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Porsche 911 Turbo
Der neue Porsche 911 Turbo Teil 2
Der neue Porsche 911 Turbo gilt als Inbegriff höchster Sportlichkeit und Fahrleistungen. Die technische Realisierung des 911 Turbos war eine Herausforderung an die Ingenieure und Spezialisten im Hause Porsche, um die bislang gehaltene Spitzenstellung im Segment der Hochleistungssportwagen weiter auszubauen. Der zweite Teil behandelt den Motor sowie die Getriebe und Elektrik/Elektronik des neuen Sportwagens.
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Motor
Der Motor im neuen 911 Turbo, Bild 12, ist eine Neuentwicklung auf Basis des Rennmotors der GT1-Fahrzeuge der Jahre 1997 und 1998 [1]. Er zeichnet sich aus durch: – Hohe spezifische Leistung – Breites nutzbares Drehzahlband – Gutes Ansprechverhalten – Niedrigen Kraftstoffverbrauch – Niedrige Abgasemissionen – Laufruhe – Alltagstauglichkeit – Rundstreckentauglichkeit. Tabelle 2 im ersten Teil des Beitrags zeigte bereits die wichtigsten technischen Abmessungen und Daten des neuen Motors. Das Drehmoment- und Leistungsdiagramm ist in Bild 13 dargestellt.
drei nassen Einzelzylinderbüchsen, der Zylinderkopf und das Nockenwellengehäuse an. Kurbel- und Zylindergehäuse, die Nikasil-beschichteten Zylinder, Zylinderkopf und Nockenwellengehäuse sind aus Aluminium gefertigt. Der Antrieb der Nockenwellen erfolgt über Duplexketten von der Zwischenwelle aus, die Ketten werden pro Seite über je eine Spann- und zwei Gleitschienen geführt, Bild 14. Zur Sicherstellung der Quer- und Längsbeschleunigungsfähigkeit des Fahrzeugs mit Rennbereifung ist der Motor mit einer Trockensumpfschmierung ausgerüstet. Der Öltank ist motorfest, Ölpumpen an den Nockenwellengehäusen sorgen für eine ausreichende Drainage des Öls unter dynamischen Fahrbedingungen.
5.2 Variocam plus 5.1 Grundmotor Der Aufbau des Motors ist modular. An das Kurbelgehäuse schliessen für jede Zylinderreihe je ein Zylindergehäuse mit jeweils
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Hervorstechendes Merkmal des Motors ist die Steuerung des Ventiltriebs. Neben einer einlassseitigen Nockenwellenverstellung mit einem Verstellwinkel von 30 °KW wur-
de der Motor durch eine ebenfalls einlassseitige Ventilhubverstellung ergänzt. Es wurden zwei Ventilhübe realisiert: 3,0 mm für den leerlaufnahen und niedrigen Lastbereich und 10,0 mm für den Bereich hoher Lasten bis zur Volllast. Es werden drei Schaltungskombinationenen aus Hub/Nockenwellenfunktionen genutzt, Bild 15. Die Ventilhubverstellung erfolgt über einen zweiteiligen schaltbaren Tassenstößel, dessen inneres Teil das Hydroelement beherbergt. Über diesen inneren Stößel betätigen die kleinen Nocken die Ventile im Zustand des kleinen Ventilhubs, Bild 16. Für grossen Ventilhub koppelt ein hydraulisch betätigter Arretierbolzen am Grundkreis beide Stößelteile so miteinander, dass nun die großen Nocken im Kraftfluss des Ventiltriebs sind, Bild 17. Die Vorteile der Kombination aus Nockenwellenverstellung und Ventilhubumschaltung bestehen in einer unabhängigen, jeweils optimalen Steuerzeitenauslegung für Leerlauf und niedrige Motorlasten einerseits, und Vollast andererseits. Daraus resultiert : – Gute Leerlaufqualität – Gute Fahrbarkeit und niedriger Kraftstoffverbrauch bei niedrigen bis zu mittleren Drehzahlen und Lasten – Breites nutzbares Drehzahlband und hohe Leistung in der Volllast – Geringe Abgasemissionen bei Kaltstart, in der Warmlaufphase und bei betriebswarmem Motor.
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5.3 Das Aufladesystem Über ein gemeinsames Luftfiltergehäuse gelangt die Ansaugluft zu den Verdichtern. Von dort wird die verdichtete Luft über je einen in den Radhäusern hinter den Hinterrädern angeordneten Ladeluftkühler rückgekühlt und vor dem Drosselklappengehäuse wieder zusammengefasst. Der thermische Wirkungsgrad der Ladeluftkühler liegt im Nennleistungsbereich nahe 80 %, dabei wird ein kühlluftseitiger Durchsatz von rund 1000 l/s benötigt. Die Abgase durchströmen zunächst Krümmer mit kurzen luftspaltisolierten Krümmerrohren nahezu gleicher Länge, um dann unmittelbar den Turbinen mit integrierten Waste-Gates zugeführt zu werden. Dieses System garantiert geringe Energie-
Die Verfasser Dipl.-Ing. Helmut Schmitt arbeitet in der Projektleitung des PorscheEntwicklungszentrums und war verantwortlicher Projektleiter für das Gesamtfahrzeug des 911 Turbo.
Bild 12: Motoransicht
Dipl.-Ing. Harry Nennemann arbeitet in der Karosserieentwicklung des Porsche-Entwicklungszentrums und war verantwortlicher Projektleiter für die Karosserieentwicklung des 911 Turbo.
Figure 12: Engine lateral view with inner section Dipl.-Ing. Peter Zickwolf arbeitet in der Motorenentwicklung des Porsche-Entwicklungszentrums und war verantwortlicher Projektleiter für die Motorentwicklung des 911 Turbo. Dipl.-Ing. Walter Kirchner arbeitet in der Getriebeentwicklung des Porsche-Entwicklungszentrums und war verantwortlicher Projektleiter für die Getriebeentwicklung des 911 Turbo.
Bild 13: Leistungskurve
Techn.-Betriebswirt Siegfried Steckdaub arbeitet in der Elektrikentwicklung des Porsche-Entwicklungszentrums und war verantwortlicher Projektleiter für die Elektrik/Elektronikentwicklung des 911 Turbo.
Figure 13: Engine power and torque
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Bild 14: Kurbel- und Ventiltrieb Figure 14: Crankshaft and valve train
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verluste und führt im Bereich der natürlichen Aufladung zu einem zusätzlichen, als Stoßaufladung bezeichneten Füllungseffekt. Durch die Verwendung von zwei Abgasturboladern mit kleinem Trägheitsmoment wird ein spontanes nahezu verzögerungsfreies Ansprechverhalten erreicht. Die nachgeschalteten Abgaskatalysatoren sind für eine schnelle Erwärmung turbinennah angeordnet. Im Endschalldämpfer mit einem Volumen von etwa 25 Liter werden die abgasseitigen Teilströme wieder zusammen gefasst. Die Öffnung der Waste-Gates und damit die Einhaltung der Drehmoment- und Leistungsziele wird durch eine im Motorsteuergerät enthaltene luftmassenbasierte Ladedruckregelung bewerkstelligt. Unter Normalbedingungen werden punktweise bis 1,80 bar eingeregelt.
5.4 Abgas und Diagnose Der Motor wird weltweit in identischer Ausführung angeboten. Durch die motornahe Katalysatoranordung, die Aufteilung des Katalysatorvolumens in einen Startteil mit kleinem Volumen und einem grösseren Hauptkatalysator, stetige Lambda-Regelung mit Langzeitkorrektur, Sekundärlufteinblasung und angepasste Schaltstrategien des VarioCam Plus-Systems gelang es, das Fahrzeug nicht nur für EU3 sondern in Deutschland auch in der Stufe D4 zu typisieren. In den USA wird der LEV-Standard erfüllt.
Bild 15: VarioCamPlus-Schaltbereiche im Motorkennfeld Figure 15: VarioCam Plus
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Bild 16: VarioCam Plus: Stellung spät, kleiner Ventilhub
Bild 17: VarioCam Plus: Stellung früh, großer Ventilhub
Figure 16: VarioCam Plus : late camtiming, low valve lift
Figure 17: VarioCam Plus : early camtiming, high valve lift
Als weiterer Beitrag zur Umweltverträglichkeit wird die On-Board-Diagnose, die den Fahrer auf den Ausfall einer emissionsrelevanten Funktion hinweist, in allen Märkten serienmäßig angeboten.
5.5 Produktion Die Montage des einbaufähigen Aggregats erfolgt an einem eigenen Montageband, welches den spezifischen Anforderungen des modularen Aufbaus gerecht wird. Das Montageband erhielt einstellbare Motoraufnahmen, welche von den Mitarbeitern datenverarbeitungsgesteuert individuell in Höhe- und Neigung angepasst werden können. Der Einbau des Motorumfangs am Fahrzeugband erfolgt in derselben Produktionslinie wie die der Boxster- und 911-Saugmotorfahrzeuge. Durch Einsatz von Schnellsteckkupplungen für die turbospezifischen Bauteile der Kühlwasserrohre, Wasser- und Ladeluftkühler konnte eine Erhöhung der Bandtaktzeit vermieden werden.
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eine Anpresskraft von 14 bis 15 kN überträgt das Drehmoment zum Getriebeeingang. Trotz Steigerung der Übertragungskräfte wurde der hohe Bedienungskomfort der Kupplung nochmals verbessert. Damit werden die Kupplungspedalkräfte auf max. 120N abgesenkt und über dem Verschleiß konstant gehalten. Dieser Kupplungsservo ist im Nehmerzylinder, der am Getriebegehäuse angeordnet ist, integriert. Über einen Druckspeicher kann die Kupplung auch vor dem Start des Motors leicht betätigt werden.
6.2 Schaltgetriebe Das serienmäßige Sechsgang-Schaltgetriebe ist eine Weiterentwicklung des bewährten Getriebes aus dem Vorgängermodell (993 Turbo), Bild 18. Das Getriebe besteht
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aus drei Gehäuseteilen, die aus Aluminium im Sandguss- beziehungsweise Kokillenguss-Verfahren hergestellt sind. Bei der Gestaltung stand neben der Funktion und Dauerhaltbarkeit die Erreichung der Gewichtsziele im Vordergrund. Im Getriebegehäuse sind ein neues Vierplaneten-Ausgleichsgetriebe und der Kegeltrieb untergebracht. Der Kegeltrieb hat einen Hypoidversatz von 10 mm und einen Tellerraddurchmesser von 215 mm. Das Rädergehäuse beinhaltet die Radsätze des 1. bis 4.Gangs sowie die Mechanik für die Innenschaltung des Getriebes. Im vorderen Deckel befinden sich die Radsätze für den 5. und 6. sowie für den Rückwärtsgang und der Abtrieb zum Vorderachsantrieb. Die An-und Abtriebswelle sind jeweils dreifach gelagert, um die Wellendurchbiegung
Kraftübertragung
6.1 Kupplung und Zweimassenschwungrad Ein Zweimassenschwungrad mit optimierter Bogenfederbestückung in Verbindung mit einer Mitnehmerscheibe mit Torsionsdämpfer vermeidet störende Schwingungen und Rasselgeräusche im Antriebsstrang. Die Einscheiben-Trockenkupplung mit einem Durchmesser von 240 mm und
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Bild 18: Schaltgetriebe im Längsschnitt Figure 18: Manual gearbox
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bei den hohen Motordrehmomenten zu minimieren. Der Achsabstand beträgt 85 mm. Um einen guten Wirkungsgrad zu erreichen, wurde an beiden Wellen auf Kegelrollenlager verzichtet. Lediglich die Differenziallagerung ist in Kegelrollenlagern ausgeführt. Die Gangabstufungen sind sehr sportlich und harmonisch gewählt, wie auch das Übersetzungsdiagramm in Bild 19 zeigt. Die Höchstgeschwindigkeit von 305 km/h wird im 6.Gang bei 6700/min erreicht. Die Gesamtspreizung des Getriebes beträgt 5,1. Bei der Auslegung der Radsätze wurde sowohl der Standfestigkeit, einem guten Wirkungsgrad als auch einem guten Geräuschverhalten Rechnung getragen. Die Gänge sind alle synchronisiert, wobei im 1. und 2. Gang eine Doppelkonus-Synchronisierung verwendet wird. Die Getriebekühlung wird durch gezielte Luftströmung um das Aggregat erreicht, so dass kein zusätzlicher Ölkühler notwendig wurde. Dies spricht, bei der hohen durchgesetzten Leistung, auch für den sehr guten Getriebewirkungsgrad bei allen Last- und Betriebsbedingungen – zum Beispiel 97,3 % im 6. Gang bei Höchstgeschwindigkeit. Zur Schmierung und Kühlung im Getriebe werden 3,8 Liter synthetisches Mehrbereichs-Getriebeöl 75W90 verwendet. Die Nadellager der Losräder sowie die Synchronisierungen werden über die hohl gebohrten An-und Abtriebswellen mit Öl versorgt. Hierzu sind spezielle Ölführungen eingebaut, die das Öl in die Ölbohrungen der Wellen leiten. Damit erreicht das Getriebeöl ohne Wechsel eine Lebensdauer von 160.000 km. Das Gesamtgewicht des Getriebes mit Ölfüllung beträgt 72 kg. Das spezifische Drehmomentgewicht von 7,8 Nm/kg ist ein Spitzenwert und wird von keinem anderen Pkw-Seriengetriebe erreicht. Das Getriebe wird über den aus dem 911 Carrera bekannten, auf dem Mitteltunnel montierten Schaltbock und zwei Zug-Druckkabeln geschaltet. Die Leichtgängigkeit und Exaktheit wurde durch die Optimierung des gesamten Schaltsystems (hier im Wesentlichen an der Innenschaltung) erreicht.
Bild 19: Übersetzungsverhältnisse im Schaltgetriebe Figure 19: Manual gearbox, speed diagramm
Der 911 Turbo wird serienmäßig mit Allradantrieb gebaut. Die Beschreibung dieses fahrdynamischen Allradkonzepts in Verbindung mit dem Porsche-Stabilitäts-Managements (PSM) wird in einer der nächsten Ausgaben erscheinen.
6.3 Tiptronic S – Automatikgetriebe 6.3.1 Mechanik
Optional ist erstmalig auch für den 911 Turbo ein Fünfstufen Tiptronic-Getriebe erhältlich. Da die Leistungsfähigkeit des Tiptronic-Getriebes aus dem 911 Carrera für den Turbo-Motor nicht ausreichte, musste ein neues Getriebe entwickelt werden. Die Basis bildete das Automatikgetriebe
W5A580 in Standard-Bauweise, welches durch Integration des Hinterachs- und Vorderachsantriebs auf die spezifischen Anforderungen für den Allradantrieb im 911 Turbo weiter entwickelt wurde, Bilder 20+21. Die Gehäuseteile sind in AluminiumDruckguss hergestellt. Lediglich der Differenzialdeckel musste aus Festigkeitsgründen im Kokillenverfahren hergestellt werden. Im neuen Wandlergehäuse sind das Vierplaneten-Ausgleichsgetriebe und der Kegeltriebsatz integriert. Der Kegeltrieb hat einen Hypoidversatz von 16 mm und einen Tellerraddurchmesser von 216 mm. Ebenfalls integriert in das Wandlergehäuse ist die Aufnahme für den ATF-Wärmetauscher. Der Drehmomentwandler, der über eine neu gestaltete Mitnehmerscheibe mit
Bild 20: Tiptronic-S-Automatikgetriebe Figure 20: Tiptronic S gearbox
Zur Lagerung der Motor/Getriebe-Einheit sind am vorderen Getriebedeckel zwei Gummilager angeordnet. Mit dem damit zur Verfügung stehenden Gummivolumen wurde ein guter Kompromiss zwischen Geräuschübertragungsverhalten, Lebensdauer und Verhalten bei Lastwechsel erreicht.
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Bild 21: Tiptronic-S-Automatikgetriebe Figure 21: Tiptronic S gearbox
der Kurbelwelle verbunden ist, hat einen Durchmesser von 270 mm. Die weiteren Kenndaten sind : – Maximale Drehmomentwandlung mue 1,92 – Zweischeiben-Überbrückungskupplung – Pumpenaufnahmemoment bei 2000/ min von 219 Nm. Am vorderen Ende des Getriebes ist der Stirntrieb angeordnet, der über drei schrägverzahnte Stirnräder den Abtrieb zur Hinterachse und über zwei weitere Stirnräder den Abtrieb zur Vorderachse bildet. Die Lagerung der Stirnräder erfolgt in der Zwischenplatte und im Stirntriebdeckel über Kegelrollenlager. Die Gesamtübersetzung ist auch im Tiptronic-Getriebe sportlich ausgelegt, Bild 22. Die Höchstgeschwindigkeit von 298 km/h wird im 5. Gang bei 6100/min erreicht. Die Getriebeübersetzungen werden durch drei Planetensätze gebil-
det, die über sechs Schaltelemente und zwei Freiläufe geschaltet werden. Die Gesamtspreizung des Getriebes beträgt 4,33. Da das Getriebe aus Packagegründen, im Gegensatz zur Verwendung im Standardantrieb, um 22,5° um die Längsachse gedreht werden musste, wurden Ölfilter und Ölwanne neu gestaltet und der Ölstand neu festgelegt. Die Bauteile wurden so optimiert, dass über den ganzen Temperaturbereich von minus 35 bis plus 150°C und bei maximaler Längs-und Querdynamik keine Ölansaugprobleme entstehen und kein Ölauswurf aus dem Entlüfter vorkommt. Zur Ölversorgung des Stirntriebs wurde der Schmierdruck angehoben, um ohne Veränderung der Ölverteilung im Grundgetriebe die zusätzlich notwendige Schmierölmenge (maximal 3ltr./min) abzuzweigen. Mittels Ölführungen wird dieser Ölstrom zu den Zahneingriffen und Lagern geführt.
Bild 22: Übersetzungsverhältnisse im Tiptronic-S-Automatikgetriebe Figure 22: Tiptronic S speed diagram
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Zusammen mit einem Ölrückhalteblech im Differenzial zur Reduzierung der Planschverluste wurde für das Gesamtgetriebe ein guter Wirkungsgrad erreicht – im fünften Gang bei Höchstgeschwindigkeit zum Beispiel 91 %. Zur Abführung der Verlustwärme dient ein Öl/Wasser-Wärmetauscher, der direkt am Wandlergehäuse angeflanscht ist. Er wird mit maximal 20ltr./min Kühlmittel und 13ltr./min ATF-Öl durchströmt. Zusätzlich ist für eine gute Belüftung des Getriebes gesorgt, so dass auch bei extremer Fahrweise die zulässigen Temperaturgrenzwerte nicht überschritten werden. Zur schnellen Aufheizung des ATF wird bis 90 °C ATF-Temperatur oder 100 °C Kühlmitteltemperatur der Kühlmitteldurchfluss durch den ATF-Wärmetauscher geschlossen. Auch das ATF muss, wie beim Schaltgetriebe, erst nach 160.000 km gewechselt werden. Die Getriebepositionen (P, R, N, D, M) werden über die auf dem Mitteltunnel befestigte Wählbetätigung geschaltet. Diese Positionen werden vom Positionsschalter, der in den Wählbock integriert ist, abgenommen. Die Lagerung der Motor/Getriebe-Einheit ist identisch mit der Schaltgetriebeausführung. 6.3.2 Elektrohydraulische Steuerung
In der Tiptronic S im neuen Turbo wurden die – aus dem 911 Carrera bekannten – Schaltstrategien im Wesentlichen übernommen, weiter verfeinert und an den Turbomotor angepasst. Im Automatikprogramm stehen folgende Programme zur Verfügung, die automatisch oder über die entsprechende Fahrweise aktiviert werden: – Warmlaufprogramm zur schnellen Aufheizung der Katalysatoren – Grundschaltprogramm für die ökonomischste Fahrweise – Sportprogramm für die sportlichste Fahrweise. Zwischen dem Grundschaltprogramm und dem Sportprogramm werden, abhängig von der Fahrweise, die Schaltpunkte stufenlos verschoben – Dynamik-Schaltprogramm, in das bei schneller Gaspedalbewegung (Aktivschaltung) gesprungen wird. Zusätzlich wird das Automatikprogramm beeinflusst durch: – Unterdrückung von Schubhochschaltungen bei schneller Gaswegnahme, zum Beispiel vor Kurven – Frühere Rückschaltung beim Bremsen, abhängig von der Fahrgeschwindigkeit und Verzögerung
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– Verschiebung der Schaltpunkte aufgrund der Bergerkennung. Dabei werden Steigungen oder Gefälle durch den Vergleich von Ist- zu Sollbeschleunigung ermittelt – Hochschaltverhinderung in Kurven, abhängig von Fahrgeschwindigkeit und Quer-Beschleunigung – Verschiebung der Schaltpunkte-abhängig von der geodätischen Höhe. Trotz allen genannten Funktionen gibt es Fahrsituationen, bei denen eine zusätzliche manuelle Beeinflussung des Automatikprogramms über die Tippschalter am Lenkrad sinnvoll ist. Diese Funktion ist ebenfalls integriert. Das bedeutet, dass auch in Wählhebelstellung „D“ durch Tippen am Lenkrad-Tippschalter – etwa nach minus – eine Rückschaltung ausgeführt wird. Dieser niedrigere Gang wird mindestens acht Sekunden gehalten. Die Haltezeit verlängert sich – abhängig von den Fahrbedingungen wie Schub- und Querbeschleunigung. Anschließend erfolgt automatisch der Wechsel zurück in den Automatikmodus. Möchte der Fahrer die Gänge grundsätzlich selbst frei wählen, muss der Wählhebel in die M-Position gebracht werden. Der manuelle Gangwechsel erfolgt dann über die Tippschalter am Lenkrad. Hierbei werden
natürlich die zulässigen Schaltdrehzahlen überwacht, so dass die Schaltung nur ausgeführt wird, wenn die Drehzahlgrenzen eingehalten werden. Auch im Manuellprogramm finden aus Komfortgründen automatische Schaltungen an der oberen und unteren Drehzahlgrenze statt. Alle Funktionen im Überblick sind in Bild 23 ersichtlich. Zur Reduzierung des Wandlerschlupfs und damit Verbesserung des Wirkungsgrads, wird die Überbrückungskupplung schlupfmoduliert. Dazu sind gangabhängige Kennfelder in der elektronischen Getriebesteuerung abgelegt. Ab dem 2. Gang ist die Schlupfmodulation aktiv. Ebenfalls zur Kraftstoffeinsparung, aber auch zum gefühlvollen Rangieren, wird sowohl im Automatik als auch im Manuellprogramm im 2. Gang angefahren. Im Automatikprogramm erfolgt eine 2 – 1 Rückschaltung, wenn beim Anfahren sofort das Fahrpedal auf Werte grösser 40 % durchgetreten wird. Im Manuellprogramm muss mit dem Tippschalter am Lenkrad bewusst in den 1. Gang getippt werden. Bei der Abstimmung des Schaltablaufs wurde neben hervorragendem Schaltkomfort besonderes Augenmerk auf sehr spontane Schaltreaktionen gelegt. Ein sehr großer Umfang im elektronischen Steuer-
gerät ist für Diagnosefunktionen reserviert. Es werden alle wichtigen Ein- und Ausgangsgrößen auf korrekte Funktion überwacht. Wird ein Fehler erkannt, so wählt das Steuergerät geeignete Ersatzfunktionen aus, informiert den Fahrer (je nach Schwere des Fehlers) durch eine Information im Kombiinstrument und legt die Fehlerinformation im steuergeräteinternen Fehlerspeicher ab. Zur Auslesung des Fehlerspeichers steht in allen Porsche-Vertragswerkstätten ein Porsche-Systemtester zur Verfügung.
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Elektrik
7.1 Bordnetz und Verkabelung Als Hersteller reinrassiger Hochleistungssportwagen hat Porsche auch bei der Elektrik/Elektronik großen Wert auf Gewichtsreduzierung gelegt. Durch integrierte Lösungen wurden viele Funktionen in Steuergeräten zusammengefasst, für die früher jeweils ein eigenes Steuergerät notwendig war. Integriert sind zum Beispiel die Steuerung und Überwachung des Motorraumgebläses und des Buggebläses in der Motronic, die Spoilersteuerung in das Kombiinstrument, die Steuerung des Innenlichts und das Abschalten der Verbraucher bei abgestelltem Fahrzeug in der Alarmanlage.
Bild 23: Tiptronic-S-Schaltstrategien Figure 23: Tiptronic S, gear shifting strategies
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Insgesamt ist das Bordnetz in 141 Einzelverkablungsmodule aufgeteilt, aus denen der Lieferant innerhalb von zehn Arbeitstagen die Kabelstränge für die jeweiligen Fahrzeug-Produktionsnummern zusammen stellt. Die Kabelstränge (mehr als 1900 Einzelleitungen mit einer Gesamtlänge von etwa 2900 m, 360 Steckergehäusen mit bis zu 3100 Kontakten) werden fahrzeugindividuell aufgebaut. Diese Vorgehensweise wurde gewählt, um aus Gründen des Gewichts, der Umweltfreundlichkeit und der Kosten nur den jeweils notwendigen Verkabelungsumfang im Fahrzeug mit zu führen, Bild 24. Im Bereich Motor-Getriebe und Fahrdynamik-Management sowie Kombiinstrument-Klimatronic wird ein CAN-Datenbus eingesetzt. Zwischen den einzelnen Steuergeräten können Messwerte ausgetauscht werden. Dazu wird immer dem Steuergerät mit den höchsten Sicherheits- oder Genauigkeitsanforderungen der jeweilige Sensor zugeordnet.
7.2 Instrumentierung Das aus dem 911 bekannte Konzept von fünf in einer Instrumenteneinheit zusam-
mengefassten Rundinstrumenten wurde für den 911 Turbo weiter entwickelt und verfeinert. Übersichtlichkeit und Ablesbarkeit konnten so bei gleichzeitig stark angestiegener Funktionalität weiter verbessert werden. Ein klarer Gesamteindruck wird durch Integration der seitlichen Flüssigkristallanzeigen direkt in die Zifferblatt-Oberfläche – ohne vertieften Einbau – erreicht und durch die neu gestaltete Grafik unterstützt. Die digitale Geschwindigkeitsanzeige wurde in den Analogtachometer integriert. Gleichzeitig konnte so im Drehzahlmesser eine vergrößerte Anzeigefläche für neue Funktionen geschaffen werden. Diese Flüssigkristallanzeige wurde als Multifunktionsanzeige ausgeführt; in der Grundeinstellung werden hier Gesamtund Tageswegstrecke sowie eine Bordcomputer-Funktion permanent dargestellt. Darüber hinaus bietet diese Anzeige im zentralen Blickfeld über menügeführte Bedienabläufe zahlreiche Möglichkeiten wie Ausgabe von Text-Informationen, eine benutzergeführte Ölstandserfassung, Darstellung von bis zu drei Bordcomputer-Funktionen gleichzeitig sowie eine „Zentale Infor-
Bild 24: Verkabelungskonzept Figure 24: Wiring harnesss
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oder mehrere Messbedingungen nicht erfüllt sind, wird dies im Klartext zurückgemeldet und somit eine Reaktion des Benutzers ermöglicht. Das Kombiinstrument ist über zwei CANSchnittstellen an die Fahrzeug-Vernetzung angebunden. Innerhalb des Fahrzeug-CAN übernimmt das Instrument die zentrale Rolle des Daten-und Diagnose-Gateways. Merkmale wie der Einsatz neuester Schrittmotoren-Technik mit Beleuchtung der Zeiger über die Zeigerachse, Leuchtdioden als Beleuchtungselemente oder reduzierte Pixelzwischenräume verstärken einen hochwertigen Gesamteindruck und lassen diese Anzeigezentrale zu einem technik- und designorientierten „inneren Auge“ des 911 Turbos werden, Bild 25.
Bild 25: Kombiinstrument Figure 25: Instrument cluster
mation“ mit Hinweisen im Klartext. Die Bedienung erfolgt über einen Vierwege-Lenksteckhebel. Das Bedien- und Anzeigekonzept des Kombiinstruments wurde völlig neu entwickelt. Die Realisierung eines erwartungskonformen und mit Bedienabläufen anderer Fahrzeugsysteme im 911 Turbo – etwa Tempostat und PCM – konsistenten Man-Machine-Interface- (MMI-) Konzepts wurde erreicht unter Beibehaltung der bereits aus den Fahrzeugen 911 Carrera und Boxster bekannten Bordcomputer-Bedienung. Das Konzept sieht zahlreiche Möglichkeiten der
Bild 26: Scheinwerferschnitt Figure 26: Headlampmodul
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7.3 Hauptscheinwerfer Benutzerkonfiguration für die Anzeige vor, so etwa die permanente Belegung von Teilbereichen mit Bordcomputer-Funktionen sowie Umschaltung von Sprache, Einheiten und Uhrmodus. Die Ölstandsanzeige berücksichtigt automatisch die mit der Trockensumpfschmierung des 911 Turbo für eine korrekte Ölstandsmessung einzuhaltenden Messbedingungen – etwa betriebswarmer Motor, waagerecht stehendes Fahrzeug, Motor im Leerlauf. Die Bedingungen werden über die angeschlossene Sensorik stets erfasst. Wenn bei Abruf der Ölstandsanzeige eine
Ein prägendes Element in der Frontansicht sind die neuen Hauptscheinwerfer. Die Integration in den sportlich flachen Linienverlauf des Bugs warf eine Fülle von technischen Herausforderungen auf: – Der frontale Lichtaustritt für Abblendlicht, Fernlicht, Nebellicht und Fahrtrichtungsanzeiger ist stylingbedingt relativ klein. Dennoch muss die Lichtwirkung den hohen Fahrleistungen entsprechend sehr gut sein – Der Bauraum wurde durch die unterhalb des Scheinwerfers liegenden Kühler sowie die erforderlichen Freiräume für die Radbewegungen eingeschränkt – Die klare Abdeckscheibe wird in Oberfläche und Umrandung durch Freiformflächen gebildet und lässt sich deshalb nicht problemlos aus dem Werkzeug entformen – Der Glühlampenwechsel sollte einfach durchführbar sein – Eine Scheinwerferreinigungsanlage musste integriert werden. Diese Aufgaben wurden in SimultaneousEngineering-Teams bearbeitet, wobei frühzeitig die Firma Hella als kompetenter Entwicklungspartner eingebunden war. Nur dank CA-Techniken, intensivem Datenaustausch und teamorientierter Zusammenarbeit wurde der Scheinwerfer in kurzer Zeit von der Idee zur Serienreife gebracht. Die Lösung bestand in einer Scheinwerfereinheit mit Kunststoffgehäuse, welche das Projektionssystem für Abblend- und Fernlicht (Bi-Xenon-System), den Reflektor für das Zusatzfernlicht, den Nebelscheinwerfer und den Fahrtrichtungsanzeiger aufnimmt
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und von einer gemeinsamen Lichtscheibe aus Polycarbonat abgedeckt wird, Bild 26. Auf diese Weise konnte durch die präzise Abstimmung der Reflektoren untereinander die nutzbare Lichtaustrittsfläche für die einzelnen Funktionen maximiert werden. Die Kunststoffscheibe erlaubt im Vergleich zu Glas eine präzise Formgebung, ist unempfindlicher bei Steinschlag und deutlich leichter. Die Oberfläche ist beschichtet und resistent gegen mechanische und chemische Beanspruchung.
mit einer speziellen silbergrauen Farbe lackiert. Diese Farbe absorbiert das störende Streulicht. Die Scheinwerfer-Reinigungsanlage (SRA) ist erstmals im Fahrzeugbau direkt in den Hauptscheinwerfer integriert. Sie liegt neben dem Lichtaustritt für das Abblendlicht und ist als Hubdüse ausgeführt. Durch den
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daraus resultierenden kurzen Spritzweg konnte der Reinigungsmittelverbrauch gegenüber konventionell angesteuerter SRAAnlage stark gesenkt werden, Bild 27. Zum Glühlampenwechsel lässt sich der Scheinwerfer durch eine einfache Entriegelung aus dem Fahrzeug entfernen. Die Trennung/Verbindung der diversen Ver-
Abblendlicht und Fernlicht nutzen dank BiXenon-Projektionssystem die Lichtleistung der D2S-Xenonlampen optimal aus. Um die maximale Reichweite ohne Blendung des Gegenverkehrs zu erreichen, ist das Abblendlicht oben im Scheinwerfer angeordnet. Die Linse für den Lichtaustritt ist mit einem Durchmesser von 70 mm so groß gewählt, dass zusammen mit der Umfeldaufhellung (zusätzlicher Reflektor) die Leuchtdichte und damit die subjektive Blendung des Gegenverkehrs auf einem geringen Niveau gehalten werden kann. Bei Umschaltung von Abblend- auf Fernlicht wird der Lichtaustritt gegenüber dem Abblendlicht vergrößert. Durch dieses Konzept wird auch das Fernlicht als tagesähnliches Xenon-Licht realisiert. Die automatische dynamische Leuchtweitenregulierung sorgt dafür, dass unabhängig von Beladungs- und Beschleunigungszuständen des Fahrzeugs der Lichtkegel des Scheinwerfers auf der Straße gehalten wird. Selbst bei maximaler Fahrzeugverzögerung (und damit maximalem Eintauchen des Fahrzeugs) bleibt damit die Leuchtweite der Scheinwerfer erhalten. Bei maximaler Beschleunigung wird die Blendung des Gegenverkehrs zuverlässig verhindert. Das unter der Linse liegende Zusatzfernlicht schließt sich in der Reichweite unmittelbar an das schon sehr breit und hell leuchtende Fernlicht des Bi-Xenonmoduls an. Auf diese Weise wird eine sehr homogene Ausleuchtung und eine hohe Reichweite ermöglicht. Der Nebelscheinwerfer wurde aus stilistischen Gründen mit einem Projektionssystem realisiert und ist so ausgelegt, dass er bevorzugt die fahrzeugnahen Randbereiche ausleuchtet. Die aus Stylinggründen sehr flach liegende Lichtscheibe ist in allen Bereichen ohne Profilierung ausgeführt. Die Lichtverteilung wird komplett durch den Freiflächenreflektor des Projektionssystems erzeugt. Um die Abstrahlung des Streulichts zu verhindern, sind im Scheinwerfer die erforderlichen Bereiche
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Spiegelglas nach unten schwenkt und damit der Bereich der Bordsteinkante ins Blickfeld gelangt.
7.7 Elektrisch entriegelbarer Kofferraum- und Motordeckel Der Kofferraumdeckel vorn und der Motordeckel hinten erhielten eine elektrische Entriegelung. Die Bedienung erfolgt durch die fahrerseitig angeordneten Zugschalter in der Schwellerabdeckung. Das Öffnen ist nur bei stehendem und nicht alarmgesichertem Fahrzeug möglich. Zusätzlich kann beim 911 Turbo der Kofferraumdeckel vorn über die im Zündschlüssel integrierte Funkfernbedienung geöffnet werden. Dazu beinhaltet der Zündschlüssel einen zusätzlichen Tastschalter. Das Öffnen des Kofferraumdeckels mit der Funkfernbedienung ist nur bei abgezogenem Zündschlüssel möglich. Ein nicht vollständig geschlossener Deckel wird im Kombiinstrument durch eine Warnleuchte sowie einen Klartextschriftzug angezeigt.
Bild 27: Reinigungsdüse Figure 27: Headlamp cleaner
bindungsleitungen (Stromversorgung, Flüssigkeitsversorgung für SRA und Belüftung) beim Ein- und Ausbau erfolgt dabei automatisch.
7.4 Heckleuchte Die exclusiv für den 911 Turbo entwickelte Heckleuchte wurde harmonisch in das Gesamtkonzept Hinterwagen integriert. Durch den unter der Leuchte stehenden Ladeluftkühler sowie die Abgasanlage wird die Leuchte thermisch stark beansprucht. Durch eine flexible Verklebung zwischen Lichtscheibe und Gehäuse können Spannungen, bedingt durch diese hohen Temperaturen von der Heckleuchte ausgeglichen werden. Der teilweise über die Leuchte ragende Heckspoiler wurde so gestaltet, dass keine Beeinträchtigung der Signalwirkung verursacht wird. Die Fahrzeugbreite wird durch die beiden Schlussleuchten positiv betont.
7.5 Orientierungsbeleuchtung Zusätzlich zu der bekannten Innenraumbeleuchtung werden beim 911 Turbo Leuchtdioden (LED) als Orientierungslicht eingesetzt. Sie beleuchten zusätzlich ein bestimmtes Innenraumfeld fast unmerklich, aber effektiv. Diese LEDs befinden sich im Fahrgastraum in den Türverkleidungen (Bereich Türöffner und Türgriff) sowie in der Innenleuchte. Eingeschaltet werden sie
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beim Entriegeln des Fahrzeugs, ausgeschaltet mit dem Verriegeln. Die LED in der Innenleuchte strahlt Licht auf den Cockpit- und Mittelkonsolenbereich und dient als Orientierungslicht bei Nachtfahrten. Durch die leichte Aufhellung des Cockpits und der Mittelkonsole wird ein gesteigertes Raumgefühl erzeugt. Die Lichtquelle selbst ist so abgestimmt, dass dadurch keinerlei Irritationen des Fahrers oder Beifahrers auftreten. Im vorderen Bereich des Türzuziehgriffs befindet sich auf der Fahrerseite die Zündschloss- und Lichtschalterbeleuchtung. Deren Lichtstrahl hellt zur besseren Orientierung diesen Bereich auf und ist aus der Fahrerposition nicht sichtbar.
7.6 Sitz- und Spiegelmemory per Fernbedienung
Literaturhinweise [1] [2]
Beer, M.; Held, W.; Kerkau, M.; Rehr, A.: Der neue Motor des 911 Turbo. In: MTZ 61 (2000), Nr. 11, S. 730 ff. Beer, M.; Körkemeier, H. ;Zickwolf, P.: Der Motor des neuen 911 Carrera. In: MTZ 54 (1993)
Danksagung Der neue 911 Turbo wurde im Team entwickelt. Die Autoren danken hiermit allen am Projekt beteiligten Kollegen für die gute Zusammenarbeit und für die Fachbeiträge zu diesem Artikel namentlich den Kollegen Michael Preiss, Manfred Hochkönig, Georg Erdelitsch, Peter Heimpel und Albrecht Böttiger.
Die Funktion für die Sitz- und Spiegelmemory wurde in die Funkfernbedienung des Fahrzeugschlüssels integriert. Die Fernbedienung erkennt den jeweiligen Fahrzeugschlüssel und fährt den Fahrersitz beim Entriegeln des Fahrzeugs in die zuvor abgespeicherte Position. Pro Fahrzeug sind bis zu vier farblich gekennzeichnete Schlüssel programmierbar. Über diese neue Memory-Funktion kann darüber hinaus der Beifahrer-Außenspiegel wahlweise so programmiert werden, dass beim Einlegen des Rückwärtsgangs das
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