gangart die Hälfte der Zylinder stillzulegen (cylinder on demand, COD).

Der 4.0 TDI präsentiert eine weitere Variante der Technologie – hier managt das Audi valvelift system die beiden Turbolader, die nach dem Registerprinzip geschaltet sind. Die Abgase, die jeder Zylinder aus seinen beiden Auslassventilen entlässt, strömen durch separate Kanäle; jedes Kanalsystem speist einen der beiden Turbolader. Bei niedriger Last und Drehzahl hält das AVS ein Ventil geschlossen, so dass der volle Abgasstrom auf den so genannten Aktivlader gelangt. Bei steigender Drehzahl öffnet es das zweite Auslassventil und schaltet dadurch den zweiten Lader zu. Weitere AVS-Einheiten sitzen an den Einlassnockenwellen, sie dienen der bedarfsgerechten Füllung der Brennräume.