Skip to main content

Het smeersysteem van de Porsche 911

Hakse Straatsma

Ferdinand Piëch, de kleinzoon en naamgenoot van de (oude) Ferdinand Porsche, heeft nadat hij in april 1963 als net afgestudeerd ingenieur zijn carrière bij Porsche begint, grote invloed gehad op de uiteindelijke constructie van de zescilinder motor van de 911. Voorbeelden hiervan zijn onder meer de lagering van de krukas, de nokkenas lay-out en het ook smeersysteem.

Als Piëch bij Porsche op de afdeling “Rennmotorenversuch” begint, wordt hier, parallel aan de ontwikkeling van de seriemotor, gewerkt aan een raceversie hiervan die in eerste instantie bedoeld is voor de nieuwe 904. De 100 stuks chassis van de 904’s die nodig zijn voor de homologatie voor 1964 zijn echter eerder klaar dan de nieuwe zescilindermotoren en dus wordt de “oude” viercilinder Führmann motor aangepast voor een nieuwe taak in de 904. De ontwikkeling van de racemotor gaan echter door met als resultaat 180 pk uit de 2-liter zescilinder. Constructiedetails van deze motor komen terug in de seriemotor als Piëch ook met deze ontwikkeling wordt belast.

Ferdinand Piëch en zijn oom Ferry Porsche , 1963 © Porsche AG

Ontwikkeling

In de gehele ontwikkelingsgeschiedenis van de zescilinder motor kunnen een aantal fases worden onderscheiden. De eerste motor in de ontwikkeling is de motor met het typenummer 745; een motor met “ouderwetse” stoterstangen en een standaard smeersysteem met olie in het carter. Nadat deze motor is afgekeurd, wordt een nieuwe motor ontworpen (type 821) met dezelfde hoofdafmetingen als de vorige maar nu met een bovenliggende nokkenas voor ieder cilinderrij maar nog steeds met een oliecarter onder de motor. Uit deze motor ontstaat in de loop van 1963 het motortype 901/1. Een belangrijk verschil met de 821 motor is de toepassing van dry-sump smering. Ferdinand Piëch is de pleitbezorger van dit smeersysteem voor de seriemotor. De belangrijkste reden voor het toepassen van deze duurdere oplossing is het feit dat met dit smeersysteem onder alle omstandigheden een goede smering wordt gegarandeerd. Bovendien ontstaat er een plattere motor die daardoor lager in de auto kan worden gemonteerd. Dit resulteert in een lager zwaartepunt en een betere wegligging. Ook komt dit goed van pas bij de vormgeving van achterzijde van de 911, die Buzzi Porsche voor het oog heeft.

© Porsche AG

Dry sump

Net als tegenwoordig, hebben de automotoren in het begin van de jaren 60 van de vorige eeuw een smeersysteem met onderaan het motorblok een carter voor de opslag van de smeerolie. Alleen racemotoren en (dure) sportauto’s werden en worden voorzien van een smeersysteem met een dry-sump. Bij een dry-sump (letterlijk: “droog carter”) smering wordt de motorolie niet in het carter onder de motor opgeslagen maar in een aparte olietank. Bij dit systeem heeft de motor twee oliepompen: een (zuig)pomp pompt de olie uit het carter naar de olietank en een (pers of druk)pomp pompt de olie uit de tank naar de te smeren motoronderdelen. Om te verhinderen dat zich onderin de motor olie ophoopt, is de capaciteit van de zuigpomp groter dat die van de perspomp. Naast het nadeel van een duurdere en complexere constructie zijn een aantal duidelijke voordelen:

  • Door het ontbreken van een diep carter onder de motor is de bouwhoogte van de motor minder groot, zodat deze lager in de auto kan worden opgehangen, met als gevolg het eerder aangehaalde lagere zwaartepunt en daarmee een betere wegligging.
  • Het voorkomen van vermogensverliezen als gevolg van de door de olie draaiende onderdelen zoals de krukas.
  • Er is geen gevaar dat bij het optreden van grote g-krachten bij snel bochtenwerk, optrekken en afremmen de olie tegen een zijwand van het carter wordt gedrukt waardoor de oliepomp geen olie meer kan aanzuigen. De oliedruk in het systeem valt dan weg waardoor al snel motorschade kan ontstaan. Bij boxermotoren hoopt zich bij snel bochtenwerk bovendien de olie in de buitenste cilinderrij op waardoor grotere hoeveelheden olie nodig zijn om een goede smering te garanderen. De grotere hoeveelheid olie vereist een dieper carter waardoor de (in)bouwhoogte van de motor weer toeneemt.
  • De olie wordt in de olietank goed ontlucht en kan gemakkelijk worden gekoeld.

Koeling

De hoofdtaak van de motorolie is het smeren van de motor, maar daarnaast vervult de olie zeker bij luchtgekoelde motoren een belangrijke rol bij de koeling van de motor. Bij een dry-sump systeem is een goede koeling van de olie mogelijk en kan gemakkelijk een grotere hoeveelheid olie worden toegepast. De 911 neemt dan ook ca. 9 liter van dit belangrijke goedje mee en de Sportomatic en de 911S met extrakoeler zelfs 10 liter. Een nadeel is echter dat het met deze hoeveelheden olie langer duurt voordat de olie op temperatuur is.

Toepassing

Door de duurdere constructie wordt een dry-sump smeersysteem vooral toegepast bij raceauto’s en dure sportwagens. Voorbeelden hiervan zijn Ferrari modellen zoals de 275 GBT/4 en de 550 Maranello, de Mercedes 450 SEL 6.9, SLS AMG en AMG GT, de Alfa Romeo Montreal, de BMW M1, de Audi R8 (Spyder), de Maserati Ghibli en bepaalde TVR - en Corvette modellen. Daarnaast wordt het dry-sump systeem veel toegepast bij motorfietsmotoren en vliegtuigmotoren.

Porsche zelf heeft een langjarige (race)ervaring met dry-sump smeersystemen. Zo hebben de Auto Union racewagens die Ferdinand Porsche voor de tweede wereldoorlog ontwerpt al een dry-sump smeersysteem. Ook de beroemde viercilinder motor met de vier nokkenassen (de Führmann motor) die in vele Porschemodellen in de 50- en 60-er jaren (van de 356 tot in de F2 en F1 toe) wordt toegepast, heeft dit smeersysteem. En ook de achtcilinder F1 motor en de vliegtuigvariant van de 356 motor hebben een dry-sump tank.

Verticale doorsnede van de 911 motor

Het oliesysteem van de 911

Voor de dry-sump smering is bij de zescilinder 911 motor direct onder de krukas de aandrijfas voor de oliepompen aangebracht. Deze aandrijfas draait met de helft van de snelheid van de krukas en wordt middels schuin vertande tandwielen aangedreven vanaf de achterzijde van de motor. Op deze as zitten ook de kettingwielen voor de kettingaandrijving van de nokkenassen. De aandrijfas drijft twee tandwielpompen aan, een zuig- en perspomp die in één huis zijn ondergebracht. Deze dubbele oliepomp is aan de voorkant van de motor direct achter het vliegwiel in het motorhuis gemonteerd.

Het oliesysteem van de Porsche 911 (nummering verwijst naar de tekst)

De olie afkomstig van alle te smeren onderdelen verzamelt zich onderin de motor. Hier (1) wordt de olie door de zuigpomp via een zeef aangezogen en naar de olietank (9) gepompt. Via het oliefilter (12) komt de olie in de tank. Voor de veiligheid zit in de filter nog een overdrukklep zodat als de overdruk in het filter groter wordt als 2 bar (bijvoorbeeld als het filter verstopt raakt) de olie rechtstreeks in de olietank loopt. Met de olie komen ook lucht en carterdampen mee. Voor de ontluchting van de olie zit in de tank een schuin geplaatste zeef (10). Op de tank komt ook de leiding van het carterontluchting uit (15). Daarnaast is de tank nog verbonden met het luchtfilter (16) waardoor er in de tank voortdurend een onderdruk aanwezig is.

De perspomp (3) zuigt de olie onderuit de tank aan en perst de olie in de drukleiding. In deze leiding zit een overdrukklep (7). Stijgt de druk boven de 6,2 bar overdruk dan gaat deze klep open en stroomt de olie in het carter. Als extra veiligheid zit in het systeem nog en veiligheidsklep (4) die moet voorkomen dat als de overdrukklep niet werkt, schade aan de oliekoeler, leidingen en filter ontstaat. De thermostaat (5) laat de olie als deze de 80˚C nog niet heeft bereikt, direct naar de motor toe lopen. Boven de 80˚C gaat de olie eerst door de oliekoeler (8). Deze koeler wordt door de koelventilator van de motor van koellucht voorzien. Ongeveer 10% van de koelluchtcapaciteit wordt voor oliekoeling gebruikt. Via de centrale olieleiding worden alle lager van de krukas door een eigen kanaal van olie voorzien. Door een aparte leiding wordt ook het voorste lager van de oliepompas gesmeerd en via een centrale boring in deze as wordt het achterste lager gesmeerd. Aan de achterzijde van de motor waar ook een temperatuursensor (14) zit, wordt de olie naar de linker en rechter nokkenassen getransporteerd (6). De drijfstanglagers worden via de krukaslagers aan de voor- en achterzijde van de motor via boringen in de krukas van olie voorzien. Door lekverliezen bij de krukaslagers en de  tegenwerkende centrifugale krachten op de olie door de rondraaiende krukas is er gevaar voor onvoldoende oliedruk in de krukasboring. Door de toevoer te laten lopen via het voorste krukasklager dat breder is als de andere lagers en door het achterste lager een kleine diameter te geven waardoor de centrifugale krachten geringer zijn, wordt er voor gezorgd dat er voldoende oliedruk ter beschikking komt voor de drijfstanglagers.

Bij de eerste motoren van de 911 wordt de olie centraal aan de nokkenas toegevoerd en via boringen worden de nokkenaslagers en de nokken en tuimelaars gesmeerd zoals ook bij het motortype 821. Vanaf motornummer 903 070 (in de loop van 1965) wordt de olievoorziening van de cilinderkop verzorgd via een in de langs richting geplaatst aluminium buisje met gaatjes waardoor de olie op de lagers van de nokkenas en de glijvlakken van de nokken spuit. Door andere gaatjes wordt de olie tegen het inlaatkleppendeksel gespoten. De rondspattende olie smeert de tuimelaarassen en de klepstelen. De olie verzamelt zich in het onderste deel van het nokkenashuis en vandaar loopt het via twee retourpijpjes terug naar het carter.

Het zal duidelijk zijn dat alleen bij draaiende motor, als alle olie onder uit de motor naar de tank gepompt is, de juiste hoeveelheid olie in de tank gemeten kan worden.

Wijzigingen in het smeersysteem tot 1974

Tot 1974 blijft het oliesysteem in principe ongewijzigd. Wel wordt vanaf model 1969 de 911S voor  extra koeling van de olie van een tweede aluminium oliekoeler voorzien die onder het rechter voorspatbord wordt gemonteerd. Op deze positie heeft deze extra koeler echter veel last van vervuiling en steenslag. Een reden om voor de 1973 modellen de oliekoeler te vervangen door een eenvoudige koeler die uit een spiraalvormige olieleiding bestaat, ook wel trombonekoeler genoemd.

De “trombonekoeler” onder het rechter voorspatbord

Deze trombonekoeler is maar voor een deel verantwoordelijk voor de koeling van de olie, een belangrijk deel van de warmte wordt ook uitgestraald door de lange olieleidingen die van de motor naar de koeler lopen. Voor de regeling van de voorste koeler is bij het oliefilter een extra thermostaatklep ingebouwd. Als de olietemperatuur van de olie die uit het carter wordt opgezogen warmer is dan 87 ˚C, opent de klep en stroomt de olie naar de voorste oliekoeler en vandaar uit gekoeld weer terug naar de olietank.

De verschillende oliepompen toegepast in de periode 1965 tot 1989

Na 1969 wordt de aluminium oliepomp vervangen door een nieuwe magnesium pomp, te herkennen aan de drie ribben op het pomphuis. In de loop van de ontwikkeling van de 911 wordt de oliepomp steeds aangepast aan de grotere en sterkere motoren.

Vanaf december 1970 worden de motoren voorzien van  een extra zuigerkoeling. De zuigers worden door  een nozzle vanaf de onderzijde met olie bespoten. Door deze maatregel wordt de zuigertemperatuur met ongeveer 50 ˚C verlaagd. Door de 6 nozzels wordt bij 6.000 omw/minuut ca.  250 liter olie per uur op de zuigers gespoten.

© Porsche AG

Ook de olietank krijgt een geheel nieuwe vorm als deze voor modeljaar 1972 verhuist van de plaats helemaal rechtsachter onder het spatbord naar een plaats voor het rechter achterwiel. Vlak achter de rechter portier wordt een extra klepje aangebracht om olie te kunnen bijvullen; het “Ölklappe” model is geboren.

“Ölklappe” model 1972

In het volgende jaar verhuist de tank weer naar achter onder het spatbord om dat de olievulklep te vaak wordt aangezien voor de benzinevuldop, met desastreuze gevolgen voor de motor. Daarna zit de olievuldop dan ook weer “gewoon” in de motorruimte.

Het einde van de dry-sump

Porsche blijft het dry-sump systeem voor de 911 trouw tot de komst van het model 996 in 1997. Met de komst van de vloeistof gekoelde “waterboxer” motoren ontstaat een geheel nieuw geconstrueerd smeersysteem en verdwijnt het echte dry-sump systeem. De externe tank vervalt want de motor krijgt een semi dry-sump met een oliereservoir onderin de motor. In Porsche termen het “integrated dry-sump systeem”. Alleen de 911 Turbo, GT2 en GT3 modelllen worden nog met een externe olietank uitgerust.

Welke olie?

Het smeersysteem van een motor kan nog zo goed zijn maar het staat of valt met de keuze van het juiste type olie. Olie die past bij de gebruikte materialen in de motor, de constructie van het smeersysteem, het gebruik van de auto enz. Zeker voor de oudere motoren is een moderne synthetische motorolie niet geschikt. Porsche heeft het ons gemakkelijk gemaakt door een motorolie op de markt te brengen speciaal aangepast aan de oudere 356 en 911 motoren.

Een 20W50 olie met uitstekende alkalische reserves (het vermogen om zure verbrandingsresten op te nemen), met een laag zwavelgehalte en een hoge viscositeitindex (hoe hoger het getal des te minder wijzigt zich de viscositeit met het veranderen van de temperatuur). Deze olie komt in een recente test van 17 oliesoorten van het Duitse autoblad “Oldtimer Markt” als beste uit de test maar ook als een van de duurste. Kwaliteit heeft zijn prijs maar uit de test blijkt ook dat er goedkopere alternatieven zijn.

Hakse Straatsma

Bronvermelding:

  • Oldtimer Markt januari 2015 “Für jeden Klassiker das richtige Öl“
  • Die Wurzeln einer Legende Porsche 901, Jürgen Lewandowski
  • Porsche 911 Forever Young, Aichele
  • Porsche Geschichte und Technik der Renn- und Sportwagen, Karl Ludvigsen