Audi A4 2.0 FSI
Vorsprung durch (FSI)Technik soll
"Mehr Kraft aus jedem Tropfen Benzin" ermöglichen

• Die Baureihe des Audi A4 kommt nun auch in den Genuss der FSI-Technologie
• mehr Leistung bei gleichzeitig geringerem Verbrauch
• Raffinierte Motortechnik mit Mehrschichtladebetrieb
• Auftakt zum Generationenwechsel beim Ottomotor
• Fahrbericht Audi A4 2.0 FSi Limousine und Avant

Ingolstadt, Juli 2002. Wer derzeit moderne und sparsame Verbrennungsmotoren bauen will, kommt am System der Direkteinspritzung nicht vorbei. Audi hat diesen Weg bereits seit langem mit den legendären direkt einspritzenden Diesel, dem TDI,  beschritten und damit aufgezeigt, welches Potenzial in dieser Motorentechnik steckt. Die wesentlichen Vorteile der Direkteinspritzung - hohe Leistungsausbeute und geringer Kraftstoffverbrauch - lassen sich auch auf die Benzinmotoren übertragen. Hinter der Abkürzung FSI verbirgt sich der Name Fuel Stratified Injection, was die geschichtete Benzin-Direkteinspritzung im Volkswagen-Konzern kennzeichnet, die bei diesen Triebwerken realisiert wurde.

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Unter dem öffentlichen und politischen Druck den Kraftstoffverbrauch sowie die CO2-Emission von Ottomotoren zu senken aber gleichzeitig  den  gestiegenen Komfort- und Leistungserwartungen heutiger Autokäufer zu entsprechen bescherte uns bereits treibstoffseitig den schwefelarmen Kraftstoff und nun antriebsseitig eine neue Generation von Ottomotoren. Im VW-Konzern markiert solchen Fortschritt das Kürzel FSI. Die Audi AG ihrerseits stellt nach dem 1.6 FSI -  eingesetzt im A2 1.6 FSI - jetzt im A4 ein weiteres benzindirekteinspritzendes Aggregat vor: den 2.0 FSI.
 

 

Audi A4 FSI 2.0 - Das neue 2.0 FSI Aggregat

Im Rahmen des konzerninternen Forschungs- und Entwicklungswettbewerbs lag die Entwicklungshoheit des Grundmotors  1.6 FSI in Wolfsburg, im Falle des nun vorgestellten 2.0 FSI bei Audi. In Ingolstadt ist man sich ganz sicher, dass im Laufe der nächsten Jahre in nahezu allen Baureihen Ottomotoren mit der neuen Benzin-Direkteinspritzung einen erfolgreichen Einzug halten werden.

Anders als bei der Saugrohr-Einspritzung wird der Kraftstoff bei einem FSI-Motor direkt in den Brennraum injiziert. Bei Audis 2.0 FSI handelt es sich erstmals um ein rein "luftgeführtes Brennverfahren". Die Ingolstädter bevorzugen dieses Verfahren, da hierbei der Treibstoffstrahl weder auf die Zündkerze noch auf den Kolben oder auf den Zylinderkopf treffe, während beim von der Mutter Volkswagen favorisierten sogenannten "wandgeführten Brennverfahren" der in steilerem Winkel injizierte Treibstoff direkt auf den Kolbenboden treffe.

Die Ingolstädter möchten mit Ihrem Slogan "Mehr Kraft aus jedem Tropfen Benzin" den Hauptvorteil von FSI der in der gleichzeitigen Krafstoffersparnis bei gleichzeitig höherer Leistung eindrucksvoll plakatieren. Für einen 1.8 T - dank seiner ebenbürtigen Leistung am ehesten vergleichbar mit dem 2.0 FSI - wurde ein Normverbrauch von 8,4 l/100 km ermittelt. Ebenfalls genau 150 PS besitzt der hubraumgrössere 2 Liter Direkteinspritzer schon mit 7,1 l/100 km. Audi taufte ihn deshalb als "Siegertyp mit Spartalent".

Ab sofort in Kombination mit Frontantrieb und manuellem 5-Gang-
Getriebe erhältlich

Das neue Aggregat mit 110 kW (150 PS) ist im A4 ab sofort in Kombination mit Frontantrieb und manuellem 5-Gang-Getriebe erhältlich. Verfügbar ist der 2.0-FSI-Motor sowohl für die A4 Limousine als auch für die Avant-Version.

Der neue FSI-Motor ist ein Vierzylinder mit zwei Liter Hubraum. Das Aluminium-Kurbelgehäuse und die Dimensionen sind identisch mit dem 96 kW (130 PS) starken Aggregat, das aus A4 und A6 bekannt ist. Es verfügtÜber ein Common Rail-Einspritzsystem und eine Einkolben-Pumpe. Der Zylinderkopf hat - im Gegensatz zum Basismotor mit Saugrohreinspritzung - vier Ventile. Optimale Platzverhältnisse für das fünfte Ventil, das für die direkte Einspritzung des Kraftstoffs zuständig ist.

Der 2.0 FSI mobilisiert 110 kW (150 PS) und ein maximales Drehmoment von beachtlichen 200 Nm bei drehzahlen zwischen 3.250 und 4.250 Umdrehungen pro min. Dies sorgt beim A4 schon für eine forsche Gangart. Laut Audi absolviert die A4 2.0 FSI-Limousine mit Handschalter die Paradedisiplin der Beschleunigung von 0 auf  100 km/h in nur 9,6 Sekunden. Ihre Höchstgeschwindigkeit erreicht die A4 Limousine dank der neuen Motorisierung bei knapp 220 km/h.

Doch ebenso charakteristisch wie ihre Sportlichkeit ist für FSI-Motoren ihre hohe Wirtschaftlichkeit. Bisher standen die beiden Forderungen nach hoher Leistung bei gleichzeitig niedrigem Verbrauch konträr zueinander. Die FSI-Technologie repräsentiert eine neue Generation von Otto-Motoren, mit der es Audi gelingt, den klassischen Zielkonflikt Leistung versus Verbrauch zu minimieren.

Den erzielten Fahrleistungen steht ein geringer Durchschnittsverbrauch von nur 7,1 Liter Super Plus je 100 Kilometer (gemessen nach 1999/100 EG) ggü. Dies stellt derzeit den Bestwert im Vgl. zu seinen Wettbewerbern der gehobenen Mittelklasse dar. FSI-Motoren erzielen deutlich mehr Leistung und Dynamik als konventionelle Aggregate mit Saugrohreinspritzung - und dies bei gleichzeitig deutlich reduziertem Kraftstoffverbrauch.

 

FSI: Zwei Betriebszustände

Zur der Verbrauchseinsparung trägt die Schichtladung bei, die im niedrigen und mittleren Drehzahlbereich bei einem FSI-Motor realisiert wird.

Die Einspritzdüse - sie sitzt unterhalb der Einlasskanäle - wird dabei durch eine von der Nockenwelle angetriebene Hochdruckpumpe und einen für alle Zylinder gemeinsamen Druckspeicher, das Common-Rail-System, versorgt. Das Einspritzventil dosiert millisekundengenau bei Einspritzdrücken bis 110 bar. Zum ersten  Mal kommt beim neuen Audi-Motor 2.0 FSI auch eine "bedarfsgerecht  geregelte HochdruckKraftstoffpumpe" (HDP2 von Bosch) zum Einsatz. Sie fördert im Idealfall immer nur so viel Kraftstoff, wie beim nächsten Zyklus tatsächlich benötigt  wird.

Das Schaltsaugrohr ist zweistufig ausgelegt und bietet damit zwei ängen für hohe und niedrige Drehzahlen. Ein kontinuierlicher Versteller der Einlassnockenwelle sorgt für die bedarfsgerechte Steuerung der Ventilöffnungszeiten.

Eine weitere Besonderheit ist im Einlasskanal zu finden - die sogenannte Tumble-Klappe. Sie ässt sich beim 2.0 FSI-Motor stufenlos verstellen und beeinflusst damit gezielt die Bewegung der einströmenden Luft.

In der geöffneten Klappen-Position strömt die Luft ungehindert vorbei. Wird die Klappe angestellt, kanalisiert sie den Luftstrom damit gezielt auf seinem Weg in den Brennraum und zum Kolbenboden.

Möglich werden somit zwei verschiedene Betriebsmodi - sie sind die entscheidende Voraussetzung für die Vielseitigkeit eines FSI-Motors: der Homogen- und der Schichtladebetrieb. Je nach Lastzustand und Gaspedalstellung schaltet die Motorelektronik immer in den optimalen Modus - ohne, dass der Fahrer etwas davon spürt.

"Homogenbetrieb" - mehr Leistung, weniger Verbrauch

Ein konventioneller Saugrohr-Einspritzer stellt im gesamten Brennraum ein Luft-Benzingemisch im zündfähigen Verhältnis von 14,7: 1 (Lambda = 1) her. In diesem Modus, dem sogenannten "Homogenbetrieb" läuft auch ein FSI-Motor: und zwar immer dann, wenn dem Aggregat hohe Leistung abverlangt wird.

Unter Volllast wird der Kraftstoff synchron zur Ansaugphase eingespritzt. Dabei kommt es zu einer gleichmässigen Füllung des Brennraums. Da der Kraftstoff aber - im Gegensatz zum Saugrohrein-spritzer - komplett im Brennraum verdampft, kühlt die hierbei entzogene Verdampfungswärme das Gemisch im Brennraum ab. Aus diesem Grund haben die direkteinspritzenden Ottomotoren eine verringerte Klopfempfindlichkeit und das Verdichtungsverhältnis kann entsprechend angehoben werden (2.0 FSI: 11,5:1). Dies macht einen deutlich besseren Wirkungsgrad möglich.

Mit anderen Worten: Schon im Homogenbetrieb ässt sich ein spürbar niedrigerer Kraftstoffverbrauch, gekoppelt mit höheren Leistungs- und Drehmomentwerten erreichen - das hat der permanent homogen betriebene Le Mans-Siegermotor bewiesen.

"Schichtladung" -  maximale Verbrauchsreduktion bis 100km/h

auf dem  Schichtladebetieb basiert die FSI-Zauberformel und bildet das Fundament für das Sparpotenzial des neuen Aggregats im Teillastbereich. Ziel ist es dabei den Motor so oft und so lange wie möglich mit Luftüberschuss im Brennraum laufen zu lassenund dennoch stattliche Leistung abrufen zu können. Dabei wird nur in den Bereich um die Zündkerze herum ein zündfähiges Gemisch - das heisst: etwa 14,7 Teile Luft auf 1 Teil Kraftstoff - platziert, imÜbrigen Brennraum herrscht
deutlicher Luftüberschuss.

Der Kraftstoff wird im Schichtladebetrieb erst sehr spät während der Kompressionsphase eingespritzt. Er gelangt so direkt in die Luft im Brennraum, die durch die Position der Klappe im Einlasskanal einerseits und durch die besondere Form des Kolbenbodens andererseits in eine walzenförmige Ladungsbewegung ("Tumble") versetzt wurde. Weil der Einspritzwinkel recht flach ausfällt, kommt die Kraftstoffwolke praktisch nicht mit dem Kolbenboden in Kontakt: ein sogenanntes "luftgeführtes" Verfahren. Mit der gezielten Tumble-Bewegung ässt sich dann auch die gewünschte Schichtladung erreichen: Pünktlich zum Zündzeitpunkt gelangt die Kraftstoffwolke, die sich mit der Luft zu einer zündfähigen Gemisch-Schicht auf begrenztem Raum verwirbelt hat, zur Zündkerze. Im Schichtlade-betrieb lassen sichÜbrigens, auf den gesamten Brennraum bezogen, Lambdawerte von bis zu 4,0 verzeichnen - die Voraussetzung für die Verbrauchsreduzierung bei niedrigen und mittleren Drehzahlen.

Ein willkommener Nebeneffekt: Bei der Verbrennung isoliert eine Luftschicht das heisse, gezündete Gemisch von der Zylinderwand. Damit kommt es zu einer Reduktion der WärmeabfuhrÜber den Zylinderblock - auch dies steigert den Wirkungsgrad des Motors.
 

Hoch wirksame Abgasreinigung

Zu den besonderen Herausforderungen dieser Motorentechnik gehört die effiziente Abgasnach-behandlung, bei der ein NOx-Speicherkat zum Abbau der im Abgas enthaltenen Stickoxide zum Einsatz kommt. Ein entscheidendes Hindernis für die Entwickler von Benzin-Direkteinspritzern nach dem Schichtladekonzept war in der Vergangenheit das Thema NOx-Emissionen. Denn die beim Magerbetrieb entstehenden Stickoxide liessen sich im konventionellen Katalysator nicht vollständig zu Stickstoff reduzieren.

Ein Problem, dem das neue 2.0 FSI-Aggregat nun mit einer ganzen Reihe von Massnahmen zu Leibe rückt. Auf der Auslassseite findet sich eine der zentralen Komponenten für die wirksame Abgasreinigung, die Abgasrückführung. Gesteuert von der Motorelektronik und geregelt durch Abgasrückführungsventil und verstellbare Einlassnockenwelle, führt sie bis zu 30 Prozent des gesamten Abgases wieder zurück in den Brennraum. Dies trägt dazu bei, die Verbrennungstemperatur zu senken und so im geschichteten Magerbetrieb die NOx-Rohemissionen um bis zu 70 Prozent zu senken.

Aufwändige Abgasreinigung

Für die Abgasreinigung sind beim FSI-Motor zwei (!) Katalysatoren zuständig: Hinter dem Krümmer angebracht ist der motornahe 3-Wege-Katalysator, im Unterboden befindet sich der NOx-Speicherkat.

Für die besonderen Anforderungen eines Direkteinspritzers ausgelegt ist der NOx-Speicherkat, an dessen Ausgang ein NOx-Sensor angebracht ist. In der Magerphase kann der konventionelle 3-Wege-Kat bekanntlich Stickoxide nicht ausreichend abbauen, da er stöchiometrisches Abgas (14,7 Teile Luft auf 1 Teil Kraftstoff) benötigt.

Die folglich vermehrt vorhandenen Stickoxide müssen also zu ungefährlichem Stickstoff reduziert werden. Dies geschieht wirkungsvoll im Speicherkat, der die Stickoxide in seiner Barium-Beschichtung bindet. Die Arbeit des Speicherkat ist kennfeld- und temperaturgesteuert. Bei Sättigung des Kat sorgt ein kurzzeitiges Anfetten des Gemischs für die erforderliche Entladung: Durch die Temperaturer-höhung und den leichten Luftmangel wird das Stickoxid von den Bariummolekülen freigegeben und zu Stickstoff reduziert. Ein Vorgang, den der Fahrer im Fahrbetrieb nicht spürt.

Die einzelne Elemente zur Abgasreinigung - Adsorber, NOx- und Temperatursensor mussten komplett neu entwickelt und zu einem stimmigen Paket zusammengefasst werden.

 

Audi A4 2.0 FSI Limousine

Ein erfreuliches Resultat der aufwändigen aber leistungsfähigen Abgasreinigung zahlt sich für den Besitzer eines Fahrzeugs mit 2.0 FSI Maschine in barre Münze aus: Die Erfüllung der EU-IV-Abgasnorm ersparen eine Kraftfahrzeugsteuer in Höhe von bis zu 307 Euro.

FAZIT: Audi´s Angriff auf den den klassischen Zielkonflikt  zwischen Leistung und Verbrauch darf zu recht als gelungen bezeichnet werden. Der Wirkungsgrad wurde spürbar verbessert. Man kann den Audi-Ingenieuren hierzu nur gratulieren. Die Maschine harmoniert hervoragend mit dem Audi A4 - sei es nun Avant oder Limousine -  und wird sich zweifellos einen gehörigen Anteil unter den zur Verfügung stehenden Antriebsquellen sichern. Es bleibt sehr spannend abzuwarten, welche weiteren Motoren - evtl. mit mehr als vier Zylindern - den beiden ersten FSI´s mit Benzindirekteinspritzung folgen werden.

Audi A4: Dynamik und Eleganz

Seine Leistung bringt das neue FSI-Aggregat in A4 Limousine und Avant über Frontantrieb auf die Strasse. Ein manuelles 5-Gang-Schaltgetriebe dosiert die Leistung des neuen Motors passend für jede Fahrsituation. Richtungweisend ist das Aluminium-Leichtbaufahrwerk. Es sorgt durch seine geringen ungefederten Massen für beispielhafte Fahrdynamik. Hohe Lenkpräzision und exaktes Handling ergänzen den erstklassigen Federungskomfort.

Der A4 verfügt serienmässig über eine der aufwändigsten und effizientesten Hinterradaufhängungen, die es in der Gegenwart gibt. Die Trapezlenker sind als Aluminium-Hohlprofil ausgeführt. Diese torsions- und biegesteifen Lenker nehmen einen Grossteil der Kräfte auf, die auf das Rad wirken. So definieren sie gemeinsam mit dem dahinter angeordneten Spurlenker das elastokinematische
Verhalten der Achse.

Nicht nur das geringe Gewicht, sondern auch die hervorragende Raumökonomie zeichnet diese Konstruktion aus. Die kompakte Bauweise ermöglicht in allen Versionen eine niedrige Ladebodenhöhe im Gepäckraum und eine grosszügig bemessene Durchladebreite.
 

Audi A4 Avant: Design in Funktion

Der A4 Avant verbindet auf einzigartige Art und Weise Design und Dynamik mit Eleganz und Vielseitigkeit.

  Audi A4 2.0 FSi Avant

Der alte Audi-Slogan "Schöne Kombis heissen Avant" gilt umsomehr für den neuen A4 Avant. Laut Audi nennen rund 40 Prozent der Käufer eines A4 Avant das Design an erster Stelle als Grund für die Kaufentscheidung. Ein sehr hoher Wert im Vergleich zur Konkurrenz.

Audi-typisches Gestaltungsmerkmal ist die klare, reduzierte Formensprache mit der hohen Gürtellinie und der dezent angedeuteten Keilform: Schon die Silhouette identifiziert den neuen A4 Avant auf den ersten Blick als einen gelungenen Vertreter der Gattung Audi.

Das klar gezeichnete Heck unterstreicht dieses Spannungsverhältnis. Von hinten wirkt der A4 Avant breit und bullig. Ein Entwurf wie aus einem Guss, dessen konsistentes Gestaltungsziel sich auch im Innenraum konsequent fortsetzt.

DortÜberzeugt - wie bei der Limousine - die Architektur der horizontal um den Fahrer herumgezogenen Linien. Auf diese Weise entsteht ein Gefühl der Geborgenheit ohne, dass der grosszügige Raumeindruck darunter leidet.

Nicht nur schön - sondern auch praktisch: glattfächiger Laderaum

 

Eine besondere Qualität bietet der A4 Avant mit seinem glattfächigen Laderaum. Eine Durchladebreite von 1000 Millimetern sind sehr gute Werte. Möglich macht dies die platzsparende Bauweise der Hinterachse, die bereits in der aktuellen A4 Limousine zu finden ist. Sie wurde schon in der Basiskonstruktion auf die spezifischen Anforderungen des Avant hin ausgelegt. Alle Radführungselemente sindÜber Gummi-Metall-Lager an dem elastisch gelagerten Achsträger angelenkt, die Achsschwingungen wirkungsvoll von der Karosserie abkoppeln. Zudem wurde druch die Wahl des Materials eine exzellente Geräuschisolation erzielt.

 

Alle Audi A4 sind serienmässig mit dem Elektronischen Stabilisierungsprogramm ESP der neuesten Generation ausgerüstet, zu dem auch der hydraulische Bremsassistent gehört. Klar konturiert transferiert die Formensprache der neuen A4-Karosserie eine moderne - aber nicht aggresiv wirkende - Sportlichkeit, in der Aerodynamik  und Dynamik harmonisch vereint wurden. Auffallend sind die Klarglasscheinwerfer, der auditypische-Kühlergrill gepaart mit der hohen Gürtellinie. Sie sind ein klarer Ausdruck des unverwechselbaren Audi-Designs.

Der Audi A4 bietet ein hohes Mass an Raumkomfort. Relativ viel Kniefreiheit im Fond sowie ein ausreichendes  Platzangebot für Kopf und Schulterbereich. Recht ordentlich fällt das Kofferaumvolumen niucht nur des avants sondern auch der Limousine aus: der glattfächige Gepäckraum der Limousine umfasst ein Volumen von 445 Litern.

BesondersÜberzeugend gefiel uns das sehr hohe Niveau der Qualität in Form von Verarbeitung, Anmutung und Habitus. Ein Eindruck, der nicht zuletzt durch die hochwertige Materialauswahl vermittelt wird. Es klappert und knistert nichts und die Türen fallen satt ins Schloss.

Einziger Wehrmutstropfen: das als extra zu ordernde BOSE-Soundsystem überzeugte nicht.

Die spürbar hohe Steifigkeit der Karosserie, der gute Abrollkomfort und die äusserst wirksame Isolation gegen störende Wind- und Fahrgeräusche erfüllen auch hohe Ansprüche. Dies gilt für die A4 Limousine  genauso wie für den A4 Avant.