В ближайший уикенд ле-мановскому прототипу Porsche 919 Hybrid предстоит единственное в этом году выступление в Германии: в шестичасовой гонке на Нюрбургринге, четвертом этапе чемпионата мира по гонкам на выносливость FIA World Endurance Championship 2016 (WEC). Лидер чемпионата будет сражаться за очки для защиты своего титула. В то же время центральной темой является технология спортивного автомобиля будущего.
Porsche 919 Hybrid, Porsche Team: Timo Bernhard, Brendon Hartley, Mark Webber
Прототип Porsche 919 Hybrid открыл новое технологическое поле. В презентованной в 2015 году концептуальной модели дорожного спорткара с чисто электрическим приводом Mission E разработчики сделали ставку на 800-вольтную технику гоночного прототипа. Максимально были использованы все возможности двукратного победителя Ле-Мана, прежде всего концепция привода. Он состоит из двухлитрового четырехцилиндрового турбированного бензинового двигателя, самого эффективного двигателя внутреннего сгорания, когда-либо построенного Porsche, и двух разных систем рекуперации энергии.
Den Porsche 919 Hybrid zeichnet extremer Leichtbau aus. Das Chassis und alle Karosserie-Bestandteile bestehen aus Kohlefaser.The Porsche 919 Hybrid is an example of extreme lightweight design. The chassis and all key body parts are made of carbon fibre.
Der Hybrid-Antriebsstrang des Porsche 919 Hybrid. Der V4-Benzin-Direkteinspritzer mit Turboaufladung ist als Mittelmotor ins Chassis integriert. Die Batterien in der Fahrzeugmitte versorgen den Elektromotor an der Vorderachse mit EnergieThe hybrid powertrain of the Porsche 919 Hybrid. The V4 petrol engine with direct injection and turbocharging is integrated in the chassis as a mid-engine. The batteries at the centre of the vehicle supply the electric motor at the front axle with energy.
Высвобождающаяся при торможении кинетическая энергия на передней оси преобразовывается в электрическую. В разделенном на две части выпускном тракте рядом с турбонагнетателем установлена вторая турбина, которая преобразовывает неиспользованную энергию потока отработавших газов в электрический ток. При этом энергия торможения составляет 60 процентов, а энергия, полученная от отработавших газов, 40 процентов. Выработанный электрический ток аккумулируется в литий-ионной батарее и при необходимости питает электродвигатель. Например, когда водитель хочет разогнаться и нажатием кнопки запрашивает дополнительную энергию. Мощность двигателя внутреннего сгорания в соответствии с последним изменением регламента составляет почти 500 л.с. (368 кВт), мощность электродвигателя 400 л.с. (294 кВт).
Porsche 919 Hybrid, 4-Cylinder Turbomotor
Использование этих двух источников энергии и их взаимодействие требует продуманной стратегии. На каждой фазе торможения в батарее аккумулируется энергия – полученная за счет рекуперации. На 5,148-километровом участке Гран-при Нюрбургринга это происходит 17 раз на круг, то есть перед каждым поворотом. Интенсивность рекуперации при этом зависит от «жесткости» маневра: от скорости, на которой водитель осуществляет торможение, и от того, насколько крутым является предстоящий поворот. Торможение и рекуперация происходит вплоть до апекса каждого поворота, затем водитель снова разгоняется. В этот момент он хочет использовать максимум энергии. Для этого он, во-первых, нажимает на педаль акселератора и таким образом получает в свое распоряжение энергию топлива и, во-вторых, «усиливает» привод, добавляя электрическую энергию из батареи.
В то время как двигатель внутреннего сгорания приводит в движение заднюю ось, электродвигатель отвечает за привод передней оси. Таким образом, 919-й стремительно выходит из поворота с полным приводом без потери тяги – и в то же время опять получает энергию, поскольку при движении на прямой активно работает дополнительная турбина в выпускном тракте. При постоянно высоких оборотах двигателя давление в выпускной системе увеличивается и приводит в действие дополнительную турбину, напрямую соединенную с электрическим генератором. Оба источника энергии лимитированы регламентом: за один круг трассы водитель может использовать не более 1,8 литра топлива и не более 1,3 киловатт-часа (4,68 мегаджоуля) электрической энергии. Он должен тщательно подсчитывать свой расход, чтобы в конце круга израсходовать именно это количество энергии. Если он израсходует больше, он будет оштрафован. Если меньше, потеряет в динамике. Он должен в нужный момент прекратить «усиливать» привод и в нужный момент сбавить «газ».
Porsche 919 Hybrid, Porsche Team: Romain Dumas, Neel Jani, Marc Lieb
В пересчете на 13,629-километровую трассу Ле-Мана, а именно она служит критерием для регламента, разрешенное значение электрической энергии составляет 2,22 киловатт-часа. Это соответствует восьми мегаджоулям и таким образом максимальному классу энергии, который предусматривает регламент. Porsche был в 2015 году первым и единственным производителем, который отважился зайти так далеко. В 2016 году в класс восемь мегаджоулей вошел также Toyota. Audi ограничился шестью мегаджоулями. Регламент WEC практически приводит в баланс эти различия.
При выборе концепции для Porsche 919 Hybrid были рассмотрены различные альтернативы. То, что будет использоваться энергия торможения от передней оси, было ясно уже сразу – большая прибавка энергии при уже частично «освоенной» конструкции, пусть даже и с существенными усовершенствованиями. В качестве второй системы обсуждались рекуперация энергии торможения на задней оси или рекуперация энергии отработавших газов. В пользу второго решения говорили два аспекта: первый – масса, а второй – эффективность. При рекуперации энергии торможения система должна рекуперировать энергию в течение очень короткого времени, то есть должна быть способна справляться с очень большими мощностями, а это увеличивает ее массу. Фазы ускорения, напротив, намного длиннее, чем фазы торможения, то есть рекуперация происходит на протяжении более длительного времени, и это делает систему легче. Кроме того, 919-й уже имеет привод на задней оси – двигатель внутреннего сгорания. Еще больше мощности на задней оси вызвало бы неэффективное проскальзывание. Ко всему прочему, это вызывает чрезмерный износ шин.
Возможно самое смелое решение: для гибридной системы 919-го Porsche выбрал напряжение 800 вольт. Выбор напряжения – фундаментальное решение для электропривода. Оно влияет на все – конструкцию батареи, конструкцию электрооборудования, конструкцию электродвигателя и технологию зарядки. Porsche в этом зашел настолько далеко, насколько это было возможно.
Было нелегко найти конструктивные детали для такого высокого напряжения, прежде всего подходящий накопитель энергии. Маховичные накопители, суперконденсаторы или батарея? Porsche выбрал для себя литий-ионную батарею с жидкостным охлаждением. Она имеет сотни отдельных аккумуляторных элементов, каждый из которых заключен в собственную цилиндрическую металлическую капсулу – семь сантиметров в высоту и 1,8 сантиметра в диаметре.
Как у автомобиля для дорог общего пользования, так и у гоночного должен быть соблюден баланс между плотностью мощности и плотностью энергии. Чем выше плотность мощности аккумулятора, тем быстрее он может зарядиться и снова отдать энергию. Другой параметр, плотность энергии, определяет количество энергии, которая может быть накоплена. В условиях гоночной эксплуатации аккумулятор должен иметь – образно говоря – громадное отверстие. Поскольку как только водитель нажимает на тормоз, в аккумулятор должно молниеносно поступить огромное количество энергии, а когда водитель «усиливает» привод электродвигателем, эта энергия должна так же молниеносно из него выйти. Сравнение, близкое к повседневной жизни: если бы полностью разряженная литий-ионная батарея смартфона имела плотность мощности батареи Porsche 919, то для полной зарядки ей потребовалось бы менее одной секунды. Недостаток: короткий звонок – и весь заряд снова бы «вышел». Для того, чтобы смартфон держал заряд в течение дня, первоочередное значение имеет плотность энергии, то есть емкость.
Для электромобиля, предназначенного для повседневной эксплуатации, емкость означает запас хода. В этом отношении потребности гоночного автомобиля и электромобиля для дорог общего пользования различаются. Но Porsche в 919-м вышел на новый уровень управления гибридным приводом. 919-й – это испытательная лаборатория для уровня напряжения будущих гибридных систем. В рамках проекта LMP1 бы?Ùи выработаны базовые принципы: например, охлаждение накопителя энергии (батареи) и электродвигателя, техника соединений в супер высоковольтной зоне, а также управления аккумуляторной батареей и общая компоновка системы. Они послужили коллегам, занимающимся серийными разработками. Это важный опыт для четырехдверной концептуальной модели Mission E с 800-вольтной технологией. На базе этой концептуальной разработки до конца десятилетия должен появиться серийный автомобиль – первый Porsche с чисто электрическим приводом.
C 2014 года amsrus.ru
Только зарегистрированные пользователи могут комментировать.
