McLaren Artura to supersamochód z napędem plug-in. Jego twórcy zdradzają, jak dokonali technicznego cudu

Trend przechodzenia na napędy plug-in nie omija również najwyższych sfer motoryzacji. Nad swoimi rozwiązaniami tego typu pracują już wszyscy liczący się producenci pokroju Ferrari, Lamborghini czy Porsche. Niektórzy z nich zastosowali już ten rodzaj napędu w poprzednich latach, ale tylko w limitowanych, najwyżej pozycjonowanych modelach.

McLaren poszedł krok do przodu. Artura to nowy twór z Woking, znajdujący się pomiędzy podstawowym modelem GT a flagowym na tę chwilę 720S. To pierwsza seryjna hybryda plug-in w świecie supersamochodów.

Hybrydy plug-in mają to do siebie, że łączą w sobie pozornie sprzeczne dane techniczne jak wysoka moc i niskie zużycie paliwa. W przypadku Artury dochodzi do tego jeszcze jeden czynnik: niespodziewanie niska waga. Liczby prezentują się więc następująco: 680 KM (585 KM z silnika spalinowego i 95 KM z elektrycznego), 720 Nm (odpowiednio 585 i 225 Nm), a przy tym możliwość przejechania nawet 30 km w trybie jazdy elektrycznej. I to wszystko przy zaledwie 1498 kg wagi – tylko kilkadziesiąt kilogramów więcej od konkurentów o tradycyjnych układach napędowych.

Przedstawiciele firmy zgodnie przyznają, że Artura to największe przedsięwzięcie, z jakim mierzył się McLaren od czasów MP4-12C, a więc pierwszego z "nowożytnych" modeli drogowych marki. Pracowali nad nim przez ostatnie 6 lat. Można się spodziewać, że - wzorem tego wprowadzonego do produkcji w 2011 roku modelu - również i Artura wyznaczy rozwiązania i innowacje, na których McLaren będzie bazował przez kolejną dekadę.

A innowacji i kosmicznie wyrafinowanych rozwiązań jest tu bez liku. Firma opracowała tu zupełnie nowe zawieszenie wielowahaczowe, w którym zaimplementowano drążki stabilizacyjne o zmiennej grubości. Pirelli opracowało nowy typ opon Cyber Tyre, w których zawarty jest nadajnik Bluetooth monitorujący poziom temperatury i ciśnienia.

Na tylnej osi pojawił się za to elektroniczny dyferencjał. Firma pozostała jednak przy hydraulicznym wspomaganiu układu kierowniczego, który według Brytyjczyków nadal jest "niepobity". Ciekawe, co powie na to Ferrari i Porsche, które szereg lat temu pogodziły się ze wspomaganiem elektrycznym…

Najważniejszą innowacją jest tu jednak silnik. To nietypowa konstrukcja z kątem rozwarcia cylindrów aż 120 stopni i stosunkowo długim ich skokiem. Mimo tego trzylitrowa jednostka wyciska aż 195 KM z litra pojemności, co jest bardzo rzadko spotykane nawet w przypadku supersamochodów (McLaren uzyskał wyższą wydajność tylko w modelach Senna i Elva).

O tym, jak udało się tego wszystkiego dokonać i jakie efekty to przyniosło, opowiedzieli mi: szef działu rozwoju McLarena Geoff Grose, szef działu silników Richard Jackson, szef działu elektryfikacji dr Sunoj George oraz szef działu inżynierii Dan Parry-Williams.

Geoff Grose, McLaren: Wymienione przez ciebie modele były limitowanymi hiperautami o mocy w okolicach 1000 KM. Teraz wychodzimy z technologią hybrydową do znacznie większej liczby kierowców. Dlatego też tym razem tak ważne było, by jeszcze lepiej zintegrować ten hybrydowy napęd z samochodem i nadać mu kilka odmiennych cech potrzebnych w różnych sytuacjach.

Uzyskaliśmy to poprzez odmienny sposób pracy przy różnych trybach jazdy. Pierwszy z nich to zupełnie nowy dla nas tryb, czyli Electric. Dzięki niemu można pokonywać dystanse do 30 km wyłącznie z pomocą energii elektrycznej, na przykład po to, by rano po cichu ruszyć ze swojego osiedla bez budzenia sąsiadów lub by poruszać się przez centra miast, nie emitując spalin. To fajna funkcja.

Wiele zmian nastąpiło również w trybie jazdy Comfort. Zależnie od zapotrzebowania na moc, silnik spalinowy będzie się płynnie włączał i wyłączał, wydajnie zarządzając energią. Zwykle będzie się włączał przy prędkościach w okolicach 60 km/h i wyłączał po zwolnieniu do 40 km/h.

Najbardziej ekstremalnym trybem jazdy na drogi publiczne jest Sport, którego celem jest jak największe zaangażowanie kierowcy w prowadzenie, ale i maksymalnie szybkie odzyskanie energii elektrycznej - tak, by utrzymywać maksymalną skuteczność napędu przez długi czas.

Ostatnim trybem jazdy jest Track, w którym dysponujemy już zmianą biegów napędzaną siłą bezwładności i innymi ekstremalnymi rozwiązaniami. Ich celem jest zapewnienie maksymalnych osiągów nie tylko na jedno okrążenie toru, ale na całą sesję. Nasze testy na torze Nardò [owal o długości 12 km stworzony z myślą o utrzymywaniu maksymalnej prędkości samochodu – przyp. red.] wykazały, że Artura utrzymuje maksymalne parametry nawet przez 10 okrążeń jazdy na maksimum możliwości. Silnik elektryczny cały czas zapewniał dodatkowy zasób momentu obrotowego oraz zastrzyk mocy w chwilach zmiany biegów przy układzie spalinowym.

Richard Jackson, McLaren: W Arturze wszystko bierze się z konkretnej przyczyny. Zmiana silnika na V6 plug-in była motywowana większą wydajnością, ale i chęcią dalszego polepszenia reakcji układu napędowego na ruchy pedału gazu. Skupialiśmy się na tym, jednocześnie mając na uwadze, by nie zagubić po drodze podstawowych cech charakteru aut McLarena.

Oznaczało to, że nowa jednostka musi być kompaktowa, ale i możliwie maksymalnie lekka, by zmniejszyć dodatkową wagę generowaną przez układ hybrydowy. Cały układ został zaprojektowany wspólnie z nową płytą podłogową MCLA. Obydwa elementy były rozwijane równolegle już od najwcześniejszej fazy tego projektu. To pozwoliło nam w pełni zintegrować układ napędowy z podwoziem.

Skupiliśmy się na zbijaniu wagi już do tego stopnia, że przybrało to formę obsesji. W efekcie - w stosunku do obecnie oferowanego silnika V8 - osiągnęliśmy obniżenie wagi na poziomie aż 50 kg, a przecież i on jest stawiany za wzór wśród lekkich V8 (ważył nieco ponad 200 kg).

Kolejnym ważnym punktem była redukcja długości bloku silnika, ponieważ musieliśmy jeszcze znaleźć miejsce na silnik elektryczny pomiędzy spalinowym a skrzynią biegów oraz na akumulator przed układem napędowym. Efektem jest silnik blisko 20 cm krótszy od stosowanego przez nas w tym momencie V8. Dzięki temu udało nam się nawet skrócić rozstaw osi Artury w stosunku do obecnie oferowanych modeli, co jeszcze bardziej zwiększa jej zwinność i precyzję prowadzenia.

Skrócenie bloku osiągnęliśmy między innymi poprzez zastosowanie bardzo nietypowego - jak na tę klasę silników - kształtu cylindra z małą średnicą i długim skokiem tłoka. Średnica wynosi 84 mm, a więc całe 8 mm mniej niż w naszym V8, a skok 90 mm. Przy prędkościach obrotowych dochodzących do 8500 obr./min. oznacza to, że tłoki poruszają się z prędkością nawet 25,5 m na sekundę, co jest wartością praktycznie niespotykaną w samochodach drogowych.

Mokre tuleje cylindrowe zastąpiliśmy wykutymi bezpośrednio w bloku silnika i pokryliśmy je Nikasilem, co pozwoliło na zmniejszenie odległości pomiędzy tłokami z 15 do zaledwie 7 mm. Dzięki technologii druku 3D udało nam się stworzyć bardzo precyzyjny odlew i przez tę przestrzeń 7 mm przechodzi jeszcze kanalik chłodzący o średnicy 2 mm. Łańcuch napędzający rozrząd przenieśliśmy z kolei na drugą stronę silnika, dzięki czemu niektóre elementy rozrządu wystają już poza blok i zachodzą na skrzynię biegów. Jest to więc bardzo ściśle zintegrowany i wyjątkowo kompaktowy układ.

Oddalenie łańcucha od kierowcy przyniosło również efekt bardziej wyrafinowanego dźwięku silnika i większego poziomu komfortu. Dźwięk silnika był trudną kwestią, ponieważ trzylitrowe V6 nie generuje takiego samego poziomu energii w układzie wydechowym co czterolitrowe V8, a więc i poziom dźwięku nie jest automatycznie taki, jakiego można by się spodziewać po supersamochodzie.

Teraz, zależnie od trybu jazdy, silnik może uwydatnić zarówno swoją bardziej dojrzałą, komfortową w codziennej eksploatacji naturę, jak i pozwoli usłyszeć płynącą z niego moc - jeśli się go o to poprosi. Ważne przy uzyskaniu tej czystości i głębi dźwięków było skrócenie i wyrównanie długości kolektorów wydechowych. To było możliwe dzięki przeniesieniu turbosprężarek na górę silnika, w tak zwany układ gorącego V, by turbo, katalizatory i tłumiki były zamontowane bezpośrednio jeden po drugim.

Za tłumikami zamontowaliśmy jeszcze rezonator akustyczny, który wydobywa te elementy dźwięków silnika, które chcemy podkreślić. Warto przy tym zauważyć, że elektryczna część napędu również nie jest całkiem bez dźwięku i również wzmaga emocjonalny związek kierowcy z autem.

Richard Jackson, McLaren: Rzeczywiście, nad silnikiem spaliny wychodzą przez turbo do katalizatorów z temperaturą blisko tysiąca stopni. Postanowiliśmy więc oddzielić te elementy od reszty bloku silnika szczelną przegrodą, by rozgrzane powietrze znajdowało ujście tylko przez otwór powyżej komory silnika.

Dan Parry-Williams, McLaren: Dla osiągnięcia pożądanych parametrów termodynamicznych kluczowa była współpraca pomiędzy działami designu i inżynierii. Wymogi związane z cyrkulacją powietrza musiały być uwzględnione już na poziomie projektowania MCLA, czyli naszego nowego monocoque'u z włókna węglowego.

MCLA to bardzo sztywny i precyzyjnie wykonany element. Po raz pierwszy jest to rama budowana przez nas w nowych zakładach w Sheffield, a nie przez zewnętrznego poddostawcę, jak było do tej pory. Pozwoliło nam to osiągnąć nowy poziom jakości i zgodności z naszymi oczekiwaniami. Około 70 proc. z całego procesu produkcji wykonują roboty, co gwarantuje wyższy poziom precyzji. Ich zadaniem jest złożyć około 500 części w 72 formy, które z kolei łączymy w 11 sekcji na jednym odlewie.

Nowa rama jest jeszcze sztywniejsza, ponieważ zawiera elementy, które wcześniej były wklejane - jak obszar słupka B. Teraz bezpośrednio do tej ramy z włókna węglowego przytwierdzone są między innymi mocowania pasów bezpieczeństwa i zawiasy drzwi. Co ważne, bezpośrednio do podłogi przymocowany jest również akumulator, co zwiększa nie tylko sztywność konstrukcji, ale i jej bezpieczeństwo nawet przy najbardziej poważnych zderzeniach.

Dr Sunoj George, McLaren: Elektryczna część napędu jest ekstremalnie lekka i kompaktowa. Nieocenione okazało się doświadczenie zebrane przy naszych poprzednich hybrydach, czyli modelach P1 i Speedtail. Na bazie tych konstrukcji stworzyliśmy nowy silnik elektryczny, który dostarcza moc w jeszcze bardziej wydajny sposób, a przy tym uprościliśmy go dla dalszej oszczędności masy i zwiększenia niezawodności. W porównaniu do silnika z McLarena P1, który ważył 38 kg, teraz zeszliśmy do wagi zaledwie 15,4 kg, choć gęstość mocy w jego przypadku jest większa aż o 1/3, a gęstość momentu obrotowego wzrosła blisko dwukrotnie. Progres jest więc ogromny.

Dan Parry-Williams, McLaren: Aby pokazać, gdzie osiągamy progres, podam jeden przykład. Do tej pory w mclarenach korzystaliśmy z magistral CAN, które znamy też ze zwykłych aut. W Arturze została zastąpiona przez sieć Ethernet o znacznie większej przepustowości, a także mniejszej wadze, bo liczbę kabli udało się zmniejszyć o 25 proc. W połączeniu z własnym oprogramowaniem jednostek sterujących, w czym mamy bardzo duże doświadczenie [McLaren dostarcza ustandaryzowane jednostki sterujące do wszystkich bolidów Formuły 1 – przyp. red.], daje nam możliwość uzyskania dokładnie takiego efektu i charakteru auta, jakiego pożądamy. Co ciekawe, dzięki temu rozwiązaniu możemy również przeprowadzać więcej aktualizacji samochodu zdalnie, co oznacza mniej wizyt w serwisach.

Dr Sunoj George, McLaren: Ma ona kształt niewielkiego dysku. Zmniejszenie wymiarów i masy osiągnęliśmy głównie poprzez zastosowanie osiowego strumienia magnetycznego (magnesy zamiast ustawienia prostopadłego względem siebie są ustawione osiowo). Mamy dwa wirniki po dwóch stronach stojana, a na wirnikach magnesy o maksymalnie dużym polu powierzchni, by najwydajniej wydobyć siłę magnetyczną – wspominany strumień magnetyczny – z magnesów po drugiej stronie stojana.

Dr Sunoj George, McLaren: Ponieważ silnik elektryczny jest zamontowany bezpośrednio za spalinowym, zależało nam na tym, by obydwa pracowały na jednakowych prędkościach obrotowych. Jeśli więc silnik spalinowy rozkręci się do 8500 obr./min., to silnik elektryczny osiągnie dokładnie taką samą wartość. To dało nam rewelacyjny efekt uzupełniania się pomiędzy jednostkami w zrozumiały dla kierowcy sposób: przy niskich prędkościach dominującą rolę ma silnik elektryczny bogaty w moment obrotowy od samego ruszenia, a wraz ze wzrostem obrotów jego rolę płynnie przejmuje benzynowe V6. Steruje tym opracowana specjalnie w tym celu jednostka sterująca.

Dr Sunoj George, McLaren: W Arturze wykorzystaliśmy akumulator o podobnej mocy co ten w modelu Speedtail. Ten dysponuje jednak znacznie większą pojemnością, by osiągać przebiegi na poziome 30 km z samej energii elektrycznej. Jego pojemność wynosi 9,2 kWh brutto, czyli około 7,4 kWh netto.

Dr Sunoj George, McLaren: Widać to szczególnie przy ciasnych, wolnych zakrętach, z których samochód rozpędza się znacznie wcześniej i szybciej. Z jednej strony hybrydowy napęd oferuje większy komfort jazdy w codziennych sytuacjach, ale i daje jeszcze lepsze osiągi na torze. Choć może jeździć na samym prądzie, Artura to auto dla ludzi, którym płynie benzyna we krwi!