Porsche 911 GT3 R Hybrid - Setrvačník...

Automobilka Porsche se aktivně zapojila do diskuze o hybridních pohonech hned několika způsoby. Jedním z nejzajímavějších je setrvačníkový akumulátor energie…

Porsche 911 GT3 R Hybrid slavil premiéru na Ženevském autosalonu 2010, v březnu poprvé vyrazil na Nürburgring, v prvním závodě dojel šestý, ve druhém třetí a ve čtyřiadvacetihodinovce dokonce osm hodin vedl, než hodinu a 45 minut před koncem odešel zážehový motor! S vozem nás důkladně seznámil Dr. Daniel Armbruster, který je u Porsche AG vedoucím tohoto projektu, při prezentaci automobilu z 24 h Nürburgringu v rámci akce Le Mans vers Le Futur 2011, která předcházela startu nejslavnější čtyřiadvacetihodinovky na francouzském okruhu Le Mans. Automobil byl postaven podle předpisů pro 24 h Nürburgring a seriál vytrvalostních závodů VLN na Severní smyčce Nürburgringu, takže neodpovídá předpisům ACO Le Mans ani FIA Gran Turismo, ale nebylo záměrem výrobce nasadit vůz ve 24 h Le Mans, i když zkusil účast v American Le Mans Series. „Závodní automobil pro 24 h Le Mans bude jiný, pokud vůbec bude,“ prohlásil Dr. Daniel Armbruster. „Zatím sbíráme údaje, chceme absolvovat více závodů a pak optimalizovat celou poháněcí soustavu podle získaných poznatků.“

O co vlastně jde? Na první pohled Hybrid vypadá jako každý jiný závodní vůz typu 911, ale rozdíly objevíte hned po nahlédnutí do interiéru. Vedle řidiče na místě spolujezdce je velká bedna, která ukrývá tajuplný setrvačník. Toto zařízení, odvozené ze systémů rekuperace kinetické energie KERS, jež měly být technickou senzací ve formuli 1 v sezoně 2009, ale nějak se příliš nerozšířily, bylo dovedeno k účelnému využití až automobilkou Porsche, která na jeho vývoji spolupracovala s týmem Williams F1. Zatímco zadní kola pohání klasický plochý šestiválec 4,0 l o výkonu 353 kW (480 k)/ 7250 min 1, na přední nápravě jsou dva trakční elektromotory s přídavným výkonem po 60 kW, využívající energie ze setrvačníkového akumulátoru, jenž mění elektrickou energii na kinetickou a zase naopak. Když vůz brzdí, pracují elektromotory jako generátory a roztáčejí setrvačník, když vůz akceleruje, setrvačník přeměňuje kinetickou energii znovu na elektrickou a ta napájí elektromotory. Na první pohled jednoduché, skutečnost je však mnohem složitější, zejména při vývoji řídicí elektroniky…

„Začínali jsme v lednu 2009 úplně od nuly,“ říká Dr. Armbruster, „zadáním byl přídavný pohon předních kol, otázkou zda využít jeden, či dva elektromotory, ale zvolili jsme dva pro elektronický torque vectoring, simulující funkci samosvorného diferenciálu. Do závodu vyjíždí vůz bez nabitého setrvačníku, energii rekuperuje a teprve pak ji může použít pro přídavný výkon. Elektrický setrvačníkový akumulátor jsme hledali u klienta a našli u týmu Williams F1. Tam jej překonstruovali na dvojnásobný výkon, ze 60 na 120 kW, a dodali na podzim 2009. Vůz byl dokončen v prosinci a po důkladných testech ve Weissachu vyjel do prvního závodu na Nürburgringu. Hardware je hotovo, nyní zbývá software. Máme zatím devět map, tedy funkcí, jednu pro start, jednu pro vypnutí systému, jednu pro rychlé vypnutí systému v případě závady a šest standardních podle charakteru trati.“ Jednotlivé mapy se mění tlačítkem.

A jak se vůz řídí? Stejně, jako běžný automobil. Řadí se klasickou pákou na podlaze, po startu řidič páčkou pod volantem aktivuje nenabitý setrvačníkový systém, který se teprve roztáčí rekuperací energie při brzdění. Pro asistenční funkci potřebuje setrvačník otáčky nejméně 28 000 min 1, od nich už je schopen vracet elektrickou energii. Když se brzdí opravdu tvrdě, systém se rychleji nabije, na Nürburgringu to však zpravidla trvá asi půl kola (přes deset kilometrů). Největší provozní otáčky činí 40 000 min 1, setrvačníkový rotor je plastový s kompozitovým povrchem (má 16 kg, proti kovu vykazuje nižší ztráty) a vlastně představuje synchronní elektromotor/generátor s magnety na rotoru. Je uzavřen v hermetické skříni a celý systém má hmotnost jen 48 kg. Největší výkon 120 kW na jedno nabití lze využít po dobu 6 až 8 sekund, nižší i po delší čas. Provozní otáčky jsou zmíněných 28 až 40 tisíc za minutu.

Setrvačníkový akumulátor je chlazen olejem, využitelná energie činí 0,2 kW.h. Synchronní kapalinou chlazené elektromotory na přední nápravě mají po 60 kW výkonu a po 80 N.m točivého momentu, největší otáčky jsou 15 000 min 1 a každý pohání jedno kolo prostřednictvím vyměnitelného redukčního převodu (pro Nürburgring je převod 5,98:1). Přídavná hmotnost systému je 128 kg. Podle doktora Armbrustera by byly klasické akumulátory pro tento druh provozu nevhodné, naopak setrvačníkový systém produkuje krátkodobě silný elektrický proud a má velkou spolehlivost. „Naším úkolem je nyní zvýšit stupeň komunikace mezi mechanickými a elektrickými systémy,“ prozrazuje Dr. Daniel Armbruster, „nové funkce softwarových map mohou zvýšit účinnost systému a snížit spotřebu energie.“

Do 24 h Nürburgringu 2010 nastoupila s vozem Porsche 911 GT3 R Hybrid německorakouská posádka Jörg Bergmeister, Richard Lietz, Marco Holzer a Martin Ragginger. Po startu se ujal vedení benzinový Porsche 911 GT3 R týmu Porsche Manthey Racing, obhájců minulých triumfů typu 911, ale byl vyřazen při kolizi. Hybridní stroj (rovněž pod taktovkou Manthey Racing) měl menší spotřebu benzinu, takže ujel o dvě kola více, než musel do depa. Na čele pelotonu se usadilo Audi R8 LMS, ale jeho převodovka nevydržela, a tak se Hybrid poprvé ujal vedení v závodě. Náročná trať Severní smyčky však způsobila defekt výfukového potrubí, a do vedení šel BMW M3 GT2. To bylo čtyři hodiny před koncem závodu, o dvě hodiny později spalovací motor Porsche nevydržel a tak se debut hybridu v triumf neproměnil. I tak je to obrovský úspěch, vůz prokázal značný potenciál; pro jeho další využití nyní zbývá vytvořit předpisy FIA, resp. ACO Le Mans, konečně také pro hybridní závodní automobily.


Zdroj: Automobil 12/10
Autor: Tom Hyan

Fotogalerie