So funktioniert die Hybridtechnik des Porsche 919

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Mit einem Podestplatz beim Saisonauftakt der World Endurance Championship (WEC) in Silverstone und der Qualifying-Bestzeit in Spa-Francorchamps hat sich Porsche in der Sportwagen-Weltmeisterschaft zurückgemeldet. Silverstone ist das erste von insgesamt acht Saisonrennen. Saisonhöhepunkt sind im Juni die 24 Stunden von Le Mans. Das neu formierte Porsche-Werksteam setzt dabei auf zwei Porsche 919 Hybrid in der Klasse LMP1. Der neue 919 Hybrid ist der komplexeste Rennwagen, den der Sportwagenhersteller bis heute konstruiert hat - mit kleinem V4-Turbomotor und Rekuperation der Abgasenergie.

Die Suche nach dem optimalen Wirkungsgrad hat die Entwicklung des Porsche 919 Hybrid geprägt. Dabei ließ das für die Saison 2014 neu definierte Technikreglement der WEC den Ingenieuren von Porsche großen Spielraum. Limitierender Faktor für die Leistungsfähigkeit des Fahrzeugs ist in erster Linie die Kraftstoffmenge, die pro Runde zur Verfügung steht. Dieser Ansatz rückt die Energieeffizienz in den Vordergrund. Zugleich ist ein Hybridsystem für die in der LMP1-H-Kategorie startenden Werksautos verpflichtend. Welcher Art dieses ist und wie die wiedergewonnene Energie zwischengespeichert wird, stellen die Regelmacher den Konstrukteuren frei. Ebenso wie die Wahl des Motorkonzepts und des Hubraums.

Der 919 generiert in 24 Stunden Strom für über 4500 Kilometer

Die Menge elektrischer Energie, die der Fahrer pro Le-Mans-Runde als sogenannten Boost zusätzlich nutzen kann, ist begrenzt. Das Reglement sieht vier Klassen von Energiemengen vor, die von 2 bis 8 Megajoule (MJ) reichen. Porsche hat den 919 Hybrid für die 6-Megajoule-Kategorie angemeldet. Damit darf der LMP1-Prototyp auf der 13,629 Kilometer langen Runde des "Circuit des 24 heures" exakt 1,67 Kilowattstunden (kWh) Strom verbrauchen, da 3,6 Megajoule einer 1 Kilowattstunde (kWh) entsprechen. Doch was bedeutet das konkret?

2013 hat der Le Mans-Sieger 348 Runden absolviert. Über die gleiche Distanz betrachtet, erzeugt und setzt der neue 919 Hybrid 581,2 Kilowattstunden (kWh) ein - eine elektrische Leistung, die eine 60-Watt-Glühbirne ganze 9687 Stunden lang leuchten ließe, erläutern die Experten bei Porsche. Oder anders ausgedrückt: Mit der Energie, die der LMP1-Prototyp von Porsche während eines Le-Mans-Rennens rekuperiert, könnte der neue Volkswagen e-Golf 4576 Kilometer zurücklegen.

Rekuperation thermodynamischer Abgasenergie

"Die Rückgewinnung von kinetischer Bremsenergie an der Vorderachse besitzt aufgrund der dynamischen Achslastverlagerung beim Bremsen nach vorn besonders großes Potenzial, der Griff zu einem entsprechenden System war logisch", erläutert Alexander Hitzinger, Technischer Direktor LMP1. "Dafür haben wir auf ein KERS an der Hinterachse verzichtet. Wer mit einem Saugmotor startet, hat keine andere Wahl, dem bleibt nur diese Option. Durch die Verwendung der Turboaufladung bleibt uns aber noch eine andere Möglichkeit. Daher haben wir lieber auf die Nutzung der Abgasenergie des Turboladers gesetzt."

Porsche setzt als einziger Hersteller im Starterfeld der Sportwagen-WM auf ein Hybridsystem mit Rekuperation thermodynamischer Abgasenergie. Hierbei tritt praktisch eine zusätzliche Turbinen-Generator-Einheit an die Stelle des sogenannten Wastegates. Dieses Ventil lässt überschüssige Abgasenergie, die nicht zum Antrieb des Kompressors benötigt wird, ins Freie entweichen. Porsche nutzt dieses überschüssige Abgas: Es treibt eine zweite Turbine an und damit auch einen Generator, der elektrische Energie erzeugt. Die neue Technik führt die bislang verlorene Energie jetzt wieder zurück. Mitfilfe der Abgasenergienutzung ist der Porsche 919 Hybrid das einzige Auto im Feld, das nicht nur beim Bremsen, sondern auch beim Gas geben Energie zurückgewinnt. Beide Systeme leiten in Strom umgewandelte Bewegungs- und Wärmeenergie an eine flüssigkeitsgekühlte Lithium-Ionen-Batterie weiter.

Gleiche Fahrleistungen, 30 Prozent weniger Verbrauch

Was das Speichermedium für die elektrische Energie betrifft, setzt Porsche auf flüssigkeitsgekühlte Lithium-Ionen-Batterien. "Entwickelt mit Porsche Engineering“, betont Hitzinger, "damit kommt das Knowhow künftigen Hybridfahrzeugen zugute." Hitzinger hat sich auch mit Schwungradspeicher und Ultracaps genannten Superkondensatoren befasst, hält die Lithium-Ionen-Akkus aber für den besten Kompromiss. "Allerdings nur dann“, schränkt er ein, "wenn hierfür die richtige Zellentechnologie zur Verfügung steht, um bei relativ hoher Speicherkapazität auch eine sehr hohe Leistungsdichte herauszuholen." Porsche setzt dabei auf Batteriezellen seines Partners A123 Systems.

Als Verbrennungsmotor kommt ein 2,0-l-Vierzylinder-Benzinmotor mit Direkteinspritzung und Monoturbo-Aufladung zum Einsatz. Da Porsche mit dem 919 Hybrid in der 6-MJ-Klasse startet, gesteht das Reglement dem über 367 kW (500 PS) starken Benziner einen Verbrauch von gerade einmal 4,79 Liter pro Le-Mans-Runde zu. Je leistungsstärker das Rückgewinnungssystem, desto weniger Kraftstoff darf verbrannt werden. Trotz ebenbürtiger Fahrleistungen sank die zulässige Energiemenge im Vergleich zum Vorjahr um gut 30 Prozent, wie die Experten von Porsche erklären.

WEC 2014: Porsche 919 Hybrid

FIA-Sportwagen-Weltmeisterschaft WEC

Acht Rennen umfasst der diesjährige Kalender der FIA Sportwagen-Weltmeisterschaft WEC (World Endurance Championship). Nach den jeweils sechsstündigen Auftaktrennen im britischen Silverstone und im belgischen Spa-Francorchamps sticht WM-Lauf Nummer drei klar hervor: die legendären 24 Stunden von Le Mans (14. bis 15. Juni).

Nach dem Rennsportfestival im französischen Departement Sarthe verabschiedet sich die WEC zunächst in eine gut dreimonatige Sommerpause und dann für den Rest der Saison aus Europa. Das Programm umfasst fünf weitere Sechsstundenrennen: USA (Austin, 20. September), Japan (Fuji, 12. Oktober), China (Shanghai, 2. November), Bahrain (Sakhir, 15. November) und Brasilien (Sao Paulo, 30. November).