Waarom wordt een boxermotor eigenlijk een boxermotor genoemd?

Automatisch vertaald door DeepL. Bekijk originele versie (DE)

De Porsche 356 had al een viercilinder-boxermotor, en sinds 1963 is de zescilinder-boxermotor het kenmerk van de Porsche 911. Geen enkele andere motor wordt zo sterk met één merk geassocieerd als de boxermotor met Porsche. Maar wat maakt de boxermotor nu precies zo bijzonder? Waarin verschilt hij van een V-motor? En waarom ontwikkelde Porsche speciaal voor de legendarische 917 Le Mans-racewagen een flat-12-motor – die overigens geen boxermotor was? We zullen hier wat meer duidelijkheid over geven!

Hoe werkt een boxermotor en hoe is hij aan zijn naam gekomen?

De viertakt-verbrandingsmotor met een heen-en-weer bewegende zuiger werkt volgens een duidelijk principe. Simpel gezegd beweegt een zuiger heen en weer in een cilinder. Daarbij doorloopt hij de vier slagen: aanzuigslag, compressieslag, arbeidsslag en uitlaatslag. Tijdens de aanzuigslag stroomt een vers brandstof-luchtmengsel de cilinder binnen; tijdens de compressieslag wordt de inhoud van de cilinder samengeperst. De verbranding van het brandstof-luchtmengsel genereert druk, die de zuiger tijdens de arbeidsslag aandrijft. Vervolgens worden de uitlaatgassen afgevoerd. De lineaire beweging van de zuiger wordt vervolgens via een drijfstang overgebracht op de krukas en omgezet in een draaiende beweging, waardoor de motor draait. Het aantal omwentelingen van de krukas per minuut geeft dan het motortoerental aan.

Gedurende zijn hele geschiedenis heeft Porsche zowel lijnmotoren gebruikt – bijvoorbeeld in de 924, 944 en 968 – als V-motoren, zoals in de 928, en zelfs VR-motoren in de Panamera. Boxermotoren waren te vinden in de 356, de 911 en talrijke sportwagens met middenmotor.

Het ontwerp van motoren varieert afhankelijk van de opstelling van de cilinders. Bij een lijnmotor zijn alle cilinders achter elkaar in één rij geplaatst. Hierdoor is de motor relatief smal, hoewel hij langer wordt naarmate het aantal cilinders toeneemt. Bij een V-motor daarentegen zijn de cilinders verdeeld over twee zogenaamde cilinderbanken, die onder een hoek ten opzichte van elkaar zijn geplaatst. Hierdoor kunnen kortere motoren met hetzelfde aantal cilinders worden gebouwd. De drijfstangen van twee tegenover elkaar liggende cilinders grijpen doorgaans in op een gemeenschappelijke krukpen op de krukas. Hoe de twee zuigers ten opzichte van elkaar bewegen, hangt af van de hoek tussen de cilinderbanken.

Een boxermotor heeft ook twee cilinderbanken. De cilinderbankhoek bedraagt 180 graden. De cilinders zijn dus plat aan weerszijden van de krukas geplaatst. Bovendien heeft elke zuiger zijn eigen drijfstanglager. De drijfstanglagers van een tegenover elkaar liggend paar zuigers zijn ten opzichte van elkaar met 180 graden verschoven. Daardoor bewegen beide zuigers gelijkmatig van de krukas af en weer terug naar de krukas. Als je kijkt naar een horizontaal gemonteerde motor waarin beide zuigers tegelijkertijd naar buiten bewegen, lijkt de beweging op de vuisten van twee boksers. Daar komt de naam „boxermotor“ vandaan.

Waarom Porsche vertrouwt op de boxermotor

De band tussen Porsche en de boxermotor gaat terug tot de jaren 1930. In die tijd ontwikkelde het ontwerpbureau van Ferdinand Porsche voor NSU een kleine auto met een achterin geplaatste boxermotor. Vervolgens ontwikkelde Porsche het ontwerp voor wat later de VW Kever zou worden, inclusief de luchtgekoelde viercilinder-boxermotor. Toen Ferry Porsche en zijn team na de Tweede Wereldoorlog de 356 ontwikkelden, putte hij uit deze motor.

Porsche bleef dan ook trouw aan dit fundamentele principe bij de opvolger van de 356. De 911 beschikte over twee extra cilinders. De door Hans Mezger ontwikkelde zescilinder-boxermotor bood niet alleen een groter vermogenspotentieel, maar ook een bijzonder goede massabalans en daardoor een uitzonderlijk soepele werking. In de loop van de decennia paste Porsche de cilinderinhoud, het koelsysteem en de brandstofinjectie aan, maar behield het de cilinderopstelling. Daardoor werd de boxermotor een van de kenmerkende technische eigenschappen van het hele merk.

Dit ontwerp bood verschillende voordelen voor de vroege Porsche-sportwagen. Dankzij de horizontaal tegenover elkaar geplaatste cilinders was een laag profiel mogelijk, en in vergelijking met een lijnmotor met hetzelfde aantal cilinders was de motor korter. Hierdoor kon hij gemakkelijker onder de naar achteren aflopende carrosserie worden gemonteerd. De boxermotor bood ook ideale omstandigheden voor de luchtkoeling die destijds werd gebruikt: de cilinders, verdeeld over twee zijden, konden gemakkelijk van voldoende koellucht worden voorzien.

Niet elke platte motor met twee cilinderbanken is een boxermotor – zelfs niet bij Porsche!

Terwijl Porsche in de 911 koos voor een zescilinder-boxermotor, werd voor de autosport een boxermotor ontwikkeld met een geheel andere interne opbouw. De Porsche 917, die in 1969 werd geïntroduceerd, had twaalf cilinders die eveneens tegenover elkaar aan weerszijden van de krukas waren geplaatst. Ondanks deze bekende opstelling was de motor echter geen boxermotor, zoals dat bij de 908 nog wel het geval was.

Bij een boxermotor heeft elke drijfstang zijn eigen pen op de krukas en bewegen de zuigers in tegengestelde richtingen. Bij een 180-graden V-motor delen twee tegenover elkaar liggende zuigers één krukpen en bewegen ze altijd in dezelfde richting. Ferrari laat ook zien dat dit onderscheid niet helemaal eenduidig is. De modellen 512 en 356 GT/4 kregen de bijnaam „Berlinetta Boxer“, hoewel ze waren uitgerust met 180-graden V12-motoren.

Richard Lindhorst, Elferspot

Het belangrijkste verschil zat hem in de verbinding tussen de drijfstangen en de krukas. In de boxermotor heeft elke drijfstang zijn eigen krukpen. De tegenover elkaar liggende zuigers bewegen zich daardoor gelijktijdig naar de krukas toe of ervan af. In de twaalfcilindermotor van de 917 daarentegen deelden twee drijfstangen van tegenoverliggende cilinders één krukpen. Daardoor bewogen de twee zuigers in dezelfde ruimtelijke richting: terwijl de ene de krukas naderde, bewoog de andere zich ervan weg. Wanneer de ene het bovenste dode punt bereikte, bevond de andere zich op het onderste dode punt.

Daarom was het geen boxermotor, maar een 180°-V12-motor. Dit ontwerp bood concrete voordelen voor een twaalfcilindermotor. In plaats van de twaalf krukpennen die in een vergelijkbare boxermotor te vinden zijn, had de krukas van de 917 slechts zes nodig. Dit maakte het enerzijds mogelijk om de motor in een compactere, in de lengterichting geplaatste configuratie te bouwen en anderzijds om een lichtere krukas te gebruiken.

Porsche Carrera- Rennmotor Bausatz

Details

Een boxermotor heeft ook zijn nadelen

Het feit dat Porsche met de 917 al afweek van het boxermotorontwerp, toont duidelijk aan dat de ontwerpvoordelen van de boxermotor worden tenietgedaan door nadelen. Ten eerste is er de grotere benodigde breedte. Dit komt doordat een cilinderbankhoek van 180° ook resulteert in de breedst mogelijke opstelling. Afhankelijk van de inbouwpositie levert dit uitdagingen op. Als het uitlaatsysteem onder de motor loopt, moet de motor zelf hoger worden geplaatst. Dit doet op zijn beurt het voordeel van het lage zwaartepunt gedeeltelijk teniet. Ook de toegang tot bougies en aangrenzende onderdelen kan lastiger zijn. In vergelijking met een klassieke V-motor is de boxermotor bovendien langer en zwaarder. Er zijn immers twee keer zoveel krukpennen nodig.

Bovendien brengt een boxermotor ook aerodynamische nadelen met zich mee bij het racen. Wat op het eerste gezicht misschien contra-intuïtief lijkt, wordt bij nader inzien duidelijk. Dit komt doordat de Flat Six-boxermotor diep in het voertuig een aanzienlijke breedte in beslag neemt. Daardoor kunnen de Venturi-kanalen aan de onderkant van de carrosserie, die voor neerwaartse druk zorgen, niet zo vrij worden geplaatst als bij een V- of lijnmotor het geval zou zijn. Bovendien moeten ze doorgaans kleiner worden uitgevoerd, wat ten koste gaat van de efficiëntie van de diffuser. Om deze reden hebben de meeste op de 911 gebaseerde raceauto’s zeer hoge en grote achtervleugels om het tekort aan neerwaartse druk van de diffuser te compenseren.

De Porsche 911 RSR uit het seizoen 2017 liet zien hoe groot de invloed van de inbouwpositie van de motor op de aerodynamica is. Porsche draaide de opstelling van de motor en de versnellingsbak om, waardoor de zescilinder-boxermotor vóór de achteras kwam te staan. Hierdoor werd de RSR een raceauto met middenmotor en kwam er ruimte vrij voor een grotere achterdiffusor. Voor de raceprototypes die volgden op de 911 GT1 koos Porsche daarom voor V-motoren, die meer ontwerpvrijheid boden voor het gehele voertuig. De RS Spyder was uitgerust met een 3,4-liter V8-motor zonder turbocompressor. De 919 Hybrid, waarmee Porsche van 2015 tot 2017 drie opeenvolgende algemene overwinningen behaalde op Le Mans, werd aangedreven door een 2,0-liter V4, terwijl de 963 werd aangedreven door een 4,6-liter V8.

Het drietal „Porsche, 911, boxermotor” is onlosmakelijk met elkaar verbonden – waarschijnlijk tot het einde van de verbrandingsmotor

De ingenieurs van Porsche worden er vaak van beschuldigd enigszins koppig te zijn. Terwijl alle andere sportwagenfabrikanten zijn overgestapt op een middenmotorindeling, blijft het team in Zuffenhausen het ontwerp met de motor achterin verder verfijnen. Zelfs na meer dan 60 jaar blijven ze vasthouden aan het silhouet van de 911. Als je aan Porsche denkt, denk je aan de 911. En de 911 heeft een Flat Six-boxermotor achterin. Dat zal waarschijnlijk zo blijven tot het allerlaatste moment van de verbrandingsmotor.

© Foto op de omslag: Porsche