Porsche 919 Hybrid - Jak to działa?

Już w niedzielę na Nürburgringu będzie miała miejsce czwarta z dziewięciu eliminacji piątego sezonu World Endurance Championship. W roli faworytów wystartują tu po raz kolejny dwie załogi w hybrydowych prototypach ze stajni Porsche. Misją niemieckich maszyn jest nie tylko wygrywanie wyścigów. Model 919 to również wstęp do samochodu sportowego przyszłości.

Porsche z coupe 919 Hybrid klasy LMP1 startuje już trzeci sezon. Co roku maszyna jest modernizowana pod względem technicznym i aerodynamicznym (w weekend samochód wystartuje w trzeciej i ostatniej, nie widzianej do tej pory konfiguracji nadwoziowej). Sercem prototypu od samego początku jest zupełnie nowy, turbodoładowany silnik V4 o pojemności dwóch litrów, który współpracuje z systemami odzyskiwania energii kinetycznej oraz cieplnej. Jak to wszystko działa?

Podczas hamowania generator na przedniej osi zamienia energię kinetyczną na elektryczną. W odpowiednio rozdzielonym układzie wydechowym jedna turbina napędza typową sprężarkę, która pompuje powietrze do komór spalania, a druga turbina wprawia w ruch elektryczny generator. Około 60% energii elektrycznej odzyskiwanej jest z hamowania, a pozostałe 40% z przepływu spalin. Energia elektryczna przechowywana jest tymczasowo w litowo-jonowych bateriach, które na polecenie kierowcy pobudzają do życia silnik elektryczny na przedniej osi.

W myśl obowiązujących przepisów silnik spalinowy dostarcza niespełna 500 koni mechanicznych, a silnik elektryczny dodaje przeszło 400 KM. Na Nürburgringu jest 17 stref odzyskiwania energii kinetycznej, 17 zakrętów. Jej ilość w przypadku odzyskiwana energii kinetycznej zależy od prędkości, z jaką kierowca zbliża się do zakrętu, siły i czasu hamowania. Dodatkowy silnik elektryczny wykorzystywany jest najczęściej na wyjściu z zakrętu. Wtedy też gwałtownie wzrasta ciśnienie w układzie wydechowym. Energia cieplna odzyskiwana jest przede wszystkim na odcinkach prostych.

Przepisy serii World Endurance Championship ograniczają znacząco ilość odzyskanej i zużytej energii oraz paliwa. Na jednym okrążeniu niemieckiego toru 919 Hybrid może spalić maksymalnie 1,8 litra paliwa i wykorzystać 1,3 kilowatogodziny energii elektrycznej (4,68 megadżuli). Przekroczenie limitów grozi karą, niepełne ich wykorzystanie oznacza utratę cennych ułamków sekund. Porsche od zeszłego roku operuje w najwyższej, przewidzianej przez regulamin klasie energetycznej 8 MJ czyli 2,22 kilowatogodzin na okrążenie 13,6-kilometrowego toru Le Mans, który jest punktem odniesienia. Audi wykorzystuje w tym roku również 8 MJ, Toyota zatrzymała się przy sześciu.

Napędzane na wszystkie cztery koła 919 Hybrid wykorzystuje do przechowywania energii elektrycznej baterie litowo-jonowe. Rozwiązanie to wygrało z kołem zamachowym i superkondensatorami rozmiarami, masą i wydajnością. Ta ostatnia mierzona jest gęstością mocy i gęstością energii. Ta pierwsza mówi jak szybko baterie można naładować i wyczerpań, ta druga jak dużo energii się w nich mieści. Gdyby w zwykłym smartfonie zastosować baterie z Porsche ich naładowanie trwałoby niecałą sekundę i do ich rozładowania wystarczyłaby krótka rozmowa. Kolejny ważny czynnik to napięcie całego systemu: aż 800 V.

Doświadczenia i technologie zdobyte przy okazji prac nad 919 Hybrid wykorzystano w ubiegłym roku w koncepcie limuzyny o napędzie elektrycznym Mission E. Auto wyposażono w dwa silniki elektryczne o mocy około 600 KM, które pozwalają na rozpędzenie się do 100 km/h w czasie 3,4 sekund i pokonanie bez zatrzymywania się około 400 kilometrów. Przed końcem dekady z konceptu Mission E oraz wyścigowego 919 Hybrid wyrośnie pierwsze, produkowane seryjnie Porsche z napędem elektrycznym.