teknik inte till sin rätt utan blir bara ett tomt ord på bakluckan och i reklambroschyren.

Transkript

1 teknik TEXT: JONAS JARLMARK, BILD PORSCHE AG Hybridtekniken tar snabba kliv framåt när Porsche skräddarsyr den för sina modeller. Porsche 918 Spyder Porsche Cayenne S Hybrid Porsche 911 GT3 R Hybrid HYBRID. SMAKA PÅ ORDET HYBRID. Det smakar något diffust och tekniskt avancerat, eventuellt hämtat ur en framtidsfilm med aningens för många laservapen i handlingen. Hybrid. Kentaurer och sjöjungfrur, mänskliga varelser med lånade kroppsdelar från djur, överlägsna den vanliga människan i rätt typ av miljö. Hybrid. Kombinationer av teknik som sträcker och utökar bilars kapacitet utöver vad som tidigare var möjligt. Det är Porsches tolkning av ordet, men precis som i sagans värld behöver tekniken bakom ordet hybrid skräddarsys för sin uppgift. Annars kommer den inte till sin rätt utan blir bara ett tomt ord på bakluckan och i reklambroschyren. PORSCHE HAR på kort tid presenterat tre nya modeller med hybriddrift. Tekniken är baserad på en bensinmotor som får hjälp av en eller flera elmotorer kopplade till någon form av energilagring. Konceptet är enkelt: Under acceleration kompletteras eller ersätts bensinmotorns kraft med el. När bilen bromsar återvinns en del av energin i inbromsningen genom att köra elmotorn som generator. Energin lagras sedan och kan användas till drivning. 28 PORSCHEMAG

2 De tre nya modellerna med hybriddrift är supersportbilen Porsche 918 Spyder, den renodlade tävlingsbilen Porsche 911 GT3 R och vardagsbilen Porsche Cayenne S. Eftersom de har vitt skilda användningsområden ser också hybridsystemen mycket olika ut. Till Cayenne S, bilen för vardagen, har Porsche valt en liten elmotor och normal bensinmotor. De två motorerna samsas om att leverera kraft genom den vanliga fyrhjulsdriften. Med miljösmarta funktioner som automatisk start/stop och bromsenergiåtervinning sparas bensindroppar. Elmotorn är på 47 hästkrafter och räcker för att manövrera bilen försiktigt i stadstrafik upp till 60 km/h. Elkraften samlas i batterier som kan driva Cayenne S ungefär 2 km. Allt är skapat för att minska förbrukningen och ha hög användarvänlighet. För Porsche 918 Spyder, supersportbilen, är låg bensin förbrukning inte den viktigaste prioriteringen. Här har Porsche istället fokuserat på att öka effekten genom att komplettera den 500 hästkrafter starka V8:an med fyra elmotorer. Det är frågan om att förbättra accelerationen och utveckla bilens köregenskaper ytterligare. PORSCHEMAG 29

3 PORSCHE CAYENNE S HYBRID Nyutvecklad koppling Elmotor De fyra el motor erna driver var sitt hjul och kan hjälpa till att svänga bilen genom att driva med olika kraft på inneroch ytterhjulen, så kallad torque vectoring. Samma funktion används också för att göra bilen stabilare på motorvägen. På ren batterikraft klarar sig Porsche 918 Spyder 25 km och uppladdningen kan ske i ett vägguttag som komplement till den inbyggda bromsenergiåtervinningen. På racerbana med Porsche GT3 R Hybrid är det viktigt med balans och att snabbt kunna ladda ur och i den effekt som elmotorerna antingen behöver för drivning eller genererar från bromsning. Därför har Porsche monterat de två elmotorerna på framhjulen. Under bromsning är det frambromsarna som tar upp den mesta bromsenergin, och i GT3 R går elmotorerna då för fullt som generatorer. Dessutom kan bilens balans ut ur kurvor justeras med elmotorerna eftersom bensinmotorn enbart driver bakhjulen. För att hantera den snabba överföringen av energi använder Porsche ett svänghjul i kolfiber istället för batterier. Resultatet är en låg vikt med snabb laddning utan allt för mycket värmeförluster, perfekt för racing. BENSINMOTORERNA har ingenjörerna hos Porsche tänkt över ytterligare en gång, nu inriktat på att minska förbrukningen. Cayenne har fått en nyutvecklad 3-liters V6:a som med hjälp av kompressor producerar 333 hästkrafter. I GT3 R sitter en 4-liters race-motor på 480 hästar och till 918 knådade Porsche fram en ny version av tävlings motorn från Porsche RS Spyder. Fokus har legat på tekniken som omger motorerna, helt inriktat på att ge bilen som helhet ett snålare liv. Ett stort problem är att få el och bensin att ta över från och komplettera varandra utan att det uppstår ryck och hack i körningen. Genom testande och omprogrammering har Porsche fått alla bitar att falla på plats. Även att bygga upp systemet för automatisk start/stop blir ett omfattande projekt eftersom bilar ska klara både ökenhetta och arktisk kyla prickfritt. Målet har varit att göra bilarna så smidiga och användarvänliga som möjligt, helt enkelt för att den nya tekniken inte ska märkas annat än i positiv bemärkelse. FÖR ATT FÅ plats med en elmotor i en färdigkons - truerad bilmodell som Cayenne måste de utrymmen som redan finns utnyttjas så effektivt som möjligt. Därför valde Porsche en extremt kort synkronmotor med stor diameter. Den 34 kw (47 hk) starka motorn fyller det utrymme som normalt tas upp av en momentomvandlare, mitt mellan motor och växellåda. Elmotorn snurrar alltid med växellådans ingående axel och en nyutvecklad koppling gör det möjligt att vid behov koppla bort bensinmotorn. Till drivningen av elmotorn används ett elsystem på 288 volt likström som i styrelektroniken hackas om till växelström med önskad frekvens för att rotera 30 PORSCHEMAG

4 Principen för Porsche Torque Vectoring (PTV), här på en GT3 R Hybrid. PORSCHE GT3 R HYBRID motorn med rätt varvtal. Styrningen av detta behöver vara väl synkroniserad med kopplingen för att göra övergångarna mellan motorerna omärkliga. Dessutom används elmotorn som startmotor för bensinmotorn och generator till det normala elsystemet på 12 volt, vilket spar in på vikt och delar i förhållande till de bensindrivna versionerna av Cayenne. Karossen till Porsche GT3 R var också den färdigutvecklad när tillägget hybrid skulle på plats. Tursamt nog var racerbilen redan rensad på det mesta av innehåll och att montera två stycken synkronmotorer på 60 kw (81 hk) vardera var en relativt smärtfri operation. El - motorerna sitter mitt i bilen, rakt över framaxeln och driver framhjulen via egna drivaxlar. Där kan de lägga på driv- eller bromskraft helt oberoende av bensinmotorn. Porsche 918 Spyder är utvecklad från början för att vara en hybrid. De fyra hjulen har fått var sin elmotor vilket öppnar upp för högt effektuttag och avancerad styrning av köregenskaperna. Tillsammans utvecklas 218 häst - krafter ur elmotorerna och de räcker bra till för att köra bilen på enbart el. En av de stora kompromisserna i hybridbilar är kapaciteten på batteriet. Med ett stort och kraftfullt batteri kan man köra långt på ren eldrift, men det väger också mycket och tar upp rejält med utrymme. Därför bestäms tidigt i utvecklingen vilken aktionsradie hybriden ska få vid eldrift genom att sätta dimensionerna för energilagringen. Det är också den stora anledningen till att vi ännu inte ser speciellt många renodlade elbilar, kör sträckorna blir korta även med stora batterier. Till Cayenne lät Porsche sitt batteri väga 80 kg och ta upp 112 liters utrymme. För att priset inte skulle raka i höjden används 240 stycken nickel-metallhydridceller, vanligen förkortat till NiMH. De är på 1,2 volt styck och varje cell är stor som ett dricksglas. De klarar att ge ifrån Två synkronmotorer på 81 hk vardera driver varsitt framhjul Svänghjulet PORSCHEMAG 31

5 PORSCHE 918 SPYDER Styrenhet 2. Dubbla elmotorer 3. Litium-jonbatteri 4. Dubbla elmotorer 5. Styrenhet 6. PDK växellåda 5 3 sig 6 ampere under en timmes tid, dvs. 6 Ah. Det totala energiinnehållet i ett fulladdat batteri är därmed 1,7 kilowattimmar (kwh). Dock reduceras energiuttaget en del eftersom Cayenne hela tiden håller sitt batteri mellan 30 och 70 procent laddat. Cayenne behöver ungefär 13 kw (18 hk) ur batteriet för att drivas i 50 km/h i jämn fart. Då räcker elen i 3 minuter eller ca 2 km innan det kommit till den undre gränsen. Det motsvarar den distans bilen täcker på 1,7 deciliter bensin som väger 130 gram. I en elbil hade det varit under all kritik, men i en hybrid fungerar det utmärkt eftersom bensinmotorn oftast är igång och då laddar batteriet. ATT LAGRA ENERGI i ett svänghjul som Porsche valt till GT3 R har ett par fördelar och minst en nackdel. Fördelar: Energin kan frigöras på extremt kort tid och ger då en hög effekt. Dessutom är energiförlusterna små, svänghjulet blir därför inte överhettat av att laddas ur och i med högt tempo. Nackdel: Energi lagringen blir ganska liten, bara 0,2 kwh kan lagras vilket räcker till sex sekunders fullgas med elmotorerna. Inte så länge, men fullt tillräckligt för att ge ett klart övertag i acceleration. Svänghjulet kan varvas upp till hela rpm och uppbyggnaden är riktigt intressant. Tradition - ellt monteras en elmotor med en liten växellåda för att driva upp svänghjulet i hög fart. I Porsches fall består svänghjulet av magnetiska partiklar ingjutna i plast omgivna av ett hölje i kolfiber. Det svänghjulet utgör helt enkelt rotorn till elmotorn som tar emot energin från hjulens motorer/ generatorer vid bromsning. Svänghjul och elmotor i ett stycke utan växellåda, enkelt och smart. När bilen sedan ska accelereras blir svänghjulet en generator som levererar 120 kw (163 hk) direkt till hjulens elmotorer. Det var inte förvånande att en Porsche GT3 R Hybrid ledde det legendariska 24-timmarsloppet på Nürburgring fram till den 22:a timmen. Typiskt nog var det ett problem med bensinmotorn som hindrade dem från en annars klar seger. Porsche 918 Spyder ska kunna gå ca 25 km på ren el, därför är det batterier som används till lagringen. Här har Porsche valt det dyrare men lättare litium-jonbatteriet (Li-ion). Vikten per lagrad kilowattimme är en tredjedel jämfört med Cayennes NiMH-batteri, men priset är å andra sidan minst det dubbla. Batteriet har begåvats med vätskekylning för att kunna hantera den värme som uppstår vid i- och urladdning under sportig körning. I Cayenne går det att köra i ett läge som Porsche kallar E-power. Det tvingar bilen att kämpa längre tid på enbart el innan kraftbehovet gör att bensinmotorn behöver startas upp. Accelerationen är då begränsad eftersom det bara finns tillgång till 47 hästkrafter. För att verkligen kunna använda eldrift hade Cayenne behövt mer effekt ur elmotorn och större batterier. Tack vare hybridsystemet sparas hela 22 procent bensin i förhållande till den bara aningens starkare Cayenne S. I GT3 R har föraren tillgång till en knapp på ratten märkt E-boost. Den håller precis vad namnet lovar och kan ladda ur svänghjulet på begäran. Perfekt vid omkörningar och ut ur kurvor för att bygga mer fart på raksträckorna. Som trevlig bieffekt håller hybridsystemet frambromsarna kallare eftersom en del av bromsenergin går till svänghjulet och inte till bromsskivorna. Porsche 918 Spyder har fyra körprogram tillgängliga: E-drive enbart elkraft. Hybrid både bensin och el, anpassar effektivitet mot effektuttag för att vara så energisnål som möjligt. Sport Hybrid prestanda sätts före energisparande och ger mer drivning bak. Torque vecto- 32 PORSCHEMAG

6 ring är i funktion. Race Hybrid prestanda för bankörning med maximalt uttag från alla motorer och torque vectoring som arbetar fullt ut för att balansera bilen. Utöver de fyra programmen går det, precis som på GT3 R att använda E-boost om det finns kraft kvar i batteriet. För att hjälpa till med snålheten på väg finns en range manager. Funktionen ser till att de från start fulladdade batterierna töms lagom till det bilen stannar vid målet. Finns där en laddstation kan bilen åter laddas upp från elnätet och fungerar då som elbil så länge körsträckan är under 25 km. Om Porsches PR-avdelning tillvaratog de gamla myto - logiernas bildspråk skulle Porsche Cayenne S Hybrid kunna vara enhörning med sin förmåga att neutralisera gifter. Den använder främst sin hybridisering till att minska utsläppen och ger överraskande stora vinster trots en relativt liten kapacitet i elmotor och batteri. Sleipner kan symbolisera Porsche GT3 R Hybrid. Alla vikingars och racerförares högsta dröm. Med 480 hästkrafter som kan bli till 643 genom en enkel knapptryckning finns det alltid fler ben att springa med. Fyrbenta hästar har inte en chans. Porsche 918 Spyder borde i samma anda döpts till Pegasus, snabb och effektiv oavsett vingar eller hovar. En sann superbil mitt i gränslandet mellan hybrid och elbil med tillgång till otroliga 718 hästkrafter. Den kan vara både elbil till kontoret och leksak på bana. Saknas bara en kombilucka för att det ska vara bilen som går utanpå allt annat som tillverkats, oavsett kategori. Men alla är de hybrider, var och en på sitt sätt. PORSCHES TOLKNING AV ORDET HYBRID Kombinationer av teknik som sträcker och utökar bilars kapacitet utöver vad som tidigare var möjligt. HYBRIDORDBOKEN Automatisk start/stop Bensin motorn slås av så fort den inte behövs och startas automatiskt när dess kraft efterfrågas. Exempelvis vid rödljus, i nedförsbackar och vid motorbroms. Bromsenergiåtervinning Bilen utnyttjar elmotorn som generator när bromsen används och batterierna laddas upp igen. Torque Vectoring Bilens elektronik styr drivkraften mellan hjulen på höger och vänster sida så att kraften antingen hjälper till att svänga bilen genom kurvan eller gör den stabilare i hög fart. PORSCHEMAG 33