PORSCHE 919 HYBRID: DOBRZE WYPAŚĆ W 24H LE MANS

Miejsce na podium w pierwszym w sezonie wyścigu na torze Silverstone i pole position w kolejnym starciu na torze Spa-Francorchamps – Porsche ma za sobą udany powrót do rywalizacji w Długodystansowych Mistrzostwach Świata (WEC).

Osiągnięcia nowo powstałego zespołu Porsche Team wcale nie były jednak przesądzone w świetle odważnych innowacji zastosowanych w 919 Hybrid. Model ten zwiastuje nową erę w WEC i stanowi laboratorium testowe dla przyszłych aut seryjnych.

---

Zobacz także:
SPORT
TECHNIKA

---

Żaden inny prototyp biorący udział w mistrzostwach nie dysponuje tak wydajnym i skomplikowanym zarazem systemem hybrydowym. Powrót do najwyższej klasy WEC stawia przed Porsche wyjątkowe wyzwania. Po pierwsze, nowe 919 Hybrid jest najbardziej złożonym samochodem wyścigowym, jaki kiedykolwiek zbudował niemiecki producent. Po drugie, w przeciwieństwie do konkurencji Porsche nie dysponuje doświadczeniami ani danymi ze startów w latach ubiegłych.

I wreszcie po trzecie – to inżynierowie Porsche zbudowali prototyp LMP1, co jest drogą znacznie trudniejszą, ale w długofalowej perspektywie znacznie bardziej obiecującą niż zakup gotowych podzespołów od innych firm. Wysiłki Dyrektora Technicznego LMP1 Alexandra Hitzingera i jego zespołu zmierzają w tradycyjnym dla Porsche kierunku – poszukiwania rozwiązań, które w przyszłości mogą znaleźć zastosowanie w samochodach produkowanych seryjnie.

Opracowanie jak najbardziej wydajnego przepływu energii – czyli uzyskanie możliwie korzystnego stosunku energii dostarczanej do wykorzystanej – w ogromnym stopniu wpływa na każdy aspekt konstrukcji Porsche 919 Hybrid, począwszy od aerodynamiki, a na optymalizacji poszczególnych części pod względem masy kończąc. Szczególną rolę odgrywa tu jednak zaawansowany system rekuperacji energii oraz układy napędowe. Przełomowe regulacje WEC w sezonie 2014 dały specjalistom Porsche wiele swobody.

Osiągi samochodu ogranicza przede wszystkim ilość paliwa przypadająca na każde okrążenie. W rezultacie decydującym czynnikiem staje się wydajność energetyczna. Jednocześnie auta startujące w kategorii LMP1-H muszą być wyposażone w napęd hybrydowy. Twórcy regulacji pozostawili jednak typ i metodę przechowywania odzyskanej energii w gestii konstruktorów, podobnie jak wybór rodzaju jednostki napędowej oraz jej pojemność.

Energia do pokonania ponad 4500 km

Podczas każdego okrążenia wyścigu w Le Mans kierowca może dodatkowo wykorzystać do zwiększenia osiągów pewną ograniczoną ilość energii elektrycznej. Regulacje wyróżniają cztery poziomy tej energii, od 2 do 8 MJ na okrążenie. Porsche zarejestrowało 919 Hyrbid w kategorii 6 MJ, co oznacza, że w trakcie niespełna 14-kilometrowego okrążenia toru Circuit de la Sarthe kierowca ma do dyspozycji dokładnie 1,67 kWh energii (ekwiwalentem 1 kWh jest 3,6 MJ). Ale jaką właściwie rolę odgrywa to w rzeczywistych warunkach?

W 2013 roku zwycięzca 24-godzinnego wyścigu w Le Mans pokonał łącznie 348 okrążeń. 919 Hybrid wygeneruje i wykorzysta na tym samym dystansie 581,2 kWh energii – tyle samo potrzebuje 60-watowa żarówka, aby świecić bez przerwy przez blisko 10 tysięcy godzin (!). I jeszcze inny przykład, tym razem motoryzacyjny: energia, którą prototyp LMP1 zgromadzi podczas wyścigu w Le Mans, wystarczy do przejechania 4576 km elektrycznym Volkswagenem e-Golfem. To odległość, jaka dzieli Nowy Jork i Los Angeles.

Wizytówka 919 Hybrid: rekuperacja energii termicznej

– Rekuperacja energii kinetycznej na przedniej osi ma duży potencjał – podczas hamowania wzrasta bowiem obciążenie przedniej osi. Wykorzystanie takiego systemu było więc logicznym posunięciem. Z tego też względu zrezygnowaliśmy z KERS na tylnej osi. Przy silniku spalinowym KERS stanowi jedyną opcję, ale turbodoładowanie zapewniło nam nowe możliwości. Właśnie dlatego zdecydowaliśmy się wykorzystać spaliny z turbosprężarki – wyjaśnia Alexander Hitzinger.

Hybrydowy napęd z innowacyjnym odzyskiwaniem energii termicznej ze spalin to unikalne rozwiązanie na skalę WEC. Wykorzystuje ono dodatkowy turbogenerator zamiast zaworu wastegate, który zwyczajowo pozwala wypuścić do atmosfery nadmiar gazów wydechowych wpadających do sprężarki. W Porsche spaliny te napędzają drugą turbinę, która z kolei napędza generator wytwarzający dodatkową energię elektryczną. Nowa technologia pozwala rekuperować energię bezpowrotnie traconą w przypadku innych systemów. W rezultacie Porsche 919 Hybrid jest jedynym samochodem odzyskującym energię nie tylko podczas hamowania, ale i podczas przyspieszania. Oba systemy kierują energię kinetyczną i termiczną zamienioną na elektryczną do chłodzonego cieczą akumulatora litowo-jonowego.

Te same osiągi, o 30 proc. niższe zużycie paliwa

Porsche znalazło również własny sposób na przechowywanie energii elektrycznej. Skorzystano tu z podobnego założenia – zamiast opierać się na mniej wydajnym, ale gotowym systemie wykorzystano obiecującą technologię, w tym przypadku chłodzone cieczą akumulatory litowo-jonowe. Hitzinger brał również pod uwagę wykorzystanie koła zamachowego oraz superkondensatorów, jednak to akumulatory litowo-jonowe ostatecznie okazały się najlepszym rozwiązaniem.

Ale tylko wtedy, gdy dysponuje się odpowiednią technologią ogniw, zapewniającą wysoką gęstość energii i stosunkowo wysoką pojemność. Aby to osiągnąć, Porsche pokłada swoje nadzieje w ogniwach pozyskanych od firmy A123 Systems.

Unikalne jest także podejście do silnika spalinowego. Nowo opracowana, turbodoładowana jednostka V4 o pojemności 2 litrów – rozwiązanie nietypowe dla Porsche – uzbrojona jest w bezpośredni wtrysk paliwa i 4 zawory na cylinder. To pionierski przykład downsizingu, łączący niską masę i kompaktowe wymiary ze sztywnością strukturalną oraz wysoką mocą. Zgodnie z regulacjami klasy 6 MJ, w której startuje Porsche 919 Hybrid, silnik benzynowy o mocy ponad 500 KM może spalić zaledwie 4,78 l paliwa na jedno okrążenie wyścigu w Le Mans. A im mocniejszy system rekuperacji, tym mniej paliwa można zużyć. Chociaż osiągi są te same jak przed rokiem, dopuszczalną ilość energii zmniejszono o 30 proc.

Le Mans: ekstremalne rozwiązania technologiczne

W tym roku w kalendarzu FIA WEC zaplanowano 8 wyścigów. Po 6-godzinnych starciach na torze Silverstone w Wielkiej Brytanii i “ardeńskim rollercoastrze” na torze Spa-Francorchamps czas na atrakcję sezonu: legendarny, 24-godzinny wyścig w Le Mans. 9 km z mierzącego 13,629 km toru “Circuit des 24 heures” przebiega zamkniętymi, wiejskimi drogami, które zazwyczaj pozostają otwarte dla aut cywilnych, w tym dla powodujących koleiny ciężarówek. Charakterystyczne dla Le Mans są także długie proste – prototypy LMP1 regularnie osiągają tam prędkości znacznie przekraczające 320 km/h, a ich przepustnice pozostają otwarte przez około 70 proc. długości okrążenia. Nie brak jednak miejsc, gdzie kierowcy muszą gwałtownie zwalniać do prędkości spotykanych w terenie zabudowanym.

Właśnie z myślą o fazach ekstremalnego hamowania i długotrwałym, agresywnym przyspieszaniu Porsche opracowało tymczasowy napęd na obie osie 919 Hybrid z systemami rekuperacji energii kinetycznej oraz termicznej. Także dopracowana aerodynamika pojazdu odgrywa decydującą rolę w osiągach prototypu. Uzyskane wartości siły docisku gwarantują znakomite prędkości w szybkich zakrętach, takich jak Porsche curves. Aby 919 Hybrid mogło uzyskiwać maksymalne prędkości na długich prostych, zadbano jednak również o najniższy możliwy opór powietrza.

Po wyścigowym widowisku na terenie francuskiego departamentu Sarthe rywalizacja w WEC zaliczy 3-miesięczną przerwę, a później na resztę sezonu opuści Europę. Program obejmuje jeszcze pięć 6-godzinnych wyścigów: w USA (Austin, 20 września), Japonii (Fuji, 12 października), Chinach (Szanghaj, 2 listopada), Bahrajnie (Sakhir, 15 listopada) i Brazylii (Sao Paulo, 30 listopada).