Skip to main content

Mechanische benzine inspuiting; geschiedenis en ontwikkelingen bij Porsche

Hakse Straatsma

De Porsche 911 van het type E en S van 1969 tot 1973 bezitten een mechanische benzine inspuiting van de firma Bosch. Porsche is vrij laat met benzine-inspuiting begonnen bij de productiemodellen. Gutbrot en Goliat (wie kent deze merken nog?) boden in 1951 al een tweecilinder tweetakt aan met  directe benzine inspuiting van Bosch, in 1954 kwam Mercedes met de legendarische vleugeldeur 300SL met directe benzine-inspuiting, vanaf 1956 kreeg de 300SC en vanaf 1958 de 220SE (indirecte) benzine inspuiting. Ook waren onder meer de Peugeot 404 vanaf 1964 en de Lancia Flavia 1800 vanaf 1965 met benzine inspuiting van Kugelfischer te koop. Hoewel wat laat met het toepassen van mechanische benzine inspuiting bij productiemodellen, de firma Porsche was toch al vele jaren met inspuiting bezig.

Voorgeschiedenis

In  het prille begin van de ontwikkeling van benzine en diesel motoren was het een probleem een goed lucht/ brandstof mengsel te krijgen. Vele uitvinders probeerden al eind 1800 motoren met een soort brandstof inspuiting aan het lopen te krijgen, voorbeelden zijn van de Duitsers Johannes Spiel en de Engelsman Frederick Lanchester.

Voor benzinemotoren voor auto’s werden  al snel goed functionerende eenvoudige carburateurs ontwikkeld, waardoor de ontwikkeling van benzine inspuiting minder noodzakelijk was. Voor vliegtuigmotoren construeerde men vanaf het begin vormen van benzine inspuiting vooral om problemen zoals  ijsvorming in de carburateur, drukverschillen, stotterende motoren bij het vliegen van bochten  en carburateurbrand te voorkomen.  Daarnaast  richtte de ontwikkeling zich vooral op brandstof inspuiting voor de snellopende dieselmotor.  Het lukte in de eerste helft  van de jaren 20 van de vorige eeuw door onder andere L’Orange bij Benz & Cie en Franz Lang bij MAN een snellopende dieselmotor met bijbehorende inspuitpomp te ontwerpen en in productie te nemen. De inspuitpompen van Lang werden vanaf 1924 gemaakt door de firma Frederich Deckel uit  München, bekend van het vervaardigen van sluiters voor fototoestellen en fijnmechanische metaalbewerkingsmachines. Omdat de eigen ontwikkeling van inspuitpompen niet snel genoeg  ging  en om andere producenten voor te zijn, kocht Bosch in 1925 de “Süddeutsche Motorengesellschaft” waar Franz Lang aan verbonden was. Zijn vele patenten waren ondergebracht in een aparte NV, de Acro AG, een onderdeel van de Süddeutsche Motorengesellschaft. In 1927 gingen bij Bosch de inspuitpompen voor dieselmotoren op basis van de patenten van Lang in serieproductie. 

  

Inspuitpomp DB601

In 1930 begon het Versuchsanstalt fur Luftfahrt, in samenwerking met vliegtuigmotoren bouwers als Daimler-Benz, BMW en Junkers en inspuitpompproducenten  zoals Bosch en L’Orange zich met de ontwikkeling van directe benzine-inspuiting voor vliegtuigmotoren bezig te houden. Het lukt Junkers als eerste in 1934 een vliegtuigmotor (Junkers Jumo210) met een directe  benzine inspuiting (hierbij wordt de brandstof direct in de cilinder in gespoten en vind de mengselvorming zich in de cilinder plaats) gereed te krijgen met een zelf ontwikkelde inspuitpomp. Daimler Benz had in samenwerking met Bosch in 1937 de direct ingespoten DB601 12 cilindermotor ontwikkeld. De Bosch inspuitpomp voor deze motor was afgeleid van een dieselinspuitpomp. Bij deze pomp waren de problemen met  de smering van de plunjers (dieselolie smeert, benzine niet) en verdunning van de motorolie door langs de plunjer lekkende benzine door de toepassing van een “leckölsperre” opgelost.

Porsche al  vroeg  betrokken bij brandstofinspuiting

  

Porsche type 80 Daimler “Weltrekordwagen”

Het Porsche constructiebureau in Stuttgart hield zich voor de oorlog ook al bezig met benzine inspuiting. Bijvoorbeeld bij  de ontwikkeling vanaf 1936  van de de Daimler “Weltrekordwagen” (Porsche type 80) met de vliegtuigmotor DB603 van Daimler Benz als aandrijfmotor. Deze 12 cilindermotor met een cilinderinhoud van 44,5 liter en directe benzine-inspuiting en speciale brandstof leverde meer dan 3000 pk. Eind 1939 was de “rekordwagen” gereed maar door het uitbreken van de oorlog is het project gestopt. Voor Daimler werkte Porsche in 1937 aan een racemotor, de Type 94 (24!) cilinder motor met 4,5 liter inhoud met Bosch inspuitpompen.

  

Porsche type 80 Daimler “Weltrekordwagen”

Ook het team van Porsche dat werkte aan de ontwikkeling van een motor voor de Volkswagen werkte aan de toepassing van benzine inspuiting. Eerst dacht Porsche de Volkswagen te voorzien van een twee-cylinder tweetakt motor met benzine-inspuiting.  In 1938 werd een licentieovereenkomst met Bosch overeengekomen om inspuitpompen zelf te kunnen fabriceren. In de Volkswagen kwam echter geen tweetakt maar de bekende vier cilinder boxer motor. In de oorlogsjaren werd deze in vooral de VW kubel- en schwimmwagen gebruikt.  In 1942 is nog wel gewerkt aan benzine inspuiting voor deze motoren (type 179).

Door de toepassing van benzine-inspuiting bij de vliegtuigmotoren  was in Duitsland naast de theoretische  en praktische kennis (vooral op het gebied van de regeling van inspuitsystemen) grote  ervaring opgedaan met de productie van grote aantallen fijn mechanische inspuitpompen. 

Na de oorlog werd  bij Mercedes in 1947 begonnen met de ontwikkeling van benzine inspuiting voor personenwagen motoren. Maar al snel bleek dat, los van de extra kosten (een carburateur is veel goedkoper dan een inspuitpomp), het vermogen wel wat  toenam  maar dit ging niet gepaard met een significant  lager benzine verbruik.

Gutbrod en Goliat  zagen voor hun 2 cilinder tweetaktmotoren  wel grote voordelen in directe benzineinspuiting zoals lager benzine- en olieverbruik en hoger vermogen. Vanaf 1948 werd in samenwerking met Bosch een inspuitinstallatie ontwikkeld. In opbouw was dit in principe dezelfde pomp als  toegepast bij de DB 601 V12 vliegtuigmotor maar dan met 10 plunjers minder. In 1951 stonden beide merken op de IAA in Frankfurt met  hun modellen met de nieuwe inspuitmotoren. Grote bekendheid kreeg de benzine inspuiting daarna in 1954 met de legendarische Mercedes  300SL met vleugeldeuren met de 6 cilinder motor met directe inspuiting. Ook buiten Duitsland werd aan aan benzineinspuiting  gewerkt zoals bij Bendix in Amerika en Lucas in Engeland. 

Ontwikkelingen bij Porsche

Ook bij Porsche in Zuffenhausen  werkte  men in 1951 en 1952, in samenwerking met Bosch, aan indirect benzine inspuiting (hierbij vindt de inspuiting in het inlaatspruitstuk voor de inlaatklep plaats) bij de 1,3 liter Porsche  motor (ontwikkelingsnummer 524).  Een 15% hoger vermogen en een wat lager benzineverbruik rechtvaardigden echter niet de hoge extra kosten; het project werd gestopt. 

Na de ervaringen  met inspuiting bij de 1,3 l motor probeerde Porsche bij RSK Spyder in 1957 directe inspuiting met een inspuitpomp van Bosch (type 719/0).  Deze motor met 155 pk werd weer vervangen door een met een Weber carburateurs die 162 pk leverde.

In plaats bij Bosch in Stuttgart, klopte Porsche in 1961 voor een benzine inspuitsysteem voor de viercylinder Grand Prix motor aan bij de Firma Kugelfischer in Schweinfurt. Vanaf 1957 experimenteerde  men bij Porsche al met het systeem van Kugelfischer  dat qua regeling geheel afwijkend was van het Bosch systeem. De indireckte inspuiting bij dit systeem  gaf geen extra vermogen maar wel een wat vlakker koppelverloop. In de praktijk was het niet succesvol en het inspuitsysteem werd weer vervangen door carburateurs.

In 1961 toen de nieuwe 8 cylinder motor voor de Grand Prix wagens nog niet gereed was besloot Ferry Porsche tot een uiterste poging nog wat meer vermogen te halen uit de oude 4 cilinder om nog enigszins mee te kunnen komen met de concurrentie. Hiervoor werd van Daimler Benz de jonge in Zwitserland geboren inspuitspecialist Michael May geleend. May was een oude bekende van de raceafdeling van Porsche. In 1956 had hij met zijn afgeragde serie 550 Porsche Spyder bij de 1.000 km op de Nurbergring voor opwinding gezorgd toen hij als onbekende rijder  bij de training verscheen met zijn Spyder voorzien van een grote omgekeerde vleugel. Hiermee reed hij in de training alle  Porsche fabriekscoureurs in hun nieuwste Spyders op afstand en klasseerde hij zich voor Fangio en Behra. Naar men zegt door de invloed van Porsche’s race chef Huschke von Hanstein, moest May voor de race de vleugel demonteren en eindigde hij in de race op plaats 18.

  

550 Porsche Spyder bij de 1000km op de Nurbergring

Volgens overlevering was een voorwaarde bij de overstap naar Porsche van May, die in die tijd  met een Lotus Climax Formule 1 races reed, dat als hij 15 tot 20 extra pk’s uit de motor zou halen hij een keer een GP race voor Porsche zou mogen rijden.  Begin 1962 realiseerde hij met een Bosch inspuitpomp, nieuwe cilinderkoppen met directe inspuiting en speciale zuigers een maximaal vermogen van 189 pk, bijna 25 pk extra. May werd ingeschreven voor de GP van Pau in Spanje maar Hans Tomala, de nieuwe technische directeur, verhinderde (naar gezegd wordt weer door de invloed van von Hanstein) het transport van de raceauto’s naar Spanje. May neemt onmiddellijk ontslag en wordt adviseur van Ferrari voor de succesvolle toepassing van benzine injectie voor de F1 Ferrari motoren. Daarna is hij vooral actief bij de ontwikkeling van turbomotoren voor onder meer Ford, BMW en Opel.

Porsche viercilinder F1 motor met benzine-inspuiting, 1962

Benzineinspuiting bij de 911

Vanaf begin 60er jaren wordt bij Porsche gewerkt aan de nieuwe 6 cilinderboxermotor (uiteindelijk motor type 901) voor de nieuwe 911. Al snel worden deze motoren verder ontwikkeld voor de racerij en gemonteerd in de Porsche 904 en 906.

Porsche 906 motor met benzine-inspuiting

In 1966 wordt in samenwerking met Bosch een aantal 6 cilindermotor van de Porsche 906 uitgerust met benzine-inspuiting.  Deze motor,  afgeleid van de 6 cilinder van de 911 (motortype 901/21), wordt uitgerust met een inspuitpomp (6 plunjers in een rij) die de benzine met een druk van 18 bar overdruk voor de inlaatklep in het inlaatspruitstuk spuit; indirecte inspuiting dus. Hoewel dit systeem ten opzichte van de carburateuruitvoering niet veel extra vermogen leverde, was het uiterst betrouwbaar en relatief gemakkelijk af te stellen. Bovendien reageerde de motor zeer direct op het gaspedaal. In de jaren daarna werden vrijwel alle racemotoren voorzien van dit systeem van benzine inspuiting zoals de 8 cilinder motor van de beroemde Porsche 908. Deze motor was in 1967 ontwikkeld uit de  911 motor met vier bovenliggende nokkenassen, waaraan 2 extra cilinders waren toegevoegd (motor type 908).

In 1967 werd besloten ook de 911 van benzine inspuiting te voorzien. De belangrijkste reden om hierop over te gaan was meer vermogen, groter koppel bij lager toerental, de mogelijkheid met benzine inspuiting de mengverhouding benzine / lucht nauwkeurigheid te kunnen afstellen met als resultaat  gunstiger uitlaatgaswaarden. Dit was noodzakelijk om te kunnen voldoen aan de strengere emissie eisen in de USA . Hoewel Bosch in 1967 uitgekomen was met de eerste versie van een (analoge)elektronische benzine inspuiting (D-Jetronic) die onder andere werd toegepast op de motor van de VW411E en de Porsche 914-4 werd toch gekozen voor de puur mechanisch inspuiting, vooral vanwege de bewezen betrouwbaarheid van dit systeem en de geschiktheid bij hogere toerentallen.  Onder leiding van Ingenieur Paul Hensler werd voor de 911 een inspuitsysteem ontwikkeld dat in principe overeenkwam met dat van de 908 motor. Elke cilinder kreeg zijn eigen gasklep en een gecompliceerd stangensysteem (8 kogelgewrichten meer dan bij de carburateur versie) zorgde voor het  synchroon bedienen van alle 6 gaskleppen, wat een wat zware bediening van het gaspedaal opleverde. De regeling van de inspuitpomp kreeg een gecompliceerd  mechanisch systeem met automatische regeling bij koude start, motortemperatuur, luchtdruk, toerental, stand van het gaspedaal en toerental. Voor de liefhebbers die gedetailleerd de werking van het gehele  systeem willen doorgronden: zie referentie 4. Met modeljaar 1969 (vanaf september 1968) ging de 911 met inspuiting in productie voor de typen E en S.  De 911 T hield de carburateurs. Door de inspuiting en het toepassen van een iets gewijzigde nokkenas leverde de 2,0 liter 911 E motor (type 901/09) 140 pk en in de S uitvoering (motortype 901/10) 170 pk. Door de cilinderboring 4mm te vergroten werd met modeljaar 1970 de cilinderinhoud vergroot naar bijna 2,2 liter. Met nog wat detailwijzigingen leverde dit voor de E 155 pk en voor de S 180 pk op.  Voor het modeljaar 1972 werd de slag met 4,4mm vergroot  wat een cilinderinhoud van 2341cc opleverde (911 2.4). Tegelijkertijd werd de compressieverhouding zodanig verlaag dat er normale benzine getankt kon worden. Toch steeg het vermogen van de E en S tot respectievelijk 165 en 190 pk. Voor de Amerikaanse markt werd nu ook de T met benzine inspuiting uitgerust (911 TE). Deze motor leverde 140 pk. Hiernaast kwam in 1972 nog de Carrera RS 2.7 op de markt. Deze Carrera motor leverde met mechanische benzine inspuiting 210 pk.

Bosch inspuitpomp voor Porsche 911

Het begin van het einde voor de mechanische benzine inspuiting kwam in 1973 toen de USA 911-ers overging op de nieuwe  elektronisch geregelde K-Jetronic van Bosch. In 1973 met de komst van G serie en de 2,7liter motor kregen alle 911 motoren, uitgezonderd de Carrera uitvoering buiten de USA, de K-Jetronic inspuiting. De Carrera hield de “oude” benzineinspuiting tot 1975. In de racerij werd de mechanische inspuiting nog tot in de jaren 80 toegepast, maar voor de “gewone” modellen was het tijdperk van de puur mechanisch geregelde benzine inspuiting ten einde; de elektronica nam het over. In 1986 stopt Bosch geheel met de mechanische benzine inspuiting en gaat de productie en service over naar de firma Koller+Schwemmer in Neurenberg.

Hakse Straatsma

Bronvermelding:

  1. Porsche, Geschichte und Technik der Renn- und Sportwagen, Karl  Ludvigsen
  2. Das Grosse Buch  der Porsche Typen, Boschen, Barth
  3. Das Grosse Buch  der Porsche Sondertypen und Konstructionen, Boschen, Barth
  4. Porsche werkplaatshandleiding
  5. Haynes Porsche 911 Owners workschop Manual
  6. Pelican Parts: Mechanical fuel injection resource index