Всичко, което трябва да знаете за Ф1 двигателите през 2014

Тази година във Формула 1 влизат редица радикални технически промени. От 2014 насетне болидите ще се задвижват от авангардна технология, комбинираща мощни турбо двигатели с вътрешно горене и високотехнологични системи за възстановяване на енергия. 

Благодарение на двата типа енергия, задвижваща болидите, енергийната ефикасност ще достигне до невиждани преди това нива в спорта. Двигателят с вътрешно горене ще генерира мощност чрез консумацията на традиционното гориво, докато електрическата енергия ще се доставя от два мотор генератора, преобразуващи енергията от ауспуховата система и тази, отделяне по време на спиране. Двете системи ще работят съвместно, като отборите и пилотите ще балансират използването на двата вида енергия по време на състезанието.

С Н И М К И:

Появата на тази нова технология означава, че думата "двигател" вече не е достатъчна: вместо това спортът ще използва термина "Power Unit".

Renault е напълно готов за тази техническа революция със своя Energy F1-2014 Power Unit, проектиран и разработен в щаб-квартирата във Вири-Шатийон, Франция, който е готов за пистовите изпитания. 

"Гранд При състезанията са новаторски спорт, представляващ върха на човешкия стремеж и технологична иновация. От монтираните отзад двигатели през 30-те години до ефекта на аеродинамично притискане през 80-те години на миналия век, Формула 1 технологията винаги е била с години по-напред от времето си. С високотехнологичните енергийни системи и силно развити турбо двигател с вътрешно горене, през 2014 Ф1 остава вярна на своята ДНК. Тази година ние сме в авангарда на технологията за задвижване", обясни Жан-Мишел Жалиние, Президент на Renault Sport F1.

НОВИТЕ POWER UNITS

КЛЮЧОВИ ЕЛЕМЕНТИ:

В ПОДРОБНОСТИ:

V6 двигателя с вътрешно горене

Накратко

V6 е краткото обозначение за двигател с вътрешно горене, чийто цилиндри са подредени в две редици от по 3 цилиндъра, разположени във „V" конфигурация над общ колянов вал. Renault Energy F1 V6 е с работен обем 1,6 литра и ще генерира около 600 к.с. или 3 пъти повече от мощността на Clio RS.

Предизвикателството

Противно на общоприетото схващане, ICE не е най-лесната за проектиране част от Power Unit, тъй като архитектурата му е много по-различна от лежащите V8. Заради турбото, наляганията в горивната камера са огромни - почти два пъти по-високи спрямо V8. Коляновият вал и буталата ще бъдат подложени на огромни натоварвания, като налягането в горивната камера може да се увеличи до 200 бара, или 200 пъти налягането в околната среда.

Да се следи

Генерираното от турбокомпресора налягане може да предизвика "чукане" в горивната камера, което е много трудно за контрол или предвиждане. Възникне ли този разрушителен ефект, двигателят моментално ще бъде унищожен.

Директно впръскване на горивото

Накратко

Всички Power Units трябва да са с директно впръскване на горивото (DI), при което горивото се впръсква директно в горивната камера, а не във всмукателните клапани. Гориво-въздушната смес се формира в цилиндъра, затова се изисква голяма прецизност в обработването и насочването на горивото от инжекторите. Това е ключова подсистема в сърцето на горивната ефикасност и генерирането на мощност. 

Предизвикателството

Един от основните дизайнерски избори за ICE е бил дали DI да е горно монтиран (където горивото се впръсква н горната част на горивната камера, близо до свещта) или странично монтиран (по-ниско в камерата).

Да се следи

Все още стои отворена възможността да се намали броя на цилиндрите, за да се подобри ефикасността и поведението в завои.

Турбокомпресор

Накратко

Турбокомпресорът използва енергията за изгорелите газове, за да увеличи гъстотата на входящия в двигателя въздух и така генерира повече мощност. Подобно на принципа, приложим в серийните автомобили, турбокомпресорът позволява на по-малък двигател да генерира повече мощност, отколкото размерът му обикновено би позволил. Енергията от изгорелите газове се превръща в механична енергия от вал, задвижван от ауспухова турбина. Механичната енергия от турбината се използва за задвижване на компресора, както и на MGU-H (вижте по-долу).

Предизвикателството

В най-бързия момент турбокомпресорът се върти с 100 000 об/мин., или 1500 пъти в секунда, следователно генерираните налягания и температури ще са огромни. Част от възстановената енергия от изпускателната система ще бъде предадена към MGU-H и ще се превърне в електрическа енергия, която ще бъде съхранена и по-късно може да се използва, за да се предотврати намаляването на скоростта на въртене на турбото по време на спиране.

Да се следи

Тъй като скоростта на турбокомпресора трябва да варира, за да отговаря на изискванията на двигателя, може да има забавяне при реакцията на въртящия момент, което познаваме като турбо дупка, когато пилотът настъпи педала на газта след период на продължително спиране. Едно от най-големите предизвикателства на новия Power unit е да намали това почти до нула, за да се постигне моменталното отдаване на въртящ момент на V8 двигателите.

Байпасен клапан

Накратко

Байпасният клапан в конвенционалните турбо двигатели се използва съвместно с турбокомпресора, за да контролира високата скорост на въртене на системата. Той е контролно устройство, което позволява излишните отработени газове да заобикалят турбината и да съвпадне с мощността, произведена от турбината, с тази, нужна на компресора да доставя въздуха, необходим на двигателя. Скоростта на въртене на турбото в Renault Energy F1 се контролира основно от MGU-H (вижте по-долу), въпреки това е необходим байпасен клапан, който помага да се поддържа пълен контрол при всякакви условия (изключване на MGU-H).

Предизвикателството

Байпасният клапан е свързан с турбокомпресора, но се намира в много претрупана част от болида. Предизвикателството е да бъде направен достатъчно здрав, за да устои на огромните налягания, но да е достатъчно малък, за да може да се монтира.

Да се следи

В един самолет има части, които се определят като критични, ако се повредят. Същото важи и за байпасния клапан: ако се повреди, последствията ще се много сериозни.

MGU-K

Накратко

MGU-K е свързан с коляновия вал на двигателя с вътрешно горене. По време на спиране, MGU-K работи като генератор, възстановявайки част от кинетичната енергия, отделяща се по време на спиране. Той я преобразува в електричество, което може да се използва в рамките на обиколката (ограничена до 120kW или 160 к.с. от правилата). По време на ускорение, MGU-K се захранва от Energy Store и/или от MGU-H и действа като мотор за ускоряване на болида.

Предизвикателството

Докато през 2013 повреда в KERS би коствала 0,3 секунди на обиколка в почти половината от състезанията, последствията от повреда на MGU-K през 2014 ще се много по-сериозни, оставяйки болида да се ускорява само от двигателя с вътрешно горене, правейки го неконкурентен.

Да се следи

Топлинното поведение е огромен предизвикателство, тъй като MGU-K ще генерира три пъти повече топлина отколкото V8 KERS блока.

MGU-H

Накратко

MGU-H е свързан към турбокомпресора. Действайки като генератор, той абсорбира мощност от вала на турбината, за да преобразува топлинна енергия от отработените газове. Електрическата енергия може да се насочи или към MGU-K, или към батерията за използване на по-късен етап. MGU-H се използва също за контрол на скоростта на турбокомпресора, за да отговаря на нуждата от въздух на двигателя (например, да го забави, вместо байпасен клапан или да го ускори, за да се компенсира турбо дупката). 

Предизвикателството

MGU-H произвежда променлив ток, но батерията съхранява прав ток, затова се изисква много сложен преобразувател.

Да се следи

Много високите скорости на въртене са предизвикателство, тъй като MGU-H е свързан с въртенето на турбокомпресора със скорост до 100 000 об/мин.

Батерия (или Energy Store)

Накратко

Възстановените топлинна и кинетична енергия може да се използват веднага при нужда или да се използват за зареждане на Energy Store (батерията). Съхранената енергия може да се използва за задвижване на болида с MGU-K или да ускори турбокомпресора с MGU-H. Сравнен с 2013 KERS, 2014 ERS ще е два пъти по-мощна (120 kW vs. 60 kW), а енергията, подпомагаща динамиката - 10 пъти по-голяма.

Предизвикателството

Батерията е с минимално тегло от 20 кг, за да задвижва мотор, който генерира 120kW. Всеки 1 кг захранва 6 kW (огромно съотношение мощност - маса), което ще генерира големи електромагнитни сили.

Да се следи

Електромагнитните сили могат да повлияят на точността на сензорите, които са особено чувствителни. Нещо подобно е да опитате да пренесете кула от карти през буря - деликатна и рискована операция. 

Междинен охладител

Накратко

Междинният охладител се използва да охлажда входящия в двигателя въздух, след като е бил компресиран от турбокомпресора.

Предизвикателството

Наличието на междинен охладител (отсъстващ при атмосферните V8 двигатели), заедно с увеличението на мощността от системите за възобновяване на енергия, прави интеграционния процес много сложен, тъй като общата площ на охлаждащата система и радиаторите нараства значително спрямо 2013.

Да се следи

Интеграцията на междинния охладител и други радиатори е ключова, но ефективното охлаждане, без внедряването на гигантски радиатори, е основно предизвикателство и ключов фактор за динамичното представяне на болида.

ТЕХНИЧЕСКИ ХАРАКТЕРИСТИКИ НА RENAULT ENERGY F1-2014 POWER UNIT

Бърза справка: Power Unit контрол и какво може да се променя между състезанията

Освен ако не пилотира за повече от един отбор, всеки пилот може да използва не повече от Power Unit по време на шампионата. Ако се използва шести цялостен Power Unit, въпросният пилот трябва да стартира състезанието от питлейна.

Задвижващият комплект е разделен на шест отделни елемента:

Всеки пилот може да използва пет от всеки от горните компоненти по време на шампионата и всяка комбинация между тях може да се монтира на болида по всяко време.

Първият път, когато пилотът използва шести от горните шест елемента, той ще бъде наказан с преместване с 10 места на стартовата решетка на следващото състезание. След това започва нов цикъл, затова, ако друга (различна) част се използва за шести път, той ще получи наказание от преместване с 5 места по-назад на стартовата решетка.

Ако пилот иска да използва седми от шестте елемента, той започва пореден цикъл, затова ще получи допълнителни 10 места наказание на стартовата решетка. Вторият път, когато иска да използва седма част, ще получи наказание от 5 места по-назад на стартовата решетка.

Ако се наложи наказание от преместване назад на стартовата решетка, и стартовата позиция на пилота е такава, че не може да се наложи цялото наказание, остатъкът от наказанието ще се приложи на следващото състезание на пилота. Въпреки това, подобно пренасяне на наказание не може да се приложи за повече от едно състезание.