Как будут работать новые двигатели Ф1

- Реклама -
- Реклама -

Как будут работать новые двигатели Ф1

Переход Формулы 1 на ‘экологичные’ турбодвигатели V6 станет ключевым элементом глобального технического перевооружения спорта в 2014-м году. Крэг Скарборо углубляется в особенности вопроса.



Формула 1 подошла к переломному моменту. Новации затронут каждую область машины, но ничто не претерпит таких глобальных изменений, как двигатели.

На протяжении последних десятилетий новации в области моторов никогда ещё не требовали столь глобальных перемен, которые, вдобавок, требовалось бы осуществить одним махом. Стремление FIA к относительно экономичным, но одновременно мощным двигателем вылилось в переход Формулы 1 на турбированные агрегаты объёмом 1,6 литра.

Можно не сомневаться, что в сезоне-2014, самым важным – и почти наверняка даже определяющим – фактором станут именно технологии двигателестроения.

ПРЕДПОСЫЛКИ

На протяжении десятилетий регламент на моторы оставался практически неизменным. Появившись в 1960-х, трёхлитровые двигатели Формулы 1 сначала уступили турбомоторам, затем чемпионат вернулся к "атмосферникам" – сначала объёмом 3,5 литра, после вновь трёхлитровым, а затем уже к современным 2.4. несмотря на "турбофлирт", а также движение последних лет в сторону фиксированных комбинаций, базовая структура моторов ни разу не претерпевала качественным изменений.

Благодаря относительной стабильности регламента, частота вращения коленвала атмосферных двигателей достигла до отметки 20000 в минуту, а мощность – 1000 л.с. Когда в 2006-м чемпионат оказался перед лицом финансовых проблем, было решено "заморозить" спецификацию моторов.

Прошлый год Формула 1 закончила с 2,4-литровыми V8, способными раскручиваться до 18000 оборотов в минуту и выдавать на-гора до 780 л.с. Благодаря запрету на доработку двигатели стали чрезвычайно надёжными.

В результате затраты поставщиков значительно снизились – у них больше не было необходимости развивать технологии и строить большое количество моторов на сезон. Несмотря на потерю Honda, BMW и Toyota, Формуле 1 удалось подойти к концу сезона-2013 с четырьмя поставщиками.

На протяжении какого-то времени в FIA оценивали несколько вариантов конфигурации двигателей. К выбору именно такой спецификации привел ряд соображений, однако решающий вес в принятии окончательного решения сыграла пресловутая "экологичность". В итоге мы увидим более компактные и эффективные моторы, способные обеспечивать ту же мощность, что и их предшественники в 2013 году.

В процессе обсуждения первоначальная идея о 1,6-литровых рядных "четвёрках" эволюционировала к варианту V6. Такое решение оказалось на руку Ferrari и Mercedes, которые боялись, что изначальная концепция негативно скажется на маркетинговых программах реализации дорожных автомобилей. Кроме того, в плане спецификации двигателей новая формула оказалась довольно близка к требованиям марафонского чемпионата мира WEC в классе LMP1.

Первая же редакция регламента 2014-го однозначно дала понять, что новые двигатели будут радикально отличаться от прежних "восьмёрок": объём 1,6 литра, турбонагнетатель с неограниченным давлением наддува, планка предельных оборотов на уровне 15 тысяч и жёстко лимитированный расход топлива.

Дальнейшая корректировка правил привела к тому, что все вышеуказанные параметры претерпели изменения, а также появился пункт об использовании лишь пяти моторов по ходу сезона. Эти далеко идущие изменения требуют разработки абсолютно нового двигателя – или "энергоблока", как его называют в регламенте за мощную систему рекуперации энергии.

АРХИТЕКТУРА ДВИГАТЕЛЯ

Исторически у производителей двигателей для Формулы 1 была определённая свобода в плане выбора количества цилиндров, угла развала блоков и размеров поршня в пределах установленного максимального объема.

В начале 2000-х началась активная борьба моторостроителей – война технологий привела к тому, что силовые агрегаты становились всё меньше, легче, достигали более высоких оборотов. Однако в FIA начали одно за другим вводить ограничения, и с каждой последующей редакцией правил они становились всё более жёсткими.

Из-за того, что основные решения в архитектуре двигателей уже прописаны, командам придётся действовать их в рамках. Как уже упоминалось, мотор должен быть шестицилиндровым с V-образным размещением блоков при угле развала в 90 градусов. Диаметр цилиндров составляет 80 мм, ход поршня также фиксирован.

Таким образом, производители моментально сталкиваются с трудными задачами. Предыдущий диаметр цилиндров в 98 мм достался Формуле 1 по наследству ещё от эры в эру V10, эта норма осталась в силе и при переходе к восьмицилиндровым двигателям. Таким образом, уменьшение размера потребует ряда абсолютно новых разработок для всех тестовых стендом.

Меньшие поршни также потребуют, чтобы клапаны сильнее выступали в камеру сгорания, что, наряду с возросшей температурой в ней, приводит к необходимости использования более компактных свечей зажигания.

Проблемой могут стать более высокие температура и давление. Система масляного охлаждения поршней – та область, которой придётся уделить пристальное внимание. Вполне вероятно, что для повышения надёжности поршней их вновь будут изготавливать из стали, а не алюминия.

Правила также определяют геометрическое размер той области машины, куда должен быть установлен двигатель, вплоть до конкретных точек крепления блока – данный пункты в теории призваны предотвратить создание командами слишком компактных установок, а также облегчить процесс замены мотора.

Из этого следует, что теоретически возможны любые комбинации шасси и двигателей. Команды наверняка смогут смонтировать новый мотор на свою машину и прикрепить к нему коробку передач, однако всё же необходимо будет провести ряд доработок и изменений, чтобы подготовить машину к установке другого двигателя.

В правилах прописан максимальный вес мотора, он составляет 145 килограмм, что намного больше прошлогодней нормы в 95 кг, поскольку в эту величину входит и система рекуперации энергии. Именно поэтому команды так желают видеть в своём составе лёгких пилотов, чтобы иметь возможность "играть" развесовкой по осям в своих интересах.

Регламентом также определено положение центра тяжести двигателя – чтобы команды не тратили существенные суммы средств на поиск решений по его понижению с целью получения преимущества.

Центр тяжести выше на 35 мм по сравнению с прошлогодним показателем до 200 мм, но это объясняется более высокой осью вращения коленчатого вала – она расположена на 32 мм выше, чем прежде, что также сказалось на конструкции сцепления и коробки передач.

ТУРБИНА

Возвращение турбокомпрессоров в Формулу 1 позволит новым "малолитражным" двигателям соответствовать по мощности своим атмосферным предшественникам.

Турбины формально разрешено было использовать еще с 1950 года, но фактически они появились в Формуле 1 благодаря Renault в 1977-м – и использовались множеством производителей вплоть до запрета в 1988-м году. Во то время классические трёхлитровые Cosworth V8 и оппозитные 12-ти цилиндровые двигатели Ferrari проигрывали 1,5-литровым турбомоторам соперников.

Хороший двигатель Формулы 1 до начала "турбоэры" выдавал 550 лошадиных сил, но в период наддувных силовых агрегатов и свободы в использовании топлива этот показатель достигал 1500 лошадиных сил!

Возвращение Формулы 1 к использованию турбин не будет означать, что мы вновь увидим необузданную мощность и вырывающееся из выхлопных трубы пламя, как это было в 80-х. Вместо этого – в рамках озвученного тренда к использованию технологий для дорожных автомобилей – наддув станет меньшим, исчезнет "турбояма" [задержка отклика мотора], а уровень расхода топлива заметно сократится.

Параметры нагнетателя также строго регламентированы: допускается наличие одной турбины с изменяемой геометрией.

Система должна быть размещена параллельно продольной оси автомобиля и использовать энергию отработанных газов на выходе из блоков цилиндров.

Невозможно будет использовать выхлопные газы внутри V-образного блока – такой подход имеет место в суперкарах Audi в классе LMP, а также применялся командой Ferrari на заре турбоэры.

Хотя применение байпасных клапанов турбины и разрешено, абсолютно все выхлопные газы должны выходить через единую выхлопную трубу. В силу оговоренного расположения выхлопной трубы и количества энергии, которую будет получать турбина от отработанных газов, использование выхлопа в аэродинамических целях будет строго ограничено.

Не считая ранних турбомоторов Renault, в Формуле 1 так и не нашла применения идея с использованием одной турбины, размещённой по центральной оси – мы привыкли видеть, что воздух поступает через специальные "перископные" воздуховоды на боковых понтонах.

В спецификации 2014-го года турбина должна быть размещена прямо за двигателем, потому сверху осталось свободное пространство для воздуховода, начинающегося за головой пилота. Потому внешне машины будут выглядеть практически так же.

Однако забор воздуха никак не регулируется, так что команды могут найти другие места для размещения отверстий. Единственное условие – они не должны располагаться ближе 20 см от поверхности земли.

Благодаря отсутствию ограничений в этой сфере, перед командами открываются разнообразные аэродинамические возможности, чтобы избежать использования излишне большого воздухозаборника над головой пилота, а также использовать в аэродинамических целях негативное давление, возникающее сразу позади заборного отверстия.

Турбина потребует мощной системы охлаждения. В ней самой для этого используется масло, но также необходимо будет снизить температуру воздуха, проходящего через турбину перед подачей его в двигатель. Таким образом, большую часть пространства в одном из боковых понтонов займёт большой интеркулер (система промежуточного охлаждения).

Команды будут стремиться к минимизации длины воздуховодов, по которым поток направляется от турбины через интеркулер к мотору, чтобы снизить показатель задержки (турбо-лага). К счастью, общая теплоотдача не будет превышать прошлогодних показателей, так что традиционные масляный и водяной радиаторы получится разместить в одной боковине, освобождая место для интеркулера в другой.

ОГРАНИЧЕНИЯ ПО ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ТОПЛИВНОЙ СИСТЕМЫ

Первоначальная идея возврата в Формулу 1 турбо-технологий без ограничения давления наддува звучала как начало очередной гонки технологических вооружений в стремлении производить моторы с высочайшей степенью наддува и огромной мощностью на выходе. Но озабоченность Формулы 1 "зелёным" имиджем перечеркнула такой вариант развития событий путём введения ограничения расхода топлива.

В FIA приняли довольно мудрое решение в данном вопросе: двигатель на оборотах свыше 10500 в минуту не может потреблять больше 100 кг топлива в час.

На менее нагруженных режимах расход уменьшается пропорционально оборотам. Фактически получается, что именно на 10500 оборотах в минуту будет достигаться максимальная мощность: расти дальше ей помешает ограничение на расход топлива – к тому же, на максимальных 15000 об/мин начнет негативно проявлять себя сила трения.

Двигатели окажутся наиболее эффективными на подступах к отметке в 10500 оборотов в минуту, а значит, свыше этого показателя коленвал будет раскручиваться лишь в квалификации в конце длинных прямых, да и то в силу фиксированных передаточных чисел.

Во избежание потери мощности из-за ограничения расхода топлива FIA впервые разрешила использовать систему прямого впрыска. В моторах предыдущих поколений использовался непрямой впрыск – топливо распылялось при помощи форсунок, установленных над впускными патрубками. Теперь топливо будет впрыскивается непосредственно в камеру сгорания при высоком давлении. FIA ограничила его величину на уровне 500 бар для предотвращения разработки дорогостоящих насосов высокого давления.

Финальный пункт раздела правил, касающегося топлива, говорит об использовании датчика, контролирующего максимальный расход. Это ультразвуковое устройство было создано компанией Gill Sensors. Преимущество датчика состоит в том, что он никак не сказывается на течении топлива. Расход будет контролироваться электронным блоком с целью не допустить повышенного уровеня потребления топлива двигателем.

ЧТО МЫ ПОЛУЧИМ НА ПРАКТИКЕ

Большинство поклонников Формулы 1 переживают по поводу звука новых двигателей. Меньший объём, турбина и заметно более низкие обороты – всё это является прямой антитезой эпохе V10/V8, потому вызывает опасения, что моторы будут слишком тихими, имеющими "не то" звучание.

Те, кто помнят предыдущую турбо-эру 80-х, знают: тогда двигатели были ещё меньше в объеме (1,5 литра), имели меньшую турбину и раскручивались до более низких оборотов. Я бывал на Гран При в тот период, и могу смело утверждать, что моторы тогда звучали громко и интересно. Конечно, всегда найдутся недоброжелатели, но дискуссии по поводу звучания смолкнут вскоре после старта сезона.

Еще одно воспоминание из 80-х годов: в случае схода пилота из-за отказа двигателя болельщики могли наблюдать языки пламени из полыхающего мотора. Не думаю, что в 2014 году мы станем свидетелями таких зрелищных пожаров, но слишком уж долгим получился период невероятной надёжности восьмицилиндровых "атмосферных" двигателей, ставший следствием "заморозки" регламента.

Команды и пилоты в наши дни попросту не привыкли к отказам техники или провалам в чемпионате из-за проблем с надёжностью. Титул в следующем сезоне вполне может быть выигран не самой быстрой, а самой надёжной машиной.

Ещё одной проблемой для каждого, кто столкнётся с недостаточной надёжностью техники, станет ограничение количества двигателей в пять на сезон. В случае необходимости использования дополнительного блока [каждый силовой агрегат разбит на несколько блоков, которые можно менять независимо] последуют штрафные санкции – перестановки по решетке. Это может стать настоящей проблемой для некоторых команд в конце сезона.

Итак, каким именно образом будут работать новые двигатели в свете всех указанных ограничений? Справедливости ради стоит отметить, что сами по себе бензиновые агрегаты не смогут соответствовать предыдущему поколению моторов в плане пиковой мощности.

Но в паре с обновлённой системой рекуперации энергии на выходе мы получим примерно ту же мощность. Однако время на круге в данном случае не стоит рассматриваться в качестве основного показателя, поскольку во многих случаях проявят себя иные приёмистость и крутящий момент.

Двигатели 2013-го года развивали совсем небольшую мощность на оборотах до 10000 в минуту, а затем шёл резкий скачок в 500 лошадиных сил на следующих 8000 оборотах.

Диапазон мощности турбомоторов находится ниже: двигатели будут демонстрировать лишь половину своих возможностей до 5000 оборотов в минуту, а затем смогут выдавать все 600 лошадиных сил вплоть до отметки в 10000 об/мин. Выше этого показателя, как уже говорилось, вступает в силу ограничение расхода топлива и мощность падает.

Без ERS (принцип работы систему рекуперации энергии будет описан в последующих материалах), двигатель сможет развивать 600 лошадиных сил; а вот с новыми системами ERS-K и ERS-H мощность составит уже 800 лошадиных сил на большей части круга – в сочетании с невероятно высоким показателем крутящего момента.

Все это новые двигатели смогут обеспечить, расходуя на треть меньше топлива, чем предыдущие образцы. В контексте вышесказанного можно сделать вывод, что новые моторы по-настоящему впечатляют.

Последнее

Каким требованиям должны соответствовать шлем и комбинезон в Формуле 1?

Ужасающая авария Ромена Грожана еще раз продемонстрировала важность всех мер безопасности в Формуле 1. Например, шлем и гоночный костюм...

Реконструкция аварии Грожана на BahrainGP показала весь ужас произошедшего, не будь хало

Данная реконструкция аварии Ромэна Грожана на Гран-при Бахрена наглядно показывает весь ужас аварии, не будь хало. А ведь сам...

Нико Хюлькенберг о своих шансах попасть в Ред Булл

На сегодняшний момент Нико Хулькенберг реально имеет шанс попасть в Ред Булл. Нико признался, что ему ”очень жарко" от перспективы...

Дорнбос анализирует крушение Албона: «Полтора миллиона повреждений»

Александру Альбону снова пришлось нелегко во время второй свободной тренировки в Бахрейне. Британский таиландец на большой скорости врезался в...
- Реклама -

Риккардо возмущен «неуважительными» повторами аварии Грожана

Даниэль Риккардо говорит, что ему «противно», когда Формула 1 показывает повторы аварии Ромена Грожана на Гран-при Бахрейна во время...

Взрывная гонка Ромэна Грожана в Бахрейне

На первом круге гонки в Бехрейна произошла страшная авария. Ромэн Грожан резко повернул в сторону Даниила Квята, задел его...
- Реклама -

Вам также может понравитсяRELATED
Рекомендации для Вас

Яндекс.Метрика Top.Mail.Ru