Anatomie einer großen Maschine

Gespräch mit Porsche Motorenmanager Matthias Hofstätter über den neuen 911

Der 911 ist für viele ein Traumauto. Wir treffen uns erneut mit dem Leiter der Motorenabteilung von Porsche, um uns von den Wechselfällen zu erzählen, denen sich die Entwicklungsteams des Unternehmens bei der Erstellung eines Modells stellen mussten. Die folgenden Zeilen widmen sich der Technik des neuen 992.

Das Ziehen des Abdeckungsentriegelungshebels über den Motor kann irreführend sein. Nach einem zögerlichen Blick erkennt man, dass das, was eine Abdeckung sein soll, eigentlich eine Verkleidung ist, die kleiner ist als der Heckspoiler, unter der man sieht, was aussieht wie eine Plastikwanne mit zwei eingebauten Lüftern. Ihre Funktion ist klar, aber ihr Aussehen hat eine andere Wirkung – sie erinnert an luftgekühlte Modelle mit ihrem lüfterzentrierten Lüfter, der von Hochspannungskabeln umgeben ist.

450. Diese Zahl drückt die Pferdestärken der neuen Generation 4 Carrera S und Carrera 992S 1986-Liter-Biturbo-Sechszylinder-Boxermotor aus und weckt sofort andere Assoziationen – dieser 959er Super-Porsche namens 450, der ebenfalls 33 PS leistete . Mit. Ein guter Anlass, die Technologieentwicklung im Bereich der Verbrennungsmotoren der gleichen Marke zu vergleichen und auszudrücken. War der 959 jedoch vor XNUMX Jahren die höchste und sogar exotische Form technischer Leistungsfähigkeit, so wird heute ein Motor mit ähnlicher Leistung von den genannten Versionen des Carrera S angetrieben, die in der Markenhierarchie weiter unten angesiedelt sind.

Unsere Ähnlichkeiten erstrecken sich auch auf den Hubraum, der sehr ähnlich ist – 2848 cm³ des 3 gegenüber 959 cm³ des 2981. Der Motor des 3 ist für seine Zeit ein wahres technologisches Meisterwerk mit einer komplexen kombinierten Kühlung. Die Zylinder werden von einem leistungsstarken Lüfter gekühlt, während die Köpfe auf ein 992-Liter-Wasserkühlsystem angewiesen sind. Zur Wärmeableitung trägt natürlich, wie bei allen Porsche-Luftmotoren, ein Ölkühler-Schmiersystem bei, das keines von beiden aufnehmen kann. nicht mehr und nicht weniger als 959 Liter Öl. So ist der 25 aufgrund der Architektur des Modells mit Heckmotor und Frontkühler von Rohrleitungen umgeben, die ein gemeinsames Kreislaufsystem bilden.

In dieser Hinsicht hat sich heute wenig geändert. Der 911 Carrera 4S, der dank des Doppelgetriebes als enger Verwandter des 959 angesehen werden kann, ist nicht auf einen leistungsstarken Lüfter angewiesen, sondern kühlt und fasst 28,6 Liter Flüssigkeit, während das Schmiersystem 11,3 Liter benötigt. Butter.

Die Architektur, die eine horizontale Anordnung von sechs Zylindern beinhaltet, weist jedoch einen weiteren wichtigen Indikator für die Ähnlichkeit beider Motoren auf - Zuverlässigkeit. Tatsächlich ist dies typisch für alle Boxerräder des Unternehmens, bei denen die Garantie nicht erlischt, wenn sie auf der Rennstrecke gefahren werden. Für Porsche ist das Zusammenspiel bewegter Motorkomponenten bzw. die Reibung im Bereich der Kolbenringe, Kolben, Zylinder sowie in den Lagern der Kurbelwelle und des Steuertriebs seit jeher von größter Bedeutung.

Turbinen unterschiedlicher Natur

Bei beiden Modellen befinden sich Turbolader auf beiden Seiten der Zylinderbänke, doch im 959 wurde eine Kaskadenbetankung verbaut, die in der Technikgeschichte eine weiße Schwalbe blieb. Die Kombination aus kleinem und großem Turbolader erscheint verlockend und wird heute oft bei Dieselmotoren eingesetzt, ist aber für Benzinmotoren nicht geeignet – aufgrund der geringen Gasmenge bei niedriger Last und Drehzahl, aber bei hohen Temperaturen nicht so effizient wie eine integrierte. in Direkteinspritzeinheiten mit hohem Verdichtungsverhältnis von zweistrahligen Turbinen in Kombination mit in die Köpfe eingebauten Abgaskrümmern. Bei Bedarf mechanische (Volvo) oder elektrische (Mercedes) Kompressoren. Bis zu einem gewissen Grad liegen die oben genannten Gründe für die Leistungsunterschiede zwischen den Motoren 992 und 995. Obwohl der Carrera 991S-Motor im Gegensatz zu den größeren turbogeladenen Versionen (noch 4-Generation) mit Turboladern mit Wastegate-Turboladern mit fester Geometrie und einem maximalen Fülldruck von 1,2 ausgestattet ist .530 bar beträgt das maximale Drehmoment 2300 Nm bei 450 U/min. Beide Maschinen erreichen eine maximale Leistung von 6500 PS. bei 500 U/min, aber trotz kleinem Turbolader steht das maximale Drehmoment von 959 bis 5500 Nm erst bei …33 U/min zur Verfügung. Das ist wirklich ein anschaulicher Ausdruck der technologischen Entwicklung in diesen XNUMX Jahren.

Effizienzgleichung

Doch was erklärt diese Unterschiede? Die Antwort ist eine Kombination vieler technologischer Faktoren. Der 992 profitiert von einer "Boxed"-Motorarchitektur, bei der jede Zylinderbank mit einem einzigen Turbolader gefüllt ist. In dieser Hinsicht kann er als Summe zweier Dreizylindermotoren betrachtet werden, und es ist eine bekannte Tatsache, dass dieser Motortyp aufgrund der großen Entfernung der Pulsationswellen und des Fehlens von Pulsationswellen sehr gut für turboaufgeladene Geräte geeignet ist Interferenzen zwischen ihnen. Bei Reihensechszylindern können die Gase von jedem der drei Zylinder auf eine andere Turbine oder auf einen anderen Doppelturbinenkreislauf geleitet werden, aufgrund des Abstands zwischen den Zylinderbänken bleibt jedoch nur die erste Lösung als Option für sechs -Zylinder-Boxermotoren. ein billiges, aber weniger effizientes Schema mit einem). Bei der Kaskadenaufladung des 959 lädt jeder der sechs Zylinder im laufenden Betrieb jeden der Turbolader auf.

Aber das ist nur ein Teil der Gleichung. Der 992-Motor hat einen um 9,4 mm längeren Hub (Voraussetzung für ein höheres Drehmoment), da moderne Hightech-Materialien erhöhte Trägheitskräfte ermöglichen, wenn die Kolbengeschwindigkeit von 14,5 auf 16,6 m / s steigt. ... Dank Direkteinspritzung (in der neuen Generation mit Piezo-Injektoren für feineres Mischen), einem komplexen Verbrennungsprozess, einer Klopfregelung und Druckluft, die mit modernen Wasserwärmetauschern auf eine niedrigere Temperatur abgekühlt wird (was auch dazu beiträgt, den Luftweg zu den Zylindern zu verkürzen), wird das Verdichtungsverhältnis auf erhöht 10,2: 1. Durch Hinzufügen des variablen Ladesystems VarioCam zu der betrachteten Gleichung wird dieser Unterschied in der Motorleistung viel deutlicher.

Es ist Zeit, sich zu ändern ... und zurückzukehren

Der Dreiliter-Carrera-Motor unterscheidet sich nicht nur stark von seinem entfernten Vorgänger, sondern ist auch im Vergleich zu seinem Spender, der vor relativ kurzer Zeit im Jahr 991 vorgestellt wurde, ziemlich raffiniert. Grundsätzlich bedeutet dies eine Steigerung von Leistung und Drehmoment um 30 Einheiten (von 420 auf 450 PS und von 500 PS) ). bis zu 530 Nm) scheint mit einer einfachen Softwareeinstellung leicht erreichbar zu sein. Viel radikaler war die Herangehensweise des Teams von Matthias Hofstetter, Leiter der Porsche-Motorenabteilung, mit dem sich der Autor dieser Linie bei der Präsentation des 992 zum zweiten Mal treffen konnte.

Eine interessante Tatsache, die Sie in keiner Presse finden werden, ist, dass der neue 911 ursprünglich als Plug-in-Hybrid konzipiert wurde. Dazu wurde die vordere Spur verbreitert und dort, zwischen den Vorderrädern, hätte die Lithium-Ionen-Batterie Platz finden sollen. Das neu entwickelte Getriebe mit zwei Kupplungen und acht statt sieben Gängen hat eine vergrößerte Gehäusegröße zwischen Kurbelwelle und zwei Kupplungssätzen – etwa acht Zentimeter. Es sollte eine „elektrische Scheibe“ enthalten, wie Hofstetter den Motor nannte, wahrscheinlich aufgrund seiner Scheibenbauweise. So weit, so gut, und theoretisch sieht es auch toll aus, zumal sich eine Verlagerung des Schwerpunkts nach vorne und unten positiv auf die Gewichtsverteilung des 911 auswirkt. In der Praxis reagiert das Auto auf solche Wünsche jedoch sehr eigenartig Weg. „Die ersten (Prototyp-)Versionen des 992 hatten eine starke Beschleunigung“, sagt Matthias Hofstetter, „und sorgten rechts für Furore.“ Allerdings geht die feine Balance des Modells zur Hölle, und der 911 wird in Kurven instabil und unberechenbar. Die Montage von Motoren an der Vorderseite mit Torque-Vectoring-Fähigkeit könnte die Mängel bis zu einem gewissen Grad ausgleichen, bedeutet jedoch eine Rückkehr zum Reißbrett und enorme Kosten für neue Konstruktionen. Auf jeden Fall wurde das einfachere Einmotor-Hybridsystem aufgegeben, einiges an konstruktiver Arbeit wurde gestrichen, und der 911 ist ohne elektrische Assistenten wieder auf Kurs. Die Anstrengungen zur Leistungssteigerung und Verbrauchsreduzierung konzentrieren sich auf Komponenten wie Motor, Getriebe und Karosserie.

Im Namen der gesteigerten Leistung ist die neue Version des Motors mit größeren Turboladern ausgestattet – jeweils drei Millimeter (bis zu 48 mm) und vier Millimeter (bis zu 55 mm) für Turbine und Kompressor. Dadurch konnte trotz der Hindernisse durch den neuen Dieselpartikelfilter ein Druck von 1,2 bar erreicht werden. Auch die Position der Druckluftwärmetauscher wurde geändert, von Bereichen außerhalb der Zylinderbänke hin zu einem Bereich in der Mitte und oberhalb des Motors. Dies verkürzt den Luftweg, verbessert das Ansprechverhalten des Motors und reduziert Pumpenverluste (was schwer zu erreichen war, hauptsächlich aufgrund der konservativen Einstellung der Menschen an Bord von Porsche gegenüber solch drastischen Konstruktionsänderungen). Die neue Konfiguration schafft die Voraussetzungen für eine 10-Grad-Reduzierung des motorgerichteten Luftstroms, und dies ermöglicht zusammen mit Piezo-Injektoren, die ein dünneres Luft-Kraftstoff-Gemisch erzeugen, eine Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses um eine halbe Einheit auf 10,2:1 ( Es ist ein guter Zeitpunkt zu erwähnen, dass das Kompressionsverhältnis des 959 im Namen der Vermeidung von Vorbedingungen für die Detonation nur 8,3: 1 beträgt). Um den Weg der Gase zu den Turbinen auszugleichen, wurde der Kreislauf außerdem durch Verschieben von unten nach oben in einen einzigen Kreislauf geändert. Somit drehen sich die Turbinen von hinten betrachtet in einer anderen Richtung.

Mit dem VarioCam-System mit unterschiedlichen Nockenwellen-Nockenprofilen stellen die Porsche-Ingenieure den Hub der beiden Einlassventile auf unterschiedliche Weise ein, die unterschiedliche Teillastwege aufweisen. Somit beginnt die in den Motor eintretende Luft zu "wirbeln" und erzeugt eine turbulente Bewegung sowohl entlang der vertikalen Achse (der sogenannte Wirbel) als auch horizontal (Salto). Dies trägt dazu bei, die Qualität des Verbrennungsprozesses erheblich zu verbessern, bei dem sich die Flammenfront schneller bewegt und die Verbrennung effizienter ist. Bei Volllast gleicht sich der Hub aus, weil die Luftgeschwindigkeit hoch genug ist, dass eine solche Lösung einfach nicht notwendig ist. Hofstetter zufolge werden dadurch die Schadstoffwerte der Rohgasemissionen erheblich reduziert, so dass der Katalysator jetzt viel weniger Arbeit zu erledigen hat. Somit erhöht sich seine Laufleistung auf mehr als 300 Kilometer. Aufgrund der niedrigeren Temperatur der Gase besteht der betreffende Katalysator nicht mehr aus Blech, sondern ist ein Guss, der wiederum den Widerstand gegen den Gasfluss verringert und an sich die Effizienz erhöht. Das gesamte „Architekturensemble“, einschließlich des Partikelfilters mit integrierten Ventilen, ist erforderlich, um eine 911-Klanglandschaft zu schaffen, die definitiv einzigartig ist.

Mehr Aluminium im Gehäuse

Das Getriebe ist komplett neu, jetzt mit acht Gängen, die aufgrund des Antriebsschemas einzigartig für den 911 sind und in keinem Modell der Marke oder des Konzerns verwendet werden. Der erste Gang ist kürzer als der vorherige und der achte ist länger als der vorherige höchste siebte Gang. Die neuen Übersetzungsverhältnisse ermöglichen auch einen längeren Achsantrieb, was zu einem leiseren Motor führt und bei hohen Autobahngeschwindigkeiten mit niedrigeren Geschwindigkeiten läuft.

Eine genauere Übertragung des Drehmoments auf die Vorderachse ist eine Voraussetzung für ein verbessertes Fahrzeugverhalten, was auf das neue Design der Lamellenkupplung im Vorderdifferential zurückzuführen ist. Die gesamte Einheit besteht aus wassergekühlten, verstärkten Scheiben und einer schnelleren Hemmung. All dies verbessert nicht nur die Dynamik, sondern auch die Geländetauglichkeit der Maschine, beispielsweise beim Fahren auf Schnee.

Obwohl hauptsächlich die aktuelle 992-Architektur verwendet wird, hat sich diese in der Praxis erheblich geändert. Der Stahlanteil in diesem "Multi-Mix" -Design wurde von 63 Prozent auf 30 Prozent reduziert. Draußen wurden große antike Stahlplatten durch Aluminiumplatten ersetzt, was einen neuen Ansatz zur Befestigung erfordert. Der Anteil (extrudiertes Aluminium) steigt im tragenden Teil des Körpers deutlich an. Dadurch ist der Torsionswiderstand noch besser.

Zum Effizienz-Gesamtpaket kommt noch eine adaptive Karosserie-Aerodynamik hinzu, bei der die Luft mit unterschiedlichen Strategien durch den Heckspoiler und in die Öffnungen vor den Vorderrädern geleitet wird. Letztere sind mit aktiven Ventilen ausgestattet, die je nach Bedarf der Kühlaggregate öffnen. Der Heckspoiler hat auch eine andere Rolle, indem er die Luft bei Bedarf leitet, um die Motorkühlung und insbesondere die Ladeluftkühler zu verbessern. Hinzu kommen natürlich die einzigartigen Bremsen und Fahrwerke von Porsche sowie Torque Vectoring und Downhill mit aktivem Stabilisator an der Hinterachse sowie aktive Hinterradlenkung.

Text: Georgy Kolev

2020-08-30