Unter Leistungsdruck

Motoraufladung hat einen simplen Grund: Leistungssteigerung! Dazu stehen dem Ottomotor zwei Laderarten zur Verfügung: Der Abgasturbolader und der Kompressor genannte mechanische Lader.

Für die Ottomotoren, insbesondere die Drei-Liter-Variante des neuen A6, hat sich Audi für eine Kompressoraufladung entschieden. Die Motorvariante hört auf das Kürzel TFSI. Dabei handelt es sich um eine Kombination aus FSI (für Direkteinspritzung) und T (für Turbo). Neu ist, dass das große T nicht mehr nur für Turboaufladung durch Abgas, sondern für Aufladung im Allgemeinen steht – also auch für die mechanische Aufladung durch den so genannten Kompressor. Der wird gelegentlich auch als Roots-Gebläse bezeichnet.

Diese Laderart „befeuert“ den Motor direkt über Ketten-, Riemen- oder Zahnradgetriebe. Dadurch entfällt das den Abgasturboladern eigene „Turboloch“. Der Auflade-Effekt steht ohne jede Verzögerung zur Verfügung. Die Lader führen den aufgeladenen Motoren zwangsweise Luft zu, um den so genannten Füllungsgrad zu verbessern und damit die Leistungsausbeute zu steigern.

Auf der Kehrseite dieser Medaille ist eine erhöhte thermische und mechanische Belastung des Motors zu verzeichnen. Darum sind den Leistungssteigerungen materialtechnische und konstruktive Grenzen gesetzt. Von Vorteil ist sicherlich, dass moderne aufgeladene Motoren einen geringeren spezifischen Verbrauch als Saugmotoren gleicher Leistung haben.

Wirkungsgradvorteile beim mechanischen Lader

Ausgedehnte Vergleichsuntersuchungen haben laut Audi nachgewiesen, dass der mechanische Lader beim Drei-Liter-V6-Motor gegenüber einem Bi-Turbo-Konzept die bessere Lösung ist. Er ist im Packaging, beim Anfahr- und im dynamischen Ansprechverhalten vorteilhaft. Darüber hinaus ist der Kompressor so kompakt, dass er anstelle des Saugrohrs im 90-Grad-Winkel der Zylinderbänke unterkommt.

Bei 2.500 min-1 erreicht er sein Drehmomentmaximum von 420 Nm, das bis 4.850 Touren konstant bleibt. Diese Durchzugsstärke über ein weites Drehzahlfeld erlaubt es, das Getriebe etwas länger zu übersetzen – mit dem Effekt, dass die Verbrauchseffizienz steigt. Die Gaslaufwege hinter dem Kompressor sind kurz. Deshalb baut sich das Drehmoment extrem schnell auf und macht den Kompressor spürbar dynamischer als die reine Saugrohrvariante.

In seinem Inneren rotieren zwei vierflüglige Drehkolben mit bis zu 23.000 min-1 gegenläufig. Sie können pro Stunde maximal 1.000 Kilogramm Luft fördern, die sie mit bis zu 0,3 bar Ladedruck in die Brennräume pressen. Zwei Wasser-Luft-Ladekühler, angebunden an einen separaten Kühlkreislauf, senken die Temperatur der verdichteten Luft ab, um für die Verbrennung den Sauerstoffgehalt so weit wie möglich zu steigern.

Nur keine „heiße Luft“

Damit wären wir beim Thema Ladeluftkühlung: Die Leistung eines Motors ist proportional zum Luftdurchsatz, den der Motor ansaugt. Dieser Durchsatz ist wiederum proportional zur Luftdichte. Da die Temperatur der Luft durch deren Verdichtung ansteigt, nimmt die absolute Dichte relativ ab. Der Effekt der Aufladung wäre gemindert. Die Ladeluftkühlung (im Englischen oft als „Intercooler“ bezeichnet) wirkt dem entgegen.

Das hat im Grunde genommen zwei Effekte: Durch die sinkende Temperatur lässt sich eine höhere Leistung erzielen, gleichzeitig nimmt die termische Belastung des Motors ab. Auch der NOx-Gehalt des Abgases sinkt durch die niedrigere Temperatur, während sich die zulässige Verdichtung des Motors bei gleichem Abstand zur Klopfgrenze erhöht. Tumble-Klappen in den Ansaugkanälen stellen die so bearbeitete Luft für die Gemischbildung zur Verfügung.

Eine Common-Rail-Anlage injiziert den Kraftstoff unter bis zu 150 bar Druck in die Brennräume; dank einer inzwischen deutlich verbesserten Injektorentechnik ergibt sich in weiten Bereichen des Kennfelds eine hohe Dynamik pro Arbeitstakt. Das kommt nicht zuletzt daher, dass man pro Arbeitstakt bis zu dreimal ein entsprechendes Kraftstoff-Luft-Gemisch injizieren kann.

Comeback der Kompressortechnik bei Audi

Mit dem 3.0-TFSI bringt Audi einen interessanten Newcomer auf den Markt. Ausgerüstet mit drei Litern Hubraum, liefert der V6 213 kW/219 PS Leistung und knüpft damit an eine Motorentechnik an, die aus den dreißiger Jahren stammt und durch die Grand-Prix-Rennwagen der damaligen Auto-Union bekannt wurde. Sie feiert ihr Comeback im A6 – auch wenn das hinter dem kruden TFSI-Logo etwas im Nebulösen bleibt.

Die Topmotorisierung mit Kompressoraufladung wird zwangsweise mit Tiptronic und dem Quattro-Antrieb gekoppelt. In dieser Konstellation beschleunigt die Limousine in 5,9 Sekunden auf 100 Kilometer. Der Vortrieb wird erst bei 250 km/h zwangsabgeriegelt. Damit hat der Sechs-Zylinder-Motor eine Leistungsentfaltung, die noch vor wenigen Jahren Acht-Zylinder-Motoren vorbehalten war.

Für diese Leistungsentfaltung arbeitet der Kompressor durchaus ökonomisch: Auf 100 Kilometern bringt es die Limousine nach EU-Norm-Messzyklus auf einen Kraftstoffverbrauch von 9,4 Litern. Auf den Quattro-Antrieb sollte man bei dieser Leistungsentfaltung auf keinen Fall verzichten, denn 420 Nm bekommt man über zwei Räder kaum auf die Straße.

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