Quadri di un’esposizione

Innovazione in ogni dettaglio e composizione precisa di tutti gli elementi rendono la Porsche 919 Hybrid il modello di punta nello sviluppo tecnologico. Ogni componente è, di per sé, una «star», ma non appare mai da solo in scena. Christophorus li mette ora per la prima volta sotto la luce dei riflettori, uno per uno.

La varietà dei Quadri di un’esposizione di Modest Musorgskij ha spinto dozzine di esecutori a sempre nuove rielaborazioni. La suite per pianoforte stabilisce una cornice come un regolamento: occorre attenersi a molti parametri per assicurare la riconoscibilità del risultato. Per creare una propria opera, ogni dettaglio dell’esecuzione individuale deve tuttavia essere brillante. Sulla Porsche 919 Hybrid – la vettura da corsa ufficiale nel Campionato del Mondo Endurance FIA – non è molto diverso: le regole lasciano libertà. Il successo sul palcoscenico e sul circuito si ottiene poi quando ogni strumento, ovvero ogni componente, è un capolavoro. Perfettamente calibrato e inserito a tempo debito.

L’innovativo prototipo Le Mans è la composizione di tecnologie molto complesse. Al suo centro opera una catena cinematica unica nel suo genere. Dietro al guidatore è disposto il motore a quattro cilindri da 2,0 litri che aziona il retrotreno. È insieme un modello di downsizing e un esempio di rightsizing. Il regolamento limita il consumo di benzina a ogni giro e richiede allo stesso tempo sistemi intelligenti per il recupero dell’energia, motivo per cui con il propulsore a combustione è attivo un motore elettrico che aziona l’avantreno. Insieme, i due motori raggiungono una potenza di sistema di quasi 1.000 CV.

Il motore elettrico è alimentato da una batteria agli ioni di litio, che immagazzina temporaneamente la corrente da due sistemi per il recupero dell’energia. Quando la 919 rallenta, trasforma in corrente l’energia cinetica che si sviluppa sul freno anteriore, quando accelera, l’energia elettrica viene recuperata dal flusso di scarico. Ogni componente – si tratti della candela di accensione, della turbina di scarico, della cella per batteria o della centralina che orchestra tutti i processi – deve essere progettato in modo ottimale e funzionare nelle condizioni più difficoltose. Tutti i componenti si guadagnano l’ammirazione come solisti, ma raggiungono il successo solo operando di concerto.

Nel gruppo dell’aerodinamica è lo stesso: i modelli imposti prescrivono agli ingegneri il gioco possibile. Il flusso d’aria deve scorrere dal labbro anteriore al diffusore posteriore, ma anche passare davanti ai flessibili di ventilazione o agli specchi retrovisori esterni. Una velocità massima straordinaria sui rettilinei non ha alcun valore se la vettura dopo un paio d’ore si ferma con i freni surriscaldati. Su questo prototipo, tutto è tecnica spinta fino al limite. In ogni singola parte e al fine di ottenere un concerto perfetto, gli ingegneri hanno spostato in avanti poco per volta i limiti del tecnicamente fattibile. Nel team LMP1 di Porsche a Weissach lavorano 260 collaboratori. Sono tutti dei maestri nel proprio campo, come dimostrano i più recenti successi di Porsche nelle competizioni. Ancor più importante è il fatto che in Porsche sono responsabili per la prova di resistenza delle tecnologie poi impiegate anche nelle future vetture sportive da strada.

Computer high-tech per sterzare. Centrale di comando del prototipo: la 919 viene diretta con 24 pulsanti e sei selettori a leva

I piloti LMP1 tengono fra le mani un computer: con 24 pulsanti e interruttori sul lato anteriore e sei selettori a leva (frizione e cambio) sul lato posteriore comandano questa complessa vettura da corsa. Un display visualizza per loro i valori della condizione di marcia. I pulsanti maggiormente utilizzati sono il tasto Boost, per richiamare l’energia elettrica, e l’avvisatore ottico, con cui il veloce prototipo avverte in fase di sorpasso le vetture GT più lente. A regolazioni complesse corrispondono più interruttori o regolatori insieme. Come per la selezione della gestione del motore e del sistema ibrido e per il controllo della trazione. Sulla tastiera trovano inoltre posto: bilanciamento freni, conversazione radio, tasto di conferma, borraccia, funzione «veleggiamento» nonché i Tempomat per la corsia dei box e le fasi con safety car durante la corsa. Affinché i piloti si orientino pure nell’oscurità, sono utilizzati colori fluorescenti che brillano anche nel campo ultravioletto.

Peso leggero di tre chilogrammi. Rilevante per la sicurezza è che il pilota deve poter scendere in sette secondi al massimo. Dispone di una struttura di supporto per il capo supplementare

Per la portiera, pesante solo tre chilogrammi, è prescritta una dimensione minima. Il pilota deve poter scendere in sette secondi al massimo. Per le emergenze è obbligatorio un sistema di sblocco rapido, al fine di liberare le portiere dalle cerniere. Inoltre, la portiera del pilota deve sostenere una struttura di supporto per il capo. Quest’ultima è realizzata con un polimero a memoria di forma (materiale plastico che dopo una deformazione riprende la forma originale) e rivestita con materiale in fibra di aramide (per la resistenza specifica). Per sostenere anche un urto con il casco del pilota, il telaio della portiera viene caricato con 700 chilogrammi in direzione trasversale e deve rimanere intatto dopo il test. Durante la marcia, ai lati dell’abitacolo si genera un campo di depressione che attira verso l’esterno la portiera con una forza che raggiunge i 60 chilogrammi. Il telaio deve essere così rigido da non provocare anomalie nell’aerodinamica. È realizzato in materiale rinforzato con fibre di carbonio HM. Il cristallo è realizzato in policarbonato dello spessore minimo di due millimetri.

Elemento di chiusura che deve essere a tenuta, altrimenti si rischia l’incendio. La dinamica del fluido è decisiva. Il flusso di benzina in verso opposto all’aria determina la durata della sosta

Le soste di rifornimento devono svolgersi in modo rapido e sicuro. Il regolamento prescrive ai costruttori la realizzazione di sistemi e bocchettoni di rifornimento. Nessuna goccia deve mancare il bersaglio, né durante il rifornimento né durante la rimozione del bocchettone, perché la benzina sulla superficie rovente della vettura prenderebbe subito fuoco. La chiusura di sicurezza è assicurata tramite un complesso meccanismo mobile, attivato da un meccanico con due leve. Come sicurezza supplementare, un sensore impedisce che il motore si possa avviare prima della rimozione del bocchettone. Il rifornimento di una 919 Hybrid funziona senza pressione supplementare, operando solo per gravità. Perciò è tanto più determinante la dinamica del fluido, ovvero il flusso di carburante con la resistenza minima verso il serbatoio. Attraverso il bocchettone passano contemporaneamente carburante e aria, nel più breve tempo possibile l’aria deve fuoriuscire dal serbatoio mentre la benzina deve entrarvi.

Realizzazione speciale, minuscola ed estremamente leggera. A Le Mans ha innescato il carburante oltre cinque milioni di volte. Il motore V4 raggiunge i 9.000 giri/min

Il turbo a benzina a quattro cilindri da 2,0 litri della919 Hybrid è il più efficiente motore a combustione mai costruito finora da Porsche. Il propulsore a iniezione diretta centrale deve resistere alle sollecitazioni più elevate. Il regime massimo è di 9.000 giri al minuto. Ogni piccolo componente è ottimizzato al massimo per la prestazione e la resistenza, nonostante l’impiego massiccio della struttura leggera. Questo vale anche per la candela di accensione, che deve affrontare pressioni altrimenti presenti solo nei motori diesel. Ecco un esempio eloquente in cifre: al culmine della stagione 2016, la 24 Ore di Le Mans, ogni candela nella 919 Hybrid vittoriosa ha acceso in modo affidabile oltre cinque milioni di volte la miscela benzina/aria. La candela di accensione è una produzione speciale, molto più piccola e leggera della sua corrispondente di serie.

Il vortice d’aria nello scarico genera corrente elettrica trasferita alla batteria agli ioni di litio. Dispone di una geometria variabile. Gira a oltre 120.000 giri/min

La Porsche 919 Hybrid è l’unico prototipo nell’intero raggruppamento di partenti del Campionato del Mondo Endurance FIA che non recupera energia e la converte in corrente elettrica solo in fase di frenata. Infatti, è in grado di farlo anche in tutte le fasi di accelerazione. A tal fine, nel condotto di scarico è posta una piccola turbina che aziona un alternatore a oltre 120.000 giri al minuto. La corrente così generata – proprio come la corrente recuperata dall’energia in frenata sull’avantreno – viene immagazzinata temporaneamente in una batteria agli ioni di litio. Da lì il pilota può richiamare questa energia supplementare tramite un pulsante. Per adattarsi alle diverse condizioni, la turbina è concepita come turbina a geometria variabile (VTG). Grazie alla tecnologia VTG, cioè all’adattamento variabile della sua geometria alla grandezza della pressione di scarico, la turbina può essere azionata anche a regimi ridotti e quindi con una pressione dei gas di scarico relativamente bassa.

Creano perturbazioni nel vento, ma ottimizzate aerodinamicamente. Superficie riflettente di 100 cm², peso di 500 grammi. Funzione di regolazione notturna/diurna, montaggio antivibrazione

Gli esperti di aerodinamica preferirebbero eliminare gli specchi retrovisori esterni, perché disturbano il flusso dell’aria. Il pilota però non può farne a meno, e per motivi di sicurezza il regolamento prescrive alcuni parametri: devono avere una superficie riflettente minima di 100 centimetri quadrati ed essere configurati in modo da permettere al guidatore di vedere nella normale posizione da seduto tutte le auto alle proprie spalle a più di 10 metri di distanza. I commissari di gara verificano mediante tabelle con lettere alfabetiche che questo si ottenga. È inoltre obbligatoria una regolazione notturna/diurna – una pellicola fotosensibile riduce l’abbagliamento da parte delle vetture che seguono. La superficie riflettente stessa è una lastra di vetro sottile incollata su un supporto in fibra di carbonio. L’alloggiamento dello specchio è configurato in modo ottimale per ridurre al minimo la resistenza aerodinamica, ma anche le vibrazioni. È realizzato in fibra di carbonio e ospita sia lo specchio sia il meccanismo di regolazione. Il tutto pesa solamente 500 grammi.

Musica del futuro. Unica nel suo genere, ma replicata centinaia di volte nella batteria agli ioni di litio. Utilizzata da Porsche in esclusiva.Alta tensione a 800 volt

Per il sistema ibrido della 919 Porsche ha stabilito fin dall’inizio una tensione elevata, pari a 800 volt. Per questo non è stato facile trovare i componenti idonei. Come accumulatore, la scelta è caduta su una cella per batteria agli ioni di litio raffreddata a liquido, utilizzata da Porsche in esclusiva. Una batteria della vettura da corsa è composta da centinaia di queste celle. Esse dispongono di un’elevata densità di potenza – possono cioè caricarsi e rendere disponibile l’energia velocemente – ma anche una buona densità di energia, cioè una capacità elevata. Nello sviluppo delle celle per batteria vengono testati continuamente nuovi materiali al fine di incrementare ulteriormente le densità di potenza e di energia. In questo modo, Porsche assicura anche lo sviluppo preliminare per le future applicazioni di serie nel settore dell’elettromobilità e della mobilità con sistemi ibridi.

Cervello ad alta prestazione per compiti di coordinamento complessi. Controlla la strategia del sistema ibrido, della vettura e di funzionamento. Struttura leggera sviluppata al massimo

Una centralina del motore e una centralina del telaio (foto) regolano sulla 919 Hybrid la coordinazione di tutti i componenti della trazione. Ne fanno parte il motore a combustione e il recupero dell’energia di scarico nella parte posteriore e il motore elettrico sull’avantreno. Insieme vengono orchestrati dal doppio cuore del computer elettronico, in modo che il comando intelligente del sistema a trazione integrale ottenga la massima efficienza e quindi i migliori tempi sul giro possibili. Sulla base di profili tridimensionali dei circuiti, prima dell’impiego in gara sono simulate e ottimizzate tutte le condizioni di marcia ipotizzabili. Utilizzando queste informazioni, le centraline attivano il funzionamento dei componenti della trazione in ogni momento in un concerto perfetto. Una sfida ulteriore nello sviluppo del computer ad alta prestazione è l’impiego massiccio della struttura leggera.

Testo Heike Hientzsch
Fotografie Rafael Krötz