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Porsche präsentiert neuen 911 - Teil 1: Boxermotor mit Direkteinspritzung

Mit dem neuen Porsche 911 Carrera präsentiert Porsche eine neu entwickelte Sechszylinder-Boxermotorenfamilie mit Benzin-Direkteinspritzung sowie das erste Porsche-Doppelkupplungsgetriebe (PDK) für den Einsatz in einem Serien-Sportwagen. Die Erstausrüstung mit diesen beiden Technologien erfolgt in den Modellen Carrera und Carrera S sowohl im Coupé als auch im Cabriolet. Lesen Sie im ersten Teil über die wichtigsten Neuerungen in der neuen Motorenfamilie. Teil Zwei folgt daraufhin mit einem technischen Einblick in das neue PDK-Getriebe.

Die Integration der direkteinspritzenden Ventile in die Zylinderköpfe ist das Highlight einer umfassenden Weiterentwicklung des Boxermotors. Darüber hinaus löst ein zweiteiliges Kurbelgehäuse mit integrierten Kurbelwellenlagern den bisher vierteiligen Block mit separatem Lagergehäuse ab. Kurbelwelle und Geometrie der Brennräume, die Öl- und Wasserpumpe sowie der gesamte Saugbereich wurden ebenfalls neu konstruiert. Neben der Effizienzsteigerung bringt die Neuentwicklung des Motors auch Gewichts- und Bauraumvorteile: Die neuen Triebwerke wiegen rund sechs Kilogramm weniger und bauen in der Höhe um rund 60 Millimeter niedriger.

Im Carrera Coupé findet die 3,6-Liter-Version des neuen Boxermotors platz, wo sie aus 3.614 Kubikzentimetern (plus 18 Kubikzentimeter) 254 kW - 15 kW als der Vorgänger - und ein maximales Drehmoment von 390 (statt 370) Newtonmetern schöpft. So aus gestattet beschleunigt der Carrera mit Schaltgetriebe in 4,9 Sekunden (4,7 Sekunden mit PDK-Getriebe) von null auf Tempo 100 und erreicht eine Höchstgeschwindigkeit von 289 km/h. Die Carrera-S-Coupé-Modelle werden durch die 283 kW starke 3,8-Liter-Variante angetrieben und beschleunigen in 4,7 Sekunden, beziehungsweise 4,5 Sekunden mit PDK-Getriebe, aus dem Stand auf 100 km/h und weiter auf über 300 km/h. Dazu verfügt das Triebwerk nun über ein maximales Drehmoment von 420 statt 400 Newtonmetern.

Trotz der gestiegenen Leistungsdaten konnten die Entwickler den durchschnittlichen Kraftstoffverbrauch senken. So soll das Carrera Coupé mit Schaltgetriebe im Durchschnitt 10,3 Liter auf 100 Kilometer verbrauchen (mit PDK-Getriebe 9,8 Liter), die geschlossene Version des Carrera S soll 10,6 beziehungsweise in Kombination mit dem PDK-Getriebe 10,2 Liter auf 100 Kilometer verbrauchen. (Gesamtverbrauch nach EU5). Die CO2-Emissionen liegen laut Hersteller bei 242 beziehungsweise 230 Gramm pro Kilometer (Carrera mit Schalt- beziehungsweise PDK-Getriebe) sowie für die S-Version bei 250 und 240 Gramm pro Kilometer (Carrera S mit Schalt- und PDK-Getriebe). Im Zusammenspiel mit den Maßnahmen an den Motoren erfüllen die neuen Fahrzeuge laut Porsche sowohl die Abgaslimits nach der EU5-Norm für Europa, als auch die LEVII-Vorschriften in den USA.

Die Kraftstoffeinsparung um über zwölf Prozent beruht zum einen auf der optimierten Vermischung von Luft und Kraftstoff, was die Verbrennung sauberer und vollständiger werden lässt. Zum anderen senkt der verdampfende Kraftstoff die Temperatur im Brennraum ab und lässt somit eine höhere Verdichtung zu. Daher ist in allen Zylindern beider Motorversionen der Brennraum jetzt auf eine maximale Verdichtung von 12,5:1 ausgelegt - für die Vorgängerversionen lauten die Werte 11,8:1 beim 3,8-Liter- sowie 11,3:1 beim 3,6-Liter-Motor.

Die Direkteinspritzung hat Porsche auf einen homogenen Betrieb ausgelegt. Je nach Last und Drehzahl injiziert sie den Kraftstoff mit bis zu 120 bar Druck in die Brennräume. Dabei setzt Porsche nicht auf Piezo-Injektoren, um den Motor weltweit auch bei minderer Kraftstoffqualität einsetzen zu können. Der Injektor sitzt zwischen den beiden Einlassventilen und zielt direkt in die beiden angesaugten Luftströme, wodurch eventuelle Wandfilmverluste vermieden werden.

Direkt nach dem Motorstart reduziert der so genannte Hochdruckschichtstart den Kraftstoffverbrauch und die Emissionswerte während der ersten Arbeitstakte, indem er die direkte Einspritzung erst kurz vor Ende des Kompressionstaktes initiiert. So wird der Kraftstoff gezielt einmal in die spezifisch ausgeformte Kolbenmulde eingespritzt, wodurch eine Schichtung entsteht, die um die Zündkerze herum ein zündfähiges Gemisch erzeugt. Im Anschluss an den Hochdruckschichtstart wechselt das Motormanagement in die Katalysator-Heizphase. In diesem Betriebszustand erhöht eine Mehrfach-Einspritzung die Abgastemperatur und heizt durch eine späte Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemischs den Katalysator möglichst schnell auf. In Kombination mit der neuen Position der Katalysatoren direkt hinter dem rechten und linken Krümmer verbesserte so der Stuttgarter Automobilhersteller die Wirkung der Katalysatoren nach dem Kaltstart.

Ein weiteres Mal wird die Mehrfacheinspritzung im oberen Lastbereich bei Drehzahlen bis zu etwa 3.500 1/min eingesetzt. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn der Fahrer beim Zwischenbeschleunigen bei niedrigen Drehzahlen auf das Gaspedal tritt. Die für die Verbrennung notwendige Kraftstoffmenge wird dabei in mehrere aufeinander folgende Einspritzvorgänge geteilt. Die Einspritzungen erfolgen jetzt während des Ansaugtaktes bei geöffneten Einlassventilen und tragen so durch eine bessere Gemischbildung zur Verbrauchseinsparung bei. In allen übrigen Betriebsbereichen wird der Kraftstoff in einem einzigen Arbeitsgang eingespritzt.

Das neue Konzept des Grundmotors besticht auf der Konstruktionsseite durch einen höheren Integrationsgrad, wodurch die Bauteilanzahl um 40 Prozent reduziert und die Triebwerkssteifigkeit um 22 Prozent erhöht werden konnte. So löst beispielsweise ein zweiteiliges Kurbelgehäuse mit integrierten Kurbelwellenlagern den bisher vierteiligen Block mit separatem Kurbelwellenlagergehäuse ab. Ebenso entstanden einteilige Zylinderköpfe mit integrierten Nockenwellenlagern und Führungszylindern der hydraulischen Tassenstößel. Die Gesamtkonstruktion ist somit sowohl leichter als auch stabiler. Um sieben Prozent reduzierten sich die rotatorisch bewegten Massen, indem neue hochbelastbare Steuerketten den Einsatz der bisherigen Zwischenwelle, die als Antrieb der Steuerketten die Kräftebelastung des Nockenwellenantriebs verringern sollte, überflüssig machen.

Gleichzeitig erhöhten die Porsche-Ingenieure die thermische und mechanische Robustheit des Motors durch die Umstellung der Zylinderkonstruktion von der Open- auf die Closed-Deck-Bauweise. Die bisher im Bereich der Zylinderkopfdichtung frei stehenden Laufbüchsen sind damit jetzt mit dem Gehäuse durch eine eingegossene Deckplatte verbunden, die den Wassermantel einschließt. Das wirkt sich zum einen in einer höheren Formstabilität der Zylinder, der so genannten Rundheit, aus. Zwei weitere Effekte sind ein reduzierter Ölverbrauch und aufgrund der verringerten Reibleistung eine weitere Senkung des Kraftstoffverbrauchs.

Die Kurbelwellen und die Brennräume sind sowohl bei den 3,6-Liter-Motoren als auch bei den 3,8-Liter-Aggregaten komplett neu konstruiert. Der Hub des 3,6-Liters wurde um 1,3 auf 81,5 Millimeter verringert, die Bohrung von 96 auf 97 Millimeter vergrößert. Die 3,8-Liter-Version wurde im Hub sogar von 82,8 auf 77,5 Millimeter verkleinert und die Bohrung um drei Millimeter auf 102 Millimeter erweitert. Um die Massenträgheit zu verringern und damit maximale Motordrehzahl von 7.300 auf 7.500 1/min steigern zu können, haben die Weissacher Ingenieure die Profile der Ein- und Auslassnockenwellen neu abgestimmt. Der Durchmesser der Schaltstößel für die Einlassventile wurde dazu von 33 auf 31 Millimeter und die Größe der Stößel für die Auslassventile von 33 auf 28 Millimeter reduziert.

Ein weiterer Schritt zur Effizienzsteigerung der neuen Porsche-Motoren war die Optimierung des Ölhaushaltes. So ist der Ölkreislauf der neuen Motoren nach dem Prinzip der integrierten Trockensumpfschmierung aufgebaut und besteht aus einem System mit vier Saug- und erstmals einer elektronisch bedarfsgeregelten Druckölpumpe. Das Motormanagement passt die Förderleistung dem aktuellen Bedarf an, indem es über ein hydraulisch axial verschiebbares Zahnrad die im Eingriff befindliche Zahnbreite und damit das geometrische Verdrängungsvolumen des Radsatzes der Ölpumpe verändert. Dadurch soll die Ölpumpe einen geringeren Energieverbrauch mit einer bedarfsgerechten Schmierung verbinden.

Um die Wärmeabfuhr im Zylinderkopf sicherzustellen, wurden die Kühlkanäle überarbeitet, und die heißeste Stelle am Sitzring der Auslassventile erhielt eine zusätzliche Kühlung. Neu ist zudem die Ausführung und die Lage der Wasserpumpe als separates Modul außerhalb des Kurbelgehäuses. Der Vorteil dieser Ausführung ist eine flexible Anpassung der Wasserpumpengröße sowie eine Vereinfachung der Instandsetzung. Zur Anpassung an die gesteigerte Motorleistung und zur Sicherstellung einer ausreichenden Motorkühlung wurde der maximale Volumenstrom der neuen Wasserpumpe um rund 20 Prozent gesteigert. Durch die Optimierung des Kühlluftdurchsatzes im Bugteil konnten die Ingenieure den bisherige Mittelkühler entfallen lassen.

Die neue Boxermotorenfamilie bezieht ihre Luft über eine komplett neu konstruierte Sauganlage. Das bisher einflutige Luftfiltersystem mit integriertem Ansaugschnorchel wurde bei den neuen Modellen durch ein zweiflutiges Luftfiltersystem mit zwei Ansaugstellen und getrennten, im Heckdeckel platzierten Ansaugschnorcheln ersetzt. Die Ansaugluft strömt jetzt nicht mehr durch einen Plattenfilter, sondern durch zwei Rundfilter, was den Einströmwiderstand verringert. Metadaten anzeigen: Autor verbergen | Schlagworte