Neben der Weiterentwicklung der TDI- und TFSI-Aggregate durch höhere Einspritzdrücke bilden für Audi-Motorenchef Axel Eiser die e-tron-Modelle R8 e-tron und A1 e-tron wichtige Eckpunkte von Audi Antriebsstrategie. Mittelfristig werden die so genannten PHEV, die Plug-in-Hybride, die elektrifizierten Alleskönner im Portfolio der Ingolstädter sein.

Audi arbeitet unter Hochdruck an der gesamten Technologiekette des Antriebs: neuartige Speichertechnologien, hochintelligente Betriebsstrategien und den elektrifizierten Allradantrieb, den e-tron quattro.

Mit dem Weltrekord des R8 e-tron auf der Nürburgring-Nordschleife und mit dem Gesamtsieg des R18 e-tron quattro beim 24-Stunden-Rennen von Le Mans bewies Audi, was möglich ist.

Interview mit Axel Eiser, Leiter Entwicklung Aggregate von Audi für die AUTOMOBIL PRODUKTION.

AUTOMOBIL PRODUKTION: Herr Eiser, warum wurde das Prestigeprojekt Audi R8 e-tron gestoppt?

Eiser: Ein wesentlicher Grund, weshalb wir den Audi R8 e-tron derzeit lediglich in sehr geringen Stückzahlen für interne Zwecke bauen, sind die Batteriekosten. In unserer Planung sind wir von einem Preisrückgang bei den Hochvoltakkus um 60 Prozent gegenüber 2009 ausgegangen. Derzeit haben wir im Markt aber nur eine Senkung um 35 Prozent. Das ist einer von vielen Gründen, aktuell unseren Kunden keinen voll elektrisch angetriebenen Supersportwagen anzubieten.

AUTOMOBIL PRODUKTION: Müssen Sie das Konzept des Audi R8 e-tron ? eines Supersportwagens mit Batterieantrieb ? insgesamt überdenken?

Eiser: Ich bin den Audi R8 e-tron mehrmals gefahren ? die Power des Elektroantriebs macht enorm viel Spaß. Wir haben in dem Projekt viel über die Echtzeitregelung des Elektroantriebs gelernt und ein serienfähiges Konzept entwickelt. Beim R8 e-tron lässt sich durch die getrennte Ansteuerung der zwei E-Maschinen an der Hinterachse die Agilität in Kurven deutlich erhöhen. Wir haben hier eine High-End-Entwicklung vorangetrieben, die ein hohes Potenzial für eine Anwendung auch in anderen Fahrzeugen in der Zukunft hat.

AUTOMOBIL PRODUKTION: Sie haben im A1 e-tron auch einen kleinen Wankelmotor als Range Extender (REX) ausprobiert. Warum wird dieses Konzept nicht in Serie gehen?

Eiser: Der Wankelmotor hat den Charme, dass er in den Bauraum bestehender Fahrzeugkonzepte passt ? selbst in die Reserveradmulde eines A1. Aus Ingenieurssicht ist das ohne Zweifel eine spannende Idee. Man ist mit einem Elektrofahrzeug im normalen Aktionsradius unterwegs und kommt mit leerer Batterie in jedem Fall durch den REX noch zu nächsten Ladestation. Außerdem kann die Batteriekapazität kostenoptimal auf den häufigsten Nutzungsbereich von 50 bis 100 Kilometer auslegt werden. Allerdings gibt es inzwischen Lösungen, die dem Kunden mehr bieten: Die Weiterentwicklung unseres Range Extender-Konzepts ist unser neuer Dual-Mode Hybrid.

AUTOMOBIL PRODUKTION: Worin besteht der Vorteil eines Dual-Mode Hybrids?

Eiser: Er kann rein batterieelektrisch (EV-Mode), in zwei parallelhybridischen Betriebsarten (sportlich und Überland-eco) und seriell hybridisch (Stadtverkehr-batterieladend) unterwegs sein ? also in vier verschiedenen Antriebsmodi; der Name Dual-Mode beschreibt die Fähigkeit, sowohl als Parallelhybrid als auch als serieller Hybrid fahren zu können. Die große E-Maschine hat eine eigene Übersetzung und geht mit optimalen Drehzahlen im BEV-Betrieb direkt auf die Räder. Dadurch kann eine kostengünstige Asynchron-Maschine eingesetzt werden.

Da die kleine E-Maschine mit Verbrennerdrehzahl läuft, verwenden wir hier eine Synchron-Maschine. Wenn die Batteriekapazität zur Neige geht, gibt es für jeden Betriebspunkt eine kraftvolle und wirkungsgradoptimale Kombinatorik der beiden E-Maschinen und des Verbrennungsmotors. Der Fahrer kann sich also absolut sicher sein: Es ist in jeder Situation genügend Fahrleistung vorhanden.

Ein weiterer Vorteil: Die Wirkungsgradkette vom Rad bis zum rekuperierenden E-Motor ist extrem kurz, weil kein Getriebe dazwischen geschaltet ist. Ich sammle auf diese Weise viel Energie bei der Verzögerung ein. Wenn ich dagegen den S-Mode einlege und alle Maschinen zusammenschalte, gibt es Performance, dass die Räder qualmen. Ein echtes Erlebnis, wie wir mit der Konzeptstudie Audi crosslane coupé gezeigt und mit dem A1 e-tron “Dual-Mode Hybrid” bewiesen haben.

Dabei ist auch klar: Ein System, das alles kann, ist teurer als ein Parallel-Hybrid. Deshalb beginnen wir mit dem A3 als Parallel-Hybrid mit externer Lademöglichkeit.

Audi A3 e-tron

Ein System, das alles kann, ist teurer als ein Parallel-Hybrid. Deshalb startet Audi mit dem A3 als Parallel-Hybrid mit externer Lademöglichkeit. - Bild: Audi

AUTOMOBIL PRODUKTION: Die Schwachstelle der Elektromobilität bleibt offensichtlich die Batterie. Für welche Antriebe sehen Sie künftig das meiste Potenzial?

Eiser: Kürzere Strecken können wir mittelfristig rein elektrisch fahren. Im Langstreckenbetrieb wird die dominante Antriebsquelle auch langfristig der Verbrennungsmotor bleiben ? mit und ohne elektrische Unterstützung. Beide Fähigkeiten kombiniert die Plug-In-Technologie, die ein hohes Verbreitungspotential haben wird. Wenn man diese kombinierten Antriebe aus Verbrennungs- und Elektromotor mit regenerativen Kraftstoffen fährt, bekommt man eine sehr gute Umweltbilanz. Die Verbreitung von Brennstoffzellen würde ich dagegen mittelfristig mit einem Fragezeichen versehen.

AUTOMOBIL PRODUKTION: Brauchen wir eine Wasserstoffinfrastruktur, um überschüssigen Strom aus Windenergie zu speichern?

Eiser: Je höher der regenerative Stromanteil ist, desto schwieriger wird es mit den Speicherkapazitäten.

Wir haben deshalb mit dem Audi e-gas-project ein Konzept entwickelt, das genau dieses Problem angeht: Im niedersächsischen Werlte bauen wir derzeit eine Methanisierungsanlage, die aus überschüssiger Windenergie Wasserstoff erzeugt und mit Kohlendioxid synthetisches e-gas herstellt. Wir sprechen hier von rund 1.000 Tonnen e-gas pro Jahr. Das ist genug, um 1.500 A3 TCNG jeweils 15.000 Kilometer jährlich fahren zu lassen. Die Anlage in Werlte bindet zirka 2.800 Tonnen CO2.

Wasserstoff wird also zu einem wichtigen Speichermedium für regenerativen Strom. Daraus folgt aber noch nicht, dass es eine flächendeckende Wasserstoffinfrastruktur geben muss. Man kann den überschüssigen Wasserstoff ja auch wieder in Strom umwandeln oder ihn durch die eben gezeigte Methanisierung in gasförmige Treibstoffe oder sogar zu flüssigen Kraftstoffen weiterverarbeiten.

Der direkte Einsatz von Wasserstoff in Brennstoffzellenfahrzeugen ist derzeit für Kunden uninteressant; momentan existieren in den USA 85, in Europa 86 und in Asien 43 Wasserstofftankstellen. Da reden wir in zehn bis 15 Jahren noch einmal drüber ? wenn sich die Infrastruktur bis dahin weiterentwickelt hat.

AUTOMOBIL PRODUKTION: Immer mehr Menschen weltweit ziehen in die Ballungsräume. Welche Auswirkungen hat die zunehmende Urbanisierung auf die Motorenentwicklung?

Eiser: Wir gehen davon aus, dass die Menschen immer kürzere Fahrtstrecken im Auto zurücklegen werden. Deshalb optimieren wir immer weiter die Reibleistung und das Thermomanagement, damit auch relativ kalte Antriebsstränge wenig Kraftstoff verbrauchen. Die Anzahl der Kaltstarts wird zunehmen, und die Kilometerlaufleistungen pro Kaltstart wird sinken. Tendenziell fahren die meisten Menschen nur noch 30 bis 40 Kilometer pro Tag. Wenn sie zehn Kilometer zur Arbeit fahren, sind sie die meiste Zeit im Warmlauf unterwegs. Dann bekommen die geringere Reibung zum Beispiel durch Wälzlager und das Thermomanagement im Warmlauf eine zentrale Bedeutung.

In der dritten Generation unserer erfolgreichen Vierzylinder-Motorbaureihe EA888 haben wir deshalb die Abgaskühlung in den Zylinderkopf integriert. Eine vollelektronische Kühlmittelregelung ermöglicht zudem ein neuartiges Thermomanagement, welches gezielt die Wärmeenergie nach Verbrauchsrelevanz zuleitet und gleichzeitig die Innenraumaufheizung koordiniert.

Axel Eiser

Axel Eiser: "Durch den massiven Einsatz neuer Technologien werden wir den Verbrauch bis 2020 um weitere 15 Prozent senken. Der CO2-Ausstoß eines Hightech-Ottomotor mit rund 130 PS wird dann unter 100 Gramm pro Kilometer liegen" - Bild: Audi

AUTOMOBIL PRODUKTION: Welche Fortschritte wollen Sie bei konventionellen Antrieben erreichen?

Eiser: Sowohl bei den Diesel- als auch bei den Ottomotoren haben wir seit dem Jahr 2000 Verbrauchseinsparungen von mehr als 30 Prozent erreicht. Durch den massiven Einsatz neuer Technologien werden wir den Verbrauch bis 2020 um weitere 15 Prozent senken. Der CO2-Ausstoß eines Hightech-Ottomotor mit rund 130 PS wird dann unter 100 Gramm pro Kilometer liegen ? mit einer Erdgasvariante ist das noch früher möglich. Doch eines ist klar: Der finanzielle Aufwand pro Gramm CO2-Minderung steigt immer weiter.

AUTOMOBIL PRODUKTION: Setzen Sie eher auf Vier- oder Dreizylindermotoren?

Eiser: Es gibt dafür keine pauschale Antwort. Je nach Fahrzeuggewicht, Roll- und Luftwiderstand, Art der zusätzlichen Elektrifizierung und Fahrprofil gibt es unterschiedliche Favoriten. Zum Beispiel bei einem PHEV, der sich an der Steckdose laden lässt, fahre ich im unteren Last- und Geschwindigkeitsbereich vorwiegend elektrisch oder mit Lastpunktanhebung, um die Batterie zu laden. Bei einer solchen PHEV-Anwendung ist man mit einem Dreizylinder sehr effizient unterwegs.

AUTOMOBIL PRODUKTION: Wie sieht die Zukunft des Diesels bei immer schärferen Emissionsvorschriften aus?

Eiser: Um die Rohemissionen beim Diesel trotz steigender Leistung zu senken, spritzen wir durch immer kleinere Einspritzdüsen ein. Damit die für die Leistung nötige Kraftstoffmenge zugeführt werden kann, steigt der Einspritzdruck auf mehr als 2.500 bar. Ein weiterer Schwerpunkt ist der Abgasstrang: Man muss die “Chemiefabrik” zur Abgasreinigung im Abgasstrang mit optimalen Wirkungsgrad betreiben, um die Effizienzvorteile des Diesels auch künftig nutzen zu können.

Und auch beim Kraftstoff selbst arbeiten wir zusammen mit der Firma Joule intensiv an einem synthetischen e-Diesel mit hervorragender well-to-wheel-Bilanz.

AUTOMOBIL PRODUKTION: Wird sich der Speicherkat oder das SCR-System bei der Abgasnachbehandlung durchsetzen?

Eiser: Die Einbaurate für AdBlue SCR-Systeme wird bis zum Ende des Jahrzehnts deutlich zunehmen. Wir kennen diese Form der Abgasbehandlung sehr genau von unseren US-Konzepten ? dort hat unsere wachsende Palette von Dieselmodellen eine richtige Fan-Gemeinde.

Beim NOx-Speicherkat muss man das Brennverfahren dagegen anpassen und büßt an Effizienz ein. Über die erste EU6-Hürde 2014 kommen wir bis zur Mittelklasse noch ohne AdBlue SCR-Systeme. Die eigentliche Herausforderung kommt mit der nächsten Stufe 2017 ? dann wird es ohne SCR-Systeme eng.

AUTOMOBIL PRODUKTION: Welche neuen Technologien bleiben bei den Ottomotoren preislich in einem akzeptablen Bereich?

Eiser: In der Weiterentwicklung der Aufladetechnik, vor allem in einem höheren Ladedruck, liegt ein Schlüssel für den Einsatz neuer Brennverfahren. Besonders interessant erscheinen hier die Niederdruck-Abgasrückführung und die so genannten Miller- und Atkinson-Zyklen, die eine verlängerte Expansionsphase ermöglichen. Wenn Sie heute das Auslassventil eines Verbrennungsmotors öffnen, verpufft ein Teil der Energie ungenutzt. Mit dem Miller- und dem Atkinson-Zyklus lässt sich die Energieabgabe an die Kurbelwelle verlängern. Durch eine höhere Verdichtung kann man den Wirkungsgrad ebenfalls verbessern. Das alles gibt es aber noch nicht in Kombination mit der Abgasturboaufladung ? aber das kann ja noch werden.

AUTOMOBIL PRODUKTION: Wird der Einspritzdruck auch beim Benziner kontinuierlich steigen?

Eiser: Ja, wir werden eine Evolution der Einspritzdrücke erleben: In der nächsten Generation von Ottomotoren liegt der Druck bei mindestens 250 bar. Dadurch verbessert sich die Gemischaufbereitung, was weniger Schadstoffe zur Folge hat. Wir generieren Freiheitsgrade bei der Verbrennungssteuerung, die uns vor allem beim Verbrauch und bei der Verbrennungsakustik helfen.

AUTOMOBIL PRODUKTION: Apropos: Wie steigern Sie die Freiheitsgrade durch den elektrischen Turbolader, den Sie kürzlich in einem Testfahrzeug vorgestellt haben?

Eiser: Wir haben die normalen Abgasturbolader in den vergangenen zehn Jahren ausgereizt und kommen jetzt an Grenzen. Je kleiner die Motoren werden, desto schwieriger ist der Ladedruckaufbau mit einem Abgasturbolader ? gemeinhin als Turboloch bekannt. Abhilfe schafft die Registeraufladung mit einem kleinem Lader, der schnell anspringt, und einem großen Lader für die Volllast. Zweistufige Aufladungen werden sich daher sowohl beim Otto- als auch beim Dieselmotor durchsetzen. Für den dynamischen Ladedruckaufbau können wir uns durchaus auch einen elektrischen Verdichter vorstellen.

AUTOMOBIL PRODUKTION: Brauchen Sie für den E-Lader eine zweite Spannungslage mit 48 Volt?

Eiser: Bei unserem Testwagen reichen weniger als drei Sekunden, um die Luftsäule per E-Lader kurz anzustoßen. Die nötige Energie können wir in Supercaps speichern. Das funktioniert auch mit einem 12-Volt-Bordnetz, wenn wir es entsprechend stützen. Die 48-Volt-Variante ist die bessere technische Lösung, weil wir mit kleineren Komponenten auskommen. Aber wir können nicht alle Modelle auf Anhieb mit einer zweiten Spannungslage ausrüsten. Deshalb fahren wir in der Entwicklung zweigleisig mit 12- und 48-Volt-Varianten.

AUTOMOBIL PRODUKTION: Hilft der E-Lader auch beim Start-Stopp im Fahrbetrieb?

Eiser: Künftig werden wir den Motor nicht nur an der Ampel, sondern auch während des Fahrens immer wieder abstellen. Bis zu 60 Prozent der Strecke lassen sich ohne zusätzliche Zugkraft absolvieren. Während dieses sogenannten “Segelns” kann es allerdings passieren, dass der Wagen mit abgeschaltetem Motor auf einen langsameren Verkehrsteilnehmer aufläuft. Die Akzeptanz eines solchen Systems hängt entscheidend davon ab, wie schnell ich die Zugkraft wieder aufbauen und auf die Überholspur wechseln kann. Der E-Lader hilft uns an diesem Punkt, blitzschnell den nötigen Ladedruck zur Verfügung zu stellen.

AUTOMOBIL PRODUKTION: Ist der E-Lader für die Zukunft gesetzt?

Eiser: Das Thema “E-Boost” wird kommen. Wir haben die klare Absicht, als erste einen elektrischen Verdichter in der Großserie einzusetzen.

Das Interview führte Joachim Becker