Двигатель болида формулы один 2014
Наступление новой турбо эры в Формуле 1.
С 2014 года произошло очередное изменение технического регламента, касающегося, кардинального изменения технических характеристик и конструкции двигателя Формулы 1.
Самым главным изменением стало введение обязательного использования турбонаддува.
Максимальный объем двигателя не должен превышать 1.6 литров.
Схема двигателя — V-образная шестерка.
Так же одним из главных составляющих двигательной установки, стала интегрированная система рекуперации потраченной на торможение и выхлоп энергии.
Двигатель F1 нельзя теперь рассматривать как отдельный элемент болида, так как он тесно переплетен с окружающими его гибридными системами и огромным турбонаддувом с интеркуллером.
Силовая установка теперь имеет «развитое» устройство, которое должно соответствовать габаритам и конструкции определенного шасси. В связи с этим гораздо выгоднее стало использовать свой собственный силовой агрегат, спроектированный и интегрированный с специально изготовленным под него шасси, чем купить на стороне и перекраивать его под имеющееся шасси, либо шасси проектировать под силовой агрегат.
Покупка двигателей у команд конкурентов является обычной практикой среди участников Формулы 1. Но с появлением столь крупного и сложного силового агрегата, командам покупающим его на стороне, будет очень сложно, гармонично интегрировать двигатель в болид.
Системы рекуперации энергии (ERS) 2014.
Системы рекуперации энергии (ERS) должны быть неотъемлемой частью всех болидов формулы 1 2014 года. существенным отличием от систем KERS прошлых годов, является наличие двух систем сбора дополнительной энергии. Так как гоночные болиды ф1 опять стали турбированными, то теперь стало возможным собирать дополнительную энергию, не только высвободившуюся при торможении, но и высвободившуюся тепловую энергию выхлопа, которую можно собрать с крыльчатки турбокомпрессора. Стоит заметить, что правилами всячески поощряется сохранение и накопление тепловой энергии выхлопа, так как развитие данных технологий позволит значительно повысить экономичность, как болидов Ф1 так и гражданских автомобилей, на которых будут установлены подобные системы. Экономичность в формуле один теперь является ключевым фактором, так как на одну гонку в 2014 году выдается всего 100 кг гоночного топлива, в то время как в прошлом году, разрешенная масса топлива, составляла 150 кг.
Современный комплекс систем рекуперации энергий 2014 года ERS двигателя «renault energy f1» команды Рено
Двигатели болидов формулы 1 прошлых лет
1.6 литровый двигатель болида формулы один
Вся двигательная установка теперь состоит из:
6 цилиндрового, V-образного, турбированного 1.6 л. двигателя внутреннего сгорания, мощностью около 600 лс, максимальные обороты которого не должны превышать 15000 об/мин.
Турбонаддув
должен быть одноступенчатым и обороты вращения турбины не должны превышать 125000 об/мин. Какое либо регулирование потока газов крыльчатки турбины строго запрещено. Максимальное давление наддува не ограничено и в среднем составляет 3.5 бар. Количество клапанов — 4 клапана на цилиндр. Форсунки непосредственного впрыска в цилиндры двигателя, должны развивать давление, не более 500 бар.
Система рекуперации кинетической энергии MGU-K
Система рекуперации кинетической энергии торможения MGU-K. Представляет собой подобие ранее применяемой системы KERS, электромеханического типа. Электродвигатель-генератор является центральным местом в системе. Одной из его функций является накопление энергии в аккумуляторную батарею, при торможении болида F1. Другой и основной функцией, является включение в режим электродвигателя. Именно он выдает дополнительные 160 лошадиных сил, разрешенных правилами FIA на 2014 год. Добавку мощности в 160 лс можно использовать в течении 33.3 сек на каждом круге гонки, что составляет 4 мегаджоуля энергии и это в 10 раз выше, ранее применяемых систем KERS. 160 лс максимально возможная, разрешенная, дополнительная мощность, но возможны варианты использования меньшей мощности, но более длительное время. Например 80 лс в течении 66.6 секунд. Разрешены и другие комбинации начиная с 1 лошадиной силы, главное не переступить барьер в 4 МДж. Система MGU-K связана с трансмиссией, аккумулятором и электронным блоком управления, который регулирует все потоки энергий, в том числе и энергию поступающую от системы MGU-H. По правилам, ограничивающим свободы конструкторов болидов ф1, мотор-генератор MGU-K не может иметь обороты больше чем 50.000 об/мин
Система MGU-H двигателя формулы 1
В системе MGU-H, как и в MGU-K применяется мотор-генератор, способный, как выдавать электроэнергию, так и превращать ее в механическую работу. Основная функция системы, преобразовывать остаточную тепловую энергию турбины в электрическую энергию подзаряжающую аккумулятор. Турбонаддув использует далеко не всю тепловую энергию, для создания наддува ДВС. Находясь на одном валу с турбиной, вал генератора системы MGU-H может раскручиваться до разрешенных 125.000 об/мин, при этом, количество запасаемой им энергии не регламентировано и некоторые устройства успешно вырабатывают до 90 kBт. Что интересно, эта полезная энергия, просто вылетела бы в трубу, не будь столь полезной системы MGU-H
Функция электродвигателя, используется для раскручивания турбины до рабочих оборотов, чтоб уменьшить эффект турбо лаг на переходных режимах. MGU-H позволяет значительно увеличить КПД двигателя, что положительно сказывается на топливной экономичности. Без экономной силовой установки далеко не уедешь, так как в 2014 году, на одну гонку выдается всего 100 кг топлива. Помимо вышеперечисленных функций, применение MGU-H может распространяться для питания энергоемких систем двигателя, таких как маслонасос, бензонасос, помпа охлаждения двигателя и тд. Команды по своему усмотрению, могут использовать данную возможность, заменив узлы на электрические и запитав их с помощью MGU-H, можно высвободить несколько дополнительных лошадей с ДВС.
Примечание: Стоит заметить что мотор-генераторы, при столь высокой мощности, имеют весьма компактные размеры. Все дело в том, что они работают на очень высоких оборотах вращения.
Чем выше обороты вала двигателя, тем с меньшим крутящим моментом достигается одна и та-же мощность. Страшно представить, какой массой и размерами обладает з-х фазный электродвигатель мощностью 120 кВт (160 лс) имеющий рабочие обороты 3000 об/мин. Масса таких электромоторов лежит в пределах 350-600 кг, сравните с мотор-генераторами F1 весящими 15-20 кг при той же мощности.
ES электро батарея — накопитель энергии болида формулы один 2014
В качестве накопителя энергии может использоваться любой источник, если его масса лежит в пределах 20-25 кг. Так одни команды используют литий ионные или литий полимерные элементы, другие планируют поставить на свои болиды супер-конденсаторы, у всех батарей есть свои достоинства и недостатки.
Источник накопления энергии объединяет обе системы рекуперации MGU-H и MGU-К в единое целое, и по средством распределения потоков энергий, происходит согласованная работа всего комплекса устройств, для достижения максимально возможной эффективности, получения большой мощности при достаточной экономичности, чтоб иметь возможность закончить гонку на 100 кг топлива.
Турбонаддув он же мотор-генератор
Развивает давление наддува 3-4 бар и при этом турбина спроектирована так, что создается большой избыток крутящего момента на валу крыльчатки. В обычных турбомоторах избыточная энергия никак не задействуется и просто вылетает в выхлопную трубу. Здесь же на валу установлен мотор — генератор который составляет часть гибридной системы MGU-H. В режиме генератора он вырабатывает электроэнергию, аккумулируемую в батарее, тем самым сильно повышая КПД двигателя, что очень сильно сказывается на экономичности. Так как на F1 установлен очень большой турбокомпрессор, то вероятно он обладал бы очень значительным турбо лагом. Поэтому, в переходных режимах, когда мощность потока выхлопа не может обеспечить раскрутку вала турбонаддува, до обеспечения оборотов оптимального давления наддува, подключается электродвигатель, помогающий раскрутке турбины.
Особенностью и отличием некоторых турбонаддувов F1 2014 является наличие двух впускных патрубков на улитке турбины. Данное решение позволяет эффективно использовать один турбонаддув в V образном двигателе, с двумя выпускными коллекторами. Любые средства регулирования турбины, westgate и тд. запрещены регламентом FIA.
Управление гибридной системой
В отличии от KERS, когда всплеск дополнительной мощности, происходил в момент нажатия пилотом кнопки boost на руле болида Ф1, прибавка мощности в новых двигателях, осуществляется автоматически, при нажатии на педаль газа. В этом процессе используется очень сложная электроника и на нее завязано управление и контроль двигателя и всех дополнительных устройств, участвующих в гибридной системе ERS Формулы 1.
Так как на гонку выдается ограниченное количество топлива, минимальный вес болида вместе с гонщиком и полными баком топлива, также строго регламентирован 690 килограммами, появляется уникальная возможность, облегчить болид F1 за счет неполного заполнения топливного бака горючим, перед стартом. Правда в этом случае, придется сильно улучшить экономичность силовой установки, иначе есть риск, не доехать до финиша.
Прохождение гонки на столь скромном запасе гоночного топлива, да еще с возможностью использования еще меньшего его количества, может быть возможно, только за счет применения высокотехнологичных, точно настроенных гибридных систем. Вы только вдумайтесь, современные F1 используют дополнительные 160 лс в течении 33 секунд на круге! Часть мощности из которых могла быть безвозвратно потеряна при торможении, другая часть просто вылетела в выхлопную трубу!
Как устроены турбомоторы Формулы-1 2014 года
Рекуперация энергии появилась в Формуле-1 ещё в 2009 году. Но новый этап внедрения гибридных технологий столь радикальный, что повлиял даже на официальный язык: в документах вместо слова Engine появилось сочетание Power Unit. На фото показан такой «юнит» от Renault под названием Sport Energy F1-2014.
С сезона 2014 года в Формуле-1 уходит эпоха атмосферных моторов V8 2.4, трудившихся с 2006 года. По новому регламенту на болидах появятся турбомоторы объёмом всего 1,6 л. Звучит знакомо. Но если в обычной жизни это рядные «четвёрки», то в спорте — малолитражные V-образные «шестёрки» с высокопроизводительным одиночным турбонаддувом (давление не регламентировано). Да и частота вращения коленвала внушительна — лимитатор по правилам будет срабатывать на 15 000 об/мин. А ещё на этих движках стоит система двойной рекуперации, способная утилизировать не только кинетическую энергию автомобиля во время торможения, как было в недавнем прошлом, но и энергию выхлопных газов. Да-да, в формульном моторе турбина соединена с генератором — как на заправской электростанции! Потому буковка К (kinetic) из общего наименования системы пропала, теперь это просто ERS (Energy Recovery System).
Предыдущие моторы в Формуле-1 (V8 2.4) развивали приблизительно 760 л.с. (точные числа, понятно, не разглашаются). Новые будут выдавать порядка 600 л.с., утверждает компания Renault, и ещё 160 «лошадок» с копейками будет добавлять на разгонах система ERS. Суммарная отдача установки окажется сопоставима с прошлогодней, а то и выше. На снимке — наддувные V-образные «шестёрки» Renault 1980 и 2014 года. Рабочий объём почти одинаков (34 года назад он составлял 1,5 литра), но насколько различны размеры.
С сезона 2014 года мгновенный расход у двигателя внутреннего сгорания на Формуле-1 не должен выходить за рамки 100 кг/час, и 100 килограммами ограничен общий запас топлива на одну гонку. Ранее пиковый расход не регламентировался (а по факту был на 40% выше). Что до суммарного запаса топлива, то его не ограничивали (нельзя было только дозаправиться), но типично в бак помещалось около 160 кг горючего. Так что теперь инженерам команд будет весьма непросто настраивать системы рекуперации на гонку и выбирать стратегию в данной части.
У Мерседеса мотор PU106A Hybrid по общему виду похож на «собратьев». Характерная черта — единственный турбокомпрессор, расположенный позади блока цилиндров. Эта компоновка продиктована правилами: если раньше на болиде были разрешены два выхлопных патрубка, то теперь только один, причём так, чтобы поток газов не создавал аэродинамического эффекта. С той же целью запрещено располагать какие-то дополнительные элементы кузова за выхлопом, чтобы они не направляли поток газов.
Если раньше от системы KERS разрешено было получать максимальную добавочную мощность 60 кВт (81 л.с.) в течение 6,7 секунды за один круг, то теперь лимит повышен до 120 кВт (162 л.с.), и такую мощность можно будет развивать по 33 секунды на каждом круге. Ещё французские инженеры указывают, что если в прошлом году поломка «керса» стоила гонщику лишних 0,3 с на круг, то теперь выход из строя гибридной составляющей болида Формулы-1 фактически оставляет машину за пределами хоть какой-то борьбы.
Снова немецкий двигатель. Обратите внимание на огромный колпак сверху. Так выглядит одна из важнейших проблем, над которой пришлось поломать головы всем компаниям: под сравнительно небольшой кузов болида Формулы-1 теперь нужно втиснуть солидный интеркулер для охлаждения воздуха на впуске. Вообще инженеры говорят, что в новых болидах суммарная площадь различных радиаторов существенно вырастет и их правильное размещение, а также хорошая эффективность окажутся одним из ключей к успеху.
В сезоне 2014 года 11 команд будут использовать двигатели всего от трёх поставщиков. Red Bull, Lotus, Toro Rosso и Caterham возьмут на вооружение мотор Renault Sport Energy F1-2014. Команды Mercedes, McLaren, Force India и Williams возложили свои надежды на агрегат Mercedes-Benz PU106A Hybrid. Наконец, болиды Ferrari увлекать вперёд призваны двигатели Ferrari 059/3, и они же оживят болиды Marussia и Sauber. Творение итальянцев «живьём» пока не показывали, но о нём кое-что уже известно, как и о моторе Mercedes. Однако наиболее детальные сведения о новом двигателе предоставила французская компания.
Ключевые элементы нового формульного мотора Renault. Особого рассказа требуют системы MGU-K и MGU-H.
В новой установке есть два мотор-генератора, способных как вырабатывать ток, так и действовать в роли электродвигателя. Первый называется MGU-K (Motor-Generator Unit-Kinetic). Он соединён с коленвалом ДВС и собирает энергию на торможении, отдавая её высоковольтному накопителю. При разгоне MGU-K добавляет свою мощность к мощности основного агрегата. Эта добавка как раз лимитирована по регламенту 120 киловаттами. Ещё есть ограничение по количеству энергии, которую можно собрать на одном круге (два мегаджоуля), и энергии, которую можно использовать для разгона на одном круге (четыре мегаджоуля), что, к слову, в десять раз больше, чем разрешено было в 2013 году для старого «керса».
У «юнита» Mercedes-Benz PU106A Hybrid две системы рекуперации также именуются MGU-K и MGU-H, и размещены они в целом похоже на компоновку этих агрегатов у Renault.
Устройство MGU-H (Motor-Generator Unit-Heat) — самое интересное в новой Формуле. Это электрическая машина, сидящая на валу турбокомпрессора. И работать она может в обе стороны: извлекать энергию из выхлопных газов и раскручивать турбокомпрессор для сокращения турболага. Причём, в отличие от MGU-K, величина потоков энергии (выработка в качестве генератора и работа как электромотора) правилами не ограничена. Это даёт инженерам мощный рычаг для управления балансом энергии в машине. Если учесть работу ДВС и MGU-K, в сумме энергия в болиде может перекачиваться по семи направлениям.
Типовой круг в представлении Renault и типовые способы взаимодействия систем. При торможении блок MGU-K перекачивает энергию от колёс в аккумуляторную батарею. Кстати, вес её лимитирован снизу и сверху (от 20 до 25 кг), так что создателям установок потребовалось нечто очень мощное, развивающее порядка 6 кВт на каждый килограмм веса. Судя по всему, здесь будут стоять суперконденсаторы. Следующая фаза — выход из зоны торможения. Тут батарея отдаёт энергию блоку MGU-H, который быстро выводит турбокомпрессор на предельные обороты (100 тысяч об/мин). Далее — ситуация обгона. Здесь и батарея, и MGU-H поставляют ток для MGU-K, который развивает пиковую мощность, ускоряя болид. Наконец, при обычном ускорении запас в батарее не меняется, но происходит передача энергии от MGU-H к MGU-K.
В этой презентации силовая установка Ferrari 059/3 предстаёт только в виде анимации, но можно убедиться, что она в общих чертах повторяет агрегаты Мерседеса и Рено. В том числе и в части двойной рекуперации. Инженеры Ferrari тут выступают вместе со специалистами Shell. Они не раз повторяют: новые двигатели не только должны приблизиться к гражданским по аппетиту, но и по надёжности, и по долговечности. Хоть на шаг. Ведь по новому регламенту одному гонщику за сезон будет разрешено использовать лишь пять моторов вместо восьми ранее.
Вспомним, что обычный «керс» вводился под соусом помощи мира Формулы-1 массовой автомобильной индустрии в деле сохранения окружающей среды. Мол, в Королеве автоспорта будут проверяться идеи и технологии, которые далее могут в том или ином виде найти свой путь к обычным автомобилям. Новый регламент — заметный шаг в этом направлении. Болиды в 2014 году просто вынуждены стать экономичнее, а ключ к экономичности — хитроумная гибридная система. Вполне вероятно, что мы скоро увидим что-то похожее на серийных автомобилях. Собственно, это уже происходит. Вспомним опыты Audi c электрическим приводом компрессора. От него недалеко до утилизации энергии выхлопа (такие турбогенераторы тоже предлагались в разное время, но развития не получили) и объединения подобных устройств в единый комплекс.
В 2026 году в Формуле-1 будут работать шесть поставщиков двигателей
ФИА официально объявила, что шесть поставщиков двигателей взяли на себя обязательства по участию в Формуле-1 в 2026-2030 годах. Поставлять силовые установки, созданные по новому регламенту, согласились: Alpine, Audi, Ferrari, Honda, Mercedes и Red Bull Ford.
Мохаммед бен Сулайем, президент ФИА: «Тот факт, что с 2026 года в Формуле-1 будут работать шесть поставщиков двигателей, говорит о силе чемпионата и привлекательности технического регламента, разработанного ФИА совместно с командами и производителями двигателей.
Хочу поблагодарить ведущих мировых производителей за доверие, оказанное Формуле-1″.
В настоящее время в Формуле-1 представлены четыре поставщика двигателей: Alpine (Renault), Ferrari, Honda и Mercedes. Новыми (они получат определенные льготы, как финансовые, так и технические) объявлены Audi и Red Bull Ford.
Компания Audi намерена в течение трех лет выкупить 75 процентов акций команды Sauber (Alfa Romeo) и превратить ее в свой заводской коллектив. Шасси будет разрабатываться на базе Sauber в Швейцарии, а силовая установка будет проектироваться и собираться на мощностях Audi в Германии.
Двигатель Red Bull Ford разрабатывается на предприятии Red Bull Powertrains в британском Милтон-Кинсе, основу которого составляют бывшие сотрудники Mercedes. Похоже, от Ford будет только логотип на двигателе. Использовать эти силовые установки будут команды Red Bull и AlphaTauri.
Остается вопрос, а что будет делать Honda? Японцы официально заявились как поставщик двигателей, но при этом пока остаются без команд.
Не исключено, что в ближайшее время появится и седьмой поставщик, если будет одобрена заявка Andretti Cadillac. Майкл Андретти признался, что в первые годы его команда будет использовать двигатели Alpine-Renault под маркой Cadillac, а в 2026 году, возможно, будет разработана собственная силовая установка. А может быть, это будут как раз двигатели Honda? Андретти уже много лет работает с японскими мотористами в IndyCar.
Пока вырисовываются такие комбинации на 2026 год (шасси/двигатель):
1. AlphaTauri/Ford
2. Alpine/Renault
3. Ferrari/Ferrari
4. Mercedes/Mercedes
5. Red Bull/Ford
6. Sauber/Audi
Четырем командам придется выбирать поставщиков двигателей. Aston Martin довольно активно использует технологии Mercedes, и вряд ли этот союз распадется. То же самое можно сказать про Haas и Ferrari. А вот McLaren и Williams могут стать партнерами Honda. К тому же обе команды в прошлом успешно работали с японскими мотористами: два кубка конструкторов на счету Williams-Honda и четыре — у McLaren-Honda. Но было это более 30 лет назад.
| Подписывайтесь на наши новости: |  |
ВКонтакте |  |
Телеграм |
Алхимия мощности
Подобно алхимикам, создатели гоночных двигателей ищут философский камень, который бы позволил из тысяч обычных компонентов (количество деталей в современных моторах Формулы-1 приближается к отметке 6000) получить так редко встречающееся в природе «чистое золото” – одновременно легкий, надежный и мощный агрегат. Однако совмещать несовместимое с каждым годом становится все сложнее.
Возьмем проблему веса. Облегчение конструкции двигателя не должно идти в ущерб его прочности и жесткости, поскольку современный гоночный мотор – не только поставщик мощности, но и силовой элемент, связывающий монокок с трансмиссией. От его несущей способности зависит поведение машины в повороте.
Тем не менее, преодолеть еще вчера казавшийся фантастическим порог в 100 кг удалось, видимо, уже трем заводам: Ilmor, Cosworth и Ferrari. Такое стало возможно в первую очередь благодаря использованию новых дорогостоящих материалов и сложнейших технологий обработки. В частности, Ferrari для изготовления картера двигателя серии 049 впервые в своей истории применила сплав алюминия с 20-процентным содержанием бериллия, который при приблизительно равном удельном весе и прочности неизмеримо жестче магниевого сплава. Стоит напомнить, что в США до 1993 года бериллий входил в число материалов, имеющих стратегическое значение. А в Формуле-1 такой сплав появился несколько лет назад в качестве материала тормозных скоб.
С использованием новейшей технологии так называемого точного литья, позволяющей контролировать микропористость (наличие мельчайших пузырьков воздуха) расплава, стало возможным получать детали с минимальными допусками. Так, сложной формы внутренние каналы для подвода масла и охлаждающей жидкости в головках блоков имеют отклонения от заданных параметров уже не в миллиметры, а в десятые доли миллиметра. Толщину стенок картера в свою очередь удалось уменьшить с 3,5–4 мм до 2–2,5 мм, что одновременно помогло решить проблему отвода увеличившегося с возрастанием мощности количества тепла.
Борьба с излишками веса в конструкции двигателя необходима и для снижения инерционности и потерь на трение, которые растут по мере повышения оборотов мотора. Поэтому в подшипниках коленвала Ferrari 049 стальные шарики заменены керамическими, для которых требуется меньшее количество смазки, что означает и снижение механического сопротивления их качению. К тому же эти подшипники, способные выдержать большую удельную нагрузку, компактнее, что позволило снизить вес мотора почти на 1 кг! Инженеры Ilmor при создании двигателя Mercedes-Benz FО110J пошли еще дальше, установив подшипники с керамическими шариками и серебряным напылением. Это позволило не только сократить потери на трение, но и, учитывая высокую теплопроводность серебра, усилить отвод тепла, что положительно сказалось на надежности системы в целом.
Сэкономить вес можно не только на основных элементах конструкции, но и на навесном оборудовании и управляющих системах. Все чаще корпуса различных насосов изготавливают из легкого и прочного углепластика. Что же до электроники, то она становится все более миниатюрной. Установленная на Ferrari F1-2000 система управления Magneti Marelli девятого поколения на 43% легче ее предшественницы (которая в этом сезоне используется на Minardi M02). 2 кг и 3,5 кг – чувствуете разницу?! При этом быстродействие процессоров новой системы увеличилось вдвое (40 млн операций в секунду), что дает возможность во время гонки проводить не только диагностику систем машины, но и корректировать их работу в случае выявления неисправностей. Результат «диеты”, на которую посажены моторы, оказался просто поразительным. Если 3-литровый V12, установленный в 1979 году на чемпионской Ferrari 312T Джоди Шектера, выдавал чуть более 3 л.с. с каждого килограмма веса двигателя, то у лучших современных V10 этот показатель составляет более 8 л.с. на 1 кг веса.
И все же, как любая диета, и эта, «механическая”, приводит порой к нежелательным последствиям. В ходе нынешнего чемпионата было замечено, что Ferrari нередко возвращаются в боксы с двигателями, залитыми маслом. Как полагают, это связано с недостаточной производительностью так называемого дегазатора, устройства, отделяющего пузырьки воздуха от моторного масла непосредственно перед поступлением в маслосистему двигателя. Возможно, дегазатор был уменьшен сверх меры, в результате чего накапливающееся в нем масло периодически выбрасывается на корпус двигателя.
Но мало добиться снижения веса. Необходимо еще и серьезно «поработать над фигурой”. Желательно, чтобы массы были сконцентрированы как можно ниже для повышения устойчивости автомобиля. Известно, что коленвал Ferrari 049 еще более смещен к днищу картера, чем у модели с индексом 048. Кроме того, мотор Ferrari F1-2000 – один из двух с углом развала блока цилиндров в 90° (у всех остальных – 72°, 80°), что позволяет дополнительно притопить центр тяжести автомобиля. Мало того. На режимах порядка 17 000 об/мин моторы с более «узким” V начинают страдать от высокочастотной вибрации, что приводит к нарушению соосности гильз цилиндров и как следствие – к увеличению потерь на трение. Ситуация малоприятная еще и потому, что на пик мощности современные двигатели выходят именно на режимах, близких к максимальным.
Ограничить вибронагруженность двигателей и увеличить их надежность помогает и другое инженерное решение, опробованное в прошлом сезоне командами Prost, Minardi и, возможно, McLaren. Инженеры этих команд отсоединили маховик вместе с группой сцепления от задней оконечности коленвала и пристыковали к первичному валу коробки передач. Что это дало? При обычной конструкции крутильные колебания коленвала, которые на режимах, приближающихся к 18 000 об/мин, могут привести к его поломке, сконцентрированы в узле крепления обладающего значительной инерционной массой маховика. Соединив маховик с первичным валом КПП, удается увеличить критическое значение крутильных колебаний, поскольку точка, в которой они сконцентрированы, перемещается в середину коленвала. Система с вынесенным маховиком используется теперь и на Ferrari F1-2000, но, видимо, полностью решить проблему подавления вибраций сверхлегкого 049 так и не удалось. От вибраций нарушаются электрические соединения, трескаются трубки гидросистемы. С этим, возможно, связан сход Баррикелло в Сильверстоуне.
Кстати, о трассах. При постоянном сокращении количества «ходовых” поворотов и увеличении числа медленных S-образных связок особое значение приобретает способность двигателя развивать высокий крутящий момент на относительно низких оборотах, обеспечивая машине энергичное и вместе с тем возможно более плавное ускорение. Задача, стоящая перед конструкторами, осложняется тем, что покрышки Bridgestone жестче гудьировских и потому легче срываются в пробуксовку. На помощь приходят электронные акселераторы дифференцированного действия, впервые примененные инженерами McLaren. B самый деликатный момент, когда тяга двигателя стремительно нарастает при увеличении числа оборотов с 13 000 до 14 000 об/мин, функцию тонкого управления впрыском топлива берет на себя электронный блок, связанный с педалью акселератора. Для смягчения резкого скачка крутящего момента, продолжительность которого измеряется десятыми долями секунды, электроника увеличивает подачу топлива сначала в одну группу цилиндров, а затем – в другую. Такую систему, значительно улучшающую управляемость двигателя (термин, вошедший в обиход с легкой руки Росса Брауна), теперь освоила и Ferrari.
А что же собственно мощность? Пути наращивания лошадиных сил различны. Например, грамотно сконструированный воздухозаборник двигателя обеспечивает давление наддува в 0,04 бар при скорости 200 км/ч, увеличивая мощность на 1,7% и на 4,5–5% при скорости 320 км/ч, что эквивалентно приросту мощности в 40 л.с. Вот вам, кстати, и еще одна причина, почему так трудно сегодня выполнить обгон. Тот, кто попадает в образующуюся за идущей впереди машиной зону разреженного воздуха, недосчитывается этих дополнительных 40 «лошадей”.
И все же главным источником увеличения мощности остается наращивание числа оборотов. Добиться этого можно, лишь постоянно сокращая ход поршней и соответственно увеличивая диаметр цилиндров. Соотношение этих величин за двадцать лет изменилось от 0,6:1 до 0,45:1. Одновременно благодаря использованию новейших материалов вес поршней уменьшился более чем на 120 г, а это, в свою очередь, повлекло за собой облегчение шатунов и коленвала. Такое снижение движущихся масс существенно улучшило сбалансированность двигателей. Но когда диаметр цилиндров стал заметно больше 90 мм, выявилась иная проблема. При числе оборотов свыше 17 000 об/мин продолжительность фазы сгорания топлива сократилась до 1,6–1,7 мс, что уже недостаточно для распространения пламени по всей площади верхней части поршней. Так что увеличение числа оборотов не давало соответствующего прироста мощности. Особенно остро эта проблема встала перед инженерами Ferrari в прошлом сезоне. Двигатель серии 048 в гоночной версии, по оценкам специалистов, был самым высокооборотным (более 17 000 об/мин), но проигрывал моторам Mercedes-Benz и Mugen-Honda порядка 20–15 л.с. именно из-за низкого кпд сгорания топлива, обусловленного большим диаметром цилиндров – 96 мм. Дальнейшее наращивание мощности за счет увеличения числа оборотов было бы возможно путем использования новых типов топлива или двигателей с большим числом цилиндров. Но, как известно, первое техническая комиссия Формулы-1 запретила, второе – собирается запретить.
Что же остается? Инженеры Ferrari пошли на попятный, уменьшив диаметр цилиндров 049-го до 93,5 мм. Да и не только они. Тенденция к ограничению диаметра цилиндров прослеживается достаточно отчетливо. Инженеры разных команд называют оптимальную величину в 92–92,5 мм. Такие моторы будут иметь более плавную кривую увеличения мощности и лучшую управляемость. Наглядный пример тому – двигатель BMW E42 с диаметром цилиндров менее 93 мм. С другой стороны, дальнейший рост мощности в рамках существующих правил становится невозможен. В Renault полагают, что уже к концу сезона-2000 двигатели V10 достигнут своего потолка мощности в 810–815 л.с.
Впрочем, не раз и не два на протяжении полувековой истории Формулы-1 казалось, что в совершенствовании того или иного узла достигнут потолок и дальше этого «идеала совершенства” дороги нет. Но настоящих конструкторов такие тупики только раззадоривают. И можно не сомневаться, что вскоре мы узнаем о новых открытиях алхимиков ХХI века. Ведь путь к философскому камню – дорога бесконечная
Михаил Козлов
Журнал «Формула-1» февраль, 2001