回收电力行驶4576公里 保时捷919 Hybrid必将成名

保时捷在银石赛道 (Silverstone) 举行的世界耐力锦标赛 (WEC) 赛季甫一开始便已光荣登上颁奖台,并在斯帕赛道 (Spa-Francorchamps) 上取得竿位,充分展现其重返这项顶尖赛事的决心。对于新成军不久的保时捷车队来说,这是一个成功的开始;回顾保时捷 919 Hybrid 勇于创新的历程,这是个超乎预期的成果。它宣告 WEC 和利曼赛的新纪元已经来临。这部赛车是未来量产车型的技术平台和实验室。在 WEC 的起跑区里没有其他任何一部原型车像全新保时捷 919 Hybrid 一样拥有如此高效率且精密複杂的混合动力系统。

重返 WEC 最高级距比赛的保时捷面临着巨大的挑战。首先,全新 919 Hybrid 是保时捷迄今所打造的最複杂赛车。其次,不同于竞争对手,保时捷在过去几年并没有可供参考的经验或数据。第三,保时捷在新成立的LMP1 车队里使用其自身工程师所开发的原型车– 相较于向其他公司购买现成零组件,这显然是一条更困难的道路,但就长期而言却更具前瞻性。在这方面,LMP1 技术总监 Alexander Hitzinger 和他的团队所秉持的是保时捷一贯的理念:寻找对未来量产车客户有利的方案。

寻找最理想的能量转换效率– 也就是在能量的供应与消耗之间取得最佳比例– 对保时捷 919 Hybrid 的每一方面、这部利曼赛车的空气动力学设计以及个别的重量最佳化零组件都产生了重大的影响。其中最具特色的两项功能配备莫过于高度先进的动力回收系统和驱动系统。 WEC 在 2014 年赛季的突破性技术规则为保时捷的专业技师提供很大的发挥空间。对汽车性能的最主要限制条件是每圈可使用的燃油量。这项规定使能源效率成为一项核心要素。同时,混合动力系统也是参加 LMP1-H 级距的厂队赛车的先决条件。规则制订方让赛车的设计者自由决定存储回收动力的装置类型和方法,以及引擎设计和排气量的选择。

919 所产生的充沛能量可在 24 小时内行驶超过 4500 公里

在利曼比赛中,每位车手每一圈可使用的总电量是有限的。该规则订出从2 至 8 兆焦耳 (MJ) 的 4 种能量等级。保时捷为 919 Hybrid 报名参加的是 6 兆焦耳级距赛,这意味着这部 LMP1 原型车在“24 小时赛道”上的每一圈即 13.629 公里仅可使用 1.67 千瓦小时 (kWh) 的能量,因为 3.6 兆焦耳相当于 1 千瓦小时 (kWh) 。但是,这实质上代表什幺意义呢?

在 2013 年,这部利曼赛冠军车总共跑了 348 圈。若以相同距离计算,全新 919 Hybrid 可产生和使用 581.2 千瓦小时 (kWh) 的电量– 此电力输出可让一颗 60 瓦灯泡持续发亮长达 9687 小时。换句话说:保时捷 LMP1 原型车在利曼比赛中回收的动力可让你驾驶目前小型车市场上节能效率最高的电动车– 全新福斯 e-Golf – 完成 4576 公里的路程,这将可让您从美国东岸横越到西岸、从纽约到洛杉矶。

热力学能量回收系统一战成名

Alexander Hitzinger 解释说:“回收前轮轴的剎车作动能量可发挥极大的潜能。当你剎车时,轮轴上的负载会被动态地转换到前轮,所以设计一个可充分利用此能量的系统是一项合乎逻辑的作法。为了支持这项解决方案,我们捨弃了后轮轴上的 KERS 系统。如果你一开始採用的是自然进气式发动机,KERS 便是你的唯一选择。但是,使用涡轮增压给了我们另外一个选择,这就是为什幺我们选择利用从涡轮增压器排出的废气所回收的能量。”

这部全新利曼原型车上所搭载的複杂混合动力系统及其利用废气热能的革命性回收系统,在 WEC 比赛中是前所未见的。这个原则基本上採用一个额外的涡轮发电机,而不是所谓的废气阀门。在正常运作下,这个阀门的作用是让驱动压缩机所不需要的多余废气能量释放到空气中。保时捷则利用这些过剩的废气能量来驱动第二个涡轮,进而驱动发电机产生电能。这项新技术可回收其它系统中所流失的能量。使用废气能量的作法,让保时捷 919 Hybrid 成为赛道上唯一在剎车时、还有加速时都能回收能量的赛车。这两个系统可将动能和热能转化成能电能并贮存回一颗水冷式锂离子电池中。

同样的驾驶性能,减少 30% 的油耗

在存储电能的作法上,保时捷同样拥有其独到的方法。在相同的前提下,保时捷捨弃了效率较低的现成系统而决定开发前瞻性的技术,那就是水冷式锂离子电池。 Hitzinger 强调:“这是与保时捷工程部门一起合作开发的成果,因此这项专有技术将可造福我们未来的混合动力车型。”Hitzinger 也考虑过飞轮储能装置和超级电容器,即所谓的双电层电容器,但发现锂离子电池是最好的折衷办法。他补充说:“但前提是必须採用正确的电池技术,以提供极高的功率密度和相对更高的存储容量。」在此方面,保时捷对其合作伙伴 A123 Systems 公司的电池极具信心。

LMP1 的设计者在燃油引擎上所採取的方法也同样与众不同。全新开发的 V4 涡轮增压器搭载 2 升引擎排气量和燃油直喷技术,这个突破保时捷一贯作法的引擎系统是缩减排气量的先驱典範。四汽门引擎代表着轻量化、紧凑尺寸、结构刚性与高功率输出的理想组合。由于保时捷从一开始便让 919 Hybrid 参加 6 兆焦耳级距的比赛,该级距的规则允许採用超过 500 匹马力的汽油引擎,但每圈只能消 耗4.78 升的燃油。回收系统的功能越强大,燃烧的油料就越少。儘管驾驶性能相同,可使用的能量却比去年降低 30%。

利曼:以终极的技术方案因应特殊的挑战

今年的 FIA WEC (世界耐力锦标赛) 赛程表包含 8 场比赛。继英国银石赛道展开的 6 小时耐力赛和斯帕‧弗朗科尔尚赛道的“阿登斯云霄飞车之战”之后,第 3 场世界锦标赛分外引人瞩目:传奇的利曼 24 小时耐力赛是本赛季的焦点,也是一项绝无仅有的挑战。全长 13.629 公里的「24 小时赛道」上足足有 9 公里是在封闭的乡村道路上进行,这些道路平常开放给通勤者和载重货车使用,因此在路面上留下许多坑洞。利曼赛的另一项特色是笔直的长线道路。 LMP1 厂队赛车在每一圈中有多次可达到超过时速 320 公里的速度,还有 2 处必须减速至城市交通的车速慢速过弯– 从白天到夜晚– 引擎在每一圈中大约有 70% 的时间都处于油门全开的状态。

急速剎车和延长强力加速:为了应付这些特定的状况需求,保时捷特别为暂时性四轮驱动的 919 Hybrid 开发出动能和热能回收系统。精密平衡的空气动力学也扮演着决定性的角色,让 919 Hybrid 得以在利曼比赛中脱颖而出。由此产生的下压力值可确保在高速过弯时发挥惊人的速度,例如「保时捷曲线」。相反的,空气阻力值则降至最低,使 919 Hybrid 能在长直跑道达到最高速度。

在法国萨尔特站的赛车嘉年华之后,WEC 将进入 3 个月的夏季休赛期,然后将离开欧洲到其他国家完成本赛季的剩余赛程。赛程表上还有 5 场 6 小时耐力赛:美国 (奥斯汀,9 月 20 日)、日本 (富士,10 月 12 日)、中国(上海,11 月 2 日)、巴林(萨基尔,11 月 15 日) 和巴西(圣保罗,11 月 30 日) 。更多919 Hybrid图片集