Характеристики авто Formula 1

Параметры болидов формулы один, их размеры и массы контролируется техническим регламентом, цель этой статьи описать различные конструкции, технологии, цены и детали используемые в болидах формулы один.

Как работает чудо-мотор «Формулы-1»

Технический прогресс в гонках полностью уничтожил романтические мечты о «гаражных» командах и создании революционных болидов гениальными энтузиастами без кучи магистерских степеней в резюме. Теперь даже бедные конюшни обладают бюджетом от 100 миллионов долларов и открывают отделы инженерных разработок на несколько десятков человек.

Моторные департаменты «Феррари», «Рено» и «Мерседеса» превратились в огромных технологических монстров. Немецкие производители уже продвинули индустрию вперед, недавно объявив о скором достижении мощности в 1000 л.с. и установке нового рекорда тепловой эффективности на уровне более 50% (у обычных легковых автомобилей — 25-30%).

Актуальная силовая установка состоит из нескольких составляющих частей:

  1. – двигатель внутреннего сгорания;
  2. – турбина (с компрессором и нагнетателем, конечно);
  3. – две системы рекуперации энергии MGU-K и MGU-H;
  4. – блок контролирующей электроники;
  5. – батарея.

Турбину — неспроста вернули в «Формулу-1» после двадцатилетнего запрета: в 2014 году вместе с новым регламентом силовых установок начал действовать и лимит на расход топлива в 100 кг на гонку. Он означал снижение количества сжигаемого горючего в цилиндре двигателя и, соответственно, уменьшение мощности и скорости. Чтобы не допустить замедления болидов, командам снова позволили компенсировать снижение используемого объема топлива повышением плотности смеси с помощью турбонаддува.

Блок MGU-K или рекуператор кинетической энергии разрешили к использованию еще в 2009 году (тогда он назывался KERS). Он подключается к тормозной системе болида, активируется при нажатии соответствующей педали и переводит энергию вращения колес в электрическую, заряжая ею батареи. Затем пилот использует заряд для разгона — вот только вплоть до 2014 года технология не отличалась особой эффективностью. Регламент как раз и пересмотрели к 2014 году специально для повышения роли гибридных систем в силовых установках.

Тогда же ввели использование еще одного рекуперирующего блока — MGU-H. Он работает уже не с кинетической энергией, а с потоком выхлопных газов, чье тепло и преображает в электричество. Эту систему можно назвать ключевой для современных болидов, ведь двигатели внутреннего сгорания практически достигли потолка развития. Грамотное использование гибридной составляющей дает 20-30 дополнительных км/ч на прямой и позволяет экономить топливо при разгоне на низких передачах.

В то же время на рекуператор тепловой энергии выпадает большая постоянная нагрузка — и успех силовой установки напрямую зависит от разработки эффективного охлаждения. Именно со сложной конструкцией и связаны почти все проблемы мотористов современной «Формулы-1». «Хонда» сперва два сезона мучилась с перегревом из-за неправильного расположения рекуператора относительно двигателя внутреннего сгорания, а теперь не может нащупать оптимальную схему распределения полученной энергии по фазам разгона на прямых. «Рено» в свою очередь перестаралась в попытках догнать «Мерседес» по скорости и запорола надежность блока: в результате в последних трех Гран-при машины с французским двигателем сошли семь раз.

Общие технические характеристики болида формулы один:
(даные для сравнения, так как они у всех болидов разные и постоянно меняются, хотя и не значительно).

Разгон с места до 100км/ч 1.7 сек.
Разгон с места до 200км/ч 3.8 сек.

Разгон с места до 300км/ч 8.6 сек.
Максимальная скорость около 340 км/ч
Торможение со 100км/ч 1.4 сек и 17 метров дистанции.
Торможение с 200 км/ч 2.9 сек и 55 метров дистанции.
Торможение с 300 км/ч 4 сек
Перегрузка пилота при торможении около 5G.
Прижимная сила равная весу болида достигается на скорости около 180 км/ч.
Максимальная прижимная сила (настройка максимум) при 300+ км/ч около 3000 кг.

Главной особенностью болида формулы один несомненно является наличие огромной прижимной силы. Именно она позволяет проходить повороты на скоростях, недостижимых любым другим спортивным автомобилям. Здесь есть один интересный момент: многие повороты пилотам просто необходимо проходить на очень высокой скорости, когда прижимная сила позволяет держать болид на трассе, если же скорость сбросить, то можно вылететь с трассы так как прижимная сила будет недостаточна!

Прижимную силу создает набор аэродинамических элементов таких как: заднее антикрыло, переднее антикрыло, диффузор, итд. Переднее антикрыло, состоит из углеродного волокна и создает прижимную силу до 25% от всего болида формулы один.

Заднее антикрыло при собственном весе около 7 кг создает до 1000кг прижимной силы на высокой скорости, это около 35% всей прижимной силы болида F1.
В разные времена на болидах формулы один использовался различный объем двигателя, присутствовал и отсутствовал наддув, ограничения по оборотам и масса других ограничений, объединяло их лишь одно, огромная мощность до 1500 л/с на больших оборотах, до 22500 об/мин. В последнее время регламент поддерживает, путем различных ограничений, максимальную мощность около 850 л.с и обороты порядка 19500 об/мин.

Параметры одного из двигателей формулы один:

Диаметр цилиндра 98 мм
Ход поршня 39.77 мм
Объем 2400 см3
Длина шатуна 102 мм
Диам. цилиндра / Ход поршня
2.46
Литровая мощность 314.6 лс/л
Максимальный крутящий момент 290 Nm при 17000 об/мин
Ср. скорость поршня 22.5 м/с
Ускорение поршней около 9000G на 19000 об/мин
Давление в форсунках около 100 бар
Макс. мощность 755 л.с 19250 об/мин

Массы некоторых деталей двигателя и параметры

• Поршень 220 г
• Кольца в комплекте 9 г
• Поршневой палец в сборе 66 г
• Шатун 285 г
• Сам двигатель весит 95 кг
• Ср. эффективное давление в камере сгорания при Макс. моменте 15.18 bar
• Ср. эффективное давление в камере сгорания при Макс. мощности 14.63 bar
• Максимальная нагрузка на поршневой палец 3133 кг.
• Максимальная нагрузка на постель коленвала 6045 кг.

Выхлопная система

Каждой команде формулы один необходим некоторый запас различных коллекторов выпускной системы для перенастройки двигателя под различные трассы.

Почему новыми технологиями все недовольны?

Как ни странно, современные гибридные двигатели с первого же сезона попали в тайфун критики. Среди негодующих оказались и фанаты, и команды, и гонщики, и производители — каждый напирал на что-то свое.

Но на самом деле всех раздражают не совсем двигатели, а доминирование «Мерседеса», основанное на преимуществе в силовых установках. Немцы произвели лучшие агрегаты еще в 2014 году и заслуженно побеждали четыре сезона подряд — из-за сложной конструкции моторов (и MGU-H в том числе) у конкурентов никак не получается ликвидировать отставание от лидера.

Трансмиссия

В машинах Формулы 1 использование автоматических коробок запрещено
Используются полуавтоматические последовательные коробки передач
Имеется 7 передних и 1 задняя передача
Пилот переключает передачу за 1/100 секунды
Стоимость одной семискоростной полуавтоматической коробки передач свыше 130 000$. Рассчитана на пробег 6000 км. На сезон хватает 10 коробок, включая тесты. В комплект входит несколько комплектов шестеренок.

Коробка передач болида формулы один самым непосредственным образом соединена со сцеплением, выполненым из карбона. Сцепления выпускают две компании, AP racing и Sachs, которые создают их таким образом, что они могут выдерживать температуры близкие к 500 градусам. Сцепления являются электрогидравлическими элементами и имеют вес от 1.5кг. Каждое переключение скорости выполняется за 20-40 милисекуд и регулируется компьютером. Пилоты болидов не пользуются сцеплением вручную, теряя тем самым время и позволяя двигателю совершать холостые обороты (как это в обычных машинах, без автоматической коробки передач), а просто нажимают рычажок за рулем, для перехода к следующей скорости, сам же процесс полностью лежит на компьютере. Коробки передач
создаются так, чтобы механики могли легко менять настройки. Так полная перестройка передаточных чисел коробки передач занимает около 40 минут в боксах.

Шины и диски

Диски весят около 4 килограмм и сделаны из магниевого сплава, каждый стоит около 10000 $
Дорожный размер передних шин: 245/55R13;
Диаметр передних: 655 мм;
Ширина передних: 325 мм;
Дорожный размер задних шин: 325/45R13;
Диаметр задних: 655 мм;
Ширина задних: 375 мм;
Рабочая температура около 130 градусов
Стоимость одной шины около 800$
На сезон нужно 720 штук.

Тормоза болида формулы 1

Диски тормозов уже многие годы изготовляют из углеродного волокна, на производство одного диска может затрачиваться до 5 месяцев.
Температурный режим до 1000 с цельсия
Вес 1.4 кг.
При всех достоинствах тормозов из углеродного волокна, в последнее время все чаще применяют керамические тормозные диски, имеющие лучшие характеристики как торможения, стабильности при нагреве, так и долговечности. Современные керамические тормозные диски команды Ferrari, за одну гонку теряют 1 мм своей толщины. В то время как ранее при использовании других материалов износ составлял 4 и более мм!

Рычаги передней подвески:

Изготовлены из титана и углепластика.

Топливный бак:

Изготавливается из прорезиненной ткани, подкрепленной кевларом
Имеет объем свыше 200 литров
Расход топлива – 75 л/100 км

Монокок

Монокок это основа болида F1, на которую крепятся все его части и детали. При сотрясениях, при авариях он должен обеспечить пилоту полную безопасность, но в то же время весить приблизительно 35кг. Как и большинство частей болида F1 монокок сделан из карбона и как и большинство деталей стоит недешево 115000$

Сиденье пилота:

Выполняется по индивидуальным меркам гонщика из углеволокна.

Руль

Руль болида формулы один совмещает в себе приборную панель (дисплей по центру), органы управления, также позволяет изменять многие настройки болида прямо по ходу движения. Выполнен из углеродного волокна, для каждого пилота индивидуально по анатомическому строению.

История

1949—1953

В этот период команды могли использовать атмосферные двигатели объёмом 4,5 л, либо двигатели с нагнетателем объёмом до 1,5 литров. Мощность достигала 425 л.с. (317 кВт).

  • Alta Р4 1,5 л (с механическим нагнетателем)
  • Alfa-Romeo Р8 1,5 л (с механическим нагнетателем)
  • Bristol Р6 2,0 L
  • BRM V16 1,5 л (с механическим нагнетателем)
  • ERA Р6 1,5 л (с турбонагнетателем)
  • Ferrari Р4 2,0 л (F2), V12 1,5 л (с механическим нагнетателем), V12 2,0 л (F2) и V12 4,5 л
  • Lea-Francis Р4 2,0 л (F2)
  • Maserati Р4 1,5 л (с механическим нагнетателем) and Р6 2,0 л (F2)
  • O.S.C.A. V12 4,5 л
  • Simca-Gordini Р4 1,5 л (с механическим нагнетателем)
  • Talbot-Lago Р6 4,5 л

1954—1960

Объём двигателей был понижен до 2,5 л для атмосферных и до 750 см³ для компрессорных. Но ни одна из команд не стала использовать двигатели с нагнетателем. В Формуле-2 тогда использовались 2-литровые двигатели. Это давало возможность не проектировать новые двигатели, а просто увеличить объём старых моторов.

  • Alta Р4 2,5 л
  • Aston Martin Р6 2,5 л
  • BRM Р4 2,5 л
  • Coventry Climax Р4 2,0 л и Р4 2,5 л
  • Ferrari Р4 2,5 л и V6 2,5 л
  • Lancia V8 2,5 л (после ухода Lancia из Формулы-1 эти двигатели использовали в Ferrari)
  • Maserati Р4 2,5 л,Р6 2,5 л и V12 2,5 л
  • Mercedes Р4 2,5 л
  • Offenhauser Р4 1,7 л
  • Scarab Р4 2,5 л (разработан Offenhauser)
  • Vanwall Р4 2,5 л

1961—1965

В 1961 были вновь изменены требования к двигателям. Теперь можно было использовать только атмосферные двигатели объёмом 1,5 литра. Мощность колебалась от 150 до 225 л.с.

  • ATS V8 1,5 л
  • BRM V8 1,5 л
  • Coventry Climax Р4 1,5 л, V8 1,5 л и H16 1,5 л (никогда не участвовал в гонках)
  • Ford Р4 1,5 л
  • Ferrari V6 1,5 л, V8 1,5 л и H12 1,5 л
  • Honda V12 1,5 л
  • Porsche H4 1,5 л и H8 1,5 л (оба воздушного охлаждения)
  • Maserati Р4 1,5 л и V12 1,5 л (никогда не участвовал в гонках)

1966—1986

В 1966 вступили в силу новые правила. Объём двигателей увеличили до 3,0 л для атмосферных и 1,5 л для двигателей с нагнетателем. Это вызвало недовольство многих команд. В 1966 Coventry Climax, чьи 1,5 литровые моторы использовали многие команды была куплена компанией Jaguar. Поставки двигателей для команд Формулы-1 были прекращены. Командам пришлось искать новых поставщиков. Так Cooper перешли на двигатели Maserati, устаревшей конструкции. Brabham обратились к австралийской Repco, а Lotus заключили договор с BRM о поставках двигателя BRM-75. В 1967 появился серийно выпускаемый Cosworth DFV, что позволило принять участие в чемпионате мира небольшим производителям. В 1977 появился турбированный двигатель Renault-Gordini V6 Turbo. Мощность двигателей была от 390 до 500 л.с., а для турбированных от 500 до 900 л.с. в гонке и до 1000 л.с. во время квалификации. Также регламент 1966 года допускал роторно-поршневые и газотурбинные двигатели, с любыми параметрами. Роторно-поршневые так и не появились, а газотурбинный турбовальный двигатель стоял на Lotus 56B, но показал свою несостоятельность из-за высокого расхода топлива и турболага.

  • Alfa Romeo V8 1,5 л Turbo, V8 3,0 л, Оппозитный-12 3,0 л и V12 3,0 л
  • BMW M12 Р4 1,5 л Turbo
  • BRM H16 3,0 л и V12 3,0 л
  • Coventry Climax V8 3,0 л
  • Ferrari V6 1,5 л Turbo, V12 3,0 л and H12 3,0 л
  • Ford V6 1,5 л Turbo и V8 3,0 л
  • Ford Cosworth DFV V8 3,0 л и DFY V8 3,0 л
  • Hart Р4 1,5 л Turbo
  • Honda V12 3,0 л, V8 3,0 л воздушного охлаждения и V6 1,5 л Turbo
  • Maserati V12 3,0 л
  • Matra V12 3,0 л
  • Motori Moderni V6 1,5 л Turbo
  • Repco V8 3,0 л
  • Renault Gordini V8 (никогда не участвовал в гонках) 3,0 л and Gordini V6 1,5 л Turbo
  • Serenissima V8 3,0 л
  • TAG-Porsche V6 1,5 л Turbo
  • Tecno H12 3,0 л
  • Weslake V12 3,0 л
  • Zakspeed Р4 1,5 л Turbo

1987—1988

Мощности турбомоторов постоянно росли, снижая безопасность гонок. Поэтому FIA приняла решение ограничить давление наддува до 4 атм в квалификации и увеличить максимальный объём атмосферных двигателей до 3,5 литров. Команды March, Lola, Tyrrell, AGF и Coloni использовали атмосферный двигатель Ford Cosworth DFZ 3,5 L V8 мощностью 575 л.с. В 1988 году давление наддува снизили до 2,5 атм, но доминирование турбомоторов продолжилось.

1989—1994

В 1989 турбированные двигатели полностью запретили. Конец турбоэры позволил прийти в Формулу-1 новым поставщикам двигателей таким, как Yamaha и Lamborghini. После двухлетнего отсутствия вернулись Renault.

  • Ferrari 65° V12 620—715 л.с.
  • Ford Cosworth DFR 90° V8 595 (1989) и 620 л.с. (1990), HB V8 615—730 л.с., Zetec-R ECA V8 750 л.с.
  • Hart 1035 V10
  • Honda RA 675—710 л.с.
  • Ilmor 72° V10 680—765 л.с.
  • Judd EV 72° V8 640 л.с. при 12500 об/мин и GV 72° V10 750 л.с. при 13500 об/мин
  • Lamborghini L3512 80° V12 700 л.с.
  • Life F35 60° W12 650 л.с. при 12500 об/мин
  • Mugen-Honda MF V10
  • Peugeot V10 A4 700 л.с. и A6 760 л.с.
  • Porsche V12 3,5 680 л.с. при 13000 об/мин
  • Renault RS V10 600—790 л.с.
  • Subaru F12 (никогда не участвовал в гонках)
  • Yamaha OX V8 (1989), OX 99 72° V10 660 л.с. и OX 10A 72° V10 до 750 л.с.

1995—2004

С 1995 по 1997 моторы Renault трижды выиграли кубок конструкторов и чемпионат мира. В 1995-м максимальный объём двигателя сократили с 3,5-х литров до 3-х. В 1998 и 1999 чемпионом мира стал Мика Хаккинен на McLaren с мотором Mercedes. С 1999 по 2004 кубок конструкторов завоёвывали только Ferrari. С 2000 года Williams перешли на двигатели BMW. После 2000-го года в регламенте появился пункт, разрешающий использовать только моторы конфигурации V10, из-за чего на год отложился дебют команды Тойота, планировавших дебютировать с двигателем V12.

2005

В 2005 году команды должны были использовать двигатели V10 объёмом 3 литра, имеющие не более 5 клапанов на цилиндр.

  • BMW P84-5 950 л.с.
  • Cosworth TJ 2005 900 л.с. при 18300 об/мин
  • Ferrari Tipo 053 880 л.с. и 055
  • Honda RA 005 E 900 л.с. при 18500 об/мин
  • Mercedes FO 110R 920 л.с.
  • Petronas 05A (Ferrari Tipo 053)
  • Renault RS25 900 л.с.
  • Toyota RVX-05 90° 900 л.с. при 19000 об/мин

2006

В 2006 объём двигателя снизили до 2,4 литра, а количество цилиндров до 8. Диаметр цилиндра должен был быть не более 98 мм, а ход поршня не менее 37 мм. Системы предварительного охлаждения воздуха запрещены. Также запрещено подавать в двигатель что-либо, кроме воздуха и горючего. Впуск и выпуск изменяемой геометрии также запрещены. Каждый цилиндр может иметь только одну форсунку для впрыска топлива и только одну свечу зажигания. Естественно двигатель должен был быть атмосферным и иметь вес не менее 95 кг. Также для команд разрешили на 2006 и 2007 год использовать старые двигатели V10 с ограничением числа оборотов. Блок цилиндров и картер двигателя должны быть выполнены из сплавов алюминия. Коленвал и распредвалы должны быть сделаны из стали или чугуна. Толкатели клапанов должны быть выполнены из сплавов алюминия, а сами клапаны — из сплавов на основе железа, никеля, кобальта или титана. Использование карбона и композитных материалов при производстве блока цилиндров, головки блока и клапанов запрещено. Это привело к снижению мощности по сравнению с 3-литровыми двигателями на 20%.

  • BMW P86 760 л.с.
  • Cosworth TJ 2006 V10 ограничение 16700 об/мин и CA 2006 V8
  • Ferrari Tipo 056 735 л.с.
  • Honda RA 806 E 760 л.с. при 19000 об/мин
  • Mercedes FO 128S 760 л.с.
  • Renault RS26 735 л.с. (750 л.с. в версии B)
  • Toyota RVX-06 760 л.с. при 19000 об/мин

2007—2008

Чтобы снизить затраты команд в 2007 и 2008 году регламент не стали менять. Было только введено ограничение числа оборотов до 19000.

2009

В 2009 разрешено использовать такие же двигатели 2008 с ограничением по числу оборотов 18000. Также командам разрешено использовать систему KERS.

2010

В 2010 в формулу-1 вернулась компания Cosworth.

2011

В 2011 произошли небольшие изменения в поставщиках моторов для команд. От услуг Cosworth отказалась Team Lotus. Также со следующего сезона моторы Renault RS27 будет использовать и AT&T WilliamsF1.

2012

2013

2014

2014 год стал первым сезоном, в котором используются 1,6-литровые турбированные двигатели V6 с максимумом 15000 оборотов в минуту. Мощность снижена до 600 л.с.

     Формула 1

В марте 2007 F1 Racing опубликовала ежегодные оценки расходов на Formula One команд. Общая сумма расходов из всех одиннадцати команд в 2006 году оценивалась в $ 2,9 млрд $.
Финансовые расходы каждой команды F1.
Toyota $ 418 500 000
Ferrari $ 406,5
McLaren $ 402
Honda $ 380,5
BMW Sauber $ 355
Renault $ 324
Red Bull $ 252
Уильямс $ 195,5
Midland F1 / Spyker-MF1 $ 120
Toro Rosso $ 75
Super Aguri $ 57 млн
Переход с V12 3 литра на V6 1.5 турбо произошел в 1981 году
Переход с V6 1.5 литра турбо на V12 3.5 литра произошел в 1989 году
Переход с V12 3.5 литра на V10 3 литра произошел в 1996 году
Переход с V10 3 литра на V8 2.4 литра произошел в 2006 году
Переход с V8 2.4 литра на V6 1.6 литра произошел в 2014 году

Знаете ли вы, что в конце 70-х и начале 80-х с участием в формуле один шинного производителя Michelin, ширина резины задних колес болидов доходила до 68 см.
Передние антикрылья на болиде ф1 обеспечивают в среднем 25% всей прижимной силы.

На длинных прямых, трубы выпускных коллектоов разогреваются до 1000 градусов Цельсия, а иногда и выше.
Расход топлива болида формулы один 2014 составляет 100 килограмм на всю гонку или 305 км трассы. 100 килограмм приравнивается к 125 литрам бензина, соответственно расход на 100 км составляет в среднем 41 литр горючего
Формулы один прошлых лет, имели расход до 90 литров на 100 км.
Топливо заправляемое в болид охлаждают до 10 градусов Цельсия.
Перегрузки пилота формулы один.
При старте с места перегрузки пилота доходят до 4-5 G
При разгоне в ходе гонки, после прохождения поворота доходят до 2,5 G
При жестких торможениях в конце длинных прямых, когда прижимная сила максимальна, перегрузки начинаются с 4-6 G, по мере сброса скорости пилоту приходится попускать педаль тормоза, чтоб не сорвать колеса в юз, так как прижимная сила уменьшается.
Боковые перегрузки на скоростных поворотах, когда прижимная сила болида максимальна, доходят до 5 G

Двигатели V10 F1 применявшиеся в период 1996-2005 г имели холостой ход около 8000 оборотов в минуту.
Любой болид начиная с конца 70-х годов сможет ехать по потолку, если его скорость превышает 200 км/час, так как уже на этих скоростях, прижимная сила становится больше массы самого болида формулы один.
На 300 км/час, прижимная сила может втрое превосходить вес болида ф1
При движении по треку со скоростью 50 км/час болид весит 700 кг разогнавшись же до 320 км/час он может весить 2700 килограмм!

Двигатель болида формулы один не имеет маховика, его роль выполняет коленвал и миниатюрное сцепление, которое весит не больше килограмма.
В зависимости от трассы, КПП Формулы один, переключает передачи от 3000 до 4000 раз за одну гонку.
Сцепление современной формулы один используется только при старте гонки, и трогании с пит-стопов. Передачи переключаются без его помощи.

Коробка передач формулы один выдает до 5000 н/м крутящего момента на привода задних колес.
Переключение передач происходит за время меньшее чем 0.05 секунды, при этом болид формулы один успевает проехать на скорости 250 км/час около 3.5 метров.

В 2014 году, впервые применили непосредственный впрыск топлива в цилиндры двигателя формулы один, с высоким давлением в 500 бар !
В системе охлаждения двигателя формулы один применяется обычная дистиллированная вода.
Двигатель болида формулы один 2013, потребляет до 3.5 литров топлива в минуту, на полной мощности.
Ускорение поршней около 9000G на 19000 об/мин
Топливная эффективность двигателей ф 1 2014 увеличилась на 35-40% по сравнению с прошлым сезоном.

> Сравнение звука двигателей F1 разных эпох

Техника ›
Турбореволюция! Как устроены моторы Формулы-1 2014 года

Леонид Попов, 24 января 2014. Фото и иллюстрации: Renault, Mercedes-Benz

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.

Рубрики: Мотоспорт

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *