Porsche 919 Hybrid每個組件都是傑作!連拿三年冠軍的秘訣

每一個細節的創新和所有元素的精確組合,都使Porsche 919 Hybrid成為技術發展的先鋒。

引擎和底盤控制單元掌握著919 Hybrid中所有驅動部件的相互作用,包括引擎和後部排氣能量回收裝置,以及前軸上的電動馬達。它們共同由雙CPU協調,以便讓全輪驅動系統的智能控制,實現最大效率來創造出最佳單圈時間。

在比賽之前可透過賽道的3D模擬資訊,來優化每個可以想到的駕駛條件,控制單元獲取此信息,並始終將驅動組件的操作轉換為完美協調的交互作用。

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對於919中的混合動力系統,Porsche從一開始就選擇了高電壓設置:800伏,但要找到合適的組件並不容易。對於適用的存儲能量的物質,工程師選擇了Porsche獨家使用的A123液冷式鋰離子電池。

919 Hybrid賽車的電池組來自於數百個單一圓柱型電池,它們具有高功率密度,因此不僅可以充電更可以快速釋放能量,並且也具有良好的能量密度。在電池開發之時,一直在測試用於進一步提高功率和能量密度的新材料,這些技術將用於Porsche電動和混合動力汽車領域的未來產品之中。

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對於空氣動力學工程師而言,寧願完全沒有氣流干擾的突起,所以最好是省略照後鏡的採用。但出於安全原因必須要有,比賽規則提供了一些參數:它們必須具有至少15.5平方英寸的鏡面,並且設計成使得駕駛以正常的坐姿,可以看到後方超過32英尺範圍的所有車輛。

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另一項要求是夜晚使用的對應性,鏡面本身為特別塗覆碳基底的薄玻璃層,此光敏薄膜可減少後方車輛所造成的眩光。照後鏡的外殼經過空氣動力學優化,以最大限度地減少風阻和振動。並以碳纖維複合材料打造外殼,整個裝置包含鏡子和調節機構的總重量僅為1.1磅(約500克)。

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919 Hybrid具備兩套能源回收系統,MGU-K制動動能回收裝置位在前軸電動馬達處;另一具則是採用與一級方程式賽車相同概念的MGU-H熱能回收設計,渦輪機與發電系統練結,將廢氣熱能轉換成電能,而此顆渦輪與一般渦輪不同,其僅提供發電之用。

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為了最佳的配重效果,電池就放在駕駛的旁邊。

Porsche 919 Hybrid不僅可以在制動過程中回收能量並將其轉換為電能,而且還可以在每次加速時也可這樣做。為了實現這一點,在排氣管道中另外安裝了一個不提供壓縮進氣功能的小型渦輪機,這台渦輪機可以每分鐘12萬轉的速度驅動發電機。

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由此所產生的電力就像由前置制動能量所轉換出的電力,一同存儲在鋰離子電池中。隨時電力達足夠量時,駕駛只需按一下按鈕即可釋放額外的能量,讓919像裝了火箭推進器般瞬間猛力衝刺。為了使渦輪機能適應不同的條件,它也採用了VTG可變渦輪幾何結構設計來減少渦輪遲滯,而能有非常良好的發電效率。

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相較於當時同級別LMP1的競爭對手都是使用六、八缸引擎,Porsche 919 Hybri用的是四缸引擎,但卻創下非常優異成績,連拿2015~2017三年冠軍。

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919 Hybrid中僅有2.0升90度夾角的V型四缸渦輪引擎,是Porsche有史以來最高效能的內燃引擎。718 Boxster四缸引擎的開發與這顆引擎也很有關係,例如:介於汽缸之間短行程的中央燃油直噴系統。燃油直噴的動力裝置也必須能承受最極端的負荷來承受9,000rpm最高的引擎轉速。

然而,已經退役的終極版Porsche 919 Hybrid Evo賽車光只是內燃動力就有720hp的最大馬力,而加上前軸電動馬達後的綜效最大輸出可超過1,000hp。

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儘管是極輕的結構,最微小的部件也在性能和堅固性方面得到最大程度的優化,而這原則也適用於火星塞。令人印象深刻的數據:在2016賽季的利曼24小時耐力賽中,919 Hybrid的每一個火星塞都可靠地點燃油-空氣混合物超過五百萬次。這顆火星塞是Porsche特殊定制開發的零件,它比任何系列火星塞產品都小得多,並且重量更輕。

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除了性能之外,對於安全也是相當注重的!其中受到嚴苛規範是每次的PIT Stop都必須是快速而安全的,因此加油裝置的設計也受到了限制,否則燃油在加油過程中或在拆卸噴嘴時會不甚溢出,與熱燙的賽車接觸時將立即點燃。

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首先,透過具有移動部件的複雜機構確保封閉件的安全性,其由具有兩個槓桿的機械裝置啟動,額外的安全措施,有傳感器可防止引擎在噴嘴脫離之前啟動。由於加油裝置被規定不能施以額外的壓力,而只能單純依靠地心引力來加油,因此流體動力學也在此獲得了應用:燃料流入特殊形狀的油箱必須盡可能無阻力,因此燃料和空氣必需同時通過加油嘴流動,也就是油箱內的空氣也必須盡快離開油箱,如此才能加快加油速度。

919 Hybrid的車門設計也是一門學問,儘管重量僅為6.5磅(約2.9公斤),但門的尺寸又被要求到最小,而駕駛必須能在七秒鐘內離開汽車,對於緊急情況,必須使用快速釋放系統將門從其鉸鏈上釋放。而車門也必須起到與頭枕結構相同的支撐作用。

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頭枕由形狀記憶的聚合物所構成,可在變形後恢復其原始形狀,並且還塗覆有芳族聚胺纖維複合材料,用於形成一定的剛度,為了能夠承受駕駛頭盔的撞擊,門框可橫向承受高達1500磅(約680公斤)的載荷。

高速行駛時,駕駛艙側面會形成一個低壓區,這樣就可以利用壓力差向外按壓車門使其自然緊閉,其最大壓力達132磅(約60公斤)。而車門框架也必須足夠堅硬,以防止因此發生空氣動力學的干擾,框架由具有高比例碳纖維的纖維複合塑料所構成,而輕量化車窗則由至少2毫米厚的聚碳酸酯所製成。

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方向盤就像是具複雜的電子機械裝置:前面有24個按鈕和開關,後面有6個撥片可用以操作離合與換檔的動作。經常使用的按鈕包括用於釋放電能的Boost增速按鈕,以及提醒前方較慢的其他參賽車讓路的閃光燈。

其他複雜的設置有:多個開關或控制器相互通信的切換,例如:選擇電動馬達混合管理和牽引力的控制、煞車系統平衡、無線電通訊、滑行切換以及PIT區限速鈕…等等。

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方向盤上最常用的兩個按鈕分別位在最兩側,最右側的藍色按鈕按下後,頭燈會自動閃三次,提醒前車讓道;而最左側的紅色按鈕,按下後則可開啟最過癮釋放電能的Boost衝刺加速。

無論是火花塞、排氣渦輪機、電池單元還是協調所有這些過程的控制單元,每個組件都必須在最苛刻的條件下進行優化設計和實際良好的運行。所有組件都值得稱讚,都是優秀的獨奏家,但只有通過彼此的合作才能取得最終的成功。

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Bear

曾於2002~2004任職於Option改裝車訊編輯,之後轉戰汽車銷售十餘年,擔任總代理新車及超級跑車的銷售業務及公關企劃,藉由過去的工作經驗作貼切的報導,以協助讀者們購車前的參考,是在下的職責以及撰稿方向。