Antriebstechnik

Die effizienten Aggregate der Audi A5 Familie zeigen eine große Bandbreite: vom konventionellen Einsteiger über den komfortablen Langläufer bis hin zum dynamischen Sportler. Die Pakete aus Motor, Getriebe, Elektrifizierungsgrad und Antriebsart orientieren sich an den Erwartungen der Kundinnen und Kunden.

Das neue MHEV plus-System im Audi A5 und S5

Das Mild-Hybrid-System im neuen Audi A5 und Audi S5 besteht aus drei wesentlichen Komponenten: einer 48-Volt-Batterie, dem Riemenstartergenerator sowie dem neuen Triebstranggenerator (TSG) mit integrierter Leistungselektronik.

Das neue MHEV plus-System ermöglicht in der Audi A5 Baureihe im Vergleich zu einem MHEV-System deutliche Vorteile bei den CO₂-Emissionen und dem Kraftstoffverbrauch. Das sind im 2.0 TDI (150 kW front/quattro) (Kraftstoffverbrauch kombiniert in l/100 km: 5,7–4,8; CO₂-Emissionen kombiniert in g/km: 149–125; CO₂-Klasse: E–D) bis zu 10 g/km bzw. 0,38 l/100 km und in einem 3.0 TFSI mit V6-Motor (270 kW quattro) (Kraftstoffverbrauch kombiniert in l/100 km: 8,0–7,4; CO₂-Emissionen kombiniert in g/km: 182–169; CO₂-Klasse: G–F) bis zu 17 g/km bzw. 0,74 l/100 km (gemäß Norm-Testprozedur WLTP).¹ 

Der TSG kann bis zu 18 kW (24 PS) elektrische Leistung zum Antrieb beitragen. Beim Verzögern gewinnt der TSG – mit bis zu 25 kW Leistung – Energie zurück in die Batterie (Rekuperation). Bei geringer Steigung und langsamem Rangieren kann das Auto ausschließlich durch den Triebstranggenerator bewegt werden. Die elektrischen Fahranteile können bei langsamer Fahrt in der Stadt, im schwimmenden Verkehr, zum Beispiel auf Landstraßen, wie auch beim Zurollen auf die nächste Ortschaft genutzt werden. Der TSG ist direkt auf der Getriebeausgangswelle angebracht.

Die Lithium-Ionen-Batterie auf Basis von Lithium-Eisenphosphat (LFP) hat eine Speicherkapazität von 37 Amperestunden, das entspricht knapp 1,7 kW/h (brutto). Ihre maximale Entladeleistung liegt bei 24 kW. Die Batterie ist in einen Niedrigtemperatur-Wasserkühlkreislauf eingebunden, der für optimale Bedingungen im Bereich zwischen 25 und 60 Grad Celsius sorgt. Erstmals setzt Audi damit eine LFP-Batterie für seine Mild-Hybrid-Systeme ein.

Diese bieten im Vergleich zu konventionellen Bleiakkus Vorteile bei Baugröße, Speicherkapazität und Gewicht und sind zudem sehr zyklenfest. Das heißt, sie verlieren auch nach mehreren tausend Ladezyklen nur unwesentlich an Kapazität. Zudem können sie mit hohen Ladeströmen aufgeladen werden und sind hoch belastbar bei der Abgabe der elektrischen Leistung.

Der Riemenstartergenerator (RSG) übernimmt die Aufgabe, den Motor zu starten und elektrische Energie für die Batterie zu liefern. Der Riemenantrieb hat akustische Vorteile und erreicht eine höhere Startdrehzahl. Damit ergeben sich ein Verbrauchsvorteil und ein erhöhter Startkomfort. Zudem kann der RSG die Energie des Motors beim Abschalten zurückgewinnen und stellt für den Wiederstart die Zylinder in die optimale Position.

Das leistungsstärkste elektrische Antriebsmodul im neuen MHEV plus-System ist der TSG. Es ist auch der größte Unterschied zur bisher bereits von Audi angebotenen MHEV-Technik, die ausschließlich mit einem Riemenstartergenerator arbeitet. Der TSG kann bis zu 18 kW (24 PS) elektrische Leistung zum Antrieb beitragen. Er sitzt in einer kompakten Einheit mit integrierter Leistungselektronik direkt auf der Ausgangswelle des Getriebes. Die Positionierung direkt hinter dem Getriebe bietet gleich mehrere Vorteile. Die vom TSG gelieferte oder rekuperierte Leistung muss nicht vom Getriebe zusätzlich verarbeitet werden. Durch diese Anordnung kann er sowohl bei Front- als auch Allradantrieben zum Einsatz gebracht werden.

Dies ermöglicht auch ohne Verbrennungsmotor, das Fahrzeug bei langsamer Fahrt – beispielsweise im schwimmenden Verkehr – rein elektrisch zu bewegen. Des Weiteren ist das auch beim Parken oder Rangieren mit niedrigen Geschwindigkeiten möglich. Ferner ergibt sich so ein deutlich verbessertes Anfahren des Fahrzeugs, da der TSG bereits als erstes Antriebsmodul ein Moment an die Räder liefert. Damit bietet der neue Audi A5 ein spürbar besseres Ansprechverhalten, gerade auf den ersten Metern beim Anfahren ist ein Agilitätsgewinn klar erkennbar.

Im Geschwindigkeitsbereich zwischen 0 und 140 km/h kann der TSG den Verbrenner unterstützen. Damit bietet MHEV plus kurzzeitig eine elektrische Zusatzleistung, die es erlaubt, den Verbrenner in möglichst effizienten Betriebszuständen arbeiten zu lassen. Über diesen kompletten Geschwindigkeitsbereich kann der TSG durch Rekuperation Energie zurückgewinnen – bis hin zum Stillstand des Fahrzeugs. Die Rekuperationsleistung des TSG liegt bei bis zu 25 kW. Das integrierte blendingfähige Bremsregelsystem sorgt dabei für ein druckfreies Anbremsen und bestmögliche Rekuperation ohne Einsatz der Reibbremse.

Somit ist es im Stadtverkehr mit häufigen Rekuperationsphasen und Mitschwimmen im Verkehr möglich, Teilstrecken rein elektrisch zurückzulegen. MHEV plus erlaubt aufgrund des elektrischen Klimakompressors einen kontinuierlichen Betrieb der Klimaanlage auch bei abgestelltem Verbrennungsmotor, etwa während Ampel-Rotphasen.

Ausgeklügelte MHEV plus-Betriebsstrategie

Bei einem rein batterieelektrischen Fahrzeug (BEV) ist die Ladestrategie einfach: Je voller die Batterie, desto mehr Reichweite steht zur Verfügung und desto mehr Leistung kann sie abgeben. Als Optimum gilt beim BEV ein State-of-Charge von circa 80 Prozent. Bei einem Hybridsystem ist diese Zielmarge niedriger angesetzt. Als Faustregel gilt, dass eine mit 50 bis 60 Prozent geladene Batterie am effizientesten arbeiten kann, weil sie sowohl hohe Ströme an den Elektromotor ausgeben als auch beim Rekuperieren hohe Ladeströme speichern kann.

Der Fokus beim Hybridsystem liegt nicht auf elektrischer Reichweite, sondern auf Batterieentleerung und -füllung in schnellen Zyklen. So lässt sich möglichst viel Energie zurückgewinnen und zeitnah wieder effizient für den Antrieb einsetzen.

Für das Zusammenspiel zwischen Verbrenner, TSG und RSG wertet die Steuersoftware den Betriebszustand des Fahrzeugs aus. Hinterlegt sind Kennlinien für den sinnvollen Einsatz der beiden Elektromaschinen, Wunschmomente für Antrieb oder Rekuperation. Dabei wird der Batterieladezustand berücksichtigt. Ziel ist ein stabiler Fahrzustand – und dabei kommt das Regelsystem situativ zu unterschiedlichen Ergebnissen. Denn die Betriebsstrategie unterscheidet sich nicht nur je nach Motorisierung des Verbrennerparts – die elektrischen Komponenten im Antriebsstrang sind immer gleich –, sondern auch nach eingelegtem Getriebemodus oder dem Temperament, mit dem das Fahrpedal betätigt und der Audi A5 bewegt wird. Als Ergebnis steht beim Audi A5 aber keine schnelle Rundenzeit, sondern ein möglichst niedriger Verbrauch ohne Abstriche bei der Fahrdynamik.

So setzt die elektrische Zusatzleistung durch den TSG im Fahrmodus D nur dann ein, wenn das Fahrpedal zu mehr als 80 Prozent durchgedrückt wird – das Auto also im Kickdown bewusst stark beschleunigt wird. Bei einem Kennwert unter 80 Prozent übernimmt der RSG die Funktion der elektrischen Zusatzleistung. Steht die Steuerung des Doppelkupplungsgetriebes auf der sportlicheren S-Stellung, schaltet sich der TSG erheblich früher in den Antriebsstrang ein.

Bei sportlicher Fahrt erlaubt die Systemsteuerung zudem ein tieferes Entladen der Batterie, weil sie antizipiert, dass durch das Abbremsen wieder Strom in die Batterie fließen wird. Zugleich hebt die Systemsteuerung den Zielladezustand auf mehr als 65 Prozent, damit am Kurvenausgang sehr viel Energie zur Verfügung steht, um den Verbrenner elektrisch zu unterstützen. Der Einsatz des TSG hat dabei auch fahrdynamische Vorteile, denn durch das zusätzliche Drehmoment zieht das Fahrzeug agiler aus der Kurve.

Der TSG wird nicht nur bei Geschwindigkeiten jenseits von 140 km/h vom Antriebsstrang abgekoppelt, sondern auch bei verhaltener Fahrt im Getriebemodus D. Das ist etwa bei Landstraßentempo auf ansteigender Fahrbahn der Fall, wenn der TSG keine Leistung beisteuern kann. Um unerwünschte Schleppmomente zu Lasten der Effizienz zu vermeiden, koppelt das System den TSG dann vom Antriebsstrang ab.

Der neue Audi A5 kann auch rein elektrisch unterwegs sein, wenn das Fahrzeug beispielsweise auf einen Ortseingang zurollt und danach mithilfe des TSG die Geschwindigkeit hält. Es gibt feste Grenzwerte, die das Zuschalten des Verbrennungsmotors regeln. Ist die Batterie im unteren Ladezustand, schaltet sich bei einer Leistungsanforderung von mehr als 14 kW der Verbrenner wieder zu. Um emissionsfrei elektrisch zu parken oder rangieren – und das nicht nur auf ebener Fahrbahn, sondern auch bei leicht ansteigendem Gelände – liegt der Schwellwert für das Zuschalten des Verbrenners bei 10 kW TSG-Leistung.

Die Effizienzsteigerungen im Antriebsstrang in Kombination mit dem auf bis zu 60 Liter vergrößerten Volumen des Tanks bei Dieselmodellen (56 Liter beim Benziner) sorgen für eine spürbar verbesserte Reichweite. Das trägt erheblich zur Langstreckentauglichkeit und zum Reisekomfort des Audi A5 bei.

2.0 TFSI-Motoren als Einstiegsversion

Der Einstiegsmotor ist ein 2.0 TFSI mit 110 kW (150 PS) (Kraftstoffverbrauch kombiniert in l/100 km: 7,6–6,6; CO₂-Emissionen kombiniert in g/km: 173–150; CO₂-Klasse: F–E). Alternativ steht das Aggregat optional auch mit einer Leistung von 150 kW (204 PS) (Kraftstoffverbrauch kombiniert in l/100 km: 7,9–6,6; CO₂-Emissionen kombiniert in g/km: 179–151; CO₂-Klasse: G–E) zur Verfügung. Die 110-kW-Variante ist als reiner Fronttriebler im Angebot, die 150 kW-Variante mit Frontantrieb- oder quattro ultra.

Eine Vielzahl an technischen Modifikationen hebt den 2.0 TFSI auf ein neues Effizienzniveau. Dazu gehört, dass die Motoren im modifizierten Miller-Brennverfahren arbeiten. Es bringt Vorteile speziell im Teillastbetrieb – also in jenem Bereich, in dem das Aggregat am häufigsten arbeitet. Im Miller-Cycle werden die Einlassventile früh geschlossen, die Verdichtung des eingespritzten Kraftstoff-Luft-Gemischs ist hoch. Das Benzin-Luft-Gemisch kann dabei über das komplette Kennfeld im stöchiometrischen Betrieb gefahren werden. Damit arbeitet der Motor im optimalen Bereich. Der Kraftstoffverbrauch sowie die CO₂-Emissionen werden gesenkt.

Erstmals setzt Audi im neuen A5 einen Abgasturbolader mit variabler Turbinengeometrie in einem TFSI-Motor ein. Damit verbessern sich Ansprechverhalten und Effizienz des Direkteinspritzers. Dies ermöglicht einen harmonischeren und agilen Aufbau des Drehmoments bei niedrigen Drehzahlen. Gibt man im unteren Drehzahlbereich Gas, werden die Leitschaufeln der Turbine weiter geschlossen. Dadurch wird der Eintrittsquerschnitt in das Turbinengehäuse kleiner und das Abgas direkt auf die Schaufeln gelenkt. Das Turbinenrad dreht sich schneller, die geförderte Menge an Frischluft steigt, und der Ladedruck baut sich spontan auf. Mit zunehmender Abgasmenge oder einem geringen Ladedruckbedarf werden die Leitschaufeln wieder geöffnet.

Zu den weiteren Optimierungen im 2.0 TFSI gehören der Einsatz eines reibungsoptimierten Kettentriebs und die Integration der Ladeluftkühlung in das Saugrohr. Hinzu kommen die verbesserte Ölversorgung der Kurbelwelle dank einer Änderung des Bohrungskonzepts und eine Flügelzelle-Ölpumpe mit erhöhtem Fördervolumen. Vorteile bei den Emissionen bringt eine Erhöhung des Einspritzdrucks auf 500 Bar; dieser wird durch die Verlegung des Hochdruckpumpenantriebs auf die einlassseitige Ausgleichswelle erreicht.

2.0 TDI-Motor mit MHEV plus

Der 2.0 TDI mit 150 kW (204 PS) (Kraftstoffverbrauch kombiniert in l/100 km: 5,7–4,8; CO₂-Emissionen kombiniert in g/km: 149–125; CO₂-Klasse: E–D) setzt mit seiner MHEV plus-Technologie im A5 neue Maßstäbe. Dieses Aggregat mit zwei Litern Hubraum der Generation EA288 evo übernimmt vom Vorgänger die optimierte Verbrennung durch Zylinderdrucksensor, TwinDosing für die Abgasnachbehandlung und zwei Ausgleichswellen für einen kultivierten Motorlauf. Es entfaltet zwischen 1.750 und 3.250/min 400 Nm Drehmoment. Der 2.0 TDI ist mit einem Doppelkupplungsgetriebe als Frontantrieb- oder als quattro ultra erhältlich.

Zur Effizienz- und Komfortsteigerung ist der Motor mittels des neuen MHEV plus-Systems mit 48-Volt-Bordnetz teilelektrifiziert. Die elektrischen Fahranteile reduzieren den CO₂-Ausstoß durch die hohe Rekuperationsleistung. Zusätzlich wird der Komfort des TDI mittels 48-Volt-Riemenstartergenerator durch einen ruhigen Motorstart zusätzlich erhöht.

Die Reaktionszeit beim Anfahren wird verkürzt und das Auto zeigt sich spürbar agiler. Zu den weiteren technischen Finessen des 2.0 TDI gehören getrennte Kühlwasserkreisläufe für ein hochflexibles Thermomanagement, ein Zylinderdrucksensor für optimale Verbrennung und eine minimierte innere Reibung für hohe Effizienz.

3,0-Liter-V6-TFSI-Motor mit MHEV plus

Athletisch, emotional und echte Hingucker: Die neuen Audi S5 Modelle sind die zunächst leistungsstärksten Modelle der Baureihe und setzen die Benchmark für die sportliche Mittelklasse. Der 3,0 Liter große V6-Turbomotor leistet 270 kW (367 PS) (Kraftstoffverbrauch kombiniert in l/100 km: 8,0–7,4; CO₂-Emissionen kombiniert in g/km: 182–169; CO₂-Klasse: G–F) und generiert ein maximales Drehmoment in Höhe von 550 Nm. Die Höchstgeschwindigkeit der S5-Modelle beträgt 250 km/h. Der V6-TFSI wird vom MHEV plus-System unterstützt, das elektrische Zusatzleistung bereitstellt und zudem elektrische Fahranteile ermöglicht.

Die Teilelektrifizierung mittels des neuen MHEV plus-Systems mit 48-Volt Bordnetz führt zu einem verringerten CO₂-Ausstoß durch elektrische Fahranteile und hohe Rekuperationsleistung. Im Vergleich zu einer S4 Limousine TDI (Vorgängermodell) reduziert die S5 Limousine TFSI den CO₂-Ausstoß um bis zu 14 g/km.

Das überarbeitete, für mehr Drehmoment ausgelegte Doppelkupplungsgetriebe S tronic im Audi S5 sorgt zusätzlich für ein geringeres Gewicht auf der Vorderachse und macht das Fahrzeug agiler. Der serienmäßige Einsatz eines quattro mit Sportdifferenzial mit Torque Vectoring in Kombination mit einer regelbaren Allradkupplung ist abgestimmt für Querdynamik auf höchstem Niveau.

Der neue 3.0-Liter-V6-TFSI (Generation EA839evo) ist die konsequente Weiterentwicklung des seit 2015 in Serie gebauten Aggregats. Folgende Änderungen wurden am Motor durchgeführt: neu konzipierte Abgasturbolader mit variabler Turbinengeometrie (VTG), indirekte Ladeluftkühlung, Optimierungen bei Ladungswechsel, Einsatz des Miller-Brennverfahrens und Modifikationen am Einspritzsystem. In Verbindung mit dem MHEV plus-System werden sehr positive Eigenschaften bezüglich Fahrdynamik, Komfort und CO₂-Emissionen erreicht.

Beim V6-TFSI in den Audi S5 Modellen sorgt ein Abgasturbolader mit variabler Turbinengeometrie für Ladedruckaufbau schon bei niedrigen Drehzahlen. Überarbeitete Einlasskanäle im Zylinderkopf und optimierte Steuerzeiten sowie eine Anhebung der Verdichtung von 11,2:1 auf 12:1 führen zu einem effizienten Brennverfahren mit besserer Verbrennung des Luft-Benzin-Gemischs. Zwei indirekte, am Grundmotor integrierte Wasser-Luft-Ladeluftkühler ersetzen das bisherige System mit direktem Luft-Luft-Ladeluftkühler. Dabei erfolgt die wasserseitige Einbindung in den Niedertemperatur-Kreislauf. Neben einer effizienteren Kühlung insbesondere bei niedrigen Geschwindigkeiten und hoher Last (Bergfahrt, Anhängerbetrieb) wird die Komplexität sowohl bei der Applikation als auch bei der Integration im Vorderwagen unterschiedlicher Fahrzeugderivate erheblich reduziert. Die sehr kurzen Laufwege der Ladeluft begünstigen darüber hinaus das Ansprechverhalten des Motors.

¹ Die beschriebenen Vorteile bzgl. CO₂-Emissionen und Verbrauch verstehen sich inklusive Einfluss des Mehrgewichts vom MHEV plus-System gegenüber MHEV-System. Nicht berücksichtigt sind auf Fahrzeugebene weitere CO₂-wirksame Effekte, welche sich aus Abweichungen im Triebstrang, Gewicht oder in den Fahrwiderständen des betrachteten Fahrzeugs mit MHEV plus-System gegenüber einem Vergleichsfahrzeug mit MHEV-Technologie ergeben können (beispielsweise Weiterentwicklung von Verbrennungsmotor oder Grundgetriebe, Änderungen bei Rollwiderstand, Aerodynamik oder Gewicht).

Die angegebenen Ausstattungen, Daten und Preise beziehen sich auf das in Deutschland angebotene Modellprogramm. Änderungen und Irrtümer vorbehalten.