Porsche 919: Die Technik des Le Mans Siegerautos

"Mit reiner Kraft lässt sich Le Mans nicht mehr gewinnen", so Wolfgang Hatz, Entwicklungsvorstand von Porsche, auf dem Wiener Motorensymposium von Prof. Lenz. Vielmehr sei bei diesem prestigeträchtigen Rennen ein harmonisches Gesamtkonzept aus Antriebssystem, Aerodynamik und Leichtbau wichtig.

2010 und 2011 ging der 911 GT3 R Hybrid ins Rennen, heuer ist es der 919 Hybrid, "den wir nahezu alleine auf die Räder gestellt haben", so Hatz, für den dieses Rennauto auch eine Herzensangelegenheit ist. Das 919-Hybrid-Team insgesamt zählt rund 300 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter. Für Hatz ist der 919 Hybrid nicht nur "die Quersumme aus 60 Jahren Motorsport", sondern auch ein ideales Feld, Neues zu testen, das dann auch Straßen-Porsches zugutekommt.

Diese Erfahrung mit früheren Hybrid-Rennautos hat mit dem geänderten Reglement zu massiven technischen Änderungen geführt. Als Speicher für das Hybridauto nutzt Porsche im 919 nicht mehr ein Schwungrad wie beim GT3 R Hybrid, sondern eine Lithium-Batterie. Der Verbrennungsmotor ist ein Zweiliter-V4-Turbobenziner mit Direkteinspritzung. Der Mono-Turbolader (von Garrett) hat keine variable Turbinengeometrie. Die Motorsteuerung liefert Bosch. "Das Kurbelgehäuse wird nicht gegossen, sondern aus einem Block hoch festen Aluminiums gefräst", so Hatz. Der V4 leistet mehr als 500 PS und treibt über ein sequenzielles, hydraulisch betätigtes Siebengang-Renngetriebe die Hinterachse an. Beim Motor wurden zwar Technologien aus der F1 verwendet, aber weiter optimiert. Hatz: "Bei den 24 Stunden von Le Mans wird in einem einzigen Rennen die Distanz gefahren, die die Formel 1 in einer ganzen Saison zurücklegt."

Rückgewinnung

Der V4-Benziner hat eine kräftige Hilfe: Der zusätzliche Generator leistet mehr als 400 PS. Er gehört zum sogenannten KERS zur Rückgewinnung von kinetischer Energie und erlaubt zwischendurch Allradfunktionen durch den Antrieb der Vorderachse. Das Vorderachsgetriebe ist dreistufig.

Der Porsche hat noch ein Rückgewinnungssystem, das "AER" ("Abgas-Energie-Rückgewinnung") – ein, so Hatz, "fundamental neues System", das so kein anderer Hersteller einsetze. Anders als der aus der F1 bekannte E-Turbo bestehe zwischen AER und Leistungs-Turbolader keine mechanische Verbindung. Die AER hat vielmehr die Funktion eines intelligenten Waste-Gate, es nutzt die Energie aus dem geteilten Abgasstrom. Jene Energie, die nicht für den Antrieb des Haupt-Turboladers nötig ist, treibt eine VTG-Turbine (mit verstellbaren Leitschaufeln) an. Damit wird schon bei niedrigen Touren der Abgasdruck genutzt.

Die VTG-Turbine wiederum treibt den Generator an, der elektrische Energie erzeugt. Diese wird ebenfalls in der Lithium-Batterie gespeichert und steht so bei Beschleunigungen parat und erhöht signifikant den Gesamtwirkungsgrad.

Mit den zwei Rückgewinnungssystemen ist der 919 Hybrid der einzige in dem Starterfeld, der die Energie vom Bremsen sowie unter Volllast sammelt, speichert und wieder nützt. Besonders stolz ist Hatz, dass die Leistung der beiden Systeme gegenüber 2014 um ein Drittel erhöht wurde: "Kein Rennwagen setzt so viel Energie um wie der 919 Hybrid – weder F1-Rennwagen noch Le-Mans-Prototypen anderer Hersteller."

Insgesamt leistet der 919 Hybrid mehr als 1000 PS und tritt somit als einziger in der höchsten Energieklasse der Rennserie an: In der sogenannten Acht-Megajoule-Klasse. Heißt: Auf der 13,629 km langen Runde in Le Mans darf der 919 Hybrid maximal 4,76 l Benzin verbrauchen. Dies geht laut Hatz nur mit einem überaus effizienten Energiespeicher, den Porsche in der selbst entwickelten Lithium-Eisen-Phosphat-Batterie sieht. Diese erreiche fast die Leistungsdichte (Aufnahmefähigkeit) von Ultracaps, biete aber eine viel höhere Energiedichte (Speicherfähigkeit). Die Zellen stammen von A123 (USA).

Nutzen für Alltag

Die Erfahrungen mit dem 919 Hybrid könnten für Serien-Porsche sowohl bei Verbrennungsmotoren wie bei Hybridsystemen genutzt werden, so Hatz. Beim Benzinmotor etwa könne ebenfalls die Abgasenergie zur Wirkungsgradsteigerung zusammen mit Aufladung und Downsizing genutzt werden. Beim Hybridsystem der Umgang mit höheren Spannungen und Leistungsdichten sowie mit dem selbst entwickelten neuen E-Motor. Le Mans sei zudem ein extremer Härtetest für die Haltbarkeit für Batterien: "Während eines Le-Mans-Rennens erlebt die Batterie mehr Ladezyklen als während der gesamten Lebensdauer eines Plug-in-Hybrides", so Hatz.

"Warum gewinnt Audi mit 4 Megajoule, während Porsche und wohl auch Toyota mit 8 Megajoule unterwegs sind?", wurde Ulrich Hackenberg, Entwicklungsvorstand von Audi, in Wien auf dem Motorensymposium von Prof. Lenz gefragt, als er das Audi-Konzept für Le Mans vorstellte, übrigens direkt nach Wolfgang Hatz von Porsche (siehe oben). Hackenberg: "Bis jetzt sind wir sehr zufrieden." Es gehe nicht nur um möglichst viel Kraft beim Rennauto, "man kann auch mit anderen Maßnahmen sehr schnell sein. Es ist halt nicht nur der Motor, sondern das Gesamtsystem."

Diesel Treu bleibt Audi dem Konzept des Dieselmotors. Nicht nur das unterscheidet Audi von Porsche, sondern auch die Zylinderzahl. Audi setzt auf einen 4-Liter-V6-TDI, der rund 560 PS leisten soll. Audi ist nicht nur der erste Hersteller, der mit einem Dieselmotor Le Mans gewann, sondern heuer auch der Einzige, der Diesel einsetzt. Dazu kommt ein E-Motor mit mehr als 272 PS, der die Vorderräder antreibt. "Die im Verhältnis zu den Wettbewerbern relativ geringe Leistung der Motor-Generator-Einheit resultiert aus dem kleineren Gewichtsspielraum, der dem Diesel zur Verfügung steht", so Hackenberg.

Audi hat eine besondere Verbundenheit zum Diesel, da 1989 der erste TDI mit elektronischer Motorsteuerung von Audi kam, "getrieben von Ferdinand Piëch", so Hackenberg in Wien. Er erinnerte sich auch an die anfängliche Skepsis unter den eigenen Technikern. Denn als Piëch, damals Audi-Chef, sie fragte, wer von ihnen einen TDI als "Persönlichen Dienstwagen", kurz "PD", fahre, zeigten nur ganz wenige auf. Hackenberg: "Das hat sich erst geändert, als die PD mit TDI immer schneller in Wolfsburg (Anm. in der VW-Konzernzentrale) waren, weil sie nicht tanken mussten." Hackenberg zeigte sich auf dem Motorensymposium optimistisch, dass es künftig eine noch größere Vielfalt bei TDI geben werde.

Hybrid Auch beim Hybridsystem habe sich Audi für "die leichteste Technologie" entschieden, einem Schwungradspeicher, also jenen Speicher, auf den Porsche früher setzte. Seine Schwungmasse von 8 kg wird auf bis zu 40.000 Touren hochgedreht. Die gespeicherte kinetische Energie wird bei Beschleunigungen wieder der Antriebsleistung aufsummiert.

Komplex "Der aktuelle Audi R18 E-Tron Quattro ist damit der komplexeste Rennwagen, den wir je entwickelt haben", so Hackenberg. "Der Motorsport ist das härteste Testfeld für die Serie. Keiner verfolgt das intensiver als Audi", so Hackenberg. Viele Audi-Premieren in Le Mans (TFSI Turbobenzindirekteinspritzer, Lithium-Ionen-Akkus, Matrix LED-Scheinwerfer, Laserlicht) seien inzwischen in Serie. Und die Kosten, allein beim Antrieb? "Der teuerste Rennmotor ist der, der nicht gewinnt."