Motorfejlesztés

A Volkswagen WRC motorprogramja 2011. február 1-én vette kezdetét, közvetlenül a Dakar Rally után. Dr. Donatus Wichelhaus motorfejlesztő csapata tanulmányokat folytatott, hogy egy sorozatgyártású erőforrás, vagy egy, a függelékeknek megfelelő globális világmotor mellett tegye le a voksát. Minden egyes Volkswagen hajtóműnek 88 milliméter a hengertávolsága, ugyanakkor a függelék motorokra vonatkozó előírásai 93 milliméteres minimális hengertávolságot írnak elő. A csapat választhatott volna egy megfelelő egységet a Volkswagen Csoporttól, de ahogy Wichelhaus magyarázza, „a Lamborghininek – vagy bárki másnak, nem számít – vannak olyan korlátai, amit nem szeretnénk az autósportban. Emiatt a Polo R WRC motorjának egyedi blokkja van. Az egész motort üres lappal kezdtük, semmi teendőnk nem volt a sorozatgyártású egységekkel, ez teljesen független azoktól. Ez egy alap, egyszerű motor, semmi változtatható nincsen benne, csupán a direkt befecskendezés és egy közös turbó. Valóban nincsen benne semmi, amivel játszani lehetne. Úgy gondolom, a globális világmotorral kapcsolatos szándék teljesen jó, hogy egy megfelelő versenymotor készüljön, ami ésszerű pénzösszegekbe kerül, megbízható, erős. És ez az” – mondja a mérnök. Az első motor tíz hónappal a projekt megkezdése után indult be, 2011. december 1-én. Az első igazi Polo R WRC 2012-ben futottam első kilométereit.

Az egyedi alumínium ötvözetű motorblokkot és hengerfejet Németországban munkálták meg, de az öntésre az Egyesült Királyságban, a Grainger & Worrall shropshire-i öntödéjében került sor. „Ez a legjobb fémöntöde, amit Európában találni lehet, mindenki, aki az autósporttal foglalkozik, hozzájuk fordul mostanában. Az 1990-es években a teljes autósport világ a birminghami Zeus-hoz ment, de ők már nem működnek. A bugattis kollégáink is a Graingernél öntetik például a blokkjaikat és hengerfejeiket.”

A Volkswagen Motorsport a Race Touaregek és más projektek kapcsán egy német öntödével működött együtt rövid ideig. Ez az öntőműhely gyors prototípus öntésekre specializálódott, ehhez nagyobb szemcseméretű homokot használtak, melynek eredményeként a szupersima felület nem volt elérhető. „Amikor extrém kis víztered van, vagy bármi más, azt nem tudják kiönteni, de a Grainger emberei igen” – magyarázza Wichelhaus.

A nagytisztaságú acélból készülő főtengelyt az SP Crankshafts munkálta meg az Egyesült Államokban. Az ilyesfajta acélok drágák, a Volkswagen WRC motorjába az Aubert et Duval, egy űrtechnikával foglalkozó francia cég készítette, akik űrhajókhoz fejlesztették ki ezeket az acélokat. A korlátozott gyártási kapacitás miatt a vállalatnak hosszú a kiszolgálási ideje, ami azt jelenti, hogy az acélt tizenkét hónappal előbb meg kell rendelni, ugyanakkor ezek az anyagok meghozzák a hasznot.

A motorrészlegnek voltak már tapasztalatai az autósport célú direkt befecskendezéses erőforrásokkal kapcsolatban. „Sokat tanultunk már az injektorokról, befecskendezési mintázatról, és ezeket a tapasztalatokat többé-kevésbé át tudtuk ültetni a WRC motorba” – mondja Wichelhaus. „Mivel a direkt befecskendezés már tíz éve gyártásban van, és a többiek minden fejlesztést elvégeztek már, ha megkérdezed most a Bosch-t a saját motorod befecskendezési mintázatáról, elkérik tőled az égéstér, a szelepek szögének CAD adatait és más adatokat, majd négy ajánlást tesznek a befecskendezési mintázatra. Mind a négy működik, és azt mondják: ’Ez a legjobb és az lesz a legjobb’ –, úgyhogy a tudásuk megvan. Ez nem titok, vagy fekete doboz vagy valami hasonló.

Azt hiszem, a Bosch 2000-ben kezdett el foglalkozni a közvetlen befecskendezéssel, és úgy gondolom, az első direkt befecskendezéses motor Ulrich Baretzky erőforrása volt az Auditól, ami a 2004-es le mans-i versenyen futott. A Bosch már előtte elkezdett minden, versenysporttal kapcsolatos fejlesztést. És őszintén szólva a versenyeken használt befecskendezők nem különböznek a sorozatgyártásúaktól. Ez is egy fémdarab, csak a lyukak különböznek a végén. Az injektor többi része standard sorozatgyártású darab, mint ahogyan a rali világbajnokság szabályai leírják. Kereskedelmi szempontból elérhetőnek kell lennie, 200 bar-os technológia, ami mindennapos használatban van a sorozatgyártásban” – meséli Wichelhaus.

Az üzemanyagnyomásnak a befecskendezés alatt is fenn kell maradni az rendszerben, úgyhogy a nyomócsőnek egy bizonyos értéket produkálnia kell. Azért, hogy minimalizálják a 200 bar-on szállított üzemanyag mennyiségét, a nyomócsőnek a lehető legközelebb kell lennie az a befecskendező szelephez, de az üzemanyag szivattyúnak is olyan közel kell lennie a nyomócsőhöz, amennyire közel csak lehet. Az ilyen, ralisportban történő alkalmazásoknál az injektoroknak könnyen megközelíthetőnek kell lenniük. Természetesen mindezeket a paramétereket figyelembe vette a Volkswagen Motorsport a WRC motorjának tervezésekor.

A legutóbbi WRC szabályok lehetővé teszik a száraz karteres kenőrendszer alkalmazását, amit a jelenlegi World Rally Car-okban különböző kialakításokban használnak. Wichelhaus a sajátjukra azt mondja, „olyan száraz, amennyire száraz csak lehet!”  Hasonlóan a rivális World Rally Car-okhoz, a Polo R is víz-olaj hőcserélővel rendelkezik, hogy minimalizálják a teljes kenőolaj veszteség lehetőségét, ami a hibás vagy kilyukadó levegő-olaj hűtő esetében fennállhat. A Polo zárt, téglalap alapú öntött hőcserélője a hengerfej innenső oldalán a nyomócső alatt helyezkedik el. A többi csapat Laminova hőcserélőt használ, azt a motortérben lévő hőforrásoktól távol helyezik el. A legnagyobb szabályos üzemanyagnyomás 200 bar a szivattyú-nyomócső-befecskendező vonalon. Ez egy saját korlát, mivel a 200 bar-nál nagyobb érték elég nyomást idézhet elő az injektorban a fúvóka előtt, hogy megakadályozza a befecskendező nyitását – még akkor is, ha 60 volt működteti az injektort.

A World Rally Car-ok nagynyomású üzemanyag szivattyúi egyutas szeleppel rendelkeznek, hogy megakadályozzák az üzemanyag visszaáramlását, és amíg az injektor nem nyit, a nyomócsőből semennyi üzemanyag nem távozhat. Üresjárati üzemben „csupán” 50 bar-os nyomócsőben lévő nyomásnál, ha leállítjuk a motort, az azzal járó hőterhelés nyomásnak teszi ki az össze nem nyomható üzemanyagot, amitől annak hőmérséklete néhány fokot emelkedik, ez pedig drasztikusan növeli az üzemanyagnyomást. Az M-Sport/Ford a próbái során 180-185 bar-os értéket tapasztalt ilyen körülmények között a Fiesta RS WRC motorjában, emiatt van a hőcserélőjük a motortér bal első részén, távol a hőtermelő területektől. Mivel a Polo R WRC-ben közvetlenül a nyomócső alatt helyezkedik el a hőcserélő, a nyomócső és az injektorok egy hűtőköpenyt kaptak, hogy megakadályozzák a hőtermelődés okozta problémákat.

A Polo motorteljesítményét a Mexikó Rally nagy tengerszint feletti magasságai sokkal inkább igénybe veszik, mint az autó bármelyik más részét, beleértve az aerodinamikát is. Ezzel kapcsolatos az is a probléma, hogy a turbófeltöltőben kisebb a levegő ellenállása, ami azt jelenti, hogy a turbó nagyobb fordulatszámmal forog, mint bármelyik másik világbajnoki futamon. Klíma és magassági kamrás teszteket végeztek a Mexikó Rally előtt, hogy garantálhassák a turbó stabilitását és hogy olyan motorprogramozást készíthessenek, ami a lehető legkisebb teljesítményvesztést eredményezi.

Ebből a szemszögből Demaison úgy találja, az Argentin Rally nagyobb magasságokban futó szakaszai a hűtéssel kapcsolatos kihívásokat idéznek elő, de ezek nem annyira nagy feladatok, mint Mexikóban. Érdekes ugyanakkor, hogy elmondása szerint a Szardínián zajló olasz futam egy nagyon nehéz verseny, ahol kontrollálni kell a hőmérsékletet. „Mivel ez mindig júniusban van, a kanyargós, lassú szakaszok, az alacsony átlagsebesség helyenként és a rossz állapotú útfelület nagy feladat elé állítja a hűtést” – mondja a nagy tapasztalatokkal rendelkező versenymérnök.

A csapatnak három különböző hűtője és négy különböző ventilátora van. Demaison a következő tudnivalókat osztja meg ezzel kapcsolatban: „A versenymérnök feladata, hogy a megfelelőt alkalmazza egy versenyen. Ez a többi csapatra is ugyanúgy igaz természetesen. Nem akarsz nagy súlyokat cipelni és egy nagy ventilátort használni csupán szórakozásból, hogy biztosra menjél, mivel a biztonság most már nem elég a ralisportban. Olyan szinten van a versengés, hogy az optimumon kell lenned mindig, mindenhol. A hűtés súlyt és teljesítményt vesz igénybe, ez fontos.”

A Volkswagen Motorsport által készített motorvezérlő programozásokat annak megfelelően kellett létrehozni, hogy azok megfeleljenek a speciális követelményeknek minden egyes világbajnoki futamon. Wichelhaus ugyanakkor hajthatatlanul azt állítja, az elsődleges dolog, hogy az anti-lag rendszert az egyes versenyzők kívánságai szerint állítsák be. „Mivel a versenyzők különbözőek, mikor szárazon vagy nedves úton közlekednek, illetve murván vagy bármilyen körülmények között, különbözőek a vezetési stílusaik, így különböző anti-lag megoldásokat preferálnak. Már az elején megtanultuk, hogy az anti-lag-gel mindent megoldhatunk ezzel a problémával kapcsolatban, minden funkcionálisság nagyon egyszerű.

Sokkal fontosabb, hogy a mérnök megértse, mit kér a versenyző, mert akkor minden rendben lesz. Nem számít, mit mondanak az adatok, vagy hogy mit érez a mérnök a teljesítményről. Amikor a versenyző elégedett azzal, amit kapott, gyors fog lenni. Ezt megtanultuk már az elején, azt mondtam a srácoknak, erre kell figyelniük, nem az adatokra.”

A versenyzőknek egy négyállású kapcsolójuk van a beállításra. Verseny közben, a változó körülmények között meg tudják mondani a mérnöküknek, melyiket érzik a legjobbnak, és más beállítás feltöltését kérhetik, amivel a verseny során előforduló különleges körülmények között könnyedén hozzáállíthatják az anti-lag-et a vezetési stílusukhoz. Ahogyan Wichelhaus magarázza: „Ezt a verseny során kell csinálni, mivel sosem tudhatod, milyenek lesznek az időjárási körülmények. Monacóban például szörnyű volt, bármit is állítottál be a verseny előtt, az rossz volt, úgyhogy verseny közben kellett változtatnod.

Jól kell felállítanod a prioritásokat. Az viszont biztos, hogy a programozásban semmi mást nem változtatunk, a motor rendben van. A szervizben harminc perc van, illetve este negyvenöt, úgyhogy a motorprogramozás kiválasztottuk, az anti-lag-gel van több állítási dolgunk, ennyi az egész” – mondja.

A tervezési szakaszban három, fogaskerék hajtású vezérműtengelyt vizsgáltak a szívó oldalon, ennek kialakítása egy turbófeltöltéses motor esetében sokkal nagyobb hatással van a teljesítményre, mint a kipufogó oldali vezérműtengelyé. A DOE (Design of Experiment – kísérlettervezés) kalkulációs eszközt használva addig számolt a változók módosításaival a számítógép, amíg ki nem jött a legjobb megoldás, így az alkatrész optimalizálása már a fékpadi tesztek előtt megtörtént. A gyakorlatban tehát a Volkswagen vezérműtengelyének kialakítását először számítógép segítségével kalkulálták, mint a legjobb megoldást, majd a motorban ellenőrizték le, hogy ez valóban így van-e. A számítógép által rossznak jelzett alternatív megoldásokat a valóság is igazolta.

A Dr. Wichelhaus által vezetett motorrészleg nem vizsgálta még a réteges feltöltést eddig, de a motorvezérlő egység módosítása ezt a megoldást is lehetővé tenné. A réteges áramlás alkalmazása szokatlan dolog a teljes terhelés növelésére, általában üresjáratnál vagy részleges terhelésénél használják, amikor az égéstérben túl kicsi a turbulencia. Az FIA ugyanakkor folyamatosan hangsúlyozza az üzemanyag használattal kapcsolatos gazdálkodást, és különböző módokon korlátozza a versenyautók által felhasználható üzemanyag mennyiségét, ami azt jelenti, hogy érdemes lenne megvizsgálni a réteges feltöltést a World Rally Car-oknál, például az etap útvonalon történő alkalmazás szempontjából.

Ezzel kapcsolatban Wichelhaus a következőket gondolja: „A közúti szakaszokon már most is a lehető leghatékonyabbak próbálunk lenni, de úgy gondolom, a ralisportnak a marketingben kell fejlődnie mielőtt elkezdenének játszani az üzemanyag felhasználással, mivel a show-nak jónak kell lennie. Úgy gondolom, jelenleg, a ralisport legnagyobb erőfeszítéseinek arra kellene irányulni, hogy az emberekkel megismertessék ezt, hogy ismerjék ezt. Nem tudom, hogy jó lenne-e az, ha az autók nagyon lassan mennének a közúti szakaszokon, és – esetleg – kifogynának az üzemanyagból.

Az FIA megbeszéléseken a Forma-1, a Le Mans esetében mondjuk azt, a tisztán technikai jellegű kérdéseknél az üzemanyag fogyasztás a legnagyobb probléma. A ralisportnál azonban jelenleg az elfogadható költségszinten előállított megbízható autó a fontos, amivel jó a show. A gyártók nem favorizálják az üzemanyag fogyasztásra vonatkozó korlátozások ralisportban történő bevezetését. Az anti-lag-ről szólva mindannyian tudjuk, ez üzemanyag pocsékolás, így ha elsőként azt kapcsolod ki, máris megspóroltad a lehető legtöbb üzemanyagot” – mondja Wichelhaus. De mi az ALS alternatívája? „Mivel turbólyuk van, a versenyzőnek valahogyan kezelnie kell ezt. De a show nem lenne jó, úgyhogy számomra elsőként a dolgok marketing oldalát kell rendbe tenni, aztán akkor, amikor ez már benne van az emberek fejében, akkor lehet elkezdeni piszmogni a technikai kérdésekkel.” Wichelhaus úgy érzi, hogy a súrlódással kapcsolatos megszorítások és a motorok teljesítményét befolyásoló méretek szabályokban rögzített korlátozása ellenére három-négy éven belül minden World Rally Car ugyanakkora teljesítménnyel fog rendelkezni. Tisztában van azzal, hogy minden egyes motorkoncepció különböző, de szerinte a különbség „talán öt-hat lóerő, nem több”. A teljesítményadat azonban nem a raliautó esetében nem a legfontosabb dolog. „Nem” – fejezi ki egyetértését. „A vezethetőség, a megbízhatóság és más ilyen dolgok a fontosak. Ez ezekkel az előírásokkal a szándék. Megbízható motorodnak kell lenni, ami mindenkinek ugyanakkora esélyt teremt elérni ugyanazt a teljesítményt, és nincs kapcsolatban semmilyen sorozatgyártású kivitelezéssel. Ez talán jó az üzemanyag fogyasztást nézve, de rossz a teljesítmény szempontjából. Ez volt tehát a szándék a szabályokkal, és úgy gondolom, működnek is.”

A Volkswagen 2013-ra tervezett motorfejlesztése tisztán a nagyobb teljesítmény elérését célozta meg. „A motor a kezdetektől fogva megbízhatóan dolgozott, és remélem, ez így is marad, nem volt semmilyen mechanikai problémánk a motorral, úgyhogy a fókusz a tisztán a teljesítményen van” – mondta ezt Wichelhaus a Mexikó Rally előtt, ahol melegedéssel kapcsolatos gondok léptek fel. A Polo R WRC erőforrásával ugyanakkor nem volt semmilyen más nagyobb gond a 2013-as szezon folyamán. A 2013-as idény elején a gyártók új homologizációs szabályokkal szembesültek 2014-re, amiket később a csapatok a Volkswagen Motorsport vezetőjének, Jost Capitónak a kezdeményezésére, az FIA egyetértésével eltoltak 2015-re, a 2013-as és 2014-es idényre pedig korlátozott számú jokert biztosítottak. „A szezon kezdete nagyon nehéz volt, mert a ’13-as és ’14-es kocsin is dolgoznunk kellett” – magyarázza Demaison. „A ’14-es autó fejlesztésének munkálatait aztán leállítottuk, ami segített abban, hogy a többet foglalkozhassunk a ’13-as kocsival.”

A Volkswagen Motorsport Hannoverben található műhelyének lehetőségei kevésbé kiterjedtek, mint más gyári csapatoké. Demaison mérnökként dolgozott már a PSA mindkét alakulatával és a Prodrive-nál is. A Volkswagen Motorsport szervizparkokban látható hatalmas felvonulását és a győzelem érdekében tett erőfeszítéseiket látva az ember azt gondolhatná, hogy kimagasló költségvetéssel rendelkezik a csapat. Éppen ezért lehet meglepetés, amit Demaison mond: „A költségvetés nem olyan nagy összehasonlítva azzal, mint amit korábban igénybe vettem, kisebb például, mint amit a Peugeot-nál használtunk a régi szép időkben, sokkal kisebb.

De már korán versenyképesnek is bizonyultunk, úgyhogy kevesebbet költöttünk, mert nem kellett egy új autót terveznünk. A szezon elején terveztük már az autót 2014-re, de hirtelen azt láttuk, hogy a ’13-as kocsi nagyon versenyképes, úgyhogy a megbízhatóságot kellett javítanunk. A 2014-es autó aztán halasztásra került a 2015-ös új homologizációig.”

A tervezés, tapasztalat, igyekezet és erőfeszítés kifizetődik – a pénz is segít természetesen –, és a rali évkönyvek a Volkswagen 2013-as rali világbajnoki sikereivel, mint a csapat tündérmesével íródtak meg.

Andrew