Der V8-Rennmotor von Audi - Mahle.com

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Der V8-Rennmotor von Audi - Mahle.com

ENTWICKLUNG Rennmotoren

Der

V8-Rennmotor

von Audi

Der Audi-Rennwagen

R8 ist der

erfolgreichste

Prototyp der letzten

zwei Jahre und der

erfolgreichste

Rennwagen der

jüngeren Motorsportgeschichte

Von Christian Bartsch

Audi konnte in den Jahren 2000 und 2001 das 24-Stunden-Rennen von Le Mans – sowie eine

Reihe anderer Rennen – gewinnen. Dabei handelte es sich um den gleichen Grundmotor. Dieser

zeichnet sich durch eine außerordentliche Zuverlässigkeit sowie eine sehr gute Fahrbarkeit aus.

Während im Jahr 2000 noch mit Saugrohreinspritzung gefahren wurde kam 2001 eine direkte Einspritzung

zum Einsatz.

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1 Einleitung

Das Reglement für Le Mans erlaubt Saugmotoren

bis 6 l Hubraum sowie aufgeladene

Motoren mit 4 l Hubraum. Audi wählte

den zweiten Weg – zumal mit aufgeladenen

V8 Motoren bereits umfangreiche

Serien-Erfahrungen vorlagen.

2 Grundmotor

Der Audi-Motor ist ein klassischer Vierventil-V8

mit einem Zylinderwinkel von 90

Grad. Zylinderblock und Zylinderkopf

bestehen ebenso aus Aluminium wie die

Bettplatte. Der Block endet unten in Hauptlagermitte,

darunter wird die Bettplatte

geschraubt. Sie versteift den Block und enthält

die unteren Hauptlagerschalen. Der

gleichen Bauweise folgen heute die modernen

Otto- und zunehmend auch die Diesel-

Motoren, nicht zuletzt wegen der einfacheren

Blockkonstruktion, der Lagerhaltbarkeit

und der Geräuschentwicklung. Es handelt

sich hier um eine sehr einfache Konstruktion

ohne geheimnisvolle Besonderheiten,

wobei extreme Haltbarkeit im Vordergrund

stand. Der Grundmotor könnte

auch in einem Serien-Sportwagen eingesetzt

werden. Bild 1 zeigt den Audi V8 bei

abgenommenem Karosserieheck, in der

Variante mit Saugrohreinspritzung. Wie

bei Rennwagen üblich, liegen die federtragenden

Stoßdämpfer über dem Getriebe

Da der Le Mans-Motor mit Trockensumpfschmierung

arbeitet, fehlt bei ihm

unter der Bettplatte die Ölwanne. Die beiden

Zylinderköpfe mit ihren vier Ventilen

pro Zylinder bergen ebenfalls keine

Geheimnisse. Die Einlasskanäle weisen ins

Innere des V, die Auslasskanäle nach

außen. Sie münden jeweils in vier gleich

lange Einzelrohre, die sich vor den beiden

Abgasturboladern von Garrett treffen. Bild

2 zeigt den Audi V8 von hinten bei demontiertem

Getriebe. Wegen der Wagenbreite

von zwei Meter dürfen die beiden Abgaslader

rechts und links weit aus der Motorkontur

herausragen. Die von ihnen geförderte

Luftmenge wird durch das Reglement

mit Ansaugtrichtern begrenzt, die

jeweils einen kleinsten Durchmesser von

32,4 Millimeter haben. Auch der Ladedruck

ist auf 1,67 bar begrenzt. Die Ventile stehen

im Winkel von 24,5 Grad zueinander und

bilden den üblichen dachförmigen Brennraum.

Zwei groß dimensionierte Luftfilter

und zwei Ladeluftkühler sorgen für saubere,

kalte Verbrennungsluft.

Die geschmiedeten Pleuel und die aus

dem Vollen gedrehte Kurbelwelle sind so

kräftig dimensioniert, dass sie jeder Belastung

mühelos standhalten. Laut Audi sollen

die Kurbelwellen über 30.000 km hal-

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ten. Für die Solidität dieses Rennmotors

spricht aber auch sein Gewicht von 175

Kilogramm einschließlich der Nebenaggregate

und der Abgasturbolader. Dies ist ein

außerordentlich zuverlässiges Triebwerk,

mit dem sich Langstreckenrennen gewinnen

lassen.

Die geschmiedeten Kühlkanal-Kolben

von Mahle haben völlig ebene Böden und

nur Taschen für die Auslassventile. Wegen

der Aufladung läuft der Motor ohne Ventilüberschneidungen,

darum fehlen auch

die Taschen für die Einlassventile. Die vier

Nockenwellen werden durch Räderkaskaden

wie bei den Formel-1-Motoren und

dem V10 TDI von VW angetrieben. Im

Grunde eine uralte Bauweise, die es vor

annähernd 80 Jahren schon bei Motorrad-

Rennmotoren gab. Sie wird jetzt auch bei

Serienmotoren wieder aktuell, um den

Ventiltrieb für die Lebensdauer des Motors

wartungsfrei zu halten. Darunter wird

zuerst der Zahnriemen leiden, denn es ist

2 Grundmotor

schon längst nicht mehr zeitgemäß, diesen

– etwa bei Dieselmotoren – alle 60.000 bis

90.000 km wechseln zu müssen. Beim

Audi Le Mans-Triebwerk laufen die Zahnräder

in Nadellagern auf festen Wellen.

Das Reglement für Le Mans Prototypen

lässt bei aufgeladenen Motoren einen

Hubraum von 4 l zu, der Tankinhalt ist auf

90 l begrenzt. Der Audi R8 hat jedoch nur

3,6 l Hubraum, nutzt also den Spielraum

nicht ganz aus. Mit einer Zylinderbohrung

von 85 und einem Hub von 79,3 Millimeter

ist er ein sanfter Kurzhuber und erreicht

seine höchste Leistung von 450 kW wie ein

Großserienmotor bereits bei 6200/min. Bei

6400/min wird er abgeregelt. Im Rennen

kann der Motor – etwa beim Herunterschalten

– bis 8000/min belastet werden.

Da ein Rennmotor keinen kultivierten

Leerlauf bei niedrigsten Drehzahlen

braucht, liegt der des R8 bei 1800/min. Verwertbare

Leistung bietet er im Rennen ab

etwa 3000/min.

Bild 1: Der Audi V8 bei abgenommenem Karosserieheck, hier allerdings

noch die Variante mit Saugrohreinspritzung. Wie bei Rennwagen

üblich, liegen die federtragenden Stoßdämpfer über dem Getriebe

Bild 2: Der Audi V8 von hinten bei demontiertem Getriebe. Wegen der

Wagenbreite von zwei Meter dürfen die beiden Abgaslader rechts und

links weit aus der Motorkontur herausragen

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ENTWICKLUNG Rennmotoren

3 Rennmotor mit direkter

Kraftstoffeinspritzung

Besaß der Motor für das Jahr 2000 ein

höchstes Drehmoment von 700 Nm, so

stieg es beim Nachfolger auf 750 Nm bei

5500/min. Dafür ist in erster Linie die

direkte Benzineinspritzung von Bosch verantwortlich,

mit der Audi im Jahr 2001 erstmals

fuhr.

Bild 3 zeigt die rechte Zylinderbank des

Audi V8 mit einer der beiden Hochdruck-

Benzinpumpen von Bosch, die direkt von

den Einlassnockenwellen angetrieben

werden. Die Direkteinspritzung wird zwar

von Audi – wie bei den Großserienmotoren

– ebenfalls „FSI“ genannt, hat aber mit

dieser nichts zu tun, weil ausschließlich in

den Einlasstakt eingespritzt und homogen

gefahren wird. Der Einspritzdruck liegt je

nach Kennfeldpunkt zwischen 50 und 110

bar. Ulrich Baretzki, Leiter der Audi-Sportmotorenentwicklung,

wünscht sich je-

doch die Einspritzdrücke moderner Dieselmotoren

von über 1000 bar, um mit noch

besserer Zerstäubung und kürzeren Einspritzzeiten

zu fahren. Mit seinen Wünschen

steht er nicht allein, denn auch die

Serienentwickler wünschen sich höhere

Drücke. Beim nächsten Schritt werden in

absehbarer Zeit 200 bis240 bar Maximaldruck

die Einspritzbedingungen weiter

verbessern.

Bild 4 zeigt die Gemischaufbereitung beim

Audi V8 Rennmotor mit direkter Einspritzung

bei einer Drehzahl von 6000/min.

Einspritzung mit Maximaldruck von 100

bar, Einspritzdauer 5 ms.

Im Aufbau entspricht die Einspritzung

des DI-Ottomotors der Common Rail beim

Diesel. Zwei kleine Dreizylinder-Pumpen

auf den Enden der Einlassnockenwellen

versorgen die beiden Verteilerrohre („Rail“),

von denen die acht Einspritzventile über

gleich lange Rohrleitungen versorgt werden.

Mengenregelung gibt es nicht, ledig-

3 Rennmotor mit direkter Kraftstoffeinspritzung

Bild 3: Rechte Zylinderbank des Audi V8 mit einer der beiden Hochdruck-Benzinpumpen

von Bosch, die direkt von den Einlassnockenwellen angetrieben werden

Bild 4: Gemischaufbereitung beim Audi V8 Rennmotor mit

direkter Einspritzung bei einer Drehzahl von 6000/min.

Einspritzung mit Maximaldruck von 100 bar, Einspritzdauer

5 Millisekunden. Dauer der Bildfolge etwa 1/100 Sekunde.

Die Farben kennzeichnen die Geschwindigkeit der Kraftstofftröpfchen:

Rot = 130 m/s, Grün = 60 m/s, Blau = 5 m/s

lich der Benzindruck wird geregelt. Die Einspritzdüsen

münden schräg von oben in die

Zylinder und besitzen je sechs Spritzlöcher,

die in Gießkannenform angeordnet sind,

um eine möglichst große Luftmenge gleichmäßig

zu erreichen. Hier bleibt für künftige

Entwicklungen noch viel Spielraum, denn

zentral angeordnete Einspritzdüsen und

Doppelzündung könnten in Zukunft die

Verbrennung weiter verbessern. In diesem

Zusammenhang ist es interessant, dass

General Motors beim letztjährigen Aachener

Colloquium über die zentrale Lage der

Einspritzdüsen als Zukunft der direkten

Benzineinspritzung sprach.

Die von Mitsubishi, VW und jetzt auch

DaimlerChrysler propagierte Benzin-Direkteinspritzung

mit stark profiliertem Kolben

zur Umleitung des Einspritzstrahls an

die Zündkerze ist mit Sicherheit nur ein

Zwischenschritt, der kein langes Leben

haben wird. Eine stabile Schichtladung ist

damit kaum möglich. Durch den zur Zünd-

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kerze geleiteten noch nassen Kraftstoff

entsteht zwangsläufig Ruß (Partikel), den

sich im Abgas niemand wünscht. Um Rußbildung

zu verhindern, müssten die Brennverfahren

gründlich verändert werden.

Niemandem würde es zudem einfallen,

beim Diesel von der zentralen Einspritzung

abzugehen.

Nach VW-Forscher Wolfgang Steiger

werden sich Otto- und Dieselmotor einander

nähern und eines Tages miteinander

verschmelzen. Ein solcher Motor wird mit

Sicherheit dem Diesel näher stehen als

dem heutigen Ottomotor.

Der Übergang von der Saugrohr- zur

direkten Einspritzung beim Audi Rennmotor

senkte bei gleicher Leistung den Verbrauch

um rund acht Prozent. In Le Mans

konnten die Autos somit pro Tankfüllung

mindestens eine Runde mehr fahren. Da

bisher nach 12 Runden getankt werden

musste, senkt sich der Verbrauch des V8

mit direkter Benzineinspritzung auf unter

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50 l pro 100 km (1 Runde = 13,605 km). Der

höhere Wirkungsgrad führte aber auch zu

kühlerem Abgas, so dass die Auspuffrohre

bis zum Abgasturbolader isoliert werden

mussten, damit die Turbolader nicht in der

Leistung abfielen. Rechenprogramme und

Prüfstandversuche zeigten, dass Audi beim

Rennmotor fast eine ideale Verbrennung

erreichte.

Es ist interessant, dass die Fahrer dem

Motor mit direkter Einspritzung deutlich

verbesserte Fahrbarkeit bescheinigen. Der

Motor würde auf den Befehl des Gaspedals

so spontan und feinfühlig reagieren wie

ein guter Saugmotor. Angesichts des sehr

hohen Drehmoments ist diese Eigenschaft

vor allem bei Fahrt auf nassen Straßen

besonders wichtig.

4 Ausblick

Ein Rennmotor kann der Serienentwicklung

voraus eilen: Es wäre zweifellos

außerordentlich reizvoll, eine zivile Variante

mit etwas reduzierter Leistung in

einem Sportwagen zu erleben, wobei der

Motor aber auch einen „zivilen“ Leerlauf

haben müsste. Man darf gespannt sein,

wie die nächste Entwicklungsstufe dieses

Motors aussehen wird, denn Audi wird

alles daran setzen, die 24 Stunden von Le

Mans im Jahr 2002 zum dritten Mal in

Folge zu gewinnen.

Fest steht bereits, dass der diesjährige

Motor die Reglementgrenze von 4 l

Hubraum ausschöpfen wird. Dazu will

Audi sowohl Hub wie Bohrung vergrößern,

um den gleichen Zylinderblock weiterhin

verwenden zu können.

Welche weiteren Änderungen vorgenommen

werden hängt davon ab, ob sie

bis zum Beginn des Rennens ausreichend

ausreifen können. Den gleichen Audi V8

wird in diesem Jahr – wie schon im Vorjahr

– Bentley in seinem Le Mans Rennwagen

verwenden. ■

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