24 Ore di Le Mans e WEC, LMP1: tecnologie Porsche del futuro in una prova di durata

 

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, come spiega Wolfgang Hatz, responsabile del Centro Ricerca e Sviluppo di Porsche AG: "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 di Porsche, quindi approfittiamo delle opportunità offerte 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 sfideranno a Le Mans.

 

Rivoluzione ai massimi livelli del Motorsport

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 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. “E il significato di questo sport," dichiara Hatz “è dimostrato dal fatto che, benché i quattro costruttori nella categoria LMP1 abbiano utilizzato ciascuno concetti totalmente differenti, solo pochi secondi separano il vincitore dagli inseguitori dopo sei ore di gara”.

Efficienza per le vetture omologate per la circolazione su strada

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. Hatz fornisce un ulteriore esempio affermando: “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-Hybrid2), la Cayenne S E-Hybrid3) e la 918 Spyder4). 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.

La tecnologia di accumulo dell'energia definisce la mobilità elettrica

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 super condensatore (super condensatori 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. Super condensatori 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. 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 super condensatore, 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.

Categoria massima di otto megajoule

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, uno dei veicoli a trazione elettrica più efficienti nel segmento delle compatte, 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 grande 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.

Visti da vicino: piloti 911 e vetture di serie

Anche le vetture da corsa Porsche a trazione non ibrida hanno determinato innovazioni pionieristiche nei modelli di serie. Un confronto tra le caratteristiche aerodinamiche della 911 RSR e quelle delle sue cugine omologate per l'uso su strada rivela forti somiglianze sotto ogni aspetto, dalla forma del labbro dello spoiler anteriore al design dei condotti di raffreddamento dell'aria, dal sistema di gestione della temperatura al sottoscocca aerodinamico e i due alettoni posteriori.

Inoltre, la 911 GT3 RS pesa dieci chili in meno della 911 GT35). Entrambi i cofani sono in fibra di carbonio, il lunotto posteriore è realizzato in sottile policarbonato e ulteriori componenti in costruzione leggera sono realizzati impiegando materiali innovativi. Alcuni di questi componenti sono stati testati e successivamente derivati dalla 911 RSR. Il nuovo tetto in magnesio della GT3 RS nasce dall'idea di abbassare il baricentro, derivata dal Motorsport. Anche la nuova batteria in struttura leggera da 12 Volt agli ioni di litio nelle GT3 RS, che sostituisce le comuni batterie al piombo nettamente più pesanti, è stata adottata dal Motorsport.

Porsche e Le Mans condividono da lungo tempo una grande considerazione dell'efficienza. Porsche ha raggiunto il vertice nelle speciali graduatorie di Le Mans note come indice di performance e indice di efficienza termica, molto prima della prima delle 16 vittorie assolute del marchio. Già nel 1955, la Porsche 550 Spyder aveva conquistato la vetta della classifica grazie ai consumi ridotti di carburante. Anche la 917 ha conseguito premi per l'economia nei consumi nel 1970 e nel 1971, quando ottenne vittorie assolute a Le Mans. Tra il 2007 e il 2011, la 911 GT3 è rimasta imbattuta nella sua categoria in termini di efficienza del carburante e ha vinto anche la Michelin Green X Challenge.