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Von der Rennstrecke auf die Straße: R8 Motor und Antrieb

Mehr noch als bei jedem anderen Fahrzeugkonzept ist bei einem Sportwagen der Motor das Herz des Autos. Er bringt nicht nur die Dynamik, das Leistungs­vermögen und die Spurtkraft, er muss auch durch spontanes Ansprechen und Drehfreude begeistern. Und schließlich ist sein Klang reine Musik in den Ohren des wahren Sportwagen-Fans.Die Leistungsfähigkeit von V8-Triebwerken mit FSI-Benzin-Direkteinspritzung hat Audi zuerst auf der Rennstrecke bewiesen: Im Jahr 2001 traten die Audi R8-Rennsportwagen zum ersten Mal mit dem FSI-Konzept zu den 24 Stunden von Le Mans an – und errangen einen überlegenen Doppelsieg als Beginn einer beispiel­losen Erfolgsserie. Im Jahr darauf brachte die Kombination aus überlegener Leitungsentfaltung und reduziertem Verbrauch gar einen Dreifach-Sieg ein. Kein einziges Mal übrigens fiel der R8 bei seinen 79 Starts durch einen Motorschaden aus.Der neue Audi R8 bringt diese Überlegenheit jetzt von der Rennstrecke auf die Straße: Wie sein Vorbild aus Le Mans holt er seine Power aus einem hoch­drehenden V8, der als Mittelmotor vor der Hinterachse platziert ist. Das 4,2-Liter-Triebwerk ist eine Neuentwicklung, das mit Trockensumpfschmierung, geraden Ansaugkanälen oder einem Auspuffkrümmer mit gleichen Lauflängen für alle Zylinder geballte Rennsporttechnologie besitzt.

Beeindruckende Leistungswerte

Der Lohn der Ingenieursarbeit lässt sich in eine Reihe beeindruckender Zahlen fassen: Die Höchstdrehzahl liegt bei stolzen 8.250 1/min. Bei 7.800 1/min liefert der Motor seine Höchstleistung von 420 PS. Mit seinem Hubraum von 4.163 ccm überspringt er damit die für Serienfahrzeuge magische Hürde von 100 PS pro Liter Hubraum. Hochdrehzahl bedeutet auch: Die maximale Kolbengeschwindigkeit beträgt bei Nenndrehzahl 24,1 Meter pro Sekunde. Dabei wechselt jeder Kolben pro Sekunde etwa 275 Mal die Kraftrichtung.

Ebenso stattlich ist das Drehmoment: Der Maximalwert von 430 Newtonmeter liegt im Bereich von 4.500 bis 6.000 1/min an. Noch besser: Mindestens 90 Prozent dieses Werts stehen in dem enorm breiten Drehzahlband zwischen 3.500 und 7.500 1/min zur Verfügung. Das sichert Schubkraft über eine weite Drehzahlspanne, damit souveränen Durchzug und die Möglichkeit, ohne häufige Gangwechsel entspannt und dennoch dynamisch zu fahren.

Die Fahrleistungen beeindrucken entsprechend: In nur 4,6 Sekunden sprintet der R8 aus dem Stand auf 100 km/h, mit Schaltgetriebe ebenso wie mit der sequentiellen Schaltung R tronic. Traktionsprobleme kennt er dabei dank seines quattro-Antriebs und der perfekten Gewichtsverteilung überhaupt nicht. Die 200 km/h-Marke ist nach 14,9 Sekunden erreicht. Dank der ausgefeilten Aerodynamik halten sich die Vortriebskraft des Motors und der Luftwiderstand erst bei der Höchstgeschwindigkeit von 301 km/h die Waage.

Kompakter Sportmotor

Der V8 ist eine sehr kompakte Konstruktion. Das hält sein Gewicht niedrig, verbessert das Schwingungsverhalten und bringt Vorteile für Einbaulage und Gewichtsverteilung. So misst das Kurbelgehäuse mit seinem Zylinderbankwinkel von 90 Grad nur 43 cm in der Länge und 52 cm in der Breite. Die Zylinder­bohrung beträgt 84,5 mm bei einem Hub von 92,8 mm. Gefertigt ist das Gehäuse im Niederdruck-Kokillenguss aus einer hochfesten Aluminiumlegierung. Die Nockenwelle und die Nebenaggregate wie Ölpumpe oder Klimakompressor werden zuverlässig und Platz sparend über eine Kette angetrieben.

Um einen niedrigen Fahrzeugschwerpunkt zu erreichen, sollte der Antrieb eines Sportwagens möglichst tief installiert sein. Durch seine Trockensumpfschmierung baut der Achtzylinder des R8 deutlich flacher als ein konventioneller Motor. Dadurch konnte er sehr weit nach unten, hin zur Fahrbahn platziert werden. Bei der Trockensumpfschmierung wird das Motoröl nicht in einer großformatigen Ölwanne unterhalb der Kurbelwelle gesammelt, sondern von einer Lenzpumpe über einen Ölkühler in einen separaten Tank gefördert – und von dort über den Ölfilter von der Pumpe wieder zu den Lagerstellen. Ein weiteres Beispiel für die Feinarbeit am Fahrzeugschwerpunkt ist der Ölkühler: Er wurde sehr tief am Space Frame hinter dem linken sideblade platziert. Die Wasserkühler sind im Vorderwagen angeordnet: zwei hinter den großen Luftführungen seitlich und ein dritter hinter dem Singleframe-Grill in der Mitte.

Zum anderen sichert die Trockensumpfschmierung mit ihrem Öltank eine zuverlässige Versorgung mit Schmierstoff selbst unter extremer Belastung: So ist der Ölhaushalt des V8-Sportmotors für eine im harten Renneinsatz auftretende Querbeschleunigung ausgelegt. Übrigens ist auch die Benzinpumpe im Tank so konzipiert, dass dem Triebwerk sogar bei größter Querbeschleunigung nie der Kraftstoff ausgeht.

Auch der Rechner ist schnell

Wer erinnert sich nicht an die wunderschönen, hoch aufragenden Ansaugtrichter früherer Formel 1-Autos? Auch das V8-Triebwerk des Audi R8 holt sich die Atemluft durch gerade, aus Aluminium gegossene Ansaugtrichter von 23 cm Länge. Integriert sind sie ins zweiflutige Ansaugsystem, das an beiden Flanken des R8 unter den sideblades beginnt und die Frischluft über einen 27 Liter großen Filterkasten zu den zwei Drosselklappen schickt. Im unteren Drehzahl- und Lastbereich wird im Saugrohrunterteil eine Tumbleklappe aktiviert, die für eine Drehmoment fördernde Verwirbelung des Gemischs sorgt.

Die Drehzahlen von bis zu 8.250 1/min verlangen nach hoher Rechenleistung und Rechengeschwindigkeit. Deshalb ist in der Motorsteuerung der schnellste derzeit für diesen Zweck verfügbare Prozessor eingesetzt, der so genannte „Green Oak“. Zwei Motorsteuergeräte Motronic 9.1 ergänzen sich hier nach dem Master-and-Slave-Prinzip und versorgen die Kennfeldzündung mit ruhender Hochspannungs­verteilung mit ihren digitalen Befehlen.

Viel Druck im Zylinder, wenig im Auspuff

Beim V8-FSI-Motor wird der Kraftstoff über eine Einloch-Dralldüse direkt in den Brennraum eingespritzt. Das unterstützt die sehr gute Volllast-Performance, kühlt den Zylinder von innen, reduziert damit die Klopfempfindlichkeit und ermöglicht die Verdichtung von 12,5. Beide Nockenwellen des Vierventil-Motors sind voll variabel verstellbar und sorgen damit für die Sportmotor-Charakteristik mit einem kontinuierlichen Drehmoment-Anstieg über einen weiten Drehzahlbereich.

Bei einem Sportwagen ist Leistung das oberste Ziel auch bei der Auslegung der Abgasanlage. Das erfordert einen geringen Abgasgegendruck sowie einen Auslasskrümmer, der mit spezifischen Längen für jeden Zylinder für Leistung und Drehmoment optimiert ist. Die beiden motornahen Vorkatalysatoren sind im Krümmermodul integriert und sorgen für ein schnelles Anspringen der Abgas­reinigung. Die beiden Hauptkatalysatoren sind im Schalldämpfer untergebracht. Der ist hinter dem Motor und oberhalb des Getriebes installiert und komplett in Edelstahl ausgeführt.

Durch optimierte Wandstärken konnten hier etwa fünf Kilogramm Gewicht eingespart werden. Das große Volumen des Schalldämpfers, die konsequente Trennung der Abgasstränge sowie die beiden Abgasklappen liefern einen wesentlichen Anteil zum unverkennbar satten Sound des R8.

Das Sounderlebnis

Der Motorsound eines Sportwagens muss elektrisieren. Jede Bewegung des Gaspedals, jede Veränderung der Drehzahl muss von einer kraftvollen Klang­modulation begleitet sein, die der Leistungsbereitschaft und –entfaltung des Motors nicht nur gerecht wird, sondern deren Wahrnehmung auch noch verstärkt.

Im Gegensatz zum Motorklang sollen die anderen Fahrgeräusche (Wind, Reifen) eher unauffällig bleiben. Schließlich will auch der Sportwagenfahrer nach langen und schnellen Autobahnetappen gelassen und erholt ankommen. Somit waren der Geräusch- und der Schwingungskomfort ein besonders wichtiges Thema bei der Entwicklung des R8.

Bevor die Ingenieure den Sound aktiv gestalten können, müssen erst in viel Feinarbeit alle unerwünschten Frequenzen gedämmt und getilgt werden. Die extrem steife Aluminium-Karosserie in Space Frame-Bauweise bietet freilich beste Voraussetzungen für eine geringe Körperschall-Übertragung. Ein wesentliches Bauteil beim Mittelmotor-Konzept ist dabei die Trennwand zwischen Fahrerraum und Triebwerksabteil. So sind die Blechflächen dieser Firewall an beiden Seiten mit speziellen Materialien gedämmt, auch die Scheibe ist aus speziellem Akustikglas gefertigt – einem Zweischeiben-Verbundglas mit dicker Geräuschdämmfolie.

Das Spiel mit den Frequenzen

Das ist natürlich nur die Voraussetzung für das Spiel mit den „richtigen“ Frequenzen. So ist der Motorsound dominiert von den Melodien aus Ansaug- und Abgassystem. Werden etwa die Abgasklappen geschlossen, wandelt sich der Schalldämpfer in einem Geräusch reduzierenden Reflektionsdämpfer. Offene Abgasklappen dagegen schaffen ein sportlich-voluminöses Klangbild. Ebenso wurde das Luftfiltergehäuse intensiv abgestimmt: Die Ansauggeräusche gelangen nun wohl dosiert durch spezielle Soundöffnungen in den Motorraum und über die Firewall akustisch gefiltert in den Innenraum.

Dabei muss auch das Frequenzspektrum passen: Der V8 liefert einen reichhaltigen Fächer an Klängen, ohne dass eine Frequenz störend dominieren würde. Die viele Feinarbeit hat sich fraglos gelohnt: Je höher die Drehzahl, je höher die Last, umso sportlicher klingt der R8.

Mehr als nur Kulisse: das Getriebe

Nicht nur Leistung und Drehmoment prägen die Dynamik eines Sportwagens, auch die Getriebeübersetzungen müssen passen. Die Schaltbox im R8 hält deren sechs bereit, wahlweise per Kupplung und Handschaltung zu bedienen oder, mit noch mehr Rennsportflair, sequentiell per R tronic. Die Übersetzungsstufen sind dabei immer gleich, nämlich kurz und mit knackig passenden Anschlüssen.

Das Schaltgetriebe ist eine sehr kompakte Konstruktion. Zusammen mit der Zweischeiben-Kupplung mit geringem Durchmesser erlaubt es die niedrige Einbaulage der Antriebseinheit. Das Handschaltgetriebe zeichnet sich aus durch sehr kurze Schaltwege und die absolut präzise Führung des Schalthebels in der offenen Schaltkulisse. Sie besteht aus Edelstahl und bietet eine angenehme Haptik sowie Sportwagen-Optik vom Feinsten.

Knackig schalten lassen

Noch bessere Performance und schnellere Gangwechsel liefert das sequentielle Schaltgetriebe R tronic. Es fügt dem Erlebnis R8 eine weitere Dimension hinzu: Mit der manuellen Schaltung über die Lenkrad-Paddel oder den neu gestalteten sequentiellen Schalthebel, mit einem Automatik-Modus in zwei Stufen und nicht zuletzt mit der Launch Control für Blitzstarts.

Die elektrohydraulische Schalteinheit der R tronic verfügt über einen eigenen Ölkreislauf mit elektrischer Pumpe, die permanent den für die Schaltvorgänge notwendigen Druck von 40 bis 50 bar bereitstellt. Über die Hydraulik wird die Kupplung bedient, ein zweiter Ventilblock ersetzt die mechanische Schalt­betätigung. Ansonsten bleibt das mechanische Getriebe mit seinem optimalen Wirkungsgrad unverändert. Die Schaltbefehle vom Lenkrad oder dem Schalthebel werden dabei „by wire“ übertragen, rein elektrisch also.

Gegenüber ähnlichen Lösungen aus dem Wettbewerb zeichnet sich die neu entwickelte und in allen Details optimierte R tronic durch einerseits minimale Zugkraftunterbrechung, andererseits aber sanfte Gangwechsel aus. Die Arbeits­geschwindigkeit variiert dabei je nach Drehzahl und Schaltprogramm. Der S-Modus steht für extrem kurze Gangwechselzeiten: Hier schaltet die R tronic wesentlich schneller als selbst ein sehr geübter Fahrer. Möglich ist der S-Modus sowohl bei manueller Betätigung wie auch im Automatikprogramm. Dann liegen die Schaltdrehzahlen höher als im Standardprogramm.

Start aus der Pole Position

Mit seiner überlegenen Traktion ist der R8 ein ausgezeichneter Sprinter: Aus dem Stand passiert er Tempo 100 nach nur 4,6 Sekunden – blitzartiges Anfahren und schnellsten Gangwechsel bei optimaler Schaltdrehzahl von 8.250 1/min natürlich vorausgesetzt.

Dieselbe höchst souveräne Beschleunigungszeit ist aber auch viel leichter zu erleben: mit der Launch Control der R tronic. Hier übernimmt das Getriebe­steuergerät die optimale Regelung von Drosselklappenwinkel und Kupplungsweg.

Zu bedienen ist das System einfach: Dazu müssen der S-Modus aktiviert und das ESP ausgeschaltet sein. Werden nun gleichzeitig die Fußbremse und das Gaspedal bis zum Anschlag betätigt, dann regelt das System automatisch die für optimale Traktion und Kraftübertragung erforderliche Motordrehzahl. Wird jetzt die Bremse gelöst, kuppelt die R tronic optimal ein und beschleunigt den R8 in maximaler Geschwindigkeit.

Fahrspaß und Sicherheit vom Erfinder des quattro

Mit der Vorstellung des ersten quattro revolutionierte Audi vor inzwischen 27 Jahren die automobile Welt: Der permanente Allradantrieb quattro hat sich schnell als das überlegene Antriebssystem erwiesen: Von den Rallyepisten über Rundstrecken bis hin zu Bergrennen wie dem legendären Pikes Peak – Audi quattro-Rennwagen dominierten über die Jahre fast jede Art von Motorsport. So lange sie nicht wegen ihrer drückenden Überlegenheit per Reglement verboten wurden.

Auch auf der Straße schafft quattro die überlegene Verbindung von Fahrspaß und Sicherheit: Durch die bedarfsgerechte Verteilung der Antriebskraft auf alle vier Räder wird die Traktion ebenso verbessert wie die Spurstabilität in allen Fahr­situationen. Dazu kommt selbstverständlich der Sicherheitsgewinn bei widrigen Witterungsverhältnissen, wie Regen oder Eis und Schnee.

Aufgrund seines Mittelmotor-Konzepts unterscheidet sich der Antrieb des R8 konstruktiv von allen bisherigen quattro-Modellen: Vom Getriebe führt die Antriebswelle durch die Ölwanne des Motors nach vorne zum neu entwickelten Vorderachs-Differenzial. Hier sorgt eine Viskokupplung für die Kraftverteilung zwischen Hinter- und Vorderrädern. Mit einer Achslastverteilung von 44 zu 56 zugunsten der Hinterachse ist die Gewichtsbalance des Mittelmotor-R8 extrem gut. Passend dazu verteilt die Viskokupplung zwischen 10 und 35 Prozent der Antriebskraft an die Vorderachse. Das bedeutet maximale Traktion, erhält aber zugleich das für einen Mittelmotor-Sportwagen typisch agile Fahrverhalten.

Einen weiteren Beitrag zum ausgeglichenen Fahrverhalten des Audi R8 leistet das asymmetrische Sperrdifferenzial an der Hinterachse. Unter Zug beträgt die Sperrwirkung 25 Prozent, unter Schub 45 Prozent. In Kombination mit einer ausgeklügelten Achskinematik vermeidet dies abrupte Lastwechselreaktionen, etwa wenn der Fahrer in Kurven vom Gas auf die Bremse geht.

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