Porsche: Nächste Turbo-Generation heißt VTG

Porsche wird weltweit erstmals einen aufgeladenen Ottomotor mit variabler Turbinengeometrie (VTG) präsentieren. Diese Technik, die seit den 90er Jahren in Diesel-Turbomotoren eingesetzt wird, ermöglicht insbesondere bei niedrigen Drehzahlen eine deutliche Verbesserung der Elastizität und der Beschleunigung. Bisher galten jedoch die im Vergleich zu Diesel-Turbomotoren wesentlich höheren Abgastemperaturen von bis zu 1.000 Grad Celsius als unüberwindbare technische Hürde. Porsche hat das Problem in enger Zusammenarbeit mit dem Turboladerhersteller Borg Warner Turbo Systems gelöst und setzt an dieser Stelle hochtemperaturfeste Materialien aus der Raumfahrttechnik ein.

Kernelemente der VTG sind verstellbare Leitschaufeln, die den Abgasstrom des Motors variabel und gezielt auf das Turbinenrad des Abgasturboladers leiten. Damit verknüpft das Prinzip der variablen Turbinengeometrie die Vorteile von kleinen und großen Abgasturboladern. Diese Kombination ermöglicht sowohl ein sehr gutes Ansprechverhalten mit hohen Drehmomentwerten bereits bei niedrigen Drehzahlen als auch hohe Leistungswerte bei hohen Drehzahlen. Dabei steht das hohe Drehmoment auch über einen deutlich größeren Drehzahlbereich zur Verfügung.

Jubiläum am 16. November

Die Erfindung des Abgasturboladers liegt genau 100 Jahre zurück. Am 16. November 1905 erhielt der Schweizer Ingenieur Dr. Alfred Büchi im Deutschen Reich vom kaiserlichen Patentamt unter der Nr. 204630 das Patent für eine "Verbrennungskraftmaschinenanlage, bestehend aus einem Kompressor (Turbinenkompressor), einem Kolbenmotor und einer dahintergeschalteten Turbine".

Büchi, der von 11. Juli 1879 bis 27. Oktober 1959 lebte, war als Ingenieur in Winterthur tätig. Seine Idee bestand nicht allein in der Vorverdichtung der Luft, sondern auch in der Nutzung jener kinetischen Energie, die mit den Abgasen unter hohem Druck nutzlos ausgestoßen wird. Er verwendete die nach der Verbrennung ausströmenden Abgase zum Antrieb einer Turbine, die wiederum einen Verdichter antreibt, der die angesaugte Luft vorverdichtet und auf diese Weise den Füllungsgrad des Motors erhöht. Der Turbolader war geboren.

Allerdings mußte Büchi lange warten, ehe seine Erfindung zum Einsatz kam. Verwirklicht wurde sie erstmals in großen Schiffsmotoren. 1923 hatte das deutsche Verkehrsministerium die "Danzig" und die "Preussen" in Auftrag gegeben. Die beiden Passagierschiffe hatten jeweils zwei Zehnzylinder-Dieselmotoren, deren Leistung mit Hilfe der Abgasaufladung von 1.750 PS auf 2.500 PS gesteigert wurde. Die ersten Versuche, diese Technik in Automobilen einzusetzen, begannen Ende der 50er Jahre. Gleichwohl stellte das so genannte Turboloch – das verzögerte Motor-Ansprechverhalten beim Gasgeben – die Entwickler noch vor zu große Herausforderungen.

1973 setzte Porsche in der amerikanischen CanAM-Serie den über 1.100 PS starken Boliden 917/30 als Turbo-Technologieträger ein. Der Rennwagen deklassierte seine Gegner auf der Piste. Die Folge war eine Regeländerung für die US-Rennserie, die den überlegenen 917/30 direkt ins Museum verbannte.

Erster Elfer mit Turbo-Aufladung

260 PS stark, über 250 km/h schnell, in 5,5 Sekunden von 0 auf 100 km/h – ausgezeichnet mit diesen Leistungsmerkmalen stellte Porsche den ersten 911 Turbo auf dem Pariser Automobil-Salon 1974 vor. Seine Spitzenleistung erreichte der Supersportler bei niedrigen 5.500 U/min, das maximale Drehmoment von 343 Newtonmetern bei 4.000 U/min. Damit erzielte Porsche eine für Turbo-Motoren damals nicht für möglich gehaltene Drehmoment-Stärke. Die relativ harmonische Leistungsentfaltung erzielten die Ingenieure durch den geschickten Einsatz eines Bypass-Ventils. Außerdem wählten die Entwickler zur Reduzierung des Turbolochs einen kleinen Lader, der früh ansprach und so das Drehmomentdefizit verringerte.

Der Nachfolger des Ur-Turbo schöpfte ab 1977 aus 3,3 Litern Hubraum 300 PS. Ausschlaggebend für die Leistungssteigerung und absolut neu war der Einsatz eines Ladeluftkühlers. Er kühlte die heiße Ladeluft auf unter 100 Grad Celsius ab, wodurch der notwendige Ladedruck reduziert werden konnte, ohne Leistung zu verlieren.

Saubermann Turbo

1990 besetzte Porsche das Top-Segment mit einem neuen 911 Turbo. Ein um 50 Prozent vergrößerter Ladeluftkühler, der ebenfalls vergrößerte Turbolader und eine druckgesteuerte Kennfeld-Zündung sorgten für den Leistungsschub auf 320 PS. Der Neue glänzte aber auch durch seinen sauberen Auftritt. Die fortschrittliche Abgas-Reinigung mit geregeltem Dreiwege-Katalysator in Metallträger-Technologie erfüllte strengste US-Abgasnormen. Sogar die Emissionen aus dem Bypass-Ventil wurden mit Hilfe eines separaten Katalysators gereinigt.

Die vierte Generation des 911 Turbo ging Anfang 1995 an den Start. Als Basis diente der 3,6-Liter-Motor aus dem 911 Carrera. Doch die Leistungsdaten zeigten einen großen Unterschied. Denn der Neue war mit einem Doppellader bestückt. Nachdem bei dem Technologieträger Porsche 959 im Jahr 1987 zum ersten Mal ein zweiter Abgasturbolader erfolgreich zum Einsatz gekommen war, begann nun die Bi-Turbo-Ära in der Serie.

Der neue 911 Turbo glänzte mit einer Spitzenleistung von 408 PS bei 5.750 U/min. Das maximale Drehmoment betrug 540 Newtonmeter bei 4.500 U/min. Seine Fahrleistungen waren geradezu sensationell: In 4,5 Sekunden sprintete der Turbo von 0 auf 100 km/h und der Vortrieb endete erst bei 290 km/h. Die Leistungsentfaltung gestaltete sich erneut harmonischer, denn die beiden kleineren Turbinen sprachen im Abgasstrom schneller an.

Ein Meisterstück gelang den Ingenieuren bei der Abgas-Reinigung. Eine ausgeklügelte Katalysator-Technik in Verbindung mit der neuen o­n-Board-Diagnose II (OBD II) machte den neuen 911 Turbo weltweit zum saubersten Automobil. OBD II konnte mit Hilfe der Motorelektronik die möglichen Fehlerquellen bei der Abgasreinigung aufspüren und bis zu 20 davon für eine spätere Fehlerdiagnose abspeichern.

Zwei Motorkonzepte vereint

Die herausragende technische Neuerung des aktuellen 911 Turbo, der Anfang 2000 startete, hieß VarioCam Plus. Das System senkt Verbrauch sowie Emissionen und verbessert die Laufkultur. Gleichzeitig optimiert es Leistung und Drehmoment. Der Turbo erzielt 420 PS bei 6.000 U/min, die Höchstgeschwindigkeit stieg auf 305 km/h. Andererseits sank der Verbrauch gegenüber dem Vorgängermodell um 18 Prozent.

Der Clou von VarioCam Plus besteht darin, dass das System zwei Motorkonzepte in einem vereint. Möglich wird dies durch die einlassseitige Verstellung der Nockenwelle und die Umschaltung des Ventilhubs, jeweils gesteuert von der Motronic. Als Ergebnis sinken im Leerlauf und in der Teillast Verbrauch und Emissionen. In der Volllast wird dagegen hohes Drehmoment und Spitzenleistung durch eine kompromisslos ausgelegte Nockenkontur bei einem Ventilhub von maximal zehn Millimetern erreicht.