Elektrarna za maratonskih 24 ur Le Mansa

Le Mans Porsche 919 Hybrid

Porsche ima ob vrnitvi v najvišjo kategorijo svetovnega prvenstva športnih avto­mobilov še posebej zahtevno nalogo. Prvič: novi 919 Hybrid je najbolj kompleksen dirkalnik, kar jih je do danes izdelal Porsche. Drugič: Porsche za razliko od konkurence ni mogel graditi na izkušnjah in meritvah iz prejšnjih sezon. In tretjič: Porschejev prototip so razvili njihovi lastni inženirji v hkrati ustanovljeni novi tekmovalni ekipi LMP1. To pomeni neprimerno težjo, dolgotrajno, a obetavnejšo pot, kot če bi na trgu kupili že obstoječe komponente. Pri tem so Alexander Hitzinger, tehnični direktor LMP1, in njegova ekipa sledili premisi, ki ima pri Porscheju tradicijo: najti rešitve, ki bodo v prihodnosti služile tudi kupcem serijskih vozil.

Iskanje optimalnega izkoristka – se pravi najboljšega razmerja med dovedeno in porabljeno energijo – zaznamuje vse vidike Porscheja 919 Hybrid, tako aerodinamiko dirkalnika za Le Mans kot tudi posamezne komponente, ki so prilagojene lahki konstrukciji. Pri tem izstopajo najsodobnejši pogonski sistemi in sistemi za regenera­cijo energije. Revolucionarni novi tehnični pravilnik prvenstva WEC za sezono 2014 je Porschejevim strokovnjakom dal veliko svobode. Omejevalni faktor za zmogljivost vozila je v prvi vrsti količina goriva, ki je na voljo za en krog. To izhodišče jasno postavlja v ospredje energijsko učinkovitost vozil. Istočasno je hibridni sistem obvezen za tovarniške avtomobile, ki nastopajo v kategoriji LMP1-H. Sestavljavci pravilnika so izbiro, katere vrste hibridni sistem je uporabljen in kako se prehodno shranjuje rekuperirana energija, prepustili inženirjem, kar velja tudi za izbiro zasnove motorja in gibne prostornine.

Porsche 919 v 24 urah proizvede za več kot 4.500 kilometrov elektrike

Količina električne energije, ki jo sme voznik v enem krogu dirke v Le Mansu dodatno uporabiti kot t. i. funkcijo boost, je omejena. Pravilnik predvideva štiri razrede uporabljene količine energije, ki se gibljejo med 2 in 8 megajoulov (MJ). Porsche je model 919 Hybrid prijavil v kategorijo 6 megajoulov. Tako sme prototip LMP1 na 13,629 kilometra dolgem krogu dirkališča ‘Circuit des 24 heures’ porabiti točno 1,67 kilovatne ure (kWh) elektrike, saj 3,6 megajoula ustreza eni kilovatni uri (kWh). A kaj to pomeni konkretno?

Leta 2013 je zmagovalec Le Mansa odpeljal 348 krogov. Na enaki razdalji novi Porsche 919 Hybrid proizvede in porabi 581,2 kilovatne ure (kWh) elektrike – s to količino bi 60-vatna žarnica svetila kar 9.687 ur. Ali povedano drugače: z energijo, ki jo Porschejev prototip LMP1 uspe rekuperirati med dirko v Le Mansu, bi lahko trenutno najbolj učinkovit električni avtomobil kompaktnega razreda, novi Volkswagen e-Golf, prevozil 4.576 kilometrov – se pravi, da bi lahko na primer počez prevozil ZDA od New Yorka do Los Angelesa.

Termodinamična regeneracija energije v zgled

“Regeneracija kinetične energije pri zaviranju na sprednji premi ima zaradi dinamične prerazporeditve osne obremenitve proti sprednjemu delu vozila še posebej velik potencial, tako je bila uporaba ustreznega sistema logična,” je razložil Alexander Hitzinger. “Zato se na zadnji premi nismo odločili za sistem KERS. Kdor se dela loti z atmosferskim motorjem, nima druge izbire, preostane mu samo ta možnost. Z uporabo turbopolnilnika pa imamo še drugo možnost. Tako smo se raje odločili za izrabo toplotne energije izpušnih plinov turbopolnilnika.”

Hibridni sistem novega prototipa za Le Mans z rekuperacijo termodinamične energije izpušnih plinov je na startnem polju svetovnega prvenstva športnih avtomobilov edinstven. Praktično je pri njem uporabljena dodatna enota turbine in generatorja namesto tako imenovane lopute obvodnega kanala. Ta loputa na prosto spušča presežno energijo izpušnih plinov, ki ni potrebna za pogon kompresorja. Porsche pa izkorišča to presežno energijo izpušnih plinov, in sicer za pogon druge turbine in s tem tudi generatorja, ki proizvaja električno energijo. Doslej izgubljena energija se sedaj z novo tehnologijo ponovno rekuperira. Zaradi izrabe energije izpušnih plinov je Porsche 919 Hybrid edini avtomobil v svojem segmentu, ki energijo regenerira ne samo pri zaviranju, ampak tudi pri pospeševanju. Oba sistema kinetično in toplotno energijo, pretvorjeno v elektriko, usmerjata naprej v tekočinsko hlajeno litij-ionsko baterijo.

Enake vozne zmogljivosti, 30 odstotkov nižja poraba

Porsche ubira svojo pot tudi pri mediju za shranjevanje električne energije. Tudi tukaj je veljalo: namesto uporabe manj učinkovitih, a na trgu preprosto dostopnih sistemov, je padla odločitev za bolj obetavno tehnologijo – v tem primeru za tekočinsko hlajene litij-ionske baterije. “Razvili smo jih v sodelovanju z oddelkom Porsche Engineering,” je poudaril Hitzinger. “Tako bo to praktično znanje uporabljeno pri hibridnih vozilih v prihodnosti.” Hitzinger je preučil tudi rotacijski shranjevalnik električne energije in

superkondenzatorje, t.i. ultracaps, a meni, da so litij-ionski akumulatorji najboljši kompromis. “Vendar samo,” je še dodal, “če je za to na voljo prava celična tehnologija, da lahko pri relativno visoki akumulacijski kapaciteti dobiš tudi zelo visoko energijsko gostoto.” Porsche pri tem prisega na baterijske celice svojega partnerja A123 Systems.

Prav tako edinstveno je tudi izhodišče, ki ga je glavni konstruktor LMP1 izbral za motor z notranjim zgorevanjem. Novi, za Porsche neobičajni motor V4 Turbo z dvema litroma gibne prostornine in direktnim vbrizgavanjem goriva se predstavlja kot znanilec zmanjševanja gibne prostornine. 4-ventilski motor nudi popolno kombinacijo nizke mase in kompaktnih dimenzij ter strukturne togosti in visokega izkoristka moči. Porsche z 919 Hybridom nastopa v razredu 6 MJ, zato pravilnik za njegov bencinski motor z močjo 368 kW (500 KM) dovoljuje porabo le 4,79 litra na en krog Le Mansa. Bolj kot je sistem za regeneracijo energije zmogljiv, manj goriva je dovoljeno porabiti. Čeprav so vozne zmogljivosti enakovredne, je dovoljena količina energije v primerjavi z lanskim letom za dobrih 30 odstotkov nižja.

Le Mans: ekstremne tehnološke rešitve za posebne zahteve

Po letošnjem koledarju FIA svetovno vzdržljivostno prvenstvo WEC obsega osem tekmovanj. Po šesturnih otvoritvenih dirkah v britanskem Silverstonu in belgijskem Spa-Francorchampsu je na vrsti tretja dirka svetovnega prvenstva, ki bo prava posebnost: legendarnih 24 ur Le Mansa je vrhunec sezone in hkrati edinstven izziv. 13,629 kilometra dolgo dirkališče ‘Circuit des 24 heures’ v velikem delu – namreč več kot devet kilometrov – poteka po zaprtih podeželskih cestah, po katerih navadno poteka službeni in tovorni promet, zaradi katerega v asfaltu nastanejo kolesnice. Značilnost Le Mansa so tudi dolge ravnine. Tovarniški avtomobili LMP1 večkrat v enem krogu pospešijo na hitrosti, višje od 320 km/h, nato morajo kar dvakrat na počasnih odcepih hitrost spet zmanjšati, da je primerna za mestno vožnjo – tako podnevi kot ponoči. Pri tem vozilo približno 70 odstotkov kroga vozi s polno obremenitvijo.

Faze silovitega zaviranja in dolgotrajno močno pospeševanje: za takšne posebne pogoje je Porsche razvil 919 Hybrid z začasnim štirikolesnim pogonom ter sistemi za regeneracijo kinetične in termodinamične energije. Pomembno vlogo za konkuren­čnost v Le Mansu ima tudi natančno uravnotežena aerodinamika vozila. Z njo vrednosti pritisnega tlaka v hitrih prehodih, na primer v Porschejevih zavojih, zagotavljajo visoke hitrosti v ovinku. Nasprotno pa je zagotovljen najmanjši možni zračni upor, da lahko 919 Hybrid na dolgih ravninah doseže najvišje hitrosti.

Po tem festivalu športnega avtomobilizma v francoskem departmaju Sarthe se prvenstvo WEC čez poletje odpravlja na trimesečne počitnice, zatem pa se za preostanek sezone seli iz Evrope. Program prvenstva obsega še pet šesturnih dirk: ZDA (Austin, 20. september), Japonska (Fuji, 12. oktober), Kitajska (Šanghaj, 2. november), Bahrajn (Sakhir, 15. november) in Brazilija (Sao Paulo, 30. november).

Vir: Porsche