Vom optimierten Klimasystem über Erdgas und Ethanol bis zum Vollhybrid

Interessieren sich die Käufer von Premiumautos überhaupt für den Spritverbrauch ihrer Autos? Wer sich ein Oberklassefahrzeug wie den A8 oder den Q7 kauft, hat wohl auch das Kleingeld für die Tankstelle. Prestige ist in diesem Segment zugkräftiger. Aber gerade hierfür wird die Umweltfreundlichkeit immer wichtiger. Denn als Fahrer eines Stinkers gilt niemand gerne. Deshalb widmet sich Audi sehr wohl dem Umweltthema und hat uns nun auf dem Testgelände in Neustadt seine Strategie präsentiert.

Nur 23 Prozent der Energie für Vortrieb
Bereits auf dem Markt sind drei besonders sparsame e-Modelle: der A3 1.9 TDI e, der A4 1.9 TDI e und der A4 2.0 TFSI. In Zukunft soll es in allen Kernbaureihen ein e-Modell geben. Bei der Konzeption dieser Spritsparer geht Audi von der Tatsache aus, dass nur etwa 23 Prozent der im Kraftstoff enthaltenen Energie in Vortrieb umgesetzt werden kann. 31 Prozent gehen auch bei idealer Energieumwandlung im Motor verloren, 19 Prozent schluckt der Antriebsstrang durch Reibung bei Getriebe, Lenkung, Reifen und dergleichen. Weitere acht Prozent beanspruchen die Elektrik, das Gebläse und die Klimatisierung für sich. Es reicht also nicht aus, auf sparsame Motoren zu achten, denn diese bestimmen den Verbrauch nur zur Hälfte. Auch die übrigen Komponenten müssen optimiert werden.

e-Modelle etwa zehn Prozent sparsamer
Bei den e-Modellen hat Audi dies berücksichtigt. So wurde nicht nur die Motorsteuerung verbessert, sondern eben auch das Drumherum: Das Schaltgetriebe bekam einen zusätzlichen Gang, und die Gänge wurden länger übersetzt. Eine Motorhaube aus Alu, Leichtlaufreifen, Aerodynamikmaßnahmen und eine Schaltpunktanzeige kommen hinzu. Ergebnis: Der A3 1.9 TDI e mit einem 105 PS starken Diesel verbraucht mit 4,5 Liter etwa zehn Prozent weniger als das Basismodell. Dass es auch noch sparsamer geht, zeigt BMW beim 1er. Das Einstiegsmodell 118d verbraucht zwar nicht weniger, sondern exakt gleich viel, ist aber mit 143 PS deutlich stärker.

Rekuperation und Start-Stopp-Automatik
Geschafft hat BMW dies mit weiteren Maßnahmen wie Start-Stopp-Automatik, Bremsenergierückgewinnung (Rekuperation) und mehr – Maßnahmen, die man unter dem Stichwort Hybridisierung zusammenfasst. Audi will in Zukunft auch in diese Richtung gehen. Für die Rekuperation denkt Audi an so genannte Supercaps. Dabei handelt es sich nicht um eine Batterie, sondern um Hochleistungs-Kondensatoren. Vorteil: Sie können besonders schnell geladen werden und geben ihre Ladung auch sehr schnell wieder ab. Dadurch eignen sie sich besonders gut für sportliche Fahrzeuge. Die Supercaps könnten auch den Energiebedarf des Bordnetzes im Stand decken. Zum Beispiel an der Ampel könnte dann der Verbrennungsmotor durch eine Start-Stopp-Automatik abgeschaltet werden. Beim A5 2.0 TFSI und A6 2.7 TDI würden Rekuperation und Start-Stopp-System zusammen den Verbrauch um etwa 0,4 Liter auf 100 Kilometer senken, so Audi.

Schon ab 2008: Q7 3.6 FSI Hybrid
Von der Hybridisierung zum richtigen Hybrid ist es nur noch ein Schritt. Audi kooperiert bei der Entwicklung mit Porsche und VW. Während Porsche den Cayenne Hybrid noch etwas nebulös für das Ende des Jahrzehnts ankündigt, will Audi den Hybrid-Q7 schon Ende 2008 auf den Markt bringen. Der 3.6 FSI Hybrid wird einen 3,6-Liter-V6-Benziner mit 280 PS haben. Dazu kommt ein Elektromotor. Der Hybrid-Audi soll mit höchstens 9,8 Liter Kraftstoff auf 100 Kilometer auskommen, während das Basismodell laut Hersteller 12,9 Liter braucht. Porsche gibt einen Zielverbrauch von 8,9 Liter an, kann aber derzeit auch nur 9,8 Liter verwirklichen. Immerhin: Auch mit dem heute realisierbaren Verbrauch beträgt die Spritersparnis schon etwa ein Viertel.

Weniger Stickoxide bei Dieseln
Keinen Vorteil in puncto Verbrauch, dafür aber niedrigere Stickoxid-Emissionen verspricht sich Audi vom TDI mit Ultra Low Emission System. Dabei handelt es sich um das ursprünglich zusammen mit VW und Mercedes promotete Bluetec-Verfahren. Dieses Schlagwort ist bei Audi allerdings inzwischen verpönt – wohl vor allem aus firmenstrategischen Überlegungen, doch auch weil das Wort Bluetec für zwei verschiedene Techniken zur Reduktion der NOx-Emissionen stand. Audi will zunächst nur das aufwendigere einsetzen. Dieses ,Ultra Low Emission System" besteht aus einer Adblue-Einspritzung mit einem SCR-Katalysator. Das Kürzel steht für Selective Catalytic Reduction. Adblue ist eine wässrige Harnstofflösung, die im Abgaskanal zu Ammoniak zerfällt. Diese Stickstoffverbindung reagiert im folgenden Katalysator mit dem Stickoxid des Abgases zu unschädlichem Stickstoff und Wasser.

Weniger wirksames Speicherkat-System
Die andere Methode setzt Mercedes etwa beim neuen E300 Bluetec ein. Dabei werden ein DeNOx-Speicherkatalysator und ein SCR-Katalysator kombiniert. Hier wird kein Harnstoff eingespritzt. Doch bildet sich im Speicherkatalysator durch die Wirkung von unverbrannten Kohlenwasserstoffen in geringem Umfang Ammoniak aus NOx. Und dieses Ammoniak reduziert dann wie im Audi-System die Stickoxide. Während das Speicherkat-System die Stickoxide nur um bis zu 60 Prozent verringert, senkt das System mit Adblue-Einspritzung die Schadstoffbelastung um bis zu 80 Prozent. Das wirkungsvollere System ist also das von Audi favorisierte mit der Adblue-Einspritzung.

Schwierige Unterbringung der Adblue-Tanks
Ein Nachteil ist, dass die Additiv-Tanks nicht leicht unterzubringen sind. VW stellte auf dem Genfer Autosalon einen Touareg vor, der den Tank in der Reserveradmulde hatte. Audi akzeptiert den dadurch nötigen Verzicht auf ein Ersatzrad nicht. Man hat stattdessen den Q7 und A5 so umgebaut, dass es auch ohne Einschränkung des Nutzwerts geht. Beim Q7 3.0 TDI hat man die 23 Liter Adblue auf zwei Tanks aufgeteilt. Der eine sitzt in der Nähe der Tankklappe, der andere weiter unten am Boden. Das dosierte Adblue kommt immer aus dem oberen, der auch beheizt wird – denn sonst würde die Mischung bei Temperaturen unter elf Grad einfrieren. Die Adblue-Lösung wird bei der regelmäßigen Wartung über einen Stutzen unter der Tankklappe eingefüllt. Die gerade nötige Adblue-Menge wird über zwei Sensoren geregelt, die den Stickoxidgehalt im Roh- und im Reingas messen. In einem Versuchsfahrzeug konnten wir uns anhand der Sensorenwerte überzeugen, dass das System bereits funktioniert. Es soll 2008 in Serie gehen.

Sogar Euro 6 wird eingehalten
Zum Audi-System gehören neben der Abgasreinigung auch noch eine Einspritzung mit höherem Druck (2.000 bar), eine verbesserte Abgasrückführung und eine optimierte Turboaufladung. Insgesamt lassen sich mit dem Ultra Low Emission System nicht nur die Euro-5-Grenzwerte einhalten, sondern sogar die strengen amerikanischen Bin-5-Grenzwerte, und wohl auch die erst ab 2014 geltenden Euro-6-Limits. Audi plant also weit voraus.

Aufladung und Direkteinspritzung
Sehen wir uns nun an, wie Audi die Benziner umweltfreundlicher macht. Hier setzen die Ingolstädter auf ihre Direkteinspritzer (FSI) und Turbo-Direkteinspritzer (TFSI). Die Direkteinspritzung spart Sprit, da die Gemischbildung direkt im Brennraum der angesaugten Frischluft Wärme entzieht. Damit ergibt sich durch geringere Temperatur eine höhere Gemischdichte und gleichzeitig eine niedrigere Klopfneigung. Es ergeben sich wirkungsgradgünstigere Zündzeitpunkte. Im Ergebnis ist eine höhere Verdichtung möglich, was wiederum die Effizienz verbessert. Auch die Aufladung trägt zum Spritsparen bei, denn gegenüber V6-Saugmotoren ist ein aufgeladener Vierzylinder etwa zehn bis 15 Prozent sparsamer.

AVS für weniger Drosselverluste
Bei den Sechs- und Achtzylindern nutzen die Ingolstädter unter anderem die verbrauchsmindernde Wirkung des Audi Valvelift System (AVS), wie sie der A5 3.2 FSI besitzt. Dabei werden die Ventilhubkurven bei Voll- und Teillast umgeschaltet, oder einfacher ausgedrückt: Die Ventile öffnen sich bei Teillast nicht so weit wie bei Volllast. Das sorgt bei Teillast für geringere Verluste an der Drosselklappe, weil die Laststeuerung nun über die Ventilhubumschaltung erfolgt. Während beispielsweise BMW bei der Ventilsteuerung auf eine recht komplexe Technik setzt, macht Audi es einfach. Hier gibt es auf den Einlassnockenwellen zwei unterschiedliche Profile – eines für kleine und eines für große Ventilhübe. Zwischen diesen wird innerhalb von nur zwei Kurbelwellenumdrehungen umgeschaltet.

Optimierte Ölpumpe und mehr
Eine weitere Besonderheit ist die Ölpumpe. Sie arbeitet bedarfsgerechter, da es zwei Betriebszustände gibt. Im Teillastbereich fördert sie nur wenig Öl. Erst ab einer Motordrehzahl von 4.600 U/min – und dementsprechend höherem Ölbedarf – erzeugt sie höheren Öldruck. Auch Maßnahmen wie die verkleinerte Wasserpumpe lassen die Reibungsverluste um etwa 25 Prozent sinken. Das ergibt eine Einsparung von fünf Prozent Sprit. Außerdem hat der A5 einen optimierten Kältekreislauf. Eine Klimaanlage kann bei 35 Grad Außentemperatur und einer Fahrgeschwindigkeit von 30 km/h gut und gern einen ganzen Liter Sprit auf 100 Kilometer brauchen. Zum einen muss der Verdichter vom Motor angetrieben werden, was diesen belastet. Zum anderen muss Luft durch den Kondensator gefördert werden.

Neues Klimasystem spart 0,2 Liter
Das neue Klimasystem besteht aus einem Kondensator, der in jedem Betriebspunkt die maximal mögliche Kondensationsfläche nutzt. Der neue Verdichter ist kleiner dimensioniert als üblich und besitzt einen um fünf Prozent höheren Wirkungsgrad. Außerdem gibt es einen neuartigen Wärmetauscher. Insgesamt sinkt der Mehrverbrauch der Klimaanlage um 0,2 Liter auf 100 Kilometer. Im Endeffekt braucht der A5 3.2 FSI mit seinen 265 PS und dem serienmäßigen Multitronic-Getriebe laut Audi 8,7 Liter Benzin auf 100 Kilometer. Das ist kein schlechter Wert, doch das etwa gleich starke BMW 330i Coupé Steptronic braucht nur 7,2 Liter. Ein weiteres Aggregat, das Audi hervorhebt, ist der 1.8 TFSI mit 160 PS, der im A3 7,2 Liter Sprit auf 100 Kilometer braucht. Auch hier ist die Konkurrenz aus München sparsamer: Der 120i mit 170 PS braucht laut Hersteller nur 6,4 Liter.

Assistent hilft beim Spritsparen
Um den Verbrauch weiter zu senken, setzt Audi auf ein Energiemanagement-Konzept. Eine besondere Rolle spielen die Entscheidungen und Gewohnheiten des Fahrers selbst. Die richtige Wahl der Gänge kann den Verbrauch um 30 Prozent senken, so Audi. Deshalb wollen die Ingolstädter die Schaltempfehlungen – die bei den e-Modellen bereits verwirklicht ist – zu einem Fahrer-Assistenzsystem ausbauen. Wir konnten uns in einem Prototypen bereits ansehen, wie das funktionieren könnte. Das System zeigt unter anderem die Momentanverbräuche der Zusatzaggregate an – wie Klimaanlage, Gebläse, Fahrlicht und so weiter. Und wenn man in das Navigationssystem zum Beispiel das Ziel Berlin eingibt, wird ab 80 km/h laufend angezeigt, wie viel Zeit oder Sprit man sparen würde, wenn man schneller beziehungsweise langsamer fahren würde. Außerdem kann das Navi der Zukunft nicht nur die schnellste und kürzeste Route, sondern auch die mit dem geringsten CO2-Ausstoß berechnen. Dazu sind allerdings digitale Karten mit Informationen über Steigungen und Ampeln nötig, die derzeit noch nicht angeboten werden. Ob dergleichen Zusatzanzeigen den Fahrer nicht ablenken, müssen weitere Tests zeigen. Um den Fahrer möglichst intuitiv zu informieren, wurde eine weitere Anzeige entwickelt, das ,Glow-System". Es zeigt einen Ball, der bei effizienter Fahrweise grün, bei weniger sparsamer gelb und bei unbedachtem Stil rot wird. Je nach Stellung des Gaspedals wird der Ball außerdem kleiner oder größer.

Erdgas-Turbo T-CNG
Ein weiterer Ansatzpunkt für höhere Umweltfreundlichkeit ist der verwendete Kraftstoff. Eine Möglichkeit, die CO2-Emission zu verringern, besteht in der Verwendung von Erdgas (Compressed Natural Gas, CNG). Da Erdgas hauptsächlich aus Methan (CH4) besteht, ist der Kohlenstoffgehalt geringer und der Wasserstoffgehalt höher als bei Benzin. Deshalb entsteht hier verglichen mit Benzin mehr Wasser und etwa 20 Prozent weniger CO2. Mit der Verwendung von Biogas verbessert sich die Kohlendioxidbilanz weiter. Ein Nachteil ist jedoch die geringe Energiedichte und die dadurch gegebene kleine Reichweite. Den größten Aktionsradius haben noch Vans wie der Opel Zafira CNG, der mit Erdgas immerhin 380 Kilometer schafft.

420 Kilometer CNG-Reichweite
Audi wollte diesen Wert mit einem Coupé überbieten. Mit viel Bastelarbeit hat man es geschafft: Der A5 T-CNG hat eine Erdgas-Reichweite von 420 Kilometer. Das Gasvolumen von insgesamt 130 Liter wurde auf vier zylinderförmige Tanks aufgeteilt, die sich um die Hinterachse gruppieren. Dazu kommt ein Reserve-Benzintank mit 14 Liter Volumen, der für 180 Kilometer Reichweite gut ist. Das Auto, das wir bereits fahren konnten, besitzt einen Turbomotor, der auf dem 1.8 TFSI basiert. Der Hubraum wurde jedoch auf zwei Liter erhöht. Für das hochoktanige Erdgas wäre ein Verdichtungsverhältnis von 12 zu 1 am besten. Die optimale Verdichtung für einen aufgeladenen Saugrohreinspritzer liegt bei nur 9 zu 1. Der von Audi verwendete Direkteinspritzer dagegen kann im Gasbetrieb bei einem Verdichtungsverhältnis von 12 zu 1 betrieben werden.

Hohe Effizienz durch hohe Verdichtung
Sowohl mit Erdgas wie mit Benzin wird eine Leistung von 163 PS erreicht. Das Drehmoment ist mit 260 sogar zehn Newtonmeter höher als beim 1.8 TFSI. Das hört sich alles sehr gut an. Doch reicht die Tankstellendichte nach Ansicht von Audi derzeit noch nicht für eine Markteinführung aus – vor allem nicht für die Fahrer der Ingolstädter Marke, die häufig auf der Autobahn unterwegs sind. Frühestens in zwei bis drei Jahren kann man sich aber die Einführung eines Erdgasfahrzeugs vorstellen.

2.0 TFSI für Bioethanol-Betrieb
Eine weitere Möglichkeit ist Bioethanol. So hat Audi einen 2.0 TFSI mit 180 PS entwickelt, der sich auch mit diesem Kraftstoff betreiben lässt. Anders als zum Beispiel Saab nutzt Audi die höhere Oktanzahl des Alternativsprits nicht für mehr Leistung, sondern für mehr Reichweite. Denn Ethanol besitzt einen geringeren Energieinhalt als Benzin, was bei gleich bleibendem Tankvolumen zu einem eingeschränkten Aktionsradius führen würde. Weiterer Unterschied zu Saab: Die Schweden empfehlen für sehr niedrige Temperaturen einen so genannten Blockheater. Das Fahrzeug wird dabei über mehrere Stunden an die Steckdose angeschlossen, um den Motorblock zu erwärmen und so das Einfrieren der Ethanol-Wasser-Mischung zu verhindern. Audi hat dagegen ein System entwickelt, was die Kaltstartfähigkeit auch bei sehr niedrigen Temperaturen ohne Hilfsmittel sicherstellen soll. Es handelt sich um einen elektrischen Zuheizer, der aber nicht den ganzen Motorblock, sondern nur die kritischen Teile erwärmt. Genauere Angaben dazu machen die Ingolstädter derzeit noch nicht.

Bessere Biokraftstoffe
Bioethanol wird derzeit in Europa hauptsächlich aus Nahrungsmitteln wie Weizen oder Zuckerrüben hergestellt und ist deshalb in die Kritik geraten. Audi präferiert deshalb die Herstellung aus sonst kaum verwertbaren Reststoffen wie Stroh. Der Hersteller hat dabei das Verfahren der Firma Iogen im kanadischen Ottawa im Auge. Stroh enthält etwa 32 Prozent Glucose, die durch Enzyme freigesetzt und fermentiert werden kann. Bei der Destillation entstehen so aus einer Tonne Stroh etwa 320 Liter Ethanol. Eine weitere Möglichkeit ist Sun Diesel, ein Treibstoff, den die Firma Choren im sächsischen Freiberg herstellt. Dafür wird Holz, Stroh oder Getreide einer Niedrigtemperaturvergasung zugeführt. Dabei entsteht Synthesegas, eine Mischung aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid. Daraus werden durch das seit den 20er-Jahren bekannte Fischer-Tropsch-Verfahren Kohlenwasserstoffe erzeugt, die man als Kraftstoff einsetzen kann. Ebenfalls die Fischer-Tropsch-Synthese steht bei der Erzeugung von synthetischen Kraftstoffen aus Gas (Gas to Liquid, GTL) oder Kohle (Coal to Liquid, CTL) im Mittelpunkt. Schließlich ist auch Wasserstoff ein viel versprechender Treibstoff. Doch bis Brennstoffzellen-Serienautos mit diesem Sprit fahren werden, dürften nach Ansicht von Audi noch mehr als 20 Jahre vergehen.

Fazit: Von allem ein bisschen
Audi arbeitet auf vielen Gebieten an umweltfreundlicheren Modellen: von der umweltfreundlicheren Klimaanlage über Bioethanol, Erdgas und synthetische Kraftstoffe bis hin zu Hybridisierung und Hybrid. Doch die beeindruckende Vielzahl der vorgestellten Verbesserungen erzeugt auch ein wenig den Eindruck von Richtungslosigkeit: Man weiß noch nicht so recht, wohin der Hase bei zukünftigen Antrieben läuft. Das einzig Reale, was man bei Audi heute schon kaufen kann, sind die erwähnten drei e-Modelle, und auch die hinken in puncto Verbrauch den vergleichbaren BMW-Modellen hinterher. Wenn Audi demnächst einen TDI mit Ultra Low Emission System und dementsprechend niedrigen Stickoxid-Werten herausbringt, könnte sich das Blatt wenden. Oder wenn die Ingolstädter Ende 2008 als erster deutscher Hersteller ein Serien-Hybridauto marktfähig haben – wenn nur die Konkurrenz nicht noch kurz vor der Ziellinie überholt.

Ein bisschen von allem