Porsche Turbo – Die neue Generation mit variabler Geometrie

Im neuen 911 Turbo setzt Porsche erstmals Abgas-Turbolader mit variabler Turbinengeometrie ein, die jeweils im Abgasstrang einer Zylinderbank integriert sind. Erst diese Technologie ermöglicht es, den gesamten Abgasstrom in jedem Betriebspunkt des Motors optimal für die Aufladung zu nutzen. Ein Abgas-Turbolader mit variabler Turbinengeometrie (VTG) verbindet die jeweiligen Vorteile eines kleinen und eines großen Abgas-Turboladers.

Kleine Turbolader reagieren durch enge Strömungsquerschnitte schon auf geringe Abgasmengen mit hohen Strömungsgeschwindigkeiten, die zudem auf ein Turbinenrad mit kleiner Beschleunigungsmasse treffen. Durch dieses gute Ansprechverhalten fördert das mit dem Turbinenrad über eine Achse verbundene Verdichterrad bereits bei niedrigen Drehzahlen komprimierte Luft in die Brennräume und erhöht so die Leistungsdichte des Motors. Der Nachteil: Bei wachsenden Drehzahlen mit höherem Luftdurchsatz wächst auch der Strömungswiderstand, wodurch hohe Gegendrücke entstehen und ein Teil des Abgases über ein Waste Gate oder Bypass-Ventil abgeleitet werden muss. Umgekehrt bei großen Turboladern: Sie haben bei geringen Motordrehzahlen ein schlechtes Ansprechverhalten durch die größeren Querschnitte und höheren Turbinenmassen, dafür sind die Abgas-Gegendrücke bei hohen Luftdurchsätzen geringer.

Höherer und gleichmäßiger Druck durch Regelung

Mit der variablen Turbinengeometrie werden die Querschnitte der jeweils optimalen Ladergröße über Leitschaufeln simuliert, die im Abgasstrom stehen. Bei niedrigen Drehzahlen schließen sich die Schaufeln zu kleinen Luftspalten. Das Abgas strömt durch den kleinen Querschnitt, wird beschleunigt und trifft mit hoher Energie radial auf das Turbinenrad, wie bei einem kleinen Turbolader. Diese Winkelstellung der Leitschaufeln wird solange beibehalten, bis der gewünschte Ladedruck erreicht ist. Beim neuen Turbomotor ist er im Mittel auf etwa 1 bar eingestellt, in Meereshöhe, bei Volllast und 20 Grad Außentemperatur. Diese Parameter sind entscheidend für den Druck, mit dem die Verbrennungsluft in die Zylinder gefördert wird, da sich mit ihnen auch die Verbrennungsqualität ändert.

Wächst der Abgasstrom mit steigender Drehzahl weiter an, vergrößern die Leitschaufeln den Durchlass und regulieren so den Ladedruck. Die in der Motronic integrierte elektronische Regelung und der elektrisch betriebene Verstellmechanismus sind dabei so ausgelegt, dass die Verstelldauer für die Leitschaufeln von auf nach zu und umgekehrt nur etwa 100 Millisekunden beträgt. Darüber hinaus ist die variable Turbinengeometrie des Laders so berechnet, dass auch die maximal auftretende Abgasmasse verarbeitet werden kann. Somit wird ein Bypass-Ventil überflüssig.

Die von den Ladern mit variabler Turbinengeometrie komprimierte Luft strömt zu zwei Ladeluftkühlern. Sie stimmen konstruktiv weitgehend mit den Wärmetauschern im Vorgängermodell überein, allerdings wurde die Luftzufuhr verbessert: Die Kanäle hinter den charakteristischen Turbo-Lufteinlässen in den Fondseitenteilen weisen an ihren engsten Stellen rund zehn Prozent größere Querschnitte auf. Dadurch sinken die Strömungswiderstände, und die effizientere Ladeluftkühlung ermöglicht höhere Leistungs- und Drehmomentwerte.

Beim schnellen Schließen der Drosselklappe im Schub steigt durch den weiterlaufenden Verdichter im Drucksystem vor der Drosselklappe der Ladedruck an. Zum Abblasen des überschüssigen Ladedrucks besitzt der neue 911 Turbo ein automatisch öffnendes Schubumluftventil. Es ist jetzt platzsparend in das Verdichtergehäuse des Abgas-Turboladers integriert.