Der neue 6,0-l-Zwölfzylindermotor für den Audi A8

534 MTZ Motortechnische Zeitschrift 62 (2001) 7/8

1 Einleitung

Bereits im Jahre 1931 wurde ein Zwölfzylin-dermotor im Horch Typ 670 mit 6 l Hub-raum angeboten. Mit dem neuen W12 imA8 knüpft Audi an diese Tradition an. DerA8 mit Aluminium-Karosserie, quattro-An-trieb und neu mit Zwölfzylindermotor wirdin überzeugender Weise dem Anspruch ei-nes sportlichen Luxusmodells gerecht. DieFahrleistungen unterstreichen den sport-lichen Charakter.

2 Entwicklungsziele

Mit dem neuen W12 sollten bezüglichKomfort und Fahrleistungen neue Maßstä-be gesetzt werden. Ziel war es, neben derhohen Leistung ein sehr hohes Drehmo-ment über den gesamten Drehzahlbereichanzubieten, das über den quattro-Antriebsicher auf die Straße umgesetzt werdenkann. Ein niedriger Kraftstoffverbrauchwar zu erreichen.

Der neue kompakte Zwölfzylindermotor inDoppel-V-Bauweise, dessen Grundentwick-lungsverantwortung bei VW [1,2] liegt, soll-te ohne Änderungen des Motorraums indas Audi-A8-Fahrzeug eingebaut werden.Die Voraussetzungen waren dank der ver-gleichbaren Abmessungen des Audi-V8-4,2-l-Motors gegeben. Aus Komfort- undAkustikgründen sollte ein wassergekühlterGenerator zum Einsatz kommen. Zur Stei-gerung der Kühlleistung war ein Hydrolüf-ter vorzusehen.

3 Aufbau des Motors

Der Aufbau des Motors ist im Titelbild undBild 1 dargestellt.

Die Zylinder sind nicht, wie beim klassi-schen W-Motor in drei Reihen, sondernnach dem Doppel-V-Prinzip angeordnet.Hierbei werden zwei kompakte V6-Moto-ren, die über einen engen V-Winkel von15° verfügen, unter einem Bankwinkel

von 72° gekoppelt, Bild 2. Der grundsätz-liche Aufbau des Motors wurde in [2] be-reits beschrieben.

In Tabelle 1 sind die technischen Daten desW12 noch einmal zusammengefasst.

Die zwei Zylinderbänke beinhalten folgen-de Zylinder:Bank 1: Zylinder 1 bis 6Bank 2: Zylinder 7 bis 12.

Bedingt durch die abgasseitig optimale Zu-sammenfassung von jeweils drei Zylindernwird jede Zylinderbank in zwei Zylinder-gruppen unterteilt:Gruppe 1: Zylinder 1, 2, 3Gruppe 2: Zylinder 4, 5, 6Gruppe 3: Zylinder 7, 8, 9Gruppe 4: Zylinder 10, 11, 12.

Die niedrige Bauhöhe des Motors wurdedurch einen geschränkten Kurbeltrieb er-möglicht. Aufgrund dieses Kurbeltriebsverändert sich die Kinematik. Dies führt beidem Audi-W12-Motor zu einer Arbeitstakt-verschiebung von ± 2,45°. Entgegen einemKurbeltrieb ohne Schränkung folgt der un-tere Totpunkt dem oberen nicht nach 180°,sondern bei positiver Schränkung erst nach

Entwicklung W12-Motor

Der Audi A8 verbindet seit seiner Serieneinführung in hohem MaßePrestige, Komfort und Sportlichkeit. Das Modell S8 mit dem 4,2-l-V8-Motor stellte bisher die stärkste Motorisierung und ist auch weiterhindie sportliche Variante des A8-Modells. Mit dem Ersteinsatz des neuentwickelten W12-Motors im Audi A8 ist es gelungen, dieses Maß so-wohl bezüglich Fahrleistung als auch Komfort zu übertreffen. In Ver-bindung mit dem bewährten permanenten Allradantrieb quattro ist esmöglich, diese hohen Motorleistungen sicher auf die Straße umzuset-zen. So beschleunigt der Audi A8 6.0 in nur 5,8 s von 0 auf 100 km/h,in nur 20 s von 0 auf 200 km/h und von 80 auf 120 km/h in nur 8 s.

Der neue 6,0-l-Zwölfzylindermotorfür den Audi A8

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EntwicklungW12-Motor

Dr.-Ing. Helmut Endresist Leiter Aggregate-entwicklung bei der Audi AG, Ingolstadt.

Dipl.-Ing. (FH) ArminBauder ist Leiter Otto-Motorenentwicklung V8 / W12 bei der Audi AG,Neckarsulm.

Dr.-Ing.Andreas Möndelist Teamleiter in der Mechanikentwicklung Otto-Motoren bei der Audi AG, Neckarsulm.

Dr.-Ing. Ernst Gorenflowar Projektleiter Thermodynamik W12 beider Audi AG, Neckarsulm.

Dipl.-Ing. Robert Müllerist Leiter MotorkonstruktionW12 bei der Audi AG,Neckarsulm.

Die Verfasser

Bild 1: Längs- und Querschnitt

Figure 1: Longitudinal and cross section

Bauart W12 im Audi A8Leistung kW 309

min-1 bei 6 000

Drehmoment Nm 550min-1 von 3 500 - 4 750

Bohrung mm 84,0

Hub mm 90,2

Hubraum cm3 5 998,0

Zylinderabstand mm 65,0

Pleuellänge mm 168,5

Pleuelstangenverhältnis – 0,268

Bankwinkel ° 72,0

V-Winkel einer Bank ° 15,0

Bankversatz mm 13,0

Schränkung mm ± 12,5

Hauptlagerdurchmesser mm 65,0

Hauptlagerbreite mm 15,8

Pleuellagerdurchmesser mm 54,0

Pleuellagerbreite mm 11,6

Split-Pin ° 12,0

Verdichtungsverhältnis 10,75

Zündfolge 1-12-5-8-3-10-6-7-2-11-4-9

Verstellbereich Einlass-NW °KW 52,0 (kontinuierlich)

Verstellbereich Auslass-NW °KW 22,0 (kontinuierlich)

Gemischaufbereitung Bosch Motronic ME 7.1.1

Kraftstoffverbrauch (MVEG)

Stadt l/100 km 22.9

Überland l/100 km 9.8

Gesamt l/100 km 14,6

Tabelle 1:Technische Daten

Table 1:Technical data


182,45°, bei negativer Schränkung bereitsnach 177,55°. Somit ergibt sich zwischen denBänken mit positiver und negativerSchränkung ein Gesamtversatz des unterenTotpunkts von 4,9°. Dieser Arbeitstaktdiffe-renz wird bei den Ventilsteuerzeiten Rech-nung getragen.

Die Zylinderköpfe des W12-Motors basierenauf dem des Vierventil-V6-Motors und sindbis auf die Kanäle und spezifische Guss-und Bearbeitungsänderungen identisch.Die Verwendung je eines Zylinderkopfs in

Querstromanordnung pro Zylinderbankund die damit verbundenen unterschiedli-chen Lagen der Ein- und Auslassventileführen zu unterschiedlichen Ein- und Aus-lasskanälen. Da die Anordnung der Zylin-der der Bank 2 aus fertigungstechnischenGründen punktsymmetrisch zu denen derBank 1 sind (Zylinder 12 entspricht Zylinder1), ergeben sich vier Kombinationen ausSchränkung und Kanalgeometrie.

Die Aufgabe bestand darin, alle Zylinderauf gleiche Füllung auszulegen. Die Vorge-

hensweise ist unter Kapitel 4, Motorther-modynamik, beschrieben.

3.1 Schmierölkreislauf

Der W12-Motor im A8 ist zur Absicherungder hohen Fahrdynamik bei gleichzeitigerEinhaltung der Bodengrenzlinie und Mo-torhaubenabmessung mit einer Trocken-sumpfschmierung ausgestattet. Die Öl-pumpe ist vorne rechts in der Ölsammel-wanne des Motors untergebracht und wirdüber eine Kette von der Kurbelwelle ange-trieben. Durch diese motorinterne Anord-nung konnte, im Gegensatz zu außen ange-bauten Trockensumpfpumpen, auf zusätz-liche Abdichtungsmaßnahmen verzichtetwerden.

Die Ölpumpe besteht aus drei Zahnrad-pumpen, einer Druckpumpe zur Versor-gung des Motors und zwei angeflanschtenSaugpumpen zur Rückförderung des Mo-toröls in den Öltank. Die Radsätze sind aufzwei parallelen Wellen hintereinander an-geordnet. Der Öldruck wird über ein Ab-steuerventil innerhalb der Druckpumpe ge-regelt. Ein motorfester Öl-Wasser-Wärme-tauscher übernimmt die Ölkühlung, undüber den ebenfalls motorfesten Haupt-stromfilter wird das gekühlte und gefilterteÖl dem Motor zugeführt. Alle Ölkanäle sindin der Ölsammelwanne eingegossen, Bild 3.Damit entstehen trotz der komplexen Öl-führung der Trockensumpfschmierung kei-ne Dichtprobleme.

Die Ölsammelwanne beinhaltet das Öl-kühlerumgehungsventil und zwei Absaug-


Bild 2: Kurbeltrieb

Figure 2: Crank mechanism

Bild 3: Ölführung in der Ölsammelwanne

Figure 3: Oil routing in the oil collector pan


stellen, die über zwei eingegossene Kanälemit den Saugpumpen verbunden sind.

Im Ölfiltermodul sind das Umgehungsven-til, der Öldruckgeber und die Generatorhal-terung integriert.

Der Öltank befindet sich auf der rechtenFahrzeugseite hinter dem Scheinwerferund ist über zwei Teflonschläuche mit Edel-stahlgeflechtummantelung mit dem Motorverbunden. Die Entschäumung des Mo-toröls erfolgt über einen Zyklon innerhalbdes Öltanks. Der Tank beinhaltet einen Öl-stands- und einen Temperaturgeber, sowieeinen nur für den Kundendienst erforderli-chen Ölpeilstab.

Der weitere Ölkreislauf ab dem Hauptölka-nal ist innerhalb der W12 – Baureihe iden-tisch und wurde bereits in [2] beschrieben.

3.2 Kurbelgehäuseentlüftung

Ein wichtiges Entwicklungsziel zum Errei-chen von niedrigem Ölverbrauch ist einegut funktionierende Ölabscheidung bei derKurbelgehäuseentlüftung.

Das Blow-By-Gas wird aus beiden Zylinder-köpfen und dem Zylinderkurbelgehäuse inden Öltank geführt. Dieser dient als Volu-menabscheider. Noch verbleibende klein-ste Öltröpfchen werden in einem nachge-schalteten Labyrinthabscheider separiertund unterhalb des Ölspiegels in den Öltankzurückgeführt.

Das entölte Blow-By-Gas wird bankweiseaufgeteilt und nach den Drosselklappen soins Saugrohr eingebracht, dass es sich mög-lichst gleichmäßig auf die einzelnen Zylin-der verteilt. Die Steuerung erfolgt je Zylin-derbank über ein Differenzdruckventil. DieDifferenzdruckventile verhindern, dass zuhoher Unterdruck im Kurbelgehäuse anliegt.Dadurch bleibt die Blow-By-Menge gering.

3.3 Flexibles Ölwechselintervall

Zur Ressourcenschonung wurde ein fahrpro-filabhängiges Ölwechselintervall zwischen20.000 km und 30.000 km realisiert. Um dererforderlichen Ölmenge von 10,5 l und demgegebenen Tankvolumen Rechnung zu tra-gen, dient der ZKG-Entlüftungsschlauchauch als Ölüberlauf in die Ölsammelwanne.

Für den Kunden entfällt erstmals bei Audider Ölmessstab. Um den in allen Audi-Mo-toren eingeführten Ölstandssensor für dieÖlminwarnung verwenden zu können,musste eine entsprechende Position ermit-telt werden. Hierzu wurden in umfangrei-chen Fahrversuchen die unterschiedlichs-ten Fahrprofile ermittelt. Die Ölstandssen-

sor-Signale werden über eine Software aus-gewertet und bei Unterschreitung des mi-nimalen Ölstands dem Fahrer zur Anzeigegebracht.

3.4 Ansaugung

Um die für den Zwölfzylindermotor not-wendigen Luftfiltervolumina mit den erfor-derlichen Ansaugquerschnitten unterbrin-gen zu können, wurde eine zweiflutigeAusführung gewählt, das heißt jede derbeiden Zylinderbänke verfügt über eine se-parate Luftführung.

Trotz des beengten Einbaus konnte ein sehrgeringer Druckverlust von weniger als 22mbar bei einem maximalen Durchsatz vonje 500 m3/h für die gesamte Luftführung bisEintritt Drosselklappe erreicht werden.

Innerhalb der Luftfilter befinden sich ne-ben den Luftmassenmessern auch die bei-den für die Abgasnachbehandlung not-wendigen Sekundärluftpumpen. Die bei-den elektrischen Drosselklappen sind amSaugrohr angeflanscht.

Das Saugrohr, Bild 4, ist in Magnesium-Sandguss gefertigt. Um die Zugänglichkeitfür Wartungsarbeiten und Montagen imKundendienst zu vereinfachen und zurMontage des Einspritzsystems ist es in vierKomponenten unterteilt.


Frühstellung Spätstellung

Einlass öffnet 27° v. OT 25° n. OT

Einlass schließt 183° n. OT 235° n. OT(Zylinder 1, 3, 5, 7, 9, 11)

Einlass schließt 188° n. OT 240° n. OT(Zylinder 2, 4, 6, 8, 10, 12)

Auslass öffnet 235° v. OT 213° v. OT(Zylinder 1, 3, 5, 7, 9, 11)

Auslass öffnet 230° v. OT 208° v. OT(Zylinder 2, 4, 6, 8, 10, 12)

Auslass schließt 20° v. OT 2° n. OT

Tabelle 2:Arbeitstakt-verschiebung auf-grund des geschränk-ten Kurbeltriebs

Table 2: Shifting valvetiming angles resultingfrom the crossoveroffset of the crankmechanism

Zylinder Schränkung Einlasskanal Auslasskanal

Reihe 1 1, 3, 5 - 12,5 lang kurz

Reihe 2 2, 4, 6 + 12,5 kurz lang

Reihe 3 7, 9, 11 - 12,5 kurz lang

Reihe 4 8, 10, 12 + 12,5 lang kurz

Tabelle 3: Zusammenhang Schränkung und Kanallängen

Table 3: Coherence of crossover offset and port length

Bild 4: Saugrohr

Figure 4: Intake manifold


1. abnehmbare Sammler rechts und linkszur Demontage der Zündkerzen

2. abnehmbares Saugrohroberteil für dieZugänglichkeit zum Einspritzsystem imInnen-V.

Als Verbindungselemente zwischen Saug-rohrober- und -unterteil kommen Alumini-umschrauben zum Einsatz. Damit wird ge-genüber Stahlschrauben in Verbindung mitMagnesium ein deutlicher Vorteil bezüg-lich des Relaxationsverhaltens erreicht.

3.5 Nebenaggregate

Die Nebenaggregate werden wegen des ho-hen Leistungsbedarfs über einen Keilrip-penriemen mit sieben Rillen angetrieben.Die notwendige Spannung wird über einfederbelastetes, hydraulisch gedämpftesSpannelement aufgebracht. Angetriebenwerden Hydraulikpumpe, Klimakompres-sor, Wasserpumpe und Generator.

Der 190-A-Generator ist zwecks einer gutenAkustik und bezüglich des hohen elektri-schen Leistungsbedarfs wassergekühlt. DieHydraulikpumpe ist als Tandempumpeaufgebaut. Eine Pumpe bedient die Servo-lenkung, die zweite versorgt den Hydrolüf-termotor mit dem notwendigen Drucköl.

3.6 Motordesign

Bei der Gestaltung des Motorraums stand,analog zu den neuen Audi-A4-Motoren,Technik im Vordergrund. Auf Abdeckungenwurde deshalb weitgehend verzichtet. DasSaugrohr wurde als optisch dominierendesBauteil entsprechend hochwertig gestaltet.

4 Motorthermodynamik

Die anspruchsvollen Entwicklungsziele austhermodynamischer Sicht waren, ein maxi-males Drehmoment von 550 Nm über einenweiten Drehzahlbereich darzustellen undeine maximale Leistung von 309 kW zu errei-chen. Gleichzeitig sollte ein geringer Kraft-stoffverbrauch im Kundenbetrieb gewähr-leistet sein. Ein ausgezeichnetes Leerlaufver-halten und die Erfüllung der aktuellen Ab-gasgrenzwerte ergänzten das Lastenheft.

Diese Entwicklungsziele wurde durch fol-gende technische Highlights erreicht:– kontinuierliche Nockenwellenverstel-

lung auf Ein- und Auslassseite– füllungsoptimierte Ein- und Auslass-

nocken– durchflussoptimierte Tumble-Einlass-

kanäle

– Magnesium-Saugrohr mit konischenSchwingrohren

– zweiflutige Ansaugung mit zwei elek-trisch gesteuerten Drosselklappen

– reibleistungsoptimierter Kurbeltrieb– reibleistungsminimierter 4-Ventil-Zy-

linderkopf mit Rollenschlepphebeln– gegendruckreduzierte vierflutige Ab-

gasführung mit Metall-Katalysatoren– luftspaltisolierte Abgaskrümmer und

speziell gestaltete Vorrohre– Kennfeldkühlung mit elektrisch gere-

geltem Thermostat.

4.1 Drehmoment und Leistung

90 % des maximalen Drehmoments stehenab 1800/min bis 5900/min zur Verfügung.Selbst knapp oberhalb der Leerlaufdrehzahlbei 900/min stehen über 80 % des maxima-len Drehmoments, das heißt mindestens450 Nm zur Verfügung, Bild 5.

Ermöglicht wurde diese Drehmomentcha-rakteristik durch die sorgfältige Abstim-mung des Ansaug- und Abgassystems. Dader W12-Motor über eine kontinuierlicheNockenwellenverstellung auf der Ein- undAuslassseite verfügt, konnten die Zielwerteauch ohne Schaltsaugrohr erreicht werden.Die Auslegung der konischen Schwingrohr-längen wurde so gewählt, dass das Dreh-momentmaximum im Drehzahlbereichzwischen 3500 und 4 750/min liegt.

Als Vorteil erweisen sich hierbei die Diffe-renzen in den Schwinglängen. Die darausresultierenden unterschiedlichen Reso-nanzdrehzahlen führen zu einem breiterenund besser nutzbaren Spitzendrehmo-mentverlauf, als dieser mit einheitlicherSchwingrohrlänge möglich gewesen wäre.

4.2 Einlasskanäle

Um den gewünschten Liefergradverlauf er-reichen zu können, wurden die Einlass-kanäle gegenüber der Ausgangsbasis opti-miert. Die Durchflusswerte αk bei 10 mmVentilhub konnten um ca. 14 % gegenüberder Basisvariante gesteigert werden. Durchdie Anhebung der integralen Durchfluss-werte um etwa 10 % bei den kurzenKanälen und 5 % bei den langen Kanälenliegen die Werte beider Kanäle nun aufgleichem Niveau, Bild 6.

Die gewählten Kanalformen weisen trotzerhöhtem Durchfluss nur geringe Ein-bußen hinsichtlich der Ladungsbewegungauf. Im Betriebspunkt n = 2000/min / pme =2 bar wird bis λ = 1,3 die gleiche Abmage-rungsfähigkeit wie bei der Ausgangsbasiserreicht.

Die Angleichung der Durchflusscharakte-ristik der Kanäle spiegelt sich auch deutlichim Abmagerungsverhalten wieder. Im Ver-gleich zur Basisvariante treten nur noch ge-


Bild 5: Leistungs- undDrehmomentverlauf

Figure 5: Power andtorque curve


ringfügige Unterschiede zwischen dem lan-gen und kurzen Kanal auf. Diese gleich-mäßig gute Abmagerungsfähigkeit erlaubtden Betrieb des Motors mit hohen Abgas-rückführraten. Beim W12-Motor kann die-ses Potenzial zur Verbrauchsreduzierungohne externe Abgasrückführung aus-genützt werden, da sich durch die variablenEin- und Auslasssteuerzeiten der optimaleRestgasanteil einstellen lässt.

4.3 Kontinuierliche Nockenwellenverstellung

Wie auch der 2,8-l-V6-Motor [4] verfügt derneue W12-Motor über je eine Doppel-nockenwellenverstellung. Im Gegensatzzum V6-Motor werden sowohl die beidenEin- als auch die beiden Auslassverstellerkontinuierlich angesteuert. Die maximalenVerstellwinkel der Einlassnockenwellenbetragen 52°KW, die der Auslassnocken-wellen 22°KW, Bild 7. Die für den Ladungs-wechsel und die interne Abgasrückführratewichtige Steuerzeitenüberschneidung lässtsich damit bezogen auf 1 mm Ventilhubzwischen 45°KW Überschneidungsfreiheitund 29°KW Überschneidung variieren.

Durch die große Überschneidungsfreiheitvon 45°KW in Verbindung mit der gutenAbmagerungsfähigkeit des Motors konnteein hervorragendes Leerlaufverhalten dar-gestellt werden. Die Drehzahlschwankun-gen im Leerlauf betragen weniger als ± 4/min bei 560/min, Bild 8.

Im Teillastbetriebspunkt erreicht man bei n= 2000/min und pme = 2 bar mit kontinuier-licher Nockenwellenverstellung durch in-terne Abgasrückführung eine Reduzierungdes spezifischen Kraftstoffverbrauchs von394 g/kWh auf 374 g/kWh. Dies entsprichteinem Verbrauchsvorteil von über 5 %.

Noch deutlicher ist der Einfluss bei den Ab-gasrohemissionen feststellbar. Die Kohlen-wasserstoffe werden um 17 % vermindert,die Stickoxide sogar um 77 %, Bild 9.

Auch im Kaltstart zeigen sich die Vorteileder variablen Steuerzeiten. Am dynami-schen Motorprüfstand wurde dazu der ECE-Zyklus simuliert. Als Bewertungsmaßstabdiente das zeitliche Integral der Kohlen-wasserstoffemissionen beziehungsweisedes Temperaturverlaufs am Katalysator-eintritt, Bild 10. Durch systematische Varia-tion wurde für jede einzelne Phase der Zy-klen die optimale Ein- und Auslasssteuer-zeit ermittelt, Bild 11.

Neben der internen Abgasrückführung zurReduzierung der Abgasemissionen und desKraftstoffverbrauchs im Teillastbetrieb,bietet die kontinuierliche Doppelnocken-wellenverstellung auch deutliche Vorteileim Volllastbetrieb. Das saug- und abgassei-tige Schwingungssystem kann durch dieVariabilität der Steuerzeiten optimal aufmaximale Zylinderfüllung abgestimmtwerden. Es konnte somit ohne Schaltsaug-rohr ein fülliger Drehmomentverlauf dar-gestellt werden.

Der Liefergrad liegt zwischen 4000/minund 5800/min bei bzw. über 1,0 und unter-schreitet selbst bei 1000/min 0,85 nicht. Umdiese hohen Liefergrade zu erreichen, wur-den neben den Einlasskanälen auch dieVentilerhebungskurven der Nocken ge-genüber den Basisnocken des 2,8 l Sechszy-linder-Motors nochmals optimiert [3].Durch eine um 5°KW verlängerte Öffnungs-dauer konnte eine Erhöhung des Winkel-querschnitts um 3,5 % realisiert werden.

4.4 Kennfeldkühlung

Durch die elektronisch geregelte Kennfeld-kühlung werden im Teillastbetrieb derKraftstoffverbrauch und die HC- und CO-Rohemissionen reduziert. In Abhängigkeitdes momentanen Betriebszustandes wirddie Kühlmitteltemperatur durch einenelektrisch beheizten Thermostat auf die op-timale Solltemperatur eingeregelt.


Bild 6:Vergleich der Durchflusszahlen αk

Figure 6: Comparison of the flow rates αk

Bild 7: Steuerzeiten

Figure 7:Valve timing


In Bild 12 ist der prozentuale Verbrauchs-unterschied zwischen der Heißkühlung mit105° C und der bei konventionellen Kon-zepten üblichen Kühlwassertemperaturvon 90° C für den Drehzahlbereich von1000/min bis 4 000/min prinzipiell darge-stellt. Bis zu einem effektiven Mitteldruckvon etwa 5 bar zeigen sich deutliche Ver-brauchsvorteile, die in der untersten Teil-last bis zu 3,5 % betragen können.

Über einem effektiven Mitteldruck von 6 barwürde die höhere Kühlmitteltemperatur be-sonders bei höheren Drehzahlen zu einemMehrverbrauch von bis zu 2,5 % führen. Ur-

sache hierfür ist vor allem die erhöhte Klopf-neigung, die eine Zündung des Gemischeszum optimalen Zündzeitpunkt verhindert.In diesen Kennfeldbereichen wird daher dieKühlmitteltemperatur wieder auf 90° C ab-gesenkt.

Bild 13 zeigt den Verbrauchsvorteil im charak-teristischen 2000/min/2 bar Punkt. Durch dieErhöhung der Kühlmitteltemperatur sinkt derspezifische Verbrauch um 2 % von 374 g/kWhauf den sehr guten Wert von 366 g/kWh.

4.5 Abgasanlage

Die Abgasströme jeweils dreier Auslass-kanäle sind in luftspaltisolierten Abgas-krümmern zusammengefasst, Bild 14. DieAbgasführung innerhalb der Krümmer er-folgt dreiflutig bis zur Zusammenführungim integrierten Schiebesitz am Vorkat-flansch. Um eine rationelle Fertigung zu er-zielen, wurden für die vier Krümmer mög-lichst viele Gleichteile verwendet. Sie sindbis auf den Einlassflansch, der bankspezi-fisch gedreht wird, identisch. Durch diehohe Passgenauigkeit der innenhoch-druckumgeformten Inliner und die sehrkompakte Form konnte der Luftspalt auf 2mm verringert werden. Dadurch konnteeine kleinere Oberfläche und damit eine ge-ringere Wärmeabstrahlung erzielt werden,was sowohl dem Ansprechverhalten derKatalysatoren als auch der Motorraumtem-peratur zugute kommt.

Trotz der hohen Ziele hinsichtlich Leistungund Drehmoment konnte der aktuelleStand der Abgasentgiftung EU IV in Europabeziehungsweise D4 in Deutschland er-reicht werden. Die Abgasanlage verfügtüber vier motornahe 3-Wege-Katalysatorenmit einer Zelldichte von 400 cpsi.

Im Unterbodenbereich sind zwei weitere 3-Wege-Hauptkatalysatoren mit 200 cpsi un-tergebracht, Bild 15. Durch die luftspaltiso-lierte Ausführung der Vorrohre wird ge-währleistet, dass die Wärmeverluste biszum Eintritt in die Hauptkatalysatoren mi-nimal sind und die für die Konvertierung


Bild 8: Leerlaufdrehzahlschwankungen bei 560/min

Figure 8: Idle speed variation at 560 rpm

Bild 9: Einfluss der kontinuierlichen Nocken-wellenverstellung auf die Abgasemissionen bei2000/min/2 bar

Figure 9: Effect of the continuous camshaftadjustment on the specific fuel consumption at2000 rpm /2 bar

Bild 10:Auswertestrategie Steuerzeitenoptimierung

Figure 10: Analysis of valve timing optimisation


notwendigen Abgastemperaturen kurznach dem Start erreicht werden.

Die Überwachung der Gemischzusammen-setzung und der Abgasentgiftung erfolgtüber vier unabhängige Regelkreise mittelsacht beheizter Lambdasonden. Zylinder-streuungen können so minimiert und ad-aptiv korrigiert werden.

Um trotz der sechs Katalysatoren den La-dungswechsel des Motors nicht zu behin-dern, werden Metallträger-Katalysatorenverwendet. Diese weisen gegenüber Kera-mikträgern geringere Durchströmverluste

und damit einen niedrigeren Abgasgegen-druck auf. Ein weiterer Vorteil der Metallträ-ger liegt in der geringeren spezifischen Wär-mekapazität. Dadurch erreicht der Katalysa-tor schneller seine Konversionstemperaturund die abgasreinigende Wirkung setzt be-reits wenige Sekunden nach dem Start ein.

Durch die vierflutige Auslegung der Abgas-führung bis kurz vor die Hauptkatalysato-ren konnte zusammen mit der vollvaria-blen Nockenwellenverstellung der Dreh-momentverlauf im unteren Drehzahlbe-reich deutlich angehoben werden. Ermög-licht wurde diese lange Trennung der Ab-

gasstränge durch die Verwendung einesAbgasrohres mit Doppel-D-Profil, Bild 16.Dadurch konnte der Drehmomentverlaufzwischen 2500/min und 4000/min um biszu 20 Nm angehoben werden.

Nach dem Hauptschalldämpfer ist im rech-ten Endrohr eine pneumatisch betätigte Ab-gasklappe angebaut. Diese wird vom Motor-steuergerät in Abhängigkeit von Last undDrehzahl geschaltet. Dadurch lässt sich inidealer Weise dem Komfortanspruch imLeerlauf und Teillastbetrieb Rechnung tra-gen, ohne den Abgasgegendruck nachteiligzu erhöhen.


Bild 11: SummenwertHC-Emission bzw.Abgastemperatur (1. Fahrhügel ECE-Zyklus) in Abhängig-keit von der Steuer-zeitüberschneidung

Figure 11: Summationof hydrocarbon emis-sions and exhaust gastemperature (1st driv-ing hill ECE cycle) inrelation to valve timingoverlap

Bild 12: Prozentualer Unterschied des spezifischen Kraftstoffverbrauchs beiHeißkühlung mit 105° C gegenüber dem Betrieb mit 90° C Kühlmittel-temperatur

Figure 12: Percental difference of the specific fuel consumption with high temperaturecooling at 105°C compared to the operation with 90°C coolant temperature

Bild 13: Spezifischer Kraftstoffverbrauch bei 2000/min/2 bar

Figure 13: Specific fuel consumption at 2000 rpm /2 bar

Bild 14: Luftspaltisolierte Abgaskrümmer

Figure 14: Double walled air gap insulated manifolds


Master-Slave-Steuergerätekonzept mit dreh-momentengeführter Motorsteuerung aufBasis der ME 7.1.1 entwickelt. Dabei wird jedeZylinderbank von einem Motorsteuergerätbedient. Damit beide Zylinderbänke simul-tan arbeiten, übernimmt ein Steuergerät dieKoordination (Master-Steuergerät). Der In-formationsaustausch zwischen den Steuer-geräten erfolgt dabei über den Fahrzeug-CAN-Bus, Bild 19.

Durch die Notwendigkeit, Informationenüber den CAN-Bus auszutauschen, wirdauch eine Arbeitsteilung zwischen denSteuergeräten ermöglicht. RechenintensiveFunktionen wie die Aussetzererkennungkönnen gezielt auf das weniger stark aus-gelastete Slave-Steuergerät ausgelagertwerden.

Des Weiteren können durch die doppelteAnzahl der zur Verfügung stehenden Ein-und Ausgänge zusätzliche Signale oderFunktionen zur Motorsteuerung herange-zogen werden.


Bild 16:Vorrohr (Doppel-D)

Figure 16: Downpipe (double D shape)

Bild 17: Berechnete Druckgradienten am verkürzten Monolithen mit 74,5 mm Länge

Figure 17: Calculated pressure gradients at the shortened monolith with 74.5 mm length

Die Monolithen sind in den Vorkatalysatorengegenüber den Gehäusen um 27 mm gekürzt.

Durch die Verkürzung der Monolithen beigleichzeitiger Erhöhung der Zelldichte von300 cpsi auf 400 cpsi konnte der Druckgradi-ent auf Werte um 9 bar/m abgesenkt wer-den, Bild 17. Die gute Korrelation zwischender CFD-Rechnung und der tatsächlichen Be-lastung im Fahrzeug konnte durch die Aus-wertung der Dauerlaufversuche bestätigtwerden.

Neben der verbesserten Dauerhaltbarkeitder Monolithen wirkt sich die verbesserteGleichverteilung auch positiv auf den Ab-gasgegendruck aus. Trotz höherer Zelldich-te konnte der Abgasgegendruck mit dieserMaßnahme nochmals abgesenkt werden.

5 Akustik

Bei der Entwicklung des W12 im A8 wurdeauf einen zwölfzylindergerechten Akustik-komfort besonderen Wert gelegt. Dieserkommt durch sehr niedrigere Geräusch-pegel bei Teillastbeschleunigung und kons-tanten Fahrgeschwindigkeiten zur Gel-tung. Gleichzeitig wurde dem Fahrzeug fürVolllastbeschleunigungen ein sportliches,kraftvolles Klangbild in dezenter Ausprä-gung verliehen.

Dieses Sounddesign verbindet den An-spruch an Komfort und die emotionale,sportliche Komponente des Fahrzeugs. Bild18 zeigt beispielhaft das Fahrzeuginnen-geräusch während einer Volllastbeschleu-nigung.

Diese Akustikeigenschaften basieren auf:– deutlicher Reduzierung der hochfre-

quenten Anteile infolge optimierter Mo-torraumdämmung, Isolation der Aggre-gatelager und einem besonders steifenKurbelgehäuse (Bedplate-Konstruktion)

– fehlenden ausgeprägten Nebenaggre-gateordnungen durch hohe Anbin-dungssteifigkeit und Unwuchtreduzie-rung

– dezenter Ausprägung der Grund- undNebenordnungen durch Abstimmungder Ansaug- und Abgasanlage

– Reduzierung der 1,5ten Motorordnungaus dem Ventiltrieb durch Abstimmungder Motorlager.

6 Motorsteuerung

Zusammen mit der Robert Bosch GmbHwurde eigens für den W12-Motor ein neues

Bild 15:Abgasanlage

Figure 15: Exhaust system


– Heißfilmluftmassenmesser mit inte-griertem Temperaturfühler

– zylinderselektive Einspritzung– Kennfeldzündung mit zylinderindivi-

dueller Hochspannungsverteilung– adaptive zylinderselektive Klopfrege-

lung– adaptive λ-Regelung mit acht beheizten

Sonden– Sekundärluftsteuerung mit Heizfunkti-

on für Katalysator– adaptive Tankentlüftung– Fahrgeschwindigkeitsregelung– Sicherheitsüberwachung für Leerlaufre-

gelung und E-Gas

– CAN-Verknüpfung zu Getriebe-, Fahr-werks- und Bordcomputerfunktionen

– integriertes On-Board-Diagnose-System– Kennfeldkühlung mit Ansteuerung des

Hydrauliklüfters.

7 Zusammenfassung

Auf der Basis der neuen W-Motoren-Platt-form bietet Audi den Zwölfzylindermotor,der bezüglich Leistung und Drehmoment imSegment der Serienlimousinen an der Spitzesteht, als Ersteinsetzer im Konzern an.

Mit den kontinuierlichen Nockenwellen-verstellern auf der Ein – und Auslassseitewurden bei fülligem Drehmomentverlaufund hoher Leistung gleichzeitig reduzierteEmissions- und Verbrauchswerte erreicht.

Die kompakte Motorbauweise ermöglichteden Einbau in einen Motorraum mit Ab-messungen für Motoren mit wesentlichkleineren Zylinderzahlen. Dadurch besitztAudi in Verbindung mit dem Allradantriebquattro ein zukunftsweisendes Antriebs-konzept in der Luxus-Fahrzeugklasse.

Literaturhinweise

[1] Piëch, F.: Leben für das junge Produkt – Der Pro-duktsprung von Volkswagen, Vortrag beim 19.Internationalen Wiener Motorensymposium,1998

[2] Metzner, F. T.; Becker, N.; Herzog, R.; Bohnstedt,K.: Die neuen W-Motoren von Volkswagen mit8 und 12 Zylindern, Motortechnische Zeit-schrift Nr. 62, 2001, Nr. 4, S. 280–290

[3] Metzner, F. T.; Keiser, P.: Der neue V6 4V-Motorvon Volkswagen, 20. Internationalen WienerMotorensymposium, 1999, S. 52–67

[4] Metzner, F. T.; Ebel, B.: Die neuen V-Motorenvon Volkswagen mit Doppelnockenwellenver-stellung, Motortechnische Zeitschrift Nr. 61,2000, Nr. 12, S. 838–841


Bild 18: Fahrzeugin-nengeräusch bei Voll-lastbeschleunigung

Figure 18: Noise levelin the passenger com-partment at full loadacceleration

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Bild 19: Mehrsteuergerätekonzept HFM: Heißfilm-Luftmassenmesser ; DVE: Elektrische Drosselvorrichtung (EGAS); PG: Phasengeber;DG: Drehzahlgeber; PWG: Pedalwertgeber; FGR: Fahrgeschwindigkeitsregler ; TFW:TemperaturfühlerWasser ; SG: Steuergerät

Figure 19: Multi engine control computer concept HFM: mass airflow sensor; DVE: electronic throttle control (drive by wire); PG: phase sensor; DG: engine speedsensor; PWG: pedal position sensor; FGR: vehicle speed sensor; TFW: engine coolant temperature sensor;SG: engine control computer

Um sowohl für das Master- als auch für dasSlave-Steuergerät auf die gleiche Hardwarezurückgreifen zu können, wurden die not-wendigen funktionalen Änderungen aus-schließlich softwareseitig realisiert. Durcheinen Codierpin „lernen“ die Steuergerätebei der Erstinbetriebnahme, ob sie als Ma-ster oder als Slave agieren. Die internen Pro-grammabläufe folgen dann denn entspre-chenden Berechnungspfaden.

Weitere wesentliche Leistungsmerkmaleder verwendeten Motorsteuerung sind:– zwei elektrisch gesteuerte Drosselklap-

pen (E-Gas-System)

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Der neue 6,0-l-Zwölfzylindermotor für den Audi A8