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回收電力行駛4576公里? 保時捷919 Hybrid必將成名


刊登時間: 2014/05/28

保時捷在銀石賽道 (Silverstone) 舉行的世界耐力錦標賽 (WEC) 賽季甫一開始便已光榮登上頒獎台,並在斯帕賽道 (Spa-Francorchamps) 上取得竿位,充分展現其重返這項頂尖賽事的決心。對於新成軍不久的保時捷車隊來說,這是一個成功的開始;回顧保時捷 919 Hybrid 勇於創新的歷程,這是個超乎預期的成果。它宣告 WEC 和利曼賽的新紀元已經來臨。這部賽車是未來量產車型的技術平台和實驗室。在 WEC 的起跑區裡沒有其他任何一部原型車像全新保時捷 919 Hybrid 一樣擁有如此高效率且精密複雜的混合動力系統。

 

重返 WEC 最高級距比賽的保時捷面臨著巨大的挑戰。首先,全新 919 Hybrid 是保時捷迄今所打造的最複雜賽車。其次,不同於競爭對手,保時捷在過去幾年並沒有可供參考的經驗或數據。第三,保時捷在新成立的LMP1 車隊裡使用其自身工程師所開發的原型車– 相較於向其他公司購買現成零組件,這顯然是一條更困難的道路,但就長期而言卻更具前瞻性。在這方面,LMP1 技術總監 Alexander Hitzinger 和他的團隊所秉持的是保時捷一貫的理念:尋找對未來量產車客戶有利的方案。

 

尋找最理想的能量轉換效率– 也就是在能量的供應與消耗之間取得最佳比例– 對保時捷 919 Hybrid 的每一方面、這部利曼賽車的空氣動力學設計以及個別的重量最佳化零組件都產生了重大的影響。其中最具特色的兩項功能配備莫過於高度先進的動力回收系統和驅動系統。 WEC 在 2014 年賽季的突破性技術規則為保時捷的專業技師提供很大的發揮空間。對汽車性能的最主要限制條件是每圈可使用的燃油量。這項規定使能源效率成為一項核心要素。同時,混合動力系統也是參加 LMP1-H 級距的廠隊賽車的先決條件。規則制訂方讓賽車的設計者自由決定存儲回收動力的裝置類型和方法,以及引擎設計和排氣量的選擇。

 

919 所產生的充沛能量可在 24 小時內行駛超過 4500 公里

在利曼比賽中,每位車手每一圈可使用的總電量是有限的。該規則訂出從2 至 8 兆焦耳 (MJ) 的 4 種能量等級。保時捷為 919 Hybrid 報名參加的是 6 兆焦耳級距賽,這意味著這部 LMP1 原型車在“24 小時賽道”上的每一圈即 13.629 公里僅可使用 1.67 千瓦小時 (kWh) 的能量,因為 3.6 兆焦耳相當於 1 千瓦小時 (kWh) 。但是,這實質上代表什麼意義呢?

 

在 2013 年,這部利曼賽冠軍車總共跑了 348 圈。若以相同距離計算,全新 919 Hybrid 可產生和使用 581.2 千瓦小時 (kWh) 的電量– 此電力輸出可讓一顆 60 瓦燈泡持續發亮長達 9687 小時。換句話說:保時捷 LMP1 原型車在利曼比賽中回收的動力可讓你駕駛目前小型車市場上節能效率最高的電動車– 全新福斯 e-Golf – 完成 4576 公里的路程,這將可讓您從美國東岸橫越到西岸、從紐約到洛杉磯。

 

熱力學能量回收系統一戰成名

Alexander Hitzinger 解釋說:“回收前輪軸的剎車作動能量可發揮極大的潛能。當你剎車時,輪軸上的負載會被動態地轉換到前輪,所以設計一個可充分利用此能量的系統是一項合乎邏輯的作法。為了支持這項解決方案,我們捨棄了後輪軸上的 KERS 系統。如果你一開始採用的是自然進氣式發動機,KERS 便是你的唯一選擇。但是,使用渦輪增壓給了我們另外一個選擇,這就是為什麼我們選擇利用從渦輪增壓器排出的廢氣所回收的能量。”

 

這部全新利曼原型車上所搭載的複雜混合動力系統及其利用廢氣熱能的革命性回收系統,在 WEC 比賽中是前所未見的。這個原則基本上採用一個額外的渦輪發電機,而不是所謂的廢氣閥門。在正常運作下,這個閥門的作用是讓驅動壓縮機所不需要的多餘廢氣能量釋放到空氣中。保時捷則利用這些過剩的廢氣能量來驅動第二個渦輪,進而驅動發電機產生電能。這項新技術可回收其它系統中所流失的能量。使用廢氣能量的作法,讓保時捷 919 Hybrid 成為賽道上唯一在剎車時、還有加速時都能回收能量的賽車。這兩個系統可將動能和熱能轉化成能電能並貯存回一顆水冷式鋰離子電池中。

 

同樣的駕駛性能,減少 30% 的油耗

在存儲電能的作法上,保時捷同樣擁有其獨到的方法。在相同的前提下,保時捷捨棄了效率較低的現成系統而決定開發前瞻性的技術,那就是水冷式鋰離子電池。 Hitzinger 強調:“這是與保時捷工程部門一起合作開發的成果,因此這項專有技術將可造福我們未來的混合動力車型。”Hitzinger 也考慮過飛輪儲能裝置和超級電容器,即所謂的雙電層電容器,但發現鋰離子電池是最好的折衷辦法。他補充說:“但前提是必須採用正確的電池技術,以提供極高的功率密度和相對更高的存儲容量。」在此方面,保時捷對其合作夥伴 A123 Systems 公司的電池極具信心。

 

LMP1 的設計者在燃油引擎上所採取的方法也同樣與眾不同。全新開發的 V4 渦輪增壓器搭載 2 升引擎排氣量和燃油直噴技術,這個突破保時捷一貫作法的引擎系統是縮減排氣量的先驅典範。四汽門引擎代表著輕量化、緊湊尺寸、結構剛性與高功率輸出的理想組合。由於保時捷從一開始便讓 919 Hybrid 參加 6 兆焦耳級距的比賽,該級距的規則允許採用超過 500 匹馬力的汽油引擎,但每圈只能消 耗4.78 升的燃油。回收系統的功能越強大,燃燒的油料就越少。儘管駕駛性能相同,可使用的能量卻比去年降低 30%。

 

利曼:以終極的技術方案因應特殊的挑戰

今年的 FIA WEC (世界耐力錦標賽) 賽程表包含 8 場比賽。繼英國銀石賽道展開的 6 小時耐力賽和斯帕‧弗朗科爾尚賽道的“阿登斯雲霄飛車之戰”之後,第 3 場世界錦標賽分外引人矚目:傳奇的利曼 24 小時耐力賽是本賽季的焦點,也是一項絕無僅有的挑戰。全長 13.629 公里的「24 小時賽道」上足足有 9 公里是在封閉的鄉村道路上進行,這些道路平常開放給通勤者和載重貨車使用,因此在路面上留下許多坑洞。利曼賽的另一項特色是筆直的長線道路。 LMP1 廠隊賽車在每一圈中有多次可達到超過時速 320 公里的速度,還有 2 處必須減速至城市交通的車速慢速過彎– 從白天到夜晚– 引擎在每一圈中大約有 70% 的時間都處於油門全開的狀態。

 

急速剎車和延長強力加速:為了應付這些特定的狀況需求,保時捷特別為暫時性四輪驅動的 919 Hybrid 開發出動能和熱能回收系統。精密平衡的空氣動力學也扮演著決定性的角色,讓 919 Hybrid 得以在利曼比賽中脫穎而出。由此產生的下壓力值可確保在高速過彎時發揮驚人的速度,例如「保時捷曲線」。相反的,空氣阻力值則降至最低,使 919 Hybrid 能在長直跑道達到最高速度。

 

在法國薩爾特站的賽車嘉年華之後,WEC 將進入 3 個月的夏季休賽期,然後將離開歐洲到其他國家完成本賽季的剩餘賽程。賽程表上還有 5 場 6 小時耐力賽:美國 (奧斯汀,9 月 20 日)、日本 (富士,10 月 12 日)、中國(上海,11 月 2 日)、巴林(薩基爾,11 月 15 日) 和巴西(聖保羅,11 月 30 日) 。更多919 Hybrid圖片集:http://www.carnews.com/album-7612.html