Skip to main content

Waarom een Turbo?

Dr. Alfred Buechi (1879-1959) patenteerde al in 1905 de turbo. De eerste toepassing liet tot 1923 op zich wachten. Dit was in twee passagierschepen, waarin de 10 cilinder diesels van 1.750 pk naar 2.500 pk werden opgeschroefd. De eerste Porsche met turbomotor werd gebouwd in 1974. Dit was de 917/30 CanAm met 1.100 pk. In 1975 werd door Porsche de eerste in serie gebouwde personenauto met turbomotor gelanceerd, de 911 Turbo 3.0 De turbine werd gefabriceerd door Kühnle, Kopp & Kausch, een begrip in de eerste jaren van de turbomotoren. De vuldruk bedroeg 0,8 bar overdruk. Mede dankzij het K-Jetronic injectie systeem van Bosch leverde deze motor met 2993 cc een vermogen van 260 pk bij 5.000 t/min. Sinds de jaren 70 is er wel het één en ander veranderd!

3.0 liter Turbomotor (1975)

Met de komst van de nieuwe 997 Turbo is het fenomeen ‘drukvulling’ weer een dankbaar onderwerp voor de Bakerpraatjes in dit nummer. We vatten hier het hoe en waarom van dit begrip nog eens samen.

Het vermogen wat een motor kan leveren hangt samen met de hoeveelheid brandstof (= energie) die hij kan verbranden. Natuurlijk hangt dit op de eerste plaats samen met de energie-dichtheid van de brandstof. Laten we ons in dit verhaal beperken tot benzine als brandstof (de eerste Porsche op waterstof is ten slotte nog niet gesignaleerd). Benzine en lucht hebben een bepaalde mengverhouding nodig om de benzine te kunnen verbranden. Dus om meer benzine (= meer vermogen) te kunnen verbranden is ook meer lucht nodig.

In vroeger jaren betekende dat simpelweg een grotere cilinderinhoud, zodat je meer lucht kon inademen en dus meer brandstof verbranden. ‘There’s no substitute for cubic inches’, zeggen de Amerikanen zo mooi. Er is echter wel degelijk een ‘substitute’: drukvulling. Door de lucht onder druk naar binnen te blazen, kan er in een kleinere cilinderinhoud toch meer lucht worden ingebracht.

Kortom: meer lucht betekent meer brandstof verbranden en meer vermogen. Meer lucht is niet langer alleen maar grotere cilinderinhoud, maar meer en meer drukvulling. De term drukvulling is de verzamelnaam voor alle methoden waarmee lucht in de motor wordt geblazen. Grofweg zijn er twee methoden: een mechanisch aangedreven compressor en een door uitlaatgassen aangedreven compressor. De laatste wordt in de volksmond de turbo genoemd.

Turbocompressor met VTG

Het voordeel van de mechanisch aangedreven compressor is de directe koppeling met de motor (geen turbo gat), maar het nadeel hiervan is de complexiteit van de aanbouw op de motor en het vermogen dat van de motor wordt afgetakt. De turbo heeft als voordeel dat dit qua aanbouw aan de motor een relatief simpele constructie is en dat de aandrijving geen vermogen kost. Het nadeel is het turbo gat (de vertraging tussen het vragen en het leveren van extra lucht). Je merkt dit aan het later inkomen van de extra power. Met de komst van elektronica is ook hier weer enorm veel progressie geboekt.

Het moeilijke van de turbo was (en is dat ten dele nog steeds) altijd de tuning. Als je het turbo ‘gat’ wil vermijden, moet je een klein compressorwieltje hebben. Het probleem is dan dat de pompcapaciteit te klein is. Als je meer pompcapaciteit wil, heb je een groter compressor¬wiel nodig. Dat reageert echter minder snel, waardoor het beroemde turbo gat ontstaat. Kortom, je zou eigenlijk een continu variabel compressor¬wiel willen. Eigenlijk dus analoog aan een versnellingsbak: je zou oneindig veel versnellingen willen om steeds in het optimale gebied van de motor te zitten.

Elektronica maakt tegenwoordig heel veel mogelijk. Ten eerste kun je op basis van bepaalde signalen de vuldruk regelen. Dat is al langer gemeengoed. Die maximale vuldruk kan en zal bij 1.500 toeren anders zijn dan bij 4.500 toeren. Overigens is er sowieso een absoluut maximum, omdat anders de brandstof voortijdig detoneert (het pingelen).

VTG met gesloten geleiders (klein compressorwiel)

De laatste nieuwe stap is nu bij de 997 Turbo toegepast: niet alleen de maximum druk wordt afgeregeld, maar ook de pompkarakteristiek wordt versteld door de geleiders op de pomprotor te verstellen. Daarmee kan een klein, dus snel reagerend, rotorwieltje toch een groter bereik aan en dit gecombineerd met de elektronica, levert een veel uitgekiender pompkarakteristiek dan ooit mogelijk was. Overigens is deze variabele turbogeometrie (VTG) reeds lang gemeengoed in de diesels, en dus geen ‘uitvinding’ van Porsche. Porsche is wel de eerste fabrikant die deze technologie weet toe te passen in een benzinemotor.

VTG met open geleiders (groot compressorwiel)

Tot slot nog de ‘boost’ mogelijkheid die de 997 heeft. Hiervoor is al aan de orde geweest dat de druk niet hoger mag worden dan een bepaalde maximum druk, omdat dan detonatie optreedt. Daarnaast is het echter ook zo, dat de mechanische en thermische belasting natuurlijk ook steeds groter wordt bij toenemende vuldruk. Daarom worden voor een productieauto altijd veilige grenzen aangehouden en wordt een zekere marge ingebouwd. Porsche heeft nu de boost optie ingebouwd, waardoor de vuldruk tijdelijk boven het normale maximum komt en waardoor het maximum koppel tijdelijk van 620 Nm naar 680 Nm gaat. Dit geeft natuurlijk bij acceleraties een enorme extra versnelling. Daarbij houdt de elektronica nauwlettend in de gaten dat dit alleen onder bepaalde omstandigheden gebeurt (acceleraties), zodat er geen schade kan ontstaan door een te langdurige hoge belasting van de motor.

Paul Krieckaert

Eerstvolgende evenementen

Connect with Porsche Club Holland