Der neue Audi-Star stand mit gelaserten Augen auf der Bühne. Zugegeben, das war nicht unbedingt die Information, die die Journalisten bei der Präsentation des neuen LMP1 anlässlich der Motorsport-Party Ende Dezember in Ingolstadt hören wollten. Doch die LMP1-Klasse wird 2014 zur großen Wettkampfarena für Technologie, und das meiste davon wollen die großen Hersteller - Audi, Porsche und Toyota - noch geheim halten. So ist es verständlich, dass man Themen in den Vordergrund rückt, die keine schlafenden Hunde wecken.
Also sind wir nett, hier kurz das epochale Laser-Licht: Neben den LED-Hauptscheinwerfern leuchtet beim Audi R18 e-tron quattro ein blauer Laserstrahl von hinten auf eine gelbe Phosphor-Kristalllinse, durch die der Strahl nach außen tritt. Diese zusätzliche Lichtquelle soll eine bessere Ausleuchtung der Straße sicherstellen. Gewinnt man so Le Mans? Nein. Nun also doch ganz schnell zum Wesentlichen.
Audi R18 e-tron quattro: Paradigmenwechsel in Le Mans
2014 treten im Le-Mans-Langstreckensport neue Regeln in Kraft, die den Rennsport, so wie wir ihn kennen, förmlich auf den Kopf stellen. Bisher waren Leistung und Abtrieb alles, jetzt ist es die Effizienz. Anstatt die Luft für den Motor zu begrenzen, limitiert man nun die Energiemenge (oder umgerechnet den Verbrauch in Liter pro Runde in Le Mans). Dazu darf jeder Hersteller zwei Energierückgewinnungssysteme (ERS) einsetzen. Und das hat natürlich auch Folgen für die Aerodynamik, wie wir später noch sehen werden.
Wer nun deshalb gehofft hatte, ein völlig neues Auto zu sehen, wird nicht enttäuscht, aber doch getäuscht: Der Audi R18 e-tron quattro heißt nicht nur exakt so wie seine Vorgänger aus den Jahren 2012 und 2013, er sieht auch (fast) genauso aus. Der Motor ist immer noch ein V6-Diesel, die elektrische Zusatzenergie der ERS-Systeme wird immer noch in einem Drehmassenspeicher gesammelt. Auf dem Papier hat sich also trotz der großen Zäsur beim technischen Regelwerk scheinbar recht wenig getan. Oder doch nicht?
"Der nächste Audi R18 e-tron quattro steht für eine völlig neue Generation von Le-Mans-Prototypen", behauptet Audi-Sportchef Wolfgang Ullrich hartnäckig. "Denn das neue LMP1-Reglement hat sich in seinen Prinzipien grundsätzlich verändert: Es geht jetzt darum, mit viel weniger Energie ähnlich schnelle Rundenzeiten zu erzielen wie bisher."
Ein Blick in die Historie unterstreicht den Paradigmenwechsel: Als Audi noch mit einem Zehnzylinder-Diesel antrat, konsumierte das 5,5-Liter-Trumm über 260 Megajoule pro Runde in Le Mans. Im letzten Jahr lag Audi mit dem kleineren V6-Diesel bei knapp über 200 MJ, im nächsten Jahr muss man mit zirka 130 MJ haushalten - was allein im Vergleich zum Vorjahr einer Einsparung von 30 Prozent entspricht.
Motor-Neuentwicklung für den Audi R18 e-tron quattro
Es ist angemessen, hier von einer gewaltigen Herausforderung zu reden, allein schon auf der Motorenseite. "Der neue Motor hat wie sein Vorgänger wieder sechs Zylinder, aber es handelt sich um eine komplette Neuentwicklung", so Audi-Motorenchef Ulrich Baretzky. "Das Regelwerk hat sich total verändert, der Ansatz ist völlig neu, deswegen hätten wir das Motorkonzept aus den Vorjahren auf keinen Fall weiterverwenden können."
Das ist dann aber eigentlich auch schon alles, was Baretzky sagen möchte. Eine Auskunft zum Hubraum? Njet. Wir spekulieren einfach mal: Vor Jahren sagte Ulrich Baretzky, dass ein Zylindervolumen von 500 cm3 die optimale Lösung für einen Diesel-Rennmotor sei, auch unter dem Aspekt der Effizienz. Es ist wahrscheinlich, dass Audi den Wechsel im Regelwerk nutzt, um auch auf Downsizing zu setzen. 6 mal 500 cm3 macht 3 Liter - vielleicht stimmt es beim Audi R18 e-tron quattro ja.
Natürlich trägt der neue Motor wieder das TDI-Kürzel im Namen. Und wie sein Vorgänger atmet der Motor über zwei Abgaskanäle aus, diesmal aber links und rechts der Fahrzeugmittellinie. Das Abdichten des Diffusors mittels Einleitung der Abgase in die hinteren Radkästen ist nämlich in diesem Jahr verboten.
Weil das Fahrzeuggewicht bei der neuen LMP1-Generation eine große Rolle spielt, fragen wir Herrn Baretzky doch gleich mal, wie viele Kilo er beim Audi R18 e-tron quattro einsparen konnte: "Das weiß ich nicht. Das Wichtigste beim Motor ist, dass er hält, auch über die 24-Stunden-Distanz. Das Gewicht steht dann erst an zweiter Stelle."
Baretzky: "Der Motor hat einen Turbolader"
Auch die Frage, ob Audi weiterhin einen Turbolader mit variabler Turbinengeometrie (VTG) einsetzt, will Ulrich Baretzky jetzt nicht wirklich beantworten. "Der Motor hat einen Turbolader, das ist alles, was ich dazu sagen kann." Die Frage ist aber durchaus interessant, denn Audi nutzt 2014 wie Porsche die Abgase, um Energie zurückzugewinnen. Und das geschieht über den Turbolader: Die Hitzeenergie des Abgasstroms wird über eine E-Maschine in elektrische Energie verwandelt. Ob da im Audi R18 e-tron quattro noch Raum für die VTG-Technik ist, bleibt offen, zumal die Ladedruckgrenze im Vergleich zu den Vorjahren deutlich nach oben gesetzt wurde - auf exakt vier bar maximalen Ladedruck.
"Das Hybridsystem mit E-Turbolader hat den Designprozess beim Motor gar nicht so stark beeinflusst", sagt Baretzky. "Der Motor darf die Summe X an Energie verbrennen, und wenn man hier was verschwendet, dann hat man eh verloren. Was sich verändert hat, ist das Verhältnis zwischen Effizienz und Leistung, und hier liegt der Fokus jetzt stärker auf der Effizienz. Die von außen zugeführte Energie der limitierten Kraftstoffmenge wird ja weiterhin nur vom Verbrennungsmotor verwendet - und damit sinkt aber der Beitrag des Motors bei der reinen Performance."
Komplexes Energiemanagement
Wie die Konzernschwester Porsche setzt auch Audi auf eine Kombination aus KERS (Energierückgewinnung über die Bremsen an der Vorderachse) und AER (Abgasenergierückgewinnung), wobei immer noch unklar ist, welches AER-System Porsche letztlich verwendet. Und es bleibt auch unklar, ob Audi mit dem Audi R18 e-tron quattro in der höchsten Energieklasse bis acht Megajoule antreten wird oder aus Gewichtsgründen nur maximal sechs Megajoule nutzen wird. Der Unterschied zwischen Audi und Porsche liegt beim Speichermedium: Während Porsche auf Batterien setzt, hält Audi am Drehmassenspeicher fest, dessen Hardware weiterhin vom Williams-F1-Rennstall zugeliefert wird.
Thomas Laudenbach, der von Porsche kam und nun bei Audi das Hybrid-Kapitel verantwortet, erklärt die Entscheidung so: "Batterien sind zwar bei der Energiedichte besser, dafür ist der Schwungmassenspeicher bei der Leistungsdichte sehr gut. Für unser Konzept ist der Schwungmassenspeicher wegen seines geringen Gewichtes die beste Lösung." Hintergrund: Weil Dieseltriebwerke mehr wiegen und obendrein einen höheren Kühlbedarf haben, genießt das Thema Gewichtseinsparung bei Audi allerhöchste Priorität.
Hybrid und die Gewichtsspirale
"Da wir für 2014 zwei ERS-Systeme unterbringen mussten und gleichzeitig Gewicht einsparen wollten, ist der Schwungmassenspeicher für uns die logische Wahl", so Laudenbach. Gerüchte, wonach der Audi R18 e-tron quattro beim letzten Test in Sebring ohne das Abgasenergierückgewinnungssystem gefahren sein soll, wollten weder Laudenbach noch LMP1-Projektleiter Christopher Reinke kommentieren, der nur anmerkte: "In der Testphase fahren wir mit unterschiedlichen Technikspezifikationen auf unterschiedlichen Rennstrecken." Ja dann.
Das Layout für das KERS-System an der Vorderachse hat sich im Vergleich zum Vorjahr übrigens verändert: 2013 arbeiteten dort zwei Elektromaschinen, um die Bremsenergie aufzunehmen und wieder abzugeben. Jetzt ist nur noch eine E-Maschine verbaut, weil das Reglement für zwei ERS-Systeme maximal zwei E-Maschinen erlaubt - und die zweite ist bei Audi für die Abgasenergierückgewinnung zuständig. Das schafft natürlich etwas Platz im Bereich des Vorderwagens.
Neue Wege beim Chassis des Audi R18 e-tron quattro
Und diesen Platz hat Audi bei Design und Entwicklung von Chassis und Aerodynamik natürlich genutzt, wie ein Vergleich zum Vorjahr illustriert: Die vordere Chassisnase, die über dem Frontflügel endet, fällt nun deutlich schmaler aus, obwohl Audi nach wie vor die elektrische Zusatzenergie des KERS-Systems an die Vorderräder abgibt und damit weiterhin den Allradantrieb als Fahrhilfe nutzt.
"Beim Chassis haben wir jedes einzelne Bauteil in die Hand genommen, um Gewicht zu sparen", so Projektleiter Christopher Reinke. Um für den Audi R18 e-tron quattro die Integration dieser Zielsetzung zu optimieren, hat man auch den Chassis-Partner gewechselt. Statt Dallara ist nun die italienische Firma YCOM aus Parma an Bord. Dazu haben sich die Parameter im Reglement geändert: Das Chassis ist zehn Zentimeter schmaler als 2013, was zwar die Stirnfläche reduziert, doch das Cockpit ist 20 Millimeter höher, um die Sicht für die Piloten zu verbessern. Gleichzeitig schrumpften die Rad- und Reifengrößen, und das zulässige Gesamtgewicht sank auf 870 Kilogramm - während auf der anderen Seite ein zweites Hybridsystem integriert werden musste.
"Die neuen Bestimmungen stellten insgesamt eine sehr große Herausforderung dar", gibt Christopher Reinke zu, "aber gleichzeitig bilden sie genau das ab, was wir als Hersteller bei den Straßenfahrzeugen erreichen müssen - nämlich Gewichtsreduzierung bei gleichzeitiger Integration und Steigerung der Hybridleistung."
Im Chassis müssen nicht nur alle technischen Baugruppen verstaut werden, es soll auch Abtrieb produziert werden. Natürlich sehen wir hier noch nicht den endgültigen Stand, doch es ist klar, dass bei weniger Energie und Leistung eine Reduzierung des Luftwiderstands im Lastenheft stand - und damit auch der Gesamtabtrieb sinken wird.
Motorleistung versus Abtrieb
Durch den Entfall des sogenannten angeblasenen Diffusors geht ebenso Abtrieb flöten wie durch die reduzierte Breite des Unterbodens. Zwar wurde das Reglement im Bereich des Vorderwagens so liberalisiert, dass Audi nun mit einem Frontflügel nach dem umstrittenen Vorbild des R15 mehr Abtrieb generieren kann als zuvor, doch das Abtriebsniveau wird trotzdem deutlich sinken. Hier zählt jeder Prozentpunkt, beim Abtrieb ebenso wie beim Widerstand: So sucht Audi angeblich weiter nach cleveren Lösungen, um die Abgase im Heck des Audi R18 e-tron quattro so zu steuern, dass hinter dem Heckflügel eine Unterdruckzone entsteht, die den Luftwiderstand senkt - und die Topspeed-Werte verbessert.
Das LMP1-Schlachtfeld 2014
Die große Schlacht wird aber 2014 nicht beim Abtrieb geschlagen, sondern beim Energiemanagement, wo Verbrennungsmotor, Getriebe und elektrische Energiequellen fahrsituativ und in Echtzeit koordiniert werden müssen. Effizienz ist das große Leitthema: "Und das kann der Fahrer nicht mehr allein steuern, sonst bräuchte er vermutlich für die ganzen Energiequellen schon drei Pedale", erklärt Audis Hybridspezialist Thomas Laudenbach.
Das sind fraglos tolle Zeiten für Ingenieure, denn folgt man der Aussage von Laudenbach, dann hat seine Zunft jetzt schon mindestens zwei Pedale über die elektronische Steuerung in ihrer Hand. Ob der Rennsport dadurch besser wird? Und ob die Piloten im Audi R18 e-tron quattro damit glücklich sind? Vielleicht hat ja Audi deshalb das Laser-Licht bei der Präsentation in den Fokus gestellt - denn die Lenkarbeit ist (noch) Sache des Fahrers, solange der etwas sieht.
Hintergrund: Die Motor-Gretchenfrage
Nie waren die Freiheiten für Motoren-Ingenieure in Le Mans größer als in diesem Jahr: Weder ist der Hubraum für die LMP1-Werksteams begrenzt noch die Anzahl der Zylinder oder die Verbrennungsart, also Diesel oder Benziner. Auch der Restriktormotor hat ausgedient, die eigentlich unsinnige Begrenzung des unbegrenzt zur Verfügung stehenden Faktors Luft ist einem System gewichen, bei dem die Energiemenge limitiert wird, die der Verbrennungsmotor pro Runde in Le Mans verbrauchen darf. Je nach Wahl der Energieklasse für den Einsatz der beiden Rückgewinnungssysteme, die zwischen zwei und acht MJ liefern können, dürfen die Diesel- und Benzinmotoren zwischen 146,3 und 127,1 MJ pro Le-Mans-Runde verbrauchen.
Je höher die Energiemenge, die aus den Rückgewinnungssystemen verwendet wird, desto geringer die Energiemenge für den Verbrennungsmotor. Ganz allgemein gesprochen, ermutigt und fördert das Reglement den Einsatz der sogenannten ERS-Systeme, Hybrid ist also prinzipiell ein Vorteil. Für die Wahl der richtigen Antriebsquelle spielt eine Vielzahl von Faktoren eine Rolle, vom Kühlbedarf bis zum Packaging. Entscheidend ist auch das Gewicht: Je leichter der Motor, umso mehr Gewicht kann man für die Hybridsysteme einsetzen - oder als Ballastgewicht verwenden. Dazu kommt eine komplizierte Verrechnung der Technologien zum Einsatz (der sogenannte K-Technology- Factor), die sicherstellen soll, dass konzeptbedingte Nachteile beim Motor (zum Beispiel Gewicht) berücksichtigt werden.
Weil sowohl Benzin- als auch Dieselmotoren erlaubt sind, gibt es zudem einen Berechnungsfaktor für die Kraftstoffe. Die im Reglement verankerten Kraftstoffspezifikationen haben angeblich einen großen Einfluss auf die Wahl des Antriebskonzepts: Der neue Benzin-Kraftstoff gilt als sogenannter Designer-Kraftstoff, der die Effizienz vor allem der Benzin-Turbomotoren fast auf das Niveau der Dieseltriebwerke an heben könnte. Saugmotoren würden in diesem Fall weit weniger von der neuen Kraftstoffspezifikation profitieren. Wenn das so stimmt, dann wäre zum Beispiel Porsche mit seinem Zweiliter-V4-Turbomotor besser auf gestellt als Toyota mit dem frei saugenden V8-Motor. Die Entscheidung für den Saugmotor wurde in Japan getroffen - nicht in Köln. Der Grund: Auch auf der Straße setzt Toyota auf die Kombination aus Saugmotor und Hybridantrieb.
Adé, Blown Diffusor!
Es wäre natürlich verfehlt, zu behaupten, dass der von Audi für den LMP1-Sport adaptierte angeblasene Diffusor, der ursprünglich in der Formel 1 erfunden wurde, die Langstreckensaison 2014 entschieden habe. Aber ein guter Teil der Audi-Überlegenheit geht fraglos auf die kunstvolle seitliche Versiegelung des Heckdiffusors zurück: Für 2013 entwickelte Audi Sport eine zweiflutige Abgasanlage, und die gezielte Einleitung der Abgase in die hinteren Radhäuser eliminierte die negativ wirkenden Luftverwirbelungen der rotierenden Hinterräder.
Gegner Toyota testete das gleiche System, doch der Saugmotor produzierte im Off-throttle-Modus einen zu geringen Abgasstrom, die Folge waren Abtriebsschwankungen. Toyota hätte den Trick nicht getestet, wenn er nichts gebracht hätte. Audi bezahlte den zusätzlichen Abtrieb an der Tankstelle, denn der Verbrauch schnellte im Vergleich zum Vorjahr um fast 20 Prozent nach oben. Die Medien gingen davon aus, dass das clevere Audi-System bereits eine Vorentwicklung für 2014 darstellt, und in der Tat bestätigten leitende Porsche-LMP1-Ingenieure im Juni 2013 beim 24h-Rennen in Le Mans, dass die seitliche Versiegelung des Diffusors über die Abgase auch 2014 erlaubt sei. Doch nun steht in der Pressemitteilung zum neuen Audi R18 e-tron quattro zu lesen: "Die Nutzung des Abgases im Bereich des hinteren Diffusors (…) ist künftig verboten."
Zu Deutsch: Nach einer Saison muss Audi den sogenannten angeblasenen Diffusor wieder in die Tonne treten. Die Betroffenen hüllen sich in grimmiges Schweigen. Vielleicht haben Porsche und Toyota in der Technical Working Group der FIA, wo derlei Reglementsfragen behandelt werden, ein Verbot durchgepaukt? Oder wollten ACO und FIA die Kosteneskalation bei Aero-Tricks verhindern?
Vermutlich hat Toyota rebelliert, denn die Japaner verwenden in der LMP1-Klasse auch 2014 einen Saugmotor. Ohne Turbolader ist aber offenbar ein konstanter Abgasstrom im Nicht-Volllastbereich schwerer darstellbar, es sei denn über extreme Kunstgriffe wie in der Formel 1 mittels Nachzündung, was aber wiederum auf den Verbrauch schlägt. Damit hat Audi binnen eines Jahres zwei politische Niederlagen im LMP1-Sport zu verkraften - beim angeblasenen Diffusor und beim sogenannten Air-Hybrid-System, dessen Einsatz ACO und FIA erst kurz vor dem Saisonstart 2013 untersagten.
