Cilindradas de sucesso

Quando a Porsche apresentou o futuro 911 em 1963, ainda sob o nome 901, seu boxer de seis cilindros produzia 96 kW (130 cv) com dois litros de cilindrada. “Design compacto, baixo peso, desempenho máximo”, relata Albrecht Reustle, especialista em projeto de motores boxer da Porsche, sobre suas qualidades que se mantêm até hoje. Até 1993, ele trabalhou na equipe de Hans Mezger – o projetista sob cujo nome o motor se tornou famoso.

Com trabalho de desenvolvimento contínuo, os engenheiros da Porsche refinam o princípio do turbo. Com as altas temperaturas na área da turbina e a compressão do ar, ele se aquece. Isso tem um efeito negativo no enchimento do cilindro e no comportamento de combustão do combustível injetado. Nos carros de ano-modelo a partir de 1978, o ar de sobrealimentação comprimido passa a ser resfriado no caminho até a câmara de combustão, como já havia sido testado e aprovado nas corridas. O radiador é montado sob uma grade no grande spoiler traseiro. Esse elaborado arrefecimento do ar de sobrealimentação (intercooling) possibilita um aumento da potência para 221 kW (300 cv) e uma notável elasticidade do motor.

Um outro problema por princípio no motor turbo foi difícil de administrar no início: a resposta atrasada na aceleração. Na faixa de velocidade mais baixa, ao acelerar, o 911 Turbo se comporta de forma semelhante à sua contraparte mais fraca com motor aspirado. Mas, a partir de cerca de 3.500/min, um forte impulso entra em ação. “Tivemos que fechar essa espécie de lacuna do turbo para melhorar a dirigibilidade”, explica o desenvolvedor Krickelberg.

A Porsche apresenta uma solução com a quarta geração do 911 Turbo (993). Com 300 kW (408 cv), o Porsche de série mais potente de até então é apresentado no início de 1995. Seu motor de 3,6 litros impressiona, com dois turbocompressores e dois intercoolers pela primeira vez. Ao acelerar, duas turbinas menores ganham velocidade mais rápido do que uma maior. Mas o principal efeito positivo vem do menor momento de inércia dos rotores menores. Krickelberg acrescenta: “Para levar todo esse desempenho com segurança para as ruas, o 993 Turbo recebeu, de série, tração aperfeiçoada nas quatro rodas.” Graças aos avanços nos controles do motor e na tecnologia de sensores, bem como ao moderno pós-tratamento dos gases de escape, o Turbo da última geração refrigerada a ar do 911 é considerado o carro de série com menores emissões do seu tempo.

No final da década de 1990, August Achleitner descreve a mudança da refrigeração a ar para água no motor boxer de seis cilindros da quinta geração do 911 (996) como o “passaporte para a nova tecnologia”. Nessa época, Achleitner é chefe do departamento de planejamento técnico de produtos e responsável pela série 911 de 2001 a 2018. O resfriamento a água é um pré-requisito para novos aumentos de desempenho, redução do consumo e cumprimento da legislação de gases de escape e ruído. Os projetistas da Porsche desenvolvem cabeçotes com quatro válvulas por câmara de combustão. “Já em 1970 houve testes preliminares com um sistema de quatro válvulas refrigerado a ar para o motor V12 no tipo 908, que mais tarde seria usado no 917. Na década de 1980, a ideia foi retomada no desenvolvimento da série 911 e testada no tipo 964”, lembra Albrecht Reustle. “Mas o cabeçote literalmente derreteu.” E, mais uma vez, a solução vem das corridas: o bem-sucedido protótipo de longa distância 962 já roda com cabeçotes refrigerados a água, assim como o supercarro esportivo 959. Apesar de todas as discussões da época sobre abolir a refrigeração a ar, o tipo 996 é um sucesso revolucionário.

Em 2006, o 911 Turbo (tipo 997) impressiona com um salto notável no desempenho: a potência e o torque aumentam mais de 10%. A principal responsável é uma tecnologia nova e única no mundo – a turbina de geometria variável (VTG). Ela permite otimizar a eficiência do turbocompressor por uma faixa mais ampla de velocidade do motor, ajustando o ângulo e, portanto, a seção transversal dos gases de escape à medida que passam pelas pás da turbina. “O desenvolvimento da VTG foi inovador e, há quase 20 anos, tem sido um diferencial na tecnologia turbo de motores a gasolina”, explica Thomas Krickelberg. “Para direcionar de forma variável o fluxo dos gases de escape para a turbina, é preciso poder ajustar separadamente as pequenas pás em temperaturas de mais de 1.000 graus Celsius.” Para isso, são usados materiais que também foram empregados no ônibus espacial Space Shuttle.

Após a introdução do resfriamento a água e da VTG, o próximo marco é em 2015: a turboalimentação nos modelos básicos Carrera e Carrera S da geração 991. Segundo Krickelberg: “Reduzimos a capacidade do motor e, ao mesmo tempo, alcançamos um aumento considerável no desempenho.” Com a nova geração de motores com compressor biturbo, foram inicialmente atingidos 20 cv de potência adicional – com menor consumo de combustível.

A propulsão elétrica pura, como em híbridos plug-in, não era um objetivo no 911 como T-Hybrid. “Porque a bateria também não deve ser muito grande e pesada”, explica Hofstetter sobre sua capacidade de 1,9 kWh. Em troca, ela se beneficia de uma vantagem do sistema com compressor assistido eletricamente: recuperação por reaproveitamento de energia dos gases de escape. O motor elétrico no turbocompressor de escape também funciona como gerador. Ele gera até 11 kW (15 cv) de potência elétrica, que extrai da energia dos gases de escape.

Um princípio que é tão simples quanto fascinante. O motor elétrico funciona como um controlador de velocidade. Assim que a pressão de sobrealimentação aumenta demais devido à velocidade excessiva, ele freia a turbina. Isso gera eletricidade, que, por sua vez, é rearmazenada na bateria ou no motor elétrico. Graças à recuperação eficiente, a bateria relativamente pequena é suficiente para o uso diário, sobretudo porque a química das células é especialmente projetada para os requisitos dos T-Hybrid. “A tecnologia permite que a bateria libere muita energia em pouco tempo”, explica Hofstetter, “e seja recarregada com relativa rapidez”.

Outra vantagem do turbocompressor elétrico: o conhecido wastegate torna-se dispensável. Isso o torna uma novidade mundial nesse formato. “A energia que antes era conduzida através da turbina era desperdiçada e não utilizada”, esclarece Hofstetter. “Agora é gerada energia elétrica a partir da regulação da pressão.” Isso tem um efeito positivo na eficiência do motor e, consequentemente, no consumo de combustível.

“A turbocompressão, em combinação com a hibridização, a recuperação de energia, a redução do atrito interno do motor, a otimização do resfriamento e o design ideal da câmara de combustão”, resume o desenvolvedor de motores Reustle, “é a receita para cumprir as leis de gases de escape e emissões, hoje e no futuro. Ao mesmo tempo, com isso atendemos as crescentes demandas de desempenho e eficiência.” A implementação dessa receita, segundo ele, é “um excepcional esforço de equipe de todos os envolvidos”.

O motor boxer de seis cilindros do 911 continua a ser um sistema compacto. Muito fiel à tradição do inovador motor que Hans Mezger um dia inventou para o 911 original.

Texto Thomas Ammann
Fotos Porsche