Podobně jako ve Formuli 1 se pro letošní seriál vytrvalostních závodů, jehož součástí je i legendární závod 24 hodin Le Mans, zcela zásadně změnila pravidla. Tovární týmy v podstatě musí v nejvyšší kategorii LMP-1 startovat s hybridními prototypy. S nimi má největší zkušenost Audi, ale zásadní změna pravidel znesnadnila situaci i jeho inženýrům.
A ačkoli nakonec Audi i přes určité menší technické potíže zvítězilo, nová pravidla ukázala, že v závodech prototypů se opravdu máme nač těšit. Tovární speciály Audi, Porsche a Toyoty si totiž byly po většinu závodu hodně blízko a pozice se přelévaly hlavně kvůli technickým potížím. Ty také nakonec závod v podstatě rozhodly, takže se letošní ročník určitě nezapíše mezi ty nejdramatičtější. Na druhou stranu tovární týmy zjistily, že vyhrát může prakticky kdokoli z nich a že je situace velmi vyrovnaná.
FIA se ve spolupráci s ACO (Automobile Club de l'Ouest – autoklub organizující závod v Le Mans) tentokrát splnila zadání: závodění se podařilo zdramatizovat a zatraktivnit. Přitom pravidla nejsou tak sešněrovaná jako ve Formuli 1, takže konstruktéři mohou vymýšlet různá technická řešení a toho také u jednotlivých továrních týmů využili.
Čtyřiadvacetihodinovku Le Mans ovládly popáté za sebou vozy Audi |
Technika Audi, Porsche i Toyoty je tak zcela odlišná. V Le Mans tak tovární týmy nesoupeří jen o vítězství, ale i o jakési uznání toho, že právě jejich koncept je tím nejlepším. Z Le Mans se tak až překvapivě rychle stává vývojová laboratoř pro běžná silniční auta. Něco, o čem může Formule 1 i po aktuální změně pravidel pouze snít.
Omezené množství energie
Základem nových pravidel pro Le Mans je omezení množství energie. Je to vlastně podobná situace, jako zavedla FIA ve Formuli 1, jenže v tomto případě mnohem citlivěji vyřešená. Auta mají v podstatě k dispozici omezené množství energie, kterou smí spotřebovat. Pravidla přitom v tomto případě jen citlivě regulují, z jakých zdrojů může energie pocházet, nejsou tak striktní, a dávají tak šanci konstruktérům vymyslet si to své ideální řešení.
Inženýři určují konkrétní podobu celkové energetické bilance auta. I proto jsme se letos v Le Mans setkali s tak rozdílnými konstrukčními řešeními, která byla po stránce výkonu velmi vyrovnaná. Inženýři si totiž mohou vybrat, kolik energie budou jejich hybridní systémy schopny rekuperovat, a kolik tak mohou následně využít.
Spotřeba palivaPrototypy v Le Mans musely oproti minulým rokům pro letošek výrazně snížit spotřebu paliva. Pravidla vyžadují snížení až o 30 %. Maximální průtok paliva do motoru je omezen na 87,3 – 93 kg/h u benzinových speciálů a 72,2 až 83,3 kg/h u dieselů. Průtok měří stejné ultrazvukové senzory Gill jako ve Formuli 1, benzínové prototypy musí mít senzory dva, dieselové dokonce tři. Průtok se narozdíl od F1 měří v průměru na tři kola, a dočasně tedy může maximální hranici překročit. Čím víc auto rekuperuje, tím nižší tok paliva pro něj platí. U Porsche tak tvrdí, že v jejich případě s rekuperací 6 MJ na kolo je v Le Mans maximální spotřeba speciálu 919 Hybrid 4,78 litru na kolo, které měří 13,6 km. Přepočteno na obvyklé jednotky to znamená 35,15 litru na 100 kilometrů. Spotřebu můžeme odhadnout i jinak – vítězné Audi ujelo 5167,13 km a stavělo 29krát, což při tankování plné nádrže znamená 1574,7 litru paliva. To odpovídá spotřebě 30,48 litru na 100 kilometrů. Realita pak bude trochu nižší, auta jistě nezajížděla do boxů se zcela prázdnou nádrží. Ostatně podle přepočtů z pravidel má dieselové Audi k dispozici o 6,16 litrů na 100 kilometrů méně než benzínové prototypy a spotřeba by tedy měla být pod 29 litry. |
Pravidla dovolují čtyři úrovně rekuperace (sběru) energie: 2, 4, 6, nebo 8 MJ na kolo. Čím více auta využívají rekuperaci, tím více je následně omezena spotřeba paliva. Ovšem pravidla tentokrát striktně neomezují maximální průtok za hodinu jako v případě Formule 1. Naopak, i s palivem vlastně smí motor zacházet téměř libovolně, omezeno je jen množství, které smí vůz spotřebovat během tří závodních okruhů. V jednom kole tak teoreticky může auto spotřebovat polovinu povoleného množství, ale v následujících dvou okruzích si pak musí vystačit se zbylou polovinou. V praxi jsou samozřejmě výkyvy o něco menší.
Omezení paliva se týká také velikost nádrží. Benzinové hybridní prototypy v Le Mans mají nádrž na 66,9 litru paliva, diesely mají k dispozici 54,3 litru. Proč tento na první pohled diskriminační rozdíl? Opět jde o množství dostupné energie a o to, aby závodní speciály musely během závodu absolvovat přibližně stejný počet zastávek s dotankováním. Benzin a nafta mají totiž velmi podobnou výhřevnost, ovšem nafta má výrazně vyšší hustotu. Výhřevnost benzinu se pohybuje mezi 42 až 43,59 MJ na kilogram paliva, u nafty je to asi 42,6 MJ na kilogram. Jenže hustota se výrazně liší, u benzinu se pohybuje v rozmezí 0,72 – 0,78 kg na litr, u nafty je rozpětí asi 0,82 – 0,85 kg na litr paliva. S naftou tedy do nádrže s jedním litrem vpravíme více kilogramů paliva a tedy i (při prakticky shodné výhřevnosti) více energie.
Pokud budeme počítat s průměrnými hodnotami, znamená to, že u benzinových prototypů se při dané velikosti nádrže do ní vejde na jedno natankování 50,2 kg paliva, a tedy asi 2 149 MJ energie. U vznětového motoru je to 45,34 kg paliva a 1 931,5 MJ energie. Zhruba desetiprocentní náskok benzinového motoru přitom odpovídá náskoku v účinnosti dieselů. Zatímco zážehový motor dnes dovede spalováním využít asi 40 % energie uschované v palivu, vznětové motory umí využít asi 45 %. To tedy znamená, že benzinové prototypy z jedné nádrže efektivně využijí 859,6 MJ, diesely pak 869,2 MJ energie. A to jsme použili jen velmi hrubé výpočty, FIA samozřejmě vše řešila mnohem podrobněji.
Toyota TS040 Hybrid v závodě 24 hodin Le Mans 2014
Zbytek "propálené" energie je v podstatě potenciál pro rekuperaci. A k té může v Le Mans docházet prakticky libovolným způsobem. V tom se právě technická řešení jednotlivých továrních týmů liší.
Třikrát jinak, vždy extrémně rychle
Je až překvapivé, jak rozdílně k využití omezeného množství energie inženýři automobilek přistoupili. Už jen základní koncepty jednotlivých vozů jsou zcela odlišné. Audi R18 e-tron quattro je věrné přeplňovanému vznětovému motoru, tentokrát jde o zcela nový šestiválec do V s objemem rovné čtyři litry a jedním turbodmychadlem. Porsche pro svůj speciál pro Le Mans zkonstruovalo zcela nový vidlicový zážehový čtyřválec s objemem 2 litry, jedním turbodmychadlem a maximem otáček asi na 9 000 za minutu. A Toyota zůstává mohykánem atmosférických motorů, její vidlicový osmiválec s objemem 3,7 si hezky postaru poradí i bez turbodmychadla.
Výkon všech těchto motorů se pohybuje okolo 500 koní a je v podstatě dán právě omezením maximální spotřeby paliva a požadavky na spolehlivost. Klasické vzduchové restriktory, které dosud sloužily jako základní fyzikální omezení maximálního výkonu, jsou v nejvyšší kategorii zrušeny. Stejně tak už pravidla neomezují maximální objem motoru.
Inovace Porsche z motorsportuPorsche se vrací do Le Mans i proto, aby závodění pomohlo vývoji sériových aut. Účast platí automobilka z rozpočtu vývojového oddělení, nikoli z marketingových peněz určených pro motorsport. Porsche se tak v této souvislosti už na ženevském autosalonu pochlubilo i seznamem inovací, které firma poprvé použila v motorsportu a přenesla je do sériové výroby. Ve výčtu je například vstřikování paliva poprvé použité v roce 1964 u závodního typu 904/8 (v sérii od roku 1968 díky typům 911 E a 911 S), aktivní aerodynamika (rok 1969 u závodního 917, v sérii od 1988 u modelu 911 Carrera), ABS (1968 v závodním 908/2, 1983 u 928 S), turbodmychadlo s obtokovým ventilem (1972 závodní 917/10, 1974 911 Turbo), sledování tlaku v pneumatikách (1980 924 GTP Le Mans, 1988 928 S4), dvouspojková převodovka (1984 956, 2008 911 Carrera) a mnoho dalšího. |
Zcela rozdílné jsou u jednotlivých továren i hybridní části ústrojí. Audi používá na přední nápravě motorgenerátor Bosch a rekuperovanou energii ukládá do setrvačníkového systému KERS vyvinutého Williamsem. Setrvačník má jezdec vedle sebe. Pro sezonu 2014 zvažovali inženýři také možnost rekuperace energie ze spalin, která by se následně dala přidat k té rekuperované brzděním do setrvačníku nebo by mohla pomoci roztáčet turbodmychadlo. Nakonec však od tohoto řešení ustoupili.
Důvodů pro vynechání tohoto řešení může být více, od počáteční nespolehlivosti až po hmotnost. Vznětové Audi se totiž oproti konkurenci více potýká se snižováním hmotnosti. Pro letošní rok klesl hmotnostní limit z 915 kg na 870 kg, těžký vznětový motor pak u Audi snižování hmotnosti závodního prototypu komplikuje. Každopádně je to možná cesta, kterou se u Audi vydají třeba příští rok. I kvůli hmotnosti tak pro letošek zvolili nejmenší možnou úroveň rekuperace. Prototyp R18 e-tron quattro tak má na jedno kolo k dispozici 2 MJ rekuperované energie.
Porsche 919 Hybrid v závodě 24 hodin Le Mans 2014
To Porsche a Toyota rekuperují 6 MJ a i zde při výběru rozhodovala hmotnost. "Zvažovali jsme i vyšší kapacitu, ale cokoli více než 6 MJ s užitím kinetické rekuperace mělo negativní dopad na časy na kolo kvůli zvýšené hmotnosti," popsal už v březnu volbu Toyoty Hisatake Murata, šéfvývojář hybridních systémů automobilky.
Toyota využívá rekuperaci při brzdění jak na přední, tak na zadní nápravě. Zajímavostí je, že vzadu jsou motorgenerátory Denso, vepředu je řešení od Aisin AW. K ukládání energie tu slouží superkondenzátory. Výhodou řešení Toyoty je rychlá využitelnost energie a možnost vyvážení jejího toku na přední a zadní nápravu. Mírou rekuperace na dané nápravě se navíc dá regulovat i vyvážení brzd. Systém dokonce umí automaticky měnit vyvážení v průběhu zatáčky, což je záležitost, kterou Toyota okoukala v F1.
Ani u Porsche se podobností s konkurencí nedočkáme. Automobilka používá k uskladnění rekuperované energie "staré dobré" baterie, po vzoru Audi uložené vedle pilota. Rekuperace kinetické energie probíhá pomocí motorgenerátoru na přední nápravě, k tomu přidává Porsche rekuperaci energie ze spalin, kterou u Audi zatím zavrhli. Ve výfukovém potrubí je instalován další motorgenerátor, který získává energii z proudění spalin. Systém je oddělený od turbodmychadla, takže jej nemůže roztáčet a nepomáhá tak kompenzovat jeho prodlevu. I systém Porsche teoreticky umožňuje maximální rekuperaci 8 MJ na kolo, ale inženýři se nakonec po výsledcích testů rozodli pro druhou nejvyšší možnost.
Brutální akcelerace ze zatáček
Inženýři Toyoty se chlubí, že jejich řešení má maximální výkon blízký tisícovce koní. Spalovací motor totiž dává výkon zhruba 520 koní, elektromotory jsou schopny k tomu přidat v extrémním případě až 480 koní. Dohromady se špičky nejspíš nepotkají, ale kombinované maximum asi příliš hluboko pod hranicí 1 000 koní nebude. A konkurence na tom nebude o moc hůře, soudě alespoň podle reálné rychlosti na trati.
Hybridní nebezpečíHybridní elektrické systémy prototypů LMP1 představují nové bezpečnostní riziko. Za určitých okolností u nich totiž může dojít k úrazu elektrickým proudem, což je hrozba především pro mechaniky a traťové maršály. Speciály proto mají na střeše světlo, které mechaniky a maršály upozorňuje na aktuální stav hybridního systému. Pokud je odpojen, svítí světlo modře, jestliže je systém aktivní, a hrozí tudíž možnost, že by teoreticky mohlo dojít k elektrickému výboji, rozsvítí se světlo červeně. |
Obří výhodou letošních prototypů je zrušení pravidla o možnosti využít rekuperovanou energii až v rychlostech nad 120 km/h. Elektromotory tak mohou zabrat už při rozjezdu z nulových rychlostí a vozy třídy LMP1 toho bohatě využívají na výjezdu z pomalých zatáček. I jen vizuálně byla akcelerace letošních prototypů nejvyšší kategorie opravdu drtivá. Piloti toho často využívali při předjíždění pomalejších vozů nižších tříd.
V zatáčce se na loudavějšího závodníka pověsili, na výjezdu ukázal hybridní systém svůj plný výkon a než se pilot vepředu stihl rozmyslet, kam by zrovna mohl rychlému prototypu uhnout, byl už před ním. V televizi to vypadalo, jako by se na výjezdu ze zatáček Ferrari 458 Maranello, Porsche 911 RSR, Chevrolety Corvette či Aston Martiny doslova zastavily. Tak drtivý je nástup hybridního pohonu všech kol prototypů LMP1.
Audi R18 e-tron quattro v závodě 24 hodin Le Mans 2014
I zde existují mezi jednotlivými soupeři rozdíly. Toyota má díky superkapacitorům schopným nejrychleji poskytnout energii nejbrutálnější akceleraci ze zatáček, Porsche zase umí dobře zrychlovat ve vyšších rychlostech třeba na rovinkách a Audi zase stabilně dosahovalo nejvyšších maximálních rychlostí. Z hlediska počtů zastávek v boxech a spotřeby paliva se pak zdály být mírně ve výhodě speciály Porsche, což kompenzovalo jejich oproti toyotám a audinám trochu pomalejší časy na kolo.
Vyrovnané závodění
Zatímco v minulých letech v Le Mans jasně dominovaly vznětové speciály Audi (a konkurovat jim dovedly jen vznětové Peugeoty), letošní pečlivě připravená změna pravidel, zdá se, srovnala možnosti pro všechny. To, že čtyřiadvacetihodinovka skončila opět vítězstvím Audi, bylo způsobeno potížemi soupeřů. U Audi tak mohli těžit z dlouhodobých zkušeností s tímto vytrvalostním závodem, převahu po stránce technické však už rozhodně nemají.
Výměna turba za 17 minutAni vítězným Audi se letos v Le Mans zcela nevyhnuly potíže. Jeden ze tří prototypů byl zničen při havárii na počátku závodu (pří této havárii utrpěla Toyota vážné poškození, které se však podařilo opravit) a dva zbývající vozy měnily v závěru závodu turbodmychadla. Oprava, která běžně zabere dlouhé hodiny, trvala u Audi pouhých 17 minut (23 minut v případě vítězného auta) a vypadalo to, jako by šlo o zcela rutinní záležitost. |
Speciál Toyoty se jevil být nejrychlejším, jenže šanci na vítězství zhatila v jednom případě havárie a v případě druhém technický problém, který vedoucí prototyp zastavil na trati. Porsche mělo sice rychlost nejnižší, přesto se v závěrečných hodinách objevil prototyp 919 Hybrid na vedoucí pozici a zdálo se, že Audi si případné vítězství bude muset vybojovat na trati. Jenže pak přišly potíže s pohonnými jednotkami a v cíli závodu nebyl ani jeden z dvojice speciálů Porsche klasifikován.
Každopádně prototypy LMP1 s různými technickými řešeními se zdají být až nečekaně vyrovnanými soupeři. To je skvělé jak z hlediska diváckého, tak z hlediska zájmu automobilek. Každá zde totiž může ukázat vlastní techniku, kterou chce například v budoucnu použít u sériových aut. Ostatně, u Porsche neplatí účast v Le Mans z marketingového rozpočtu, ale z peněz vývojového oddělení. 919 Hybrid je tak laboratoří pro vývoj technologií pro budoucí sériová porsche.
Vzhledem k atraktivně nastaveným pravidlům by se tak v nejvyšší třídě mohly v příštích sezonách objevit i některé další tovární týmy. Návrat automobilky Nissan do třídy LMP1 je pro příští rok prakticky hotová věc. Firma slibuje, že i její technické řešení bude od aktuálních soupeřů dost odlišné. Hodně se také šušká o možném zájmu o vytrvalostní závody u Ferrari. Příští rok také možná uvidíme Lotus T129 LMP1 soukromého týmu Kodewa, který měl startovat už letos, ale nakonec přípravy nestihl. Auto však závodí v nehybridní kategorii, ve které byl letos jediným zástupcem tým Rebellion se speciálem R-One s motorem Toyota.
Laserová světlaMezi všemi technickými inovacemi pro letošní prototypy pro Le Mans se objevila ještě jedna, která s jejich výkonem nesouvisí. Audi totiž speciál R18 e-tron quattro osadilo zcela novými laserovými světlomety. Noční záběry ze závodu pak ukázaly, že tím sice Audi nejspíš nezískalo zásadní výhodu, ovšem trať před sebou osvětlovaly prototypy Audi mnohem lépe a rovnoměrněji než konkurenční toyoty a porsche.  Audi R18 e-tron quattro v závodě 24 hodin Le Mans 2014 |
