Neuer 3,6-Liter-Motor für die Carrera-Modelle des Jahrgangs 2001

 Motordaten

Die zweite Generation der Porsche 996-Baureihe, deren Produktion im Sommer anläuft, weist vor allem im Motorenbereich wesentliche Neuerungen auf. Der auf 3,6 Liter Hubraum erweiterte Sechszylinder-Boxer leistet nun 235 kW (320 PS) und lässt sowohl den 911 Carrera (Coupé und Cabriolet) als auch den 911 Carrera 4 (Coupé und Cabriolet) eine Höchstgeschwindigkeit von 285 km/h erreichen.

Leistungsfähig und ökonomisch: Carrera-Motor 2001

Leistungssteigerung bei geringerem Kraftstoff-Verbrauch

Der Sechszylinder-Boxermotor der neuen Carrera-Modelle erhält eine Hubraum-Erweiterung von 3,4 auf 3,6 Liter. Dazu ist der Hub von 78 auf 82,8 Millimeter erhöht worden, was eine Neuentwicklung von Kurbelwelle, Pleuel und Kolben notwendig machte. Die gestiegene Triebwerksbelastung wird in der Kurbelwellen-Lagerung durch den Einsatz hochwertiger Legierungen, die sonst nur im Motorsport verwendet werden, einer ausgeklügelten Schmieröl-Zufuhr und einer Neudimensionierung der Lager-Durchmesser ausgeglichen. Das Kurbelgehäuse, die separate Kurbelwellen-Lagerung und die Lokasil-Zylinderlaufbahnen sind nach den positiven Erfahrungen im 3,4 Liter-Motor grundsätzlich übernommen worden. Die sechs Zylinder leisten nun 235 kW (320 PS) bei 6.800/min. Das maximale Drehmoment, das um 20 Newtonmeter angehoben werden konnte, beträgt 370 Nm und liegt schon bei 4.250 Umdrehungen pro Minute an der Kurbelwelle an. Trotz der Leistungssteigerung und dem fülligeren Drehmomentverlauf über das gesamte Drehzahlband reduziert sich der Kraftstoff-Verbrauch nach EG-Norm um rund sechs Prozent auf 11,1 Liter. Die Hubraum-Erweiterung allein hätte jedoch die Anforderungen der Porsche-Ingenieure an das neue Triebwerk nach mehr Leistung, höherem Fahrkomfort, Verbrauchsreduzierung und Einhaltung der gesetzlichen Vorschriften nicht erfüllen können. Nur in Kombination mit VarioCam Plus, das bereits im 911 Turbo und im 911 GT2 erfolgreich arbeitet, lassen sich die teilweise entgegengesetzten Entwicklungsziele umsetzen.

Zwei Motoren in einem

Porsche hat "VarioCam Plus", das erstmals im Frühjahr 2000 im 911 Turbo vorgestellt worden ist, jetzt auch an die speziellen Bedürfnisse von Saugmotoren angepasst, wobei vor allem die höheren Ansprüche im Bereich Nenndrehzahl und Nockenauslegung berücksichtigt werden. Das System, das die Einlass-Nockenwellenverstellung "VarioCam" um eine einlassseitige Ventilhub-Umschaltung ergänzt, besteht aus schaltbaren Tassenstößeln, die durch ein elektrohydraulisches 3/2-Wege-Schaltventil betätigt werden. Da auf der Einlass-Nockenwelle unterschiedliche Nockenformen aufgebracht sind, wirken durch das Schalten der Tassenstößel wahlweise die jeweiligen Nocken und damit die entsprechenden Ventilhubkurven auf den Motor. Die Tassenstößel sind auf der Einlass-Seite des Motors montiert. Im Detail bestehen sie aus zwei ineinanderliegenden Stößeln, die gegeneinander mit Hilfe eines Bolzens hydraulisch verriegelt werden können. Der innere Stößel ist dabei mit dem kleinen Nocken mit maximal 3,6 Millimeter Ventilhub, der äußere Stößel mit der großen Nockenform mit maximal elf Millimeter Ventilhub in Kontakt. Im Kraftfluss des Stößels ist immer ein hydraulisches Ausgleichselement für das Ventilspiel integriert. Die Steuerzeiten-Verstellung der Einlass-Nockenwelle erfolgt im Gegensatz zum 911 GT2 und 911 Turbo variabel (40¡ Kurbelwellen-Verstellbereich) über einen sogenannten Flügelzellenversteller, der die Nockenwelle mit dem sie antreibenden Zahnrad verbindet. Durch Öldruck kann die Position der Flügel im Verhältnis zum Zahnrad um bis zu 40 Grad verändert werden. Durch die Verlagerung von VarioCam direkt an die Einlass-Nockenwelle entfällt der bekannte dreistufige Kettentrieb zwischen Kurbel- und Nockenwelle. Die Ein- und Auslass-Nockenwellen werden im neuen 3,6 Liter-Motor direkt über die Zwischenwelle angetrieben.

VarioCam Plus bietet Vorteile in allen Lastbereichen des Motors

Im Leerlauf wird durch die Schaltung des Ventilhubes auf den kleinen Nocken und einer Einstellung der Steuerzeiten für geringe Ventilüberschneidung der Motor optimiert. Erreicht werden eine Reibleistungsreduzierung durch den kleinen Ventilhub, verringerte Ladungswechselverluste durch extrem verkürzte Öffnungszeiten und wenig Abgase von vorherigen Verbrennungen im Brennraum. Diese Maßnahmen bewirken eine deutliche Verbrauchsreduzierung bei deutlich verbesserter Leerlaufqualität.

Variabel: Nockenwellenverstellung VarioCam Plus

Im Teillast-Betrieb arbeitet der Motor weiterhin mit kleinem Ventilhub. Dagegen wird die Einlass-Nockenwelle auf große Überschneidungsfläche zur Auslass-Nockenwelle verstellt, um mehr Zeit zum Rücksaugen des Abgases zu erhalten. Der Motor wird so in dieser häufig auftretenden Betriebsart entdrosselt und der Kraftstoff-Verbrauch gesenkt.
In der Volllast wird ein hohes Drehmoment und hohe Spitzenleistung einerseits durch einen verlustarmen Gaswechsel und andererseits durch eine kompromisslos ausgelegte Nockenkontur bei einem maximalen Einlass-Ventilhub von elf Millimeter und entsprechend angepasste Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Ventil-Erhebungen erreicht. Diese Auslegung ist durch die Umschaltung vom kleinen auf den großen Hub möglich. VarioCam Plus hilft aber auch schon vor Beginn einer Fahrt. Zum Beispiel wird der Kaltstart des Motors deutlich verbessert und in der Warmlaufphase des Motors können die Emissionen durch eine entsprechende Einstellung des VarioCam Plus reduziert werden. Beide Einzelsysteme des VarioCam Plus (Nockenwellen-Verstellung und Ventilhub-Umschaltung) werden durch das Motronic Steuergerät ME7.8 angesteuert. Das Steuergerät ist speziell für diese Anforderungen mit einer hohen Rechnerleistung konzipiert worden. Der Wunsch nach Drehmoment oder Leistung wird mit den abgespeicherten Kennfeldern verglichen. In Millisekunden erfolgt die Entscheidung, ob VarioCam Plus reagieren muss. Wenn ja, läuft trotz gewaltiger Änderungen der Motorauslegung alles ganz still und leise ab. Im Cockpit ist davon selbstverständlich nichts zu spüren.

Abgas-Überwachung serienmäßig

Die Motronic übernimmt auch bei der Abgas-Überwachung durch das serienmäßige On-Board-Diagnose-System (OBD) eine zentrale Funktion. Registriert OBD im Motor eine abgas-relevante Fehlfunktion, wird diese sofort an die Motronic weitergeleitet. Hier wird die Fehlermeldung abgespeichert und gleichzeitig ein optisches Warnsignal im Kombi-Instrument der Armaturenanlage ausgelöst. In der Werkstatt kann die Meldung mit Hilfe eines Diagnose-Gerätes gelesen und so die Fehlerquelle genau bestimmt werden. Alle neuen Carrera-Modelle arbeiten mit vier Lambda-Sonden im Abgasstrang, also mit je einer Regel- und Diagnose-Sonde pro Zylinderreihe. Die moderne Katalysator-Technik auf Metallträger-Basis sorgt in Verbindung mit der bekannten Sekundärluft-Einblasung dafür, dass die Fahrzeuge weltweit alle gesetzlichen Abgas-Vorschriften problemlos einhalten. Das gilt unter anderem für die seit 1. Januar 2001 gültigen EU3-Grenzwerte und die strenge LEV-Norm.

Erstmals ohne Kraftstoff-Rückflussleitung

Ein völlig neues Aufgabengebiet der Motronic ist die Steuerung des rückflussfreien Kraftstoff-Versorgungssystems, mit dem es den Porsche-Entwicklungsingenieuren gelungen ist, die Emission von Kohlenwasserstoff durch erwärmten Kraftstoff zu reduzieren.

Auch die inneren Werte faszinieren

Bisher förderte eine Pumpe den Kraftstoff über eine Vorlaufleitung mit Filter zu den Einspritzventilen. Überschüssiges und durch die Motorabwärme erhitztes Benzin floss durch die sogenannte Rücklaufleitung zurück in den Tank. Diese Leitung sucht man in den neuen Carrera-Modellen vergeblich. Das wartungsfreie System "Returnless Fuel" zeichnet sich dadurch aus, dass neben der Pumpe jetzt auch der Filter und der Druckregler im Tank integriert sind und die Motronic berechnet, wie hoch der aktuelle Kraftstoff-Bedarf des Motors ist. Von der Benzinpumpe zuviel geförderter Kraftstoff kommt nicht mehr in Umlauf. Er bleibt dank eines Überdruckschutzventils im kühlen Tank.

Kräftiger Sound

Kurz hinter den Katalysatoren, wo die Abgase in die Endschalldämpfer strömen, haben die Porsche-Soundingenieure einen Blick auf das heiße Gasgemisch geworfen. Durch gezielte Änderung der Schalldämpfer-Durchströmung wollten sie vor allem im unteren und mittleren Drehzahl-Bereich des Motors dem Sound eine neue Richtung geben – oder wie sie sagen: Einen fülligen Klang in Lastabhängigkeit erzeugen. Die Soundingenieure haben den Weg der Abgase bei der Durchströmung des Drei-Kammern-Endschalldämpfers verkürzt und optimiert, wodurch die neuen Carrera-Modelle im Leerlauf betont kräftiger klingen, und beim Gasgeben kommt noch ein Kick Schärfe hinzu. Kleiner Neben-Effekt des Sound-Tunings: Durch die veränderte Durchströmung ist der Abgas-Gegendruck um 40 Millibar gesunken, was ebenfalls zur Steigerung der Motorleistung beiträgt.

(Text: Rainer Rossbach
(Fotos: Porsche)

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