Технології майбутнього від Porsche та тести на витривалість
Штутгарт. Гоночна траса як випробувальне поле для нових технологій, які будуть використовуватись у майбутніх спортивних автомобілях для міста. Така філософія, за словами Вольфганга Хатца, члена виконавчої ради з досліджень та розвитку Porsche AG, – міцна складова ДНК Porsche. «Незалежно від того, що це – надлегкий дизайн, аеродинаміка, полегшені турбовані двигуни, гібридні концепти чи нові досягнення у лінійці електромобілів, всі ці аспекти надзвичайно важливі для майбутнього Porsche, – говорить він. – І ми випробовуємо нові рішення по кожному з цих напрямків під час перегонів 24 години Ле-Мана та під час шестигодинних перегонів, обидва з яких є частиною чемпіонату світу з перегонів на витривалість World Endurance Championship під егідою Міжнародної автомобільної федерації FIA».
Особливо це стосується трьох Porsche 919 Hybrid, які беруть участь у перегонах у топ-категорії WEC класу LMP1. Так чи інакше, дві моделі Porsche 911 RSR від робочої команди GT слугують випробувальними лабораторіями щодо коліс, які планується використовувати у виробництві спортивних автомобілів для міста. «Обидва гоночні автомобілі – чудові приклади того, що ми звемо Porsche Intelligent Performance», – пояснює далі Хатц. Перші літери цих трьох слів також прикрашають всі п’ять автомобілів, які будуть змагатися у 24 годинах Ле-Мана.
Революція у топовому моторспорті
Сезон 2014 року ознаменувався появою нових, винятково передових технологічних правил для автомобілів категорії LMP1, спрямованих на обмеження кількості енергії, яку автомобілі-учасники можуть витратити на кожне коло. Також усі виробники автомобілів мають використати хоча б одну гібридну систему. Втім правила точно не визначають тип гібридної системи, метод збереження відновлюваної енергії, дизайн двигуна, робочий об’єм циліндра двигуна та принцип механічного приводу. Таким чином, інженери отримали широкий простір для творчості. Тим не менш, усі рішення не мають порушувати основний принцип поза цими правилами: чим більше енергії видає енергозберігаюча система, тим менше палива має бути використано. Саме цей принцип змусив Porsche повернутися до світового мотоспорту топ-класу. «І по-новому подивитися на те, що є спорт, – додає Хатц і продовжує: – Незважаючи на те, що четверо виробників у категорії LMP1 використовують цілковито різні концепти, лише декілька секунд відділяє переможця від тих, хто опинився позаду після годин перегонів».
Продуктивність спортивних автомобілів для міста
Хатц називає 2-літровий бензиновий двигун V4 з турбонаддувом потужністю понад 500 к. с. «найпродуктивнішим двигуном Porsche, який коли-небудь був збудований. Як для камери згоряння та спортивного дизайну, так як і для розподільного валу та системи прямого впорскування ми використали матеріали, які застосовуються для «Формули-1». Двигун 919-го є першопрохідцем у плані впорскування палива та внутрішнього тертя». Інженери Porsche також використали високоміцні матеріали з аерокосмічної індустрії. Зіткнувшись з неймовірним попитом як на перегони по колу, так і на змагання на дорозі, колінчасті вали обох останніх спортивних автомобілів для міста – 911 GT3 RS та прототипу для Ле-Ман 919 Hybrid – вироблені також з високопружного матеріалу.
У моторспорті Porsche використовує трикроковий підхід: перший крок – дослідження та розвиток, другий – випробування, третій – індустріалізація матеріалів та технологій, тобто перенесення їх у серійне виробництво автомобілів. Хатц наводить яскравий приклад такого підходу: «Наші ексклюзивні ноу-хау, такі як невпинна розробка полегшених двигунів з турбонаддувом, є дуже важливими для Porsche. Ми націлені на те, щоб майже всі похідні нашої культової серії 911 було оснащено двигунами з турбонаддувом. – І продовжує: Ми також плануємо розвивати далі наші гібридні моделі. Зараз ми є єдиним виробником спортивних автомобілів у світі, який пропонує три плагін-гібридні cерійні моделі: Panamera S E-Hybrid, Cayenne S E-Hybrid та 918 Spyder. Наша спроможність розвивати та будувати 919 Hybrid майже самотужки у Вайссаху також стала важливою віхою для інженерів з виробництва і розвитку мотоспорту». Замкнений цикл: проект зі створення суперсопртивного автомобіля 918 Spyder значно збагатився завдяки знанням експертів, які працювали над гоночним гібридом 911 GT3 R, в той час як інженери з розвитку 918-го як могли підтримали розвиток прототипу 919 LMP1 – саме так сталося перше перенесення технологій до серійного виробництва. 919-й – єдиний автомобіль у WEC, який використовує дві різні системи отримання енергії. Перша вже використовувалась в незмінному вигляді у 918 Spyder: генератор на передній осі під час гальмування перетворює кінетичну енергію у електричну. Друга система – нова і використовує додатковий блок турбогенератора у вихлопній системі, який працює паралельно з турбокомпресором і перетворює енергію з потоку вихлопних газів на електричну. Таким чином, Porsche 919 Hybrid – єдиний автомобіль, який перетворює енергію не лише під час гальмування, а й під час прискорення. «Ми плануємо застосувати систему отримання енергії з вихлопних газів у масовому виробництві автомобілів», – ділиться планами Хатц.
Технологія збереження енергії формує електричний рух
Обмежуючий фактор у гібридних і взагалі автомобілях з електричним приводом – технологія збереження електроенергії. Зараз у WEC використовуються енергозберігаючі маховики (Audi, Nissan), ультраконденсатори (електрохімічні суперконденсатори – Toyota) та літій-іонні акумулятори (Porsche). Кожен виробник обирає той метод збереження, який найкращим чином підходить обраній гібридній системі. В основному, він завжди зводиться до балансування між рівнем потужності та енергії. Чим вищий рівень потужності зберігаючої системи, тим більше енергії вона може накопичити та вивільнити за короткий проміжок часу. Це вирішальний фактор на треку: під час проходження кола за найкоротший можливий проміжок часу у системі регенерації має бути вироблена найбільша можлива кількість електроенергії – наприклад, під час гальмування. Переваги тут мають енергозберігаючі маховики та ультраконденсатори, адже вони надзвичайно швидко можуть абсорбувати велику кількість енергії і так само швидко вивільнити її. Втім, допустимою альтернативою є і акумуляторні батареї, адже їхня висока енергозберігаюча спроможність дає можливість зберігати більше електроенергії за довший проміжок часу і таким чином запускати її у гнучкий спосіб під час більш ніж 13-кілометрового кола Ле-Мана. Енергія, накопичена акумуляторною батареєю у 919 Hybrid, у фази прискорення може передаватись на передню вісь через електричний мотор потужністю більш ніж 400 к. с. і таким чином доповнювати двигун з турбонаддувом, який керує задньою віссю. Таким чином 919-й на деякий час може ставати повноприводним автомобілем. Александер Хітцінгер, технічний директор LMP1, так описує прогрес у розвитку акумуляторної батареї у Porsche LMP1, у якій, за його словами, пропонується найкраща комбінація двох базових вимог – стрімке накопичення та вивільнення енергії та гнучке зберігання великої кількості енергії: «У 919-му нам вдалося підвищити питому потужність літій-іонної батареї до такого рівня, що зараз вона працює майже нарівні з ультраконденсаторами, хоча пропонує набагато вищу щільність енергії, ніж останні. Наша батарея може швидко накопичувати і вивільняти багато енергії, до того ж вона є відносно легкою і може вміщувати великий об’єм енергії». Розробка літій-іонної батареї з рідинним охолодженням для 919 Hybrid – заслуга винятково Porsche. Щільно упаковані окремі секції дуже рівномірно охолоджуються і розташовані таким чином, щоб гасити вібрації. Як бачимо, ця розробка має величезний потенціал для розвитку гібридних спортивних автомобілів.
Категорія 8-мегаджоульного топ-класу
Серед усіх учасників Ле-Мана лише Porsche спромігся зробити стрибок у категорії максимального відновлення енергії. Porsche 919 Hybrid із загальним об’ємом системи приблизно 1000 к. с. може використовувати 8 мегаджоулів відновленої енергії на коло Ле-Мана (13 629 км) – але може також спалити за коло 4,76 л палива. Під час стандартних перегонів гібридний Porsche 919 може виробити до 1000 кіловат-годин електроенергії за 24 години. На такій кількості енергії Volkswagen e-Golf – один із найпродуктивніших у сегменті компактних електромобілів може проїхати відстань між Ле-Маном та Нью-Йорком. Деякі інженери Porsche працюють у двох напрямках – мотоспорту та над проектами з масового виробництва автомобілів. Вони не лише обмінюються інформацією, а й за нагодою «матеріальними» речами – наприклад, задовго до того, як перший гоночний автомобіль Porsche LMP1 був готовий до змагань, на прототип 911 GT3 з метою тестування була встановлена передня вісь 919 Hybrid (включаючи систему рекуперації кінетичної енергії KERS, електромотор та батарею). Це та інші технічні досягнення розпалили апетит розробників автомобілів для масового виробництва. Так, найсучасніший симулятор водіння Volkswagen Group був інстальований у Вайссаху для програми LMP1. Зараз він використовується командою з серійного виробництва для тестів з динаміки водіння та випробувань гібридної системи.
Отримане підвищення ефективності дозволить або знизити споживання енергії при незмінному стилі водіння, або перейти на більш спортивну манеру водіння без зростання споживання енергії. Звичайно, Porsche завжди зосереджується на продуктивності як такій. Яскравим прикладом цього слугує найближчий родич прототипу 919 Hybrid – 918 Spyder: цей суперспортивний автомобіль потужністю 887 к. с. споживає всього 3 л на 100 км і може їздити без викидів, а ще утримує рекорд з проходження кола Північної петлі Нюрнбургринга з часом 6:57 – і це не всупереч його потужному гібридному приводу, а швидше завдяки йому.
Тісне сусідство: гоночні автомобілі та спортивні авто для міста 911
Негібридні гоночні автомобілі Porsche також є флагманами щодо досягнень. Порівняння аеродинамічних властивостей 911 RSR з його братами для міста демонструє значну схожість в усьому, починаючи з форми козирка переднього спойлера і закінчуючи дизайном каналу повітряного охолодження, системою температурного регулювання, обтічним днищем та двома задніми крилами.
А ще – 911 GT3 RS на 10 кг легший, ніж 911 GT3. Двигун та кришка багажника зроблені з вуглецевого волокна, заднє вікно виготовлено з тонкого полікарбонату, а додаткові полегшені компоненти – з альтернативних матеріалів. Деякі з цих компонентів були випробувані й потім запозичені з 911 RSR. Новий магнієвий дах GT3 RS також заснований на ідеї з мотоспорту щодо більш низького розташування центру ваги. Нова 12-вольтна літій-іонна батарея GT3 RS, яка замінила звичайні і значно важчі свинцеві батареї, здебільшого взята також з мотоспорту.
Porsche та Ле-Ман розділяють повагу до продуктивності достатньо довгий час. У Ле-Мана практикуються особливі рейтинги, відомі як індекс продуктивності та індекс теплової ефективності – і Porsche дістався вершини у першому з них задовго до першої зі своїх 16-ти цілковитих перемог. Ще у 1955 році Porsche 550 Spyder посів перше місце у рейтингу з економії палива. У 1970-му та 1971-му 917-й отримав премію за економічність, а також перемогу у Ле-Мані. З 2007-го по 2011-й 911 GT3 залишався непереможним у своєму класі з точки зору ефективності витрати палива, а ще виграв Michelin Green X Challenge – перемогу у рейтингу з енергоефективності за сезон.
