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).

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.

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.

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.

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».

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.

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.

Формула 1

О чем этот раздел ?

&nbsp О дин из самых интересных разделов нашего сайта и посвящен он, самым технологичным и дорогим гонкам всех времен. Формула один, с самого начала своего существования, была впереди планеты всей по развитию автомобильных технологий, нацеленной на получение максимальной скорости движения по извилистым трассам.

&nbsp Е сли вы хотели узнать о Формула 1 все или по крайней мере, все самое интересное, то вы попали в нужное место!

&nbsp Г оночные технологии топовых команд настолько совершенны, что конкурировать с ними могут только производители аэрокосмической техники. В разделе, мы буквально под «микроскопом», будем рассматривать, каждую деталь, каждый узел, с указанием материалов из которых их изготовляют, а также массы каждых элементов, примерные цены на узлы и детали.

&nbsp Ф ормула один, очень динамически развивающийся вид автоспорта, с постоянно изменяющимися правилами технического регламента. Так как этот раздел посвящен устройству болида Ф1, то здесь нет цели точно выдержать устройство каждого автомобиля по всем годам производства. Описание ведется с некоторым обобщением, но если есть какой-то интересный факт, или деталь исторически ценная, то описание будет с указанием года и всех параметров детали или болида ф1. Это не новостной раздел, а позновательный, хотя последние технические разработки от формулы один вы здесь тоже увидите.

&nbsp В рунете очень мало информации по устройству болида формулы один, по этому большинство материалов взято с зарубежных ресурсов.

Перечень всех материалов раздела

Интересные факты формулы 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.

Двигатели болида «Формулы 1»: объем и технические характеристики

Как вы думаете, какой элемент болида Формулы-1 является самым нужным для победы в Гран-при? Я уверен, что такой элемент выделить нельзя. В каждой гонке важен любой элемент гоночного автомобиля, ведь он играет какую-то роль в настройке. В этой же статье мы рассмотрим силовой элемент гоночного автомобиля, то есть двигатель и все, что с ним взаимодействует.

Основные узлы силовой установки

Силовая установка — этот узел болида, который при проезде авто по прямой старт-финиш оглушает болельщиков. Так вот, даже такой мощный силовой агрегат состоит из более мелких деталей, точнее — элементов:

• Двигатель внутреннего сгорания, объёмом 1.6 литров;
• Мотор-генератор, который накапливает кинетическую энергию;
• Мотор-генератор тепловой энергии;
• Аккумулятор, который питает электрические узлы;
• Турбогенератор;
• Блок управления двигателем.

Двигатель внутреннего сгорания

С двигателем внутреннего сгорания у читателей вопросов возникнуть не должно. Но все равно, вспомним, что в двигатель подаётся топливо, где в рабочей камере оно сгорает. Сгоревшее топливо, а точнее его газы, под высоким давлением взаимодействует с поршнями, которые таким образом приводятся во вращение. Они в свою очередь приводят в движение коленчатый вал, а тот через коробку передач приводит в движение колеса.

Мотор-генератор (MGU-K)

Раньше этот элемент назывался KERS. Работает это следующим образом. Мотор-генератор имеет непосредственное соединение с коленчатым валом. Во время торможения болида, а это бывает часто на формульных трассах, происходит так называемая рекуперация, то есть режим зарядки аккумулятора. Когда он получает полный заряд, гонщик по своему усмотрению включает этот режим, что ещё больше увеличивает мощность двигателя, то есть добавляет лошадиных сил.

Мотор-генератор (MGU-H)

Как мы писали раннее, MGU-H — это мотор-генератор тепловой энергии, но это лишь отчасти верное обозначение. Суть его работы такова. Данный элемент не имеет соединения с коленчатым валом болида, он имеет соединение с турбиной гоночного автомобиля, а точнее, с его валом. Его основное предназначение — преобразование выхлопных газов от раскручивания турбины. По сути, мы получаем кинетическую энергию от вращения турбины. Сама система не только позволяет получать энергию от раскрутки турбины, но и использовать эту же энергию, для раскручивания оборотов этой же турбины. Вот как запутано. Делается это для того, чтобы избавиться от так называемых турбоям. Последние возникают от того, что на низких оборотах вращения, двигатель не может получить достаточного количества воздуха. Это в свою очередь не даёт двигателю развить максимальной мощности. Отметим, что MGU-H и MGU-K заряжают один аккумулятор.

Отличие силовых установок

Регламент Формулы-1 гласит, что у всех болидов должны быть одинаковые двигатели, точнее, с одинаковыми техническими характеристиками. Однако суть в том, что данные силовые установки собирают разные производители, и вот здесь могут быть свои нюансы. Для сравнения были взяты силовые установки с болидов Mercedes и Red Bull.

В первом случае используется силовой агрегат от Mercedes, во втором — Honda. Какими бы одинаковыми не были элементы силового агрегата того или иного производителя, разница бывает существенная. И это доказала нам гонка в Австрии, где двигатели от Mercedes имели преимущество над двигателями Honda в 20 лошадиных сил. Кажется, что для двигателя, мощностью в 1000 лошадиных сил 20 лошадок? Но если верить эксперту, который проводил исследование, то это составляет 0.3 секунды на круге, а это очень много для двух претендентов на чемпионство. Но с этим можно было мириться, если бы не одно «Но» — топливо.

Как мы знаем, с недавнего времени дозаправки в Формуле-1 запрещены, а значит, бак заправляется со старта и до финиша. Чем больше топлива, тем больше вес болида, а значит развить максимальную мощность будет труднее. Это значит, что двигатели Honda более прожорливее, чем Mercedes. Опять же, берём в пример Гран-при Австрии, где Ферстаппен и Хэмилтон использовали свой двигатель в одном режиме, но на финише у Льюиса оказалось 10 кг. топлива, у Ферстаппена бак был пуст. Все ведётся к тому, что если бы болиду Mercedes нужно было увеличить мощность, то недостаток топлива не помешал бы это сделать, в отличии от Макса.