Die Zeit wird knapp. 2016 wird der CO₂-Ausstoß bei Audi, BMW und Mercedes im Schnitt bei 125 g/km liegen. Bis 2021 müssen die Autohersteller ihre Flottenemissionen jedes Jahr um fünf g/km senken - schneller als jemals zuvor. "Jedes Gramm CO₂, das wir über alle Marken hinweg sparen, kostet den Volkswagen-Konzern 100 Millionen Euro. Und der Aufwand wird größer", klagt Heinz-Jakob Neußer, Leiter der Konzern Aggregate-Entwicklung. Die Premiummarken setzen auf teure Plug-in-Hybride, doch deren Markterfolg ist ungewiss. Bleibt nur, den Benziner mit aller Kraft weiterzuentwickeln.
Vorläufiger Höhepunkt der motorischen Evolution ist eine Proll-Karre mit fiesem Heckflügel und 441 kW (600 PS): Der Audi TT Clubsport Turbo bläst nicht nur die Karosserie, sondern auch den Motor auf. "Sein elektrischer Biturbo erhöht Spurtstärke wie Durchzug und ermöglicht hohe Maximalleistung", erklärt Audi-Entwicklungsvorstand Ulrich Hackenberg. "Bei unseren TDI-Aggregaten stehen wir mit dieser Technik kurz vor dem Serieneinsatz. Jetzt präsentieren wir sie in einem TFSI - auch hier als erster Automobilhersteller weltweit. Für unsere Fans am Wörthersee haben wir den elektrischen Biturbo in ein besonders sportliches Showcar verpackt." Was Hackenberg nicht sagt: Bei der Tuning-Sünde geht es nicht nur um künftige RS-Modelle und den Ampelstart mit wimmernden Reifen. Viel wichtiger als die Dragster-Zeit von 3,6 Sekunden für den Spurt von null auf 100 km/h ist ein innovatives Auflade- und Brennverfahren für die Masse der Audi-Benziner.
Schluss mit Downsizing
Das Bild wird klarer, wenn man das GTI-Treffen am Wörthersee im österreichischen Gesamtkontext sieht: "Der Verbrennungsmotor wird noch mindestens weitere zwanzig Jahre die Basis für Fahrzeugantriebe bleiben, aber ohne Elektrifizierung geht in Zukunft nichts mehr", erklärte Tagungsleiter Ulrich Lenz vorige Woche auf dem 36. Internationalen Wiener Motorensymposium. Während 100 kW starke Dieselmodelle bereits in der Mittelklasse zweistellige CO₂-Werte pro Kilometer liefern, suchen die Benziner noch Anschluss an den Effizienz-Champion. Die entscheidende Frage ist, ob sie dafür mit 48 Volt milde hybridisiert werden müssen. Oder nutzt man das verstärkte Bordnetz nicht besser, um den Turbo unter Strom zu setzen, den Ansaugvorgang zu entdrosseln und die Glut im Brennraum intelligent zu verdünnen?
Der große Vorteil eines elektrisch angetriebenen Verdichters: Er dreht ansatzlos auf Maximaldrehzahl, wenn der konventionelle Abgasturbolader bei Teillast erst noch auf Touren kommen muss. Denkt man sich den zweiten, herkömmlichen Lader aus dem 2,5-Liter-Fünfzylinder weg und kappt einen Zylinder aus der Wörthersee-Studie, dann ist man mit Motorleistungen bis zu 200 kW beim Gros der Benziner. In diesem Bereich spielt auch der weiterentwickelte 2.0 TFSI Motor, den die Ingolstädter gerade auf dem Wiener Motorensymposium vorgestellt haben. Im neuen Audi A4 soll der Vierzylinder zehn bis zwölf g/km CO₂ gegenüber dem bisherigen 1.8 TFSI sparen. Aber damit ist sein Potenzial noch lange nicht ausgeschöpft.
Sechs Prozent weniger Sprit
Ähnlich wie bei der vollvariablen BMW Valvetronic setzt Audi erstmals ein zweistufiges Valvelift System auf der Einlassseite ein. Die Zylinderfüllung wird dabei direkt durch die Öffnungszeit der Einlassventile gesteuert. Das vermeidet Drosselverluste im Ansaugstrang. Außerdem profitiert das neue Audi-Brennverfahren von einem höheren Verdichtungsverhältnis (11.7 statt 9.6 im 1.8 TFSI), was einen höheren Wirkungsgrad zur Folge hat. Der größte Vorteil liegt aber in der deutlich verkürzten Ansaugphase: Durch das frühe Schließen der Einlassventile vor dem unteren Totpunkt sinkt der Mitteldruck im Motor. Das verringert im anschließenden Verdichtungstakt nicht nur die Klopfneigung, sondern spart vor allem Kompressionsarbeit. Ähnlich wie beim Atkinson-Zyklus von Toyota beginnt die Gemischbildung bereits vor den Einlassventilen durch einen zweiten Injektor. Im Gegensatz zu den meisten Toyota-Saugern wird der Motor aber auch richtig Spaß machen. Unterm Strich soll das weiterentwickelte Miller-Brennverfahren von Audi sechs Prozent weniger Sprit verbrauchen als die BMW-Motoren mit Valvetronic und zentraler Injektorlage.
Auffällig ist, dass der neue Audi-Vierzylinder rund zehn Prozent mehr Hubraum als der 1.8 TFSI braucht, um 140 kW (190 PS) zu erreichen. Das Problem ist von bisherigen Miller-Motoren ebenso bekannt wie die eklatante Anfahrschwäche. Die Kunst der Audi-Ingenieure und vor allem von Ralf Budack, nach dem der Zyklus intern benannt wird, bestand also darin, dem Kostverächter unter der Motorhaube immer genügend Luft einzuhauchen. Das gelingt beim neuen 2.0 TFSI trotz der kurzen Einlassphase schon recht gut: Das Drehmoment von 320 Nm steht über den großen Drehzahlbereich von 1450 bis 4400/min zur Verfügung.
Richtig zur Sache geht es aber erst mit der vierten TFSI-Generation, die den elektrischen Verdichter aus dem Audi TT Clubsport Turbo erhält. Bei leistungsschwächeren Varianten genügt dafür ein konventionelles Zwölf-Volt-Bordnetz mit verstärkter Batterie. Auch der Motoraufbau könnte sich ändern, um das Brennverfahren weiter zu optimieren. "Wir untersuchen die zentrale Injektorlage. Das ist bei einer Bohrung von 100 Millimeter wie bei Porsche einfach umzusetzen. Aber bei der Bohrung um die 75 mm wie bei VW konkurriert der zentrale Injektor mit der Zündkerze und den Ventilen um den Platz", sagt Friedrich Eichler, Leiter der VW-Aggregateentwicklung. "Die letzte Bastion ist die variable Kompression. Das werden wir vor 2020 sehen", fasst Eichler zusammen. "Die Botschaft ist ganz klar: Die Mechanik ist noch nicht ausgereizt." Für rund 800 Euro, die ein 48-Volt-System kostet, kann der gute alte Benziner seine innermotorische Evolution noch eine ganze Zeit lang fortsetzen.
Viel Masse, wenig Hirn: Was den Dinosauriern zum Verhängnis wurde, soll dem Audi Q7 E-tron nicht passieren. Allein die Leistungselektronik, die den Energiefluss des weltweit ersten Plug-in-Hybrid mit Sechszylinder-Diesel und Quattro-Antrieb steuert, besteht aus 3000 Teilen. Mit Taktzeiten von zehn Millisekunden reagiert der integrierte Rechner schneller als die Motorelektronik. Auch sonst bietet das Trumm von einem Geländewagen alles an Antriebstechnik, was derzeit gut und teuer ist: 275 kW (373 PS) Systemleistung, von null auf 100 km/h in 6,0 Sekunden und 1,7 Liter Verbrauch. Dank einer realitätsfernen Umrechnungsformel sind Plug-in-Hybride im Normzyklus viel sparsamer als Kleinwagen.
Selbst wenn man die Zwillingsantriebe ständig an die Ladeleine nimmt, gehören sie zu den teuersten Arten, Sprit zu sparen. BMW-Entwicklungsvorstand Klaus Fröhlich erwartet zwar "eine Kostenhalbierung bei den Plug-in-Hybridantrieben innerhalb der nächsten zehn Jahre - das ist das Mindeste!" Doch dann bleibt noch immer das Übergewicht: Für 56 Kilometer elektrische Reichweite schleppt der Q7 E-tron 450 Kilo zusätzlich mit sich herum. Am bleischweren Batterieballast hat sich im vergangenen Vierteljahrhundert also wenig geändert.
Mit der Politik ist nicht sicher zu planen
Auf der IAA 1989 präsentierten die Ingolstädter ihren ersten Plug-in-Hybriden und den ersten 2.5 TDI Fünfzylinder. Seither haben sich die Selbstzünder über sieben Millionen Mal verkauft, während die Stromer nach knapp hundert Stück 1998 wieder eingestellt wurden. Wie zu Ende der Achtzigerjahre gibt es auch heute (vornehmlich in China) Überlegungen, Innenstädte für Autos mit Verbrennungsmotoren zu sperren oder deren Zulassung zumindest zu erschweren. Doch mit der Politik ist nicht sicher zu planen. Um Entwicklungskosten zu sparen, werden die elektrischen Zusatzantriebe daher auf konventionelle Antriebsarchitekturen aufgepfropft. Dadurch wirken die Teilzeitstromer zukunftsweisend und anachronistisch zugleich.
Ein Beispiel dafür ist der 75-Liter-Tank des Audi Q7 E-tron Quattro, der angesichts des behaupteten Minimalverbrauchs nur überflüssigen Ballast bedeutet. Auch das Automatikgetriebe mit hydraulischem Drehmomentwandler ist in einem hoch elektrifizierten Antriebsstrang ungefähr so sinnvoll wie ein Paar Hosenträger zusätzlich zum Gürtel: Anfahren kann keiner besser als der Elektromotor. Selbst das Achtganggetriebe wäre verzichtbar, weil das zusätzliche Drehmoment der E-Maschine ein spritzehrendes Herunterschalten bei Last verhindern könnte.
"Bei starker Elektrifizierung werden daher zunehmend Getriebe mit reduzierter Gangzahl entwickelt", erklärte Peter Gutzmer, Entwicklungsvorstand des Zulieferers Schaeffler in Wien und forderte mehr Gesamtoptimierung im Antrieb: "Heute haben wir hochkomplexe Verbrenner und Zehnganggetriebe. Aber die Detailoptimierung hilft nicht mehr weiter." Tatsächlich will BMW die Achtgangautomatik in der nächsten Generation der Zwillingsantriebe durch einen gewichts- und leistungsoptimierten Sechsgänger ersetzen. Auch die Motoren sollen kleiner werden: Im BMW X5 eDrive genügt bereits ein Vierzylinder-Benziner für eine Systemleistung von 230 kW (315 PS). Künftig soll es ein Dreizylinder wie im BMW i8 richten. Der Benziner auf der Vorderachse spielt nur noch eine untergeordnete Rolle als Reichweitenverlängerer: Eine elektrisch angetriebene Hinterachse und große Batteriepakete im Kardantunnel für 80 Kilometer E-Radius sollen die meisten Fahrprofile abdecken. Dann müssen nur noch die Kunden bei diesem Verzicht auf Hubraum mitspielen.