Schon gefahren: Elektrischer Biturbo, iHEV und Dual-Mode-Hybrid von Audi

Die Zukunft des Autos mag im Elektroantrieb und im Brennstoffzellensystem liegen. Doch E-Fahrzeuge haben bislang noch eine zu geringe Reichweite und für die Brennstoffzellenwagen fehlen die Wasserstofftankstellen. Der Verbrennungsmotor wird uns deshalb noch für lange Zeit erhalten bleiben, so die Einschätzung von Audi. Der Verbrenner bekommt aber Unterstützung von elektrischen Systemen. Audi hat uns einige seiner Neuentwicklungen in diesem Bereich vorgestellt. Drei Prototypen konnten wir bereits fahren.

Elektrischer Biturbo
Wenn der Verbrenner erstmal bleibt, lohnt sich auch das Tüfteln daran. Selbst den stärksten Turbodiesel im Audi-Programm, die 313 PS starke Version des 3.0 TDI, kann man noch verbessern. Denn dieser doppelt aufgeladene Motor hat die Schwäche aller Turbolader: Die Lader arbeiten erst richtig, wenn genug Abgas da ist – so entsteht das berüchtigte Turboloch. Um schon bei kleinen Drehzahlen eine gute Aufladung zu erhalten, könnte der kleinere der beiden Verdichter statt durch das Abgas durch einen Elektromotor angetrieben werden. Audi hat bereits einen Prototypen gebaut, der auf dem A6 mit dem Serien-TDI basiert. Wie beim normalen 313-PS-Diesel sind beide Lader in Reihe geschaltet. Der elektrisch angetriebene arbeitet jedoch nur, wenn der Abgasstrom noch gering ist, ansonsten wird er per Bypass umgangen.

Frappanter Unterschied
Bei dem gefahrenen Prototypen kann der elektrische Verdichter ab- und zugeschaltet werden. Der Unterschied ist frappant: Beim Beschleunigen aus dem Stand ist man auf den ersten Metern wesentlich schneller, wenn der elektrische Verdichter eingeschaltet ist. Den Vorsprung nach drei Sekunden Fahrt mit dem elektrischen Biturbo gegenüber dem normalen A6 3.0 TDI gibt Audi mit zwei Wagenlängen an. Die Energie, die der Betrieb des zusätzlichen Elektromotors kostet, soll laut Audi durch Bremsenergierückgewinnung wieder hereinkommen, sodass kein Mehrverbrauch auftritt.

Schubabschaltung, Freilauf und Motorstopp
Während der elektrische Biturbo vor allem den Vortrieb verbessert, verringert eine zweite Audi-Idee den Spritbedarf, und zwar durch eine Freilauffunktion mit Motorstopp. Wenn man bei einem konventionellen Auto vom Gas geht, wird die Schubabschaltung aktiviert, das heißt: Die Kraftstoffzufuhr wird unterbrochen, der Motor verbraucht also keinen Sprit mehr. Allerdings wird der Verbrenner durch die Bewegungsenergie weiter gedreht, das Fahrzeug wird durch die Reibung abgebremst – die bekannte Motorbremse. In vielen Situationen ist es jedoch besser, zusätzlich zum Motorstopp auch noch den Antriebsstrang zu entkoppeln.

iHEV-System mit Freilauf und Motorstopp
Eine Freilauffunktion mit Motorstopp gibt es schon in den Hybridmodellen des Audi A6, A8 und Q5. Das so genannte iHEV-System ermöglicht das Gleiche bei konventionell angetriebenen Fahrzeugen. Doch auch hier ist Hybridisierung im Spiel, denn iHEV steht für intelligent hybrid electric vehicle. Audi baut dabei zusätzliche Komponenten ins Auto ein, vor allem eine 48-Volt-Elektromaschine und eine dazu passende Batterie. Mit konventioneller Zwölf-Volt-Technik könnte man den Motor ebenfalls stoppen und auch wieder starten, schließlich tut ein normales Start-Stopp-System, wie es in vielen Autos bereits eingebaut wird, nichts anderes.

Schwierige Change-of-Mind-Situationen
Doch in so genannten Change-of-Mind-Situationen sorgen solche Systeme oft für Frust. Ein Beispiel: Man fährt um die Ecke, sieht eine rote Ampel und geht vom Gas, der Motor schaltet sich ab. Doch im selben Moment schaltet die Ampel auf Gelb, man gibt also wieder Gas. Bei Start-Stopp-Systemen mit normalem Starter-Generator heißt es dann zuerst einmal warten, bis der Motor wieder läuft. Mit der 48-Volt-Elektromaschine des iHEV, die sich im Riementrieb befindet, geht es wesentlich schneller. Die damit gekoppelte, zusätzliche 48-Volt-Batterie versorgt auch das Bordnetz, wenn der Motor aus ist – so können die Klimaanlage und andere Verbraucher weiterlaufen. Zusatznutzen: Die stärkeren Elektrokomponenten ermöglichen auch eine wirkungsvollere Bremsenergierückgewinnung.

Motorstart? Nicht zu hören
Das iHEV-Einsparpotenzial gibt Audi mit etwa zehn Prozent an. Es ist bei voluminösen Motoren mit hohem Leerlaufverbrauch naturgemäß größer als bei einem kleinen Antrieb. Zur Erprobung hat Audi das System in einen A7 Sportback 3.0 TFSI eingebaut. Eine kurze Fahrt mit dem Auto zeigte: Ob der Motor an oder aus ist, merkt man bei mittleren Geschwindigkeiten um die 80 km/h gar nicht, die Reifengeräusche übertönen den Antrieb. Nur der Blick auf den Drehzahlmesser verrät, dass der Verbrenner Pause macht. Auch das Starten des Motors ist weder spür- noch hörbar. Ein Nachteil für den Fahrer durch diese Spritspartechnologie ist also nicht zu erkennen.

Prädiktiver Effizienzassistent
Das A und O bei Autos wie dem iHEV ist eine vorausschauende Fahrweise. Da Menschen nicht um Ecken gucken können, bietet sich die Unterstützung durch Navi-Daten an. Eine rote Ampel nach der nächsten Biege kann auch das beste Navi nicht erkennen, aber Tempolimits und bald auch Steigungen sowie Gefälle kennt der elektronische Helfer. Der prädiktive Effizienzassistent, den Audi derzeit entwickelt, soll diese Navidaten nutzen. Um zu vermeiden, dass der nicht Ortskundige vor der Kurve nochmal Gas gibt, wenn dahinter das nächste Tempo-50-Schild wartet, zeigt der Assistent dem Fahrer einen optischen Hinweis im Cockpitdisplay und rät, das sinnlose Gasgeben sein zu lassen. Solche Hinweise sind nicht nötig, wenn der Abstandstempomat aktiviert ist. Dieser baut das vorausschauende Wissen des Navis automatisch in die Gasregelung ein. Das Spritspar-Ergebnis durch den Assistenten beziffert Audi auf weitere zehn Prozent.

Dual-Mode-Hybrid mit Auflademöglichkeit
Das iHEV erhält zwar eine etwas stärkere Elektromaschine als ein normales Auto, aber ein Hybridauto im engeren Sinne ist das noch nicht. Solche hat Audi bereits im Programm, wie bereits erwähnt. Bei den Hybridversionen von A6, A8 und Q5 handelt es sich um so genannte Parallelhybride. Das heißt, Elektro- und Verbrennungsmotor können hier die Räder gleichzeitig antreiben. Einen weiteren Modus besitzt der so genannte Dual-Mode-Hybrid von Audi. Neben dem parallelen Modus gibt es hier auch noch einen seriellen, bei dem Verbrenner und E-Maschine in Reihe geschaltet sind. Die ersten Prototypen des A1 mit diesem Antrieb sind bereits in der Erprobung. Als Verbrennungsmotor dient ein Dreizylinder-Turbobenziner mit 1,5 Liter Hubraum. Es handelt sich im Prinzip um den bekannten 2.0 TFSI, dem man einen Zylinder weggenommen hat. Die Maschine bringt 130 PS und 200 Newtonmeter Drehmoment.

Ein Verbrenner, zwei E-Maschinen
Außerdem sind beim A1-Prototypen zwei Elektromaschinen an Bord, EM1 und EM2 genannt. Die erste, EM1 also, liefert 68 PS (50 kW) sowie 210 Newtonmeter und dient vor allem als Starter und Generator. EM2 ist mit 116 PS sowie 250 Newtonmeter etwas stärker und erfüllt Traktionsaufgaben. Hinzu kommt noch ein Einganggetriebe, das den Verbrennungsmotor mitsamt Generator über eine Klauenkupplung mit dem restlichen Antriebsstrang koppelt – oder bei Bedarf die Einheiten auch entkoppelt.

90 Kilometer rein elektrisch
Vom Start bis 55 km/h übernimmt alleine der Traktions-Elektromotor EM2 den Antrieb. Die Lithium-Ionen-Batterie unter den Rücksitzen speichert 17,4 Kilowattstunden und ermöglicht eine stattliche elektrische Reichweite von 90 Kilometern. Ist die Batterie leer, wird für kurze Zeit in den seriellen Betrieb gewechselt: Der Verbrenner springt an und lädt über die Elektromaschine den Akku wieder auf. Die elektrische Fahrt ist bis 130 km/h möglich. Ab 55 km/h kann sich aber auch der TFSI-Motor zuschalten – das wäre der parallele Modus. Jenseits von Tempo 130 erfolgt der Antrieb überwiegend durch den Verbrennungsmotor. Bei Bedarf kann ihn EM1 unterstützen, um die Systemleistung zu erhöhen oder den Verbrauch zu senken.

Sportliche 177 PS
Die Systemleistung des A1 Dual-Mode Hybrid beträgt 177 PS und 100 km/h sind in weniger als neun Sekunden erreicht. In der Praxis fühlt sich das durchaus sportlich an, wie auf der kurzen Ausfahrt zu spüren war. Den Normverbrauch gibt Audi mit etwa 1,0 Liter je 100 Kilometer an, wobei solche Angaben mit Vorsicht zu genießen sind. Denn bei dem A1 mit Dual-Mode-Hybrid handelt es sich um einen Plug-in-Hybrid, man kann das Auto also auch an der Steckdose aufladen. Und ein solches Fahrzeug verbraucht überhaupt keinen Sprit, wenn man ausschließlich elektrisch fährt. Wann der Dual-Mode-Hybrid kommt, sagt Audi noch nicht. Bei Markteinführung wird er wohl mit dem Opel Ampera konkurrieren. Bei der elektrischen Reichweite, dem Sprintvermögen und der Systemleistung liegt der Audi knapp vorne. Größer sind die Unterschiede in der Technik, denn der Ampera kann als serieller Hybrid angesehen werden, während dieser Modus bei Audi nur für kurze Strecken vorgesehen ist.

Elektro-Helfer bei Audi