Der Motor

Der neue 4.0 TFSI von Audi vereint souveräne Kraft mit wegweisender Effizienz. Seine Nennleistung beträgt 382 kW (520 PS), sie steht bei 6.000 1/min bereit. Von 1.700 bis 5.500 min wuchtet der Biturbo-V8 konstant 650 Nm Drehmoment auf die Kurbelwelle. Sein durchschnittlicher Verbrauch beträgt jedoch nur 10,2 Liter pro 100 km – weniger als bei den Wettbewerbern. Im Vergleich zum Vorgänger verbraucht der neue S8 im Schnitt 23 Prozent weniger.

Der klangvoll laufende 4.0 TFSI schöpft aus 3.993 cm3 Hubraum; seine Bohrung misst 84,5 Millimeter, sein Hub 89,0 Millimeter. Als jüngstes Mitglied der großen V-Motorenfamilie von Audi weist er all ihre typischen Merkmale auf. Sein Zylinderwinkel beträgt klassische 90 Grad, der Kettentrieb für die vier Nocken­wellen und die Nebenaggregate liegen platzsparend auf der Rückseite.

Das Zylindergehäuse aus einer Aluminium-Silizium-Legierung wird im Niederdruck-Kokillenguss-Verfahren gefertigt, das für besondere Homogenität sorgt. Der hohe Silizium-Anteil macht die Laufbahnen extrem verschleißfest. Ein stabiler Rahmen für die unteren Lagerbrücken der Kurbelwelle, das so genannte Bedplate, erhöht die Steifigkeit des Blocks weiter. Mit gut 220 Kilogramm Gewicht inklusive aller wichtigen Anbauteile baut der V8 sehr leicht.

Wie fast alle Audi-Motoren folgt der neue 4.0 TFSI dem Prinzip des Downsizings – Aufladung ersetzt Hubraum; sie harmoniert perfekt mit der Direkteinspritzung FSI. Pro Zylinderbank verdichtet ein so genannter Twinscroll-Turbolader die Frischluft. Die Abgaskanäle von jeweils zwei Zylindern verlaufen im Krümmer und im Ladergehäuse voneinander getrennt und treffen erst unmittelbar vor der Turbine zusammen.

Die Twinscroll-Technologie vermeidet unerwünschte Wechselwirkungen zwischen den Gassäulen. Die Folge ist ein starker und früher Drehmoment­aufbau direkt aus dem Leerlauf heraus – bereits bei 1.000 1/min stemmt der 4.0 TFSI zirka 400 Nm Drehmoment.

Besonderheit: Turbolader im V positioniert, „kalte Seite“ außen
Die Turbos und ihr gemeinsamer Ladeluftkühler – ein Luft-Wasser-Kühler – sitzen im Innen-V der Zylinderbänke statt, wie sonst üblich, außen neben dem Kurbelgehäuse. Die Zylinderköpfe sind neu konzipiert: Die Abgasseite liegt innen, die Ansaugseite außen. Dieses Layout sorgt für eine kompakte Bauweise und für kurze Gaslaufwege mit minimalen Strömungsverlusten – der 4.0 TFSI reagiert spontan auf die Gaspedalbefehle. Eine aufwändige Isolierung der heißen Bauteile, speziell der Krümmer, hält die thermischen Verhältnisse im Innen-V stabil.

Die Frischgasanlage ist außen an den Zylinderbänken platziert. Schaltbare Klappen in den Einlasskanälen versetzen die einströmende Luft in eine walzenförmige Rotation. Der direkt eingespritzte, intensiv verwirbelte Kraftstoff kühlt die Brennräume.

Der 4.0 TFSI nutzt alle Technologien aus dem Modularen Effizienzbaukasten von Audi. Sie reichen vom Start-Stop-System bis zu einem breiten Bündel reibungs­senkender Maßnahmen.

Bei der Montage des V8 im ungarischen Audi-Werk Györ sind Highend-Technologien wie das so genannte Brillenhonen im Spiel. Die Kolbenbolzen tragen eine feine, Diamant-harte Kohlenstoff-Beschichtung mit der Bezeichnung DLC (Diamond-like-carbon).

Das innovative Thermomanagement nutzt ein Kugelventil – es koppelt die Wasserpumpe während der Warmlaufphase ab. Das Kühlmittel bleibt im ganzen Motor stehen; das Öl kommt rasch auf Temperatur, die Phase der erhöhten Reibungsverluste verkürzt sich. Die Bedarfs-geregelte Ölpumpe variiert den Öldruck in zwei Stufen.

Attraktive Neuerung: Das System cylinder on demand
Die interessanteste Technologie beim neuen 4.0 TFSI ist jedoch das System cylinder on demand. Es wird bei geringer bis mittlerer Motorlast aktiv; die Obergrenze liegt, abhängig von der Drehzahl, zwischen etwa 25 und 35 Prozent des maximalen Drehmoments, etwa 160 bis 250 Nm. Das Kühlmittel muss wärmer als 30 Grad sein, im Getriebe muss der dritte oder ein höherer Gang eingelegt sein, und die Drehzahl muss zwischen 960 und 3.500 1/min liegen, also über dem Leerlauf.

Wenn diese Voraussetzungen gegeben sind, schließt das System in den beiden Bänken die Ein- und Auslassventile der Zylinder 2, 3, 5 und 8. Der V8 arbeitet jetzt, weiterhin mit regelmäßiger Zündfolge, als V4, zündet also pro Kurbelwellen­umdrehung nur noch zwei- statt viermal (Zündfolge 1 – 4 – 6 – 7). In den aktiven Zylindern erhöht sich der Wirkungsgrad, weil sich die Betriebspunkte zu höheren Lasten hin verlagern.

Das Schließen der Ventile auf den vier Nockenwellen erfolgt über das weiter entwickelte Audi valvelift system (AVS). Seine Hülsen, die sich elektromagnetisch auf den Nockenwellen verschieben lassen, tragen so genannte Nullnocken als zusätzliche Profile.

Wenn sie über den Schlepphebeln rotieren, betätigen sie diese nicht, die Ventil­federn halten die Ventile geschlossen. Gleichzeitig legt das Motormanagement die Einspritzung und die Zündung still. Der Fahrer erkennt den Vierzylinder-Status im FIS-Display des Kombiinstruments – der Balken der Verbrauchs­anzeige färbt sich grün, zugleich erscheint ein Text-Hinweis.

In den deaktivierten Zylindern bewegen sich die Kolben durch den Antrieb von der Kurbelwelle; vor dem Schließen der Ventile werden die Brennräume noch einmal mit Frischluft gefüllt. Dieser Frischgaseinschluss bedeutet einen minimalen Druck im Zylinder und einen entsprechend niedrigen Energieaufwand – ein wichtiger Faktor für die Effizienzsteigerung.

Sobald der Fahrer kräftig Gas gibt, schalten sich die deaktivierten Zylinder wieder zu. Die Rückkehr in den Achtzylinderbetrieb verläuft, ebenso wie das Abschalten, so geschmeidig und schnell, dass sie de facto nicht zu spüren ist. Die Umschaltung dauert je nach Betriebspunkt zwischen nur einer Hundertstel und knapp vier Hundertstel Sekunden. Flankierende Eingriffe an Zündung und Drosselklappe begleiten sie – mit dem kleinen Nachteil, dass sie während der Übergangsphase den Wirkungsgrad verschlechtern.

Audi hat deshalb eine Steuerungslogik entwickelt, welche die Gaspedal- und Lenkbewegungen des Fahrers beobachtet. Wenn sie aus ihnen ein ungleich­mäßiges Muster erkennt – etwa bei einer Fahrt im Kreisverkehr oder bei sportlicher Gangart auf der Landstraße – unterlässt sie die Abschaltung. Eine Deaktivierung von nur wenigen Sekunden Dauer würde den Verbrauch eher erhöhen als senken.

Einspareffekt: Mehr als zehn Prozent bei 100 km/h
Das System cylinder on demand ist permanent betriebsbereit, auch im S-Modus des Automatikgetriebes und im Kennfeld dynamic von Audi drive select. Die größten Einsparungen erzielt es bei konstanter Fahrt mit moderatem Tempo, wie sie auf vielen Schnellstraßen üblich ist. Bei 100 km/h etwa reduziert die neue Technologie den Verbrauch des 4.0 TFSI um mehr als zehn Prozent. Im NEFZ-Zyklus beträgt die Effizienzsteigerung etwa fünf Prozent. Rechnet man die Start-Stop-Funktion mit ein, die den Motor im Leerlauf deaktiviert, addiert sich der Einspareffekt auf etwa zwölf Prozent.

Vierzylinder laufen generell nicht ganz so ruhig wie klassische V8-Motoren – das gilt auch für den neuen 4.0 TFSI, wenn das System cylinder on demand aktiv ist.

In diesen Phasen produziert der Kurbeltrieb, abhängig von der Last und der Drehzahl, höhere Drehschwingungen; sie dringen als Körperschall und als daraus resultierender Luftschall in den Innenraum. Die groß dimensionierte Abgasanlage emittiert ebenfalls gewisse Brummgeräusche, die sich trotz einer intelligenten Klappen-Steuerung nicht ganz vermeiden lassen.

Die neue Audi-Technologie Active noise control (ANC) bekämpft den unerwünschten Schall mit gezieltem Gegenschall. Dabei nutzt sie das Prinzip der destruktiven Interferenz: Wenn sich zwei Wellen von gleicher Frequenz über­lagern, löschen sich ihre Amplituden – die Auslenkungen der Schallwelle, die den Schalldruck bestimmen – gegenseitig aus. Voraussetzung dafür ist, dass die Amplituden gleich und die Phasen um 180 Grad zueinander versetzt sind.

Im Audi S8 sind vier kleine Mikrofone unauffällig im Dachhimmel integriert. Jedes von ihnen zeichnet die Geräuschkulisse in seinem Bereich auf. Das ANC-Steuergerät errechnet aus diesen Signalen ein hochdifferenziertes räumliches Schallbild, darüber hinaus nutzt es Informationen des Kurbelwellensensors über die aktuelle Motordrehzahl. In allen Zonen, in denen das System Störgeräusche erkennt, auf die es zuvor konditioniert worden ist, veranlasst es einen präzise modulierten Gegenschall. In den Momenten, in denen die Zylinder ab- und zugeschaltet werden, muss die ANC besonders schnell und exakt agieren.

Der Gegenschall wird über die Lautsprecher der Soundanlage abgestrahlt. Weil jedes Mikrofon und jeder Lautsprecher einen gewissen Raum abdecken müssen, entsteht eine geringfügige Unschärfe: Der Gegenschall löscht den Störschall nicht hundertprozentig aus, aber so weit, dass ihn die Passagiere nicht mehr hören. Die Active noise control ist immer aktiv – egal ob die Soundanlage eingeschaltet, deaktiviert, laut, leise oder stumm gestellt ist. Sie funktioniert mit den beiden lieferbaren Soundsystemen.

Schwingungs-Killer: Die aktiven Motorlager (Active engine mounts)
Parallel zur ANC hat Audi ein zweites System entwickelt: Die aktiven Motorlager kompensieren die Schwingungen der zweiten Motorordnung, die im Vierzylinder­betrieb entstehen, indem sie phasenversetze Gegenschwingungen erzeugen. Der wichtigste Bestandteil des aktiven Lagers ist ein elektromagnetischer Schwingspulenaktor. Eine elastische Membran überträgt die schnellen Hubbewegungen, die er ausführt, an die Hydraulikflüssigkeit des Lagers, die auch die Anregungen des Motors aufnimmt. Im Fluid überlagern die Gegen­schwingungen die Vibrationen des Motors und löschen sie somit aus.

Die Steuergeräte der aktiven Motorlager erhalten ihre Informationen aus zwei Quellen. Die Signale des Kurbelwellensensors liefern Informationen über die Motordrehzahl; aus ihnen werden die Phase und Frequenz des Aktorsignals berechnet. Beschleunigungssensoren an den beiden Motorlagern stellen jene Daten bereit, welche die notwendige Amplitude bestimmen. Die aktiven Motor­lager werden auch im Leerlauf tätig, in dem alle acht Zylinder arbeiten. Hier löschen sie die Schwingungen der vierten Motorordnung weitgehend aus.

Audi lagert seine Motoren generell sportlich-straff. Schon seit vielen Jahren setzt die Marke deshalb bei einigen Modellen und Motorisierungen elektromagnetisch geschaltete Motorlager ein. Sie arbeiten auf zwei Stufen: Im Leerlauf halten sie mit weichen Kennlinien störende Geräusche und Vibrationen vom Innenraum fern; in Fahrt wird die Dämpfung höher, um Triebwerks-Schwingungen zu unterdrücken.

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