22 giugno 2015

Porsche, ecco perché Le Mans è importante anche per i modelli di serie

Per Hatz responsabile del Centro Ricerca e Sviluppo di Porsche"il motore turbo V4 a benzina da 2 litri e oltre 500 cv della 919 è il motore più efficiente che Porsche abbia mai costruito. Quasi tutte le derivate dalla nostra serie 911 saranno presto equipaggiate con motori turbocompressi...

Porsche, ecco perché le mans è importante anche per i modelli di serie

La pista come terreno di prova per le nuove tecnologie che saranno disponibili nelle vetture omologate per circolazione su strada. Questa filosofia fa parte del DNA Porsche un po' da sempre, come ci spiega Wolfgang Hatz, responsabile del Centro Ricerca e Sviluppo di Porsche: "Che si tratti di design leggero, aerodinamica, downsizing dei motori turbo, concept car ibride o ampliamento della gamma di vetture a trazione elettrica: tutti questi aspetti sono estremamente importanti per il futuro Porsche, quindi approfittiamo delle opportunità offerta dalla 24 Ore di Le Mans e dalle gare di sei ore del Campionato mondiale Endurance FIA per testare nuove soluzioni in ciascuno di questi ambiti".

Un principio valido soprattutto per le tre Porsche 919 Hybrid in gara nella massima categoria del WEC, la Le Mans Prototype 1 (LMP1). Tuttavia, anche le due Porsche 911 RSR del Team GT ufficiale servono come laboratori di prova per le future vetture di serie. “Entrambe le vetture da corsa sono gli esempi ideali di ciò che chiamiamo Porsche Intelligent Performance", afferma Hatz. Le prime lettere di queste tre parole ornano anche le cinque vetture ufficiali che si sono sfidate a Le Mans.  La stagione 2014 ha visto l'introduzione di norme tecnologiche particolarmente avanzate per la categoria LMP1, che limitano la quantità di energia utilizzabile in ogni giro dalle vetture in gara. Tutti i costruttori devono utilizzare almeno un sistema ibrido.

 

 

Le regole, tuttavia, non specificano il tipo di sistema ibrido, il metodo per accumulare l'energia recuperata, la progettazione del motore, la cilindrata e il concetto di trasmissione. Quindi, agli ingegneri è stata concessa una grande libertà. Eppure, tutte le soluzioni derivano dal principio fondamentale sul quale si basano questi regolamenti, secondo il quale maggiore è l'energia distribuita dal sistema di recupero energetico, minore è il consumo di carburante. È stato questo concetto rivoluzionario a convincere Porsche a tornare ai massimi livelli del Motorsport.

Per Hatz, il motore turbo V4 a benzina da 2 litri della 919, con una potenza di oltre 500 CV, è "il motore più efficiente che Porsche abbia mai costruito". Per il design delle camere di combustione e dei fori, nonché per l'azionamento dell'albero a camme e per il sistema di iniezione diretta, abbiamo adattato materiali utilizzati in Formula 1. Per quanto riguarda l'iniezione e l'attrito interno, il motore della 919 è all'avanguardia.

” Gli ingegneri Porsche hanno anche utilizzato materiali ad alta resistenza derivati dall'industria aerospaziale. Gli alberi motore utilizzati nei motori dell'ultima vettura omologata per circolazione su strada, la 911 GT3 RS1, e del prototipo 919 Hybrid Le Mans, sono realizzati con lo stesso materiale ad alta resilienza, in grado di soddisfare i requisiti più elevati sia in gara sia nell'uso su strada. Nelle proprie attività Motorsport, Porsche adotta un approccio in tre fasi: la prima fase si concentra sulla ricerca e sullo sviluppo, la seconda sui test e la terza sull'industrializzazione dei materiali e delle tecnologie per l'impiego nelle vetture di serie.

 

 

MOTORI TURBO
Hatz ci  fornisce un ulteriore esempio : “Il nostro know-how esclusivo per quanto riguarda lo sviluppo di motori turbo ridimensionati è di primaria importanza per Porsche. Dopotutto, quasi tutte le derivate dalla nostra serie 911 saranno presto equipaggiate con motori turbocompressi”. Prosegue Hatz: “Abbiamo anche in programma di spingerci ancora più in là con le nostre attività sulla trazione ibrida. Attualmente, siamo l'unico costruttore di vetture sportive al mondo ad offrire tre modelli ibridi plug-in di serie: la Panamera S E-Hybrid, la Cayenne S E-Hybrid e la 918 Spyder. La nostra capacità di sviluppare e costruire la 919 Hybrid in modo praticamente autonomo a Weissach ha segnato una tappa importante per i nostri ingegneri nel futuro sviluppo della produzione di serie e del Motorsport.

” Il ciclo è completato: il progetto di sviluppo della supersportiva 918 Spyder ha beneficiato delle conoscenze degli esperti che avevano lavorato alla 911 GT3 R Hybrid, mentre gli ingegneri dello sviluppo della 918 hanno sostenuto lo sviluppo del prototipo 919 LMP1, ed ora sta per compiersi il primo trasferimento di tecnologia nella produzione di serie". La 919 è l'unica vettura nel WEC ad utilizzare due diversi sistemi di recupero dell'energia. Il primo è già impiegato nella 918 Spyder in una forma simile.

 

 

Qui, un generatore sull'asse anteriore converte l'energia cinetica in energia elettrica durante le fasi di frenata. Il secondo sistema è nuovo e utilizza un'ulteriore generatore a turbina nel sistema di scarico che funziona in parallelo con il turbocompressore, convertendo l'energia dal flusso dei gas di scarico in elettricità. La Porsche 919 Hybrid è quindi l'unica vettura che recupera energia non solo in frenata, ma anche in accelerazione. "Abbiamo anche in programma di adattare il sistema di recupero dell'energia dei gas di scarico per l'impiego nelle vetture di serie", dichiara Hatz.

SISTEMI DI ACCUMULO DELL'ENERGIA
Un elemento che rappresenta un limite nei sistemi a trazione ibrida e a trazione elettrica integrale è la tecnologia di accumulo dell'energia elettrica. Attualmente sono utilizzati nel WEC i sistemi di accumulo a volano (Audi, Nissan), i sistemi a supercondensatore (supercondensatori elettrochimici, Toyota) e le batterie agli ioni di litio (Porsche). Ogni produttore sceglie il metodo di accumulo più adatto al proprio sistema ibrido. Sostanzialmente, si tratta sempre di equilibrare densità di potenza e densità di energia. Quanto maggiore è la densità di potenza dell'unità di accumulo, tanta più energia può assorbire e fornire in un breve arco di tempo.

Un fattore cruciale in pista, poiché ad ogni giro dev'essere generata una grande quantità di energia elettrica nei sistemi di recupero nel più breve tempo possibile, ad esempio durante la frenata. Supercondensatori e sistemi di accumulo a volano sono particolarmente vantaggiosi, perché possono assorbire e rilasciare grandi quantità di energia molto rapidamente. Tuttavia, anche le batterie sono una valida alternativa per l'accumulo, poiché l'alta densità della loro energia permette di accumulare più energia elettrica per un periodo di tempo più lungo, distribuendola successivamente in modo flessibile lungo il giro di oltre 13 chilometri di Le Mans. L'energia accumulata dalla batteria della 919 Hybrid può azionare l'asse anteriore tramite il motore elettrico con una potenza di oltre 400 CV in fase di accelerazione e quindi integrare il motore turbocompresso che alimenta l'asse posteriore. In questo modo, la 919 è temporaneamente una vettura a trazione integrale.

BATTERIA
Alexander Hitzinger, Direttore Tecnico LMP1, descrive i progressi nello sviluppo della batteria nella Porsche LMP1, che offre la migliore combinazione dei due requisiti fondamentali (rapido accumulo e rilascio di energia e accumulo flessibile di grandi quantità di energia): "Siamo riusciti a migliorare la densità di potenza della batteria agli ioni di litio della 919 che ora è quasi allo stesso livello dei sistemi a supercondensatore, ma offre una densità di energia molto più elevata rispetto a questi ultimi. La nostra batteria può assorbire e rilasciare rapidamente una grande quantità di energia, ma è anche relativamente leggera e ha una capacità di accumulo molto elevata".

Porsche ha sviluppato la batteria agli ioni di litio raffreddata a liquido per la 919 Hybrid in maniera completamente autonoma. Le celle singole compatte sono raffreddate molto uniformemente e disposte in modo da smorzare le vibrazioni. Rappresentano quindi un'evoluzione con grandi potenzialità per lo sviluppo delle future vetture sportive a trazione ibrida.

Fra tutti i partecipanti a Le Mans, solo Porsche è stata in grado di passare nella massima categoria di recupero dell'energia. La 919 Hybrid, con una potenza totale erogata di circa 1.000 CV, è in grado di utilizzare otto megajoule di energia recuperata per giro (13,629 km) a Le Mans, ma può consumare solo 4,76 litri di carburante per giro. In una gara normale, la Porsche 919 Hybrid potrebbe generare fino a 1.000 chilowattora (kWh) di energia elettrica in 24 ore.

Con questa quantità di energia, la Volkswagen e-Golf,  potrebbe viaggiare per...... più di 6.100 chilometri, una distanza maggiore di quella tra Le Mans e New York. Alcuni ingegneri Porsche lavorano ai progetti di vetture per il Motorsport e la produzione di serie non solo scambiando informazioni, ma a volte creando anche qualcosa di "tangibile", ad esempio quando hanno installato un asse anteriore (compreso il KERS, il motore elettrico e la batteria) della 919 Hybrid in un prototipo 911 GT3 a scopo di test molto prima che la prima Porsche LMP1 fosse pronta a correre.

Altri risultati tecnici, a loro volta, hanno stimolato l'interesse degli addetti allo sviluppo delle vetture di serie. Ad esempio, il simulatore di guida più moderno del Gruppo Volkswagen è stato installato a Weissach per il programma LMP1. Il simulatore viene ora utilizzato dai team di sviluppo delle vetture di serie per l'analisi della dinamica di guida e ulteriori ricerche sulla messa a punto e sulle strategie del sistema a trazione ibrida. I vantaggi in termini di efficienza consentono un consumo inferiore di energia, mantenendo lo stesso stile di guida o uno stile di guida più sportivo senza aumentare il consumo energetico. Ovviamente, Porsche è sempre concentrata anche sulle prestazioni.

La parente più prossima del prototipo 919 Le Mans, la 918 Spyder, è un  esempio di attenzione alle prestazioni. La supersportiva da 887 CV consuma solo tre litri per 100 km, può viaggiare a zero emissioni e detiene il record del giro sulla Nordschleife del Nürburgring (6,57), non tanto malgrado il suo potente sistema di trazione ibrida, ma piuttosto grazie ad esso.

 

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