Succesnummer

Als Porsche in 1963 de nieuwe 911 nog onder de naam 901 presenteert, levert zijn zescilinder boxermotor 96 kW (130 pk) uit twee liter cilinderinhoud. “Een compacte constructie, een laag gewicht en maximaal vermogen”, vat Albrecht Reustle, expert Constructie boxermotor bij Porsche, de kwaliteiten samen die tot op heden nog actueel zijn. Tot 1993 werkte hij in het team van Hans Mezger – de constructeur onder wiens naam de motor beroemd werd.

De Porsche-ingenieurs verfijnen het turboprincipe voortdurend door het steeds verder te ontwikkelen. Door de hoge temperaturen aan de kant van de turbine en de compressie van de lucht wordt die steeds warmer. Dat heeft een negatieve invloed op de vulling in de cilinder en de verbranding van de geïnjecteerde brandstof. Vanaf het modeljaar 1978 wordt de gecomprimeerde inlaatlucht op weg naar de verbrandingskamer gekoeld – in navolging van het succes in de racesport. De koeler is onder een rooster aan de imposante achterspoiler gemonteerd. Deze complexe intercooler zorgt voor een vermogenstoename tot 221 kW (300 pk) en een buitengewone motorelasticiteit.

Een ander probleem van de turbomotor dat samenhangt met het principe en waar men aanvankelijk maar moeilijk grip op kreeg, is de vertraagde respons bij het accelereren. Bij een lager toerental gedraagt de 911 Turbo zich bij het gas geven zoals zijn zwakkere tegenhanger met zuigermotor. Pas vanaf circa 3.500/min treedt de turbo opeens met een enorme boost in werking. “Dit zogenaamde turbogat moesten we sluiten voor een betere rijervaring”, legt ontwikkelaar Krickelberg uit.

Met de 911 Turbo (993) van de vierde generatie presenteert Porsche een oplossing. In het voorjaar van 1995 wordt de met 300 kW (408 pk) tot dan toe krachtigste serie-Porsche voorgesteld. De 3,6-liter-motor imponeert met voor het eerst twee turboladers en twee intercoolers. Twee kleinere turbo’s komen tijdens het accelereren sneller op gang dan een grote. Vooral het lagere traagheidsmoment van de kleinere rotors heeft een positief effect. “Om het vermogen veilig de openbare weg op te sturen”, vult Krickelberg aan, “kreeg de 993 Turbo standaard een verbeterde vierwielaandrijving.” Dankzij de innovaties op het gebied van motorregeling en sensoren, en een modern systeem voor de uitlaatgasnabehandeling is de turbo van de laatste luchtgekoelde 911-generatie de meest emissiearme, in serie gebouwde auto van zijn tijd.

Een “transfer naar de nieuwe technologie” noemt August Achleitner aan het einde van de jaren 90 de omschakeling van lucht- naar waterkoeling bij de zescilinder boxermotor van de vijfde 911-generatie (996). Achleitner is dan hoofd Technische productplanning en is van 2001 tot en met 2018 verantwoordelijk voor de 911. De waterkoeling is een voorwaarde voor nog meer vermogenstoename, het verlagen van het verbruik en om te kunnen voldoen aan uitlaatgas- en geluidsnormen. De Porsche-constructeurs ontwikkelen cilinderkoppen met vier kleppen per verbrandingskamer. “Er was bij de racewagen in 1970 al vooronderzoek aan het type 908 gedaan met een luchtgekoelde versie met vier kleppen voor de V12-motor, die later in de 917 moest worden toegepast. In de jaren 80 werd die gedachte vervolgens bij de serieontwikkeling van de 911 weer opgepakt en op het type 964 op de proefbank getest”, herinnert Albrecht Reustle zich. “Maar daarbij was de cilinderkop totaal gesmolten.” Weer komt de oplossing uit de racesport: het succesvolle langeafstandsprototype 962 rijdt al met watergekoelde cilinderkoppen, net als de supersportwagen 959. Alle discussies over het afscheid van de luchtkoeling ten spijt: het type 996 wordt een doorslaand succes.

In 2006 imponeert de 911 Turbo (type 997) met een aanmerkelijk betere performance: het vermogen en het koppel nemen met meer dan tien procent toe. Vooral dankzij een nieuwe en wereldwijd unieke technologie – de variabele turbogeometrie (VTG). De VTG zorgt voor een betere efficiency van de turbolader via een groter toerentalbereik van de motor, doordat de hoek en daarmee de diameter van de uitlaatgassen worden aangepast, terwijl ze naar de schoepen van de turbine toestromen. “De VTG-ontwikkeling was baanbrekend en is al bijna 20 jaar een onderscheidend kenmerk binnen de turbotechnologie van benzinemotoren”, legt Thomas Krickelberg uit. “Om de uitlaatgasstroom variabel op de turbo te richten, moeten de kleine schoepen bij temperaturen van meer dan 1.000 graden Celsius secuur kunnen worden versteld.” Daarvoor worden materialen gebruikt die ook in de spaceshuttle werden gebruikt.

Na de introductie van de waterkoeling en de VTG volgt in 2015 de volgende mijlpaal: de turbolader bij de basismodellen Carrera en Carrera S van de generatie 991. Krickelberg: “We hebben de cilinderinhoud verkleind en konden tegelijkertijd een aanzienlijk betere performance bereiken.” Door de nieuwe motorgeneratie met biturbo-lader werd aanvankelijk 20 pk meer vermogen gerealiseerd – bij een lager verbruik.

100% elektrisch rijden zoals met een plug-in-hybrid was bij de 911 als T-Hybrid niet het doel. “Want de accu moest ook niet te groot en te zwaar worden”, geeft Hofstetter als reden voor het accuvermogen van 1,9 kWh. Daar staat tegenover dat de accu profiteert van het systemische voordeel van de elektrisch ondersteunde lader: recuperatie door de terugwinning van de uitlaatgasenergie. De elektromotor in de uitlaatgasturbolader werkt ook als generator. Hij genereert daarbij maximaal 11 kW (15pk) elektrisch vermogen die hij uit de energie van de uitlaatgasstroom haalt.

Een principe dat zowel eenvoudig als fascinerend is. De elektromotor werkt als een toerentalregelaar. Zodra de inlaatdruk door te hoge toerentallen te groot wordt, remt hij de turbo af. Daardoor wordt elektriciteit opgewekt die weer wordt teruggeleverd aan de accu en de elektromotor. Dankzij de efficiënte recuperatie is de relatief kleine accu voldoende voor dagelijks gebruik, vooral doordat de celchemie speciaal op de hybrid-vereisten is afgestemd. “De techniek maakt het mogelijk dat de accu in korte tijd veel energie levert”, legt Hofstetter uit, “en relatief snel weer opgeladen wordt.”

Nog een voordeel van de e-turbolader: de bekende wastegate is overbodig. Dat maakt hem in deze vorm tot een wereldprimeur. “De energie die vroeger langs de turbine werd afgevoerd, verdween ongebruikt door de uitlaat”, aldus Hofstetter. “Nu ontstaat uit de drukregeling elektrische energie.” Dat heeft een positief effect op de werking van de motor en daardoor ook op het brandstofverbruik.

„De turbolader in combinatie met de hybridisering, de recuperatie, de wrijvingsreductie binnen in de motor, de geoptimaliseerde koeling en een optimale vormgeving van de verbrandingskamer”, vat motorontwerper Reustle samen, “vormen samen het recept om ook in de toekomst te voldoen aan de uitlaatgas- en emissienormen. Tegelijkertijd spelen we daarmee in op de behoefte aan meer performance en efficiency.” De realisatie van dit recept is volgens hem “een uitstekende teamprestatie van alle betrokkenen.”

De zescilinder boxermotor van de 911 blijft een compacte krachtpatser. Geheel in lijn met de innovatieve motor die Hans Mezger ooit voor de oer-‘Elfer’ ontwikkelde.

Tekst Thomas Ammann
Foto’s Porsche