Двигатели във Формула 1: от V8 до V6 Turbo Hybrid

През цялата история на автомобилната индустрия сме виждали голям брой конструкции на двигатели. Същото се случи и в Формула 1, където техническите правила отбелязват еволюция, преминала от V10 към V8, след това с въвеждането на KERS във V8 се създава зародишът на настоящата хибридна ера и накрая приключихме с V6 Turbo с хибридизация.

Този променящ се сценарий накара много производители да напуснат Големия цирк и да навлязат нови, в зависимост от техните интереси по отношение на уличните автомобили, които продават. Но нито една от тези промени не е накарала класическите мотоциклетисти (Мерцедес, Рено и Ферари) да се раздвижат. Е, нека направим нещо интересно технически преглед от последните години във F1.

Без да навлизаме в подробности относно ограниченията на потреблението и електрическата част, на която ще посветим друга статия, за да опишем какво е KERS, нейната работа и текущия ERS (MGU-K и MGU-H), ще се съсредоточим върху моторната част като такъв и особено във V8 и V6, които затвориха последните няколко години във F1. очевидно винаги говорим за двигатели с цикъл на Ото (бензин), тъй като във F1 не се използва дизеловият цикъл.

V8 двигатели:

El безпогрешен V8 звук Това беше нещо, към което много фенове на Формула 1 бяха страстни. Мощен звук, който разкриваше огромната мощност на тези 8-цилиндрови V-образни двигатели. Както знаете, през цялата история е имало коли с 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12 и дори 16 цилиндъра, чието разположение варира от редово, V и дори W, в допълнение към боксера.

Първите V8 се появяват в началото на XNUMX век за оборудване на моторни лодки, самолети и състезателни коли. Но едва през 1914 г. Cadillac прави първата масово произвеждана кола, задвижвана от V8 двигатели. Тази механика по-късно беше адаптирана от много превозни средства, особено в Северна Америка.

V8 в исторически план са били много мощни двигатели. обичани заради тяхната гъвкавост, като може да бъде огромен за оборудване на тежки превозни средства или лодки, дори с компактен размер за спортни или състезателни превозни средства, какъвто е случаят тук. Но те също са по-скъпи и консумират повече от други дизайни, нещо, което компенсират със съотношението мощност/размер/тегло.

Също така не трябва да забравяме, че друга от страхотните функции, които някои шофьори може да пропуснат със забраната на V8, е характерната му мекота. Това "нежно" поведение на V8 се дължи на факта, че всеки 90º завъртане на коляновия вал произвежда цикъл на експлозия (при четиритактов двигател).

Е, както можете да си представите, V8 имаше два реда по 4 наклонени цилиндъра по такъв начин, че образуват нещо като V. Ъгълът на това V също значително променя поведението на двигателя. Въпреки че обикновено са около конфигурация от 90º, често се срещат и други конфигурации от 60º и 45º.

Въпреки че всяка цилиндрова група има своя собствена цилиндрова глава със своите разпределителни валове и клапани, коляновият вал е общ. Следователно, V-конфигурацията на един двигател е подобна на това да имате два двигателя, свързани в една линия. Споменатият колянов вал често има две различни конструкции: напречна равнина и плоска равнина. Кръстосаният тип се използва в леки автомобили и други видове превозни средства, докато плоският тип се използва по-често в спортни автомобили и двигатели с висока производителност, като например състезателни.

Защо? Това е просто, тези на кръстосаното подреждане трябва да има големи противотежести да се балансира и това го кара да има огромна въртяща се маса, което пречи на двигателя да работи добре при високи обороти. И което е по-лошо, това също вреди на ускорението или времето за реакция на двигателя.

Тези на плосък тип, както в случая с F1, те не решават проблема с баланса с противотежестите и затова позволяват да бъдат по-леки, да работят на по-високи обороти, да ускоряват по-бързо и т.н. Но те имат нещо против това, което е вибрацията, която произвеждат в сравнение с кръстосания тип. За F1 това не е голям проблем, но за туризъм би било нещо по-лошо. За допълнителен комфорт, двойка противоположно въртящи се валове обикновено са включени от всяка страна на коляновия вал за намаляване на вибрациите.

V6 турбо двигатели:

Лос първите V6 датират от 1950 г, представен от Lancia. Някои двигатели V6 бяха произведени с ъгли от 90º, като се възползваха от производствените линии, които вече бяха въведени за V8. Но това не е най-ефикасното, тъй като най-добрият ъгъл за минимизиране на вибрациите е 60º.

Връщайки се към F1, звукът е друга характеристика, която беше намалена с пристигането на V6. Въпреки че тази година част от звука беше възстановен, той не е като в ерата на V8. Въпреки това, по отношение на производителността, тазгодишните V6 Turbo Hybrid вече са в състояние да подобри времената на последния V8. И ще продължат да се развиват още няколко години, докато се стабилизират, както се случва с всички нови технологии.

Ако исканията за пристигането на битурбо с 1000 CV мощност се сбъднат, F1 би счупил предишни рекорди с много по-мощни двигатели и това несъмнено би било стимул да продължат да гледат този спорт и радост за пилотите. Е, да преминем към техническите...

V6 Turbo не само премахнаха неща, те също са донесли повишен въртящ момент във F1. Нещо, което някои пилоти харесват, но не и други, на които им е трудно да контролират тази сила. За инженерите също е било главоболие да проектират софтуер или правилни карти за захранване, за да избегнат проблеми, идващи от завои (особено на мокро).

В V6, Експлозия се получава на всеки 120 градуса завъртане на коляновия вал., по-добър от четирицилиндровия (180º), но малко по-лош, отколкото в случая с V8. Това ги прави по-малко гладки от V8 и техните елементи са обект на по-голяма умора, генерирайки известна липса на производителност и по-малко надеждност в сравнение с V8 (всички условия са равни).

Но досега сме игнорирали, че е a Turbo а не от двигател с естествено пълнене в сравнение с V8. Чрез въвеждането на Turbo (турбо компресора) е възможно въздухът да се компресира, за да се впръсква повече от него в същия обем (суперпълнене). Това позволява, въпреки че има по-малък работен обем, един двигател може да постигне по-голяма мощност от тази на еквивалентен атмосферен.

Е, вярно е, че Turbo добавя повече тегло и части към двигателя, нещо пренебрежимо малко да се компенсира с по-малък двигател спрямо атмосферния. Тези нови части са: компресорът (отговорен за компресирането на въздуха за приемане), междинният охладител (за противодействие на повишаването на температурата, произведено в компресора чрез охлаждане на въздуха, така че да не се разширява и да отмени ефекта от компресията) и турбина което кара компресора да се върти благодарение на падането на изгорелите газове върху неговите перки.

Използване на високата енергия на отработените газовелопатките на турбината въртят вала, който е механично свързан с компресора. Това компресира въздуха, за да го инжектира в цилиндъра и да започне горенето, докато междинният охладител го охлажда, преди да достигне местоназначението си, за да предотврати заемането на повече обем. Резултатът е по-голяма доставка на мощност, закъсняла, но по-голяма от тази, която би съответствала на нейното изместване.

Е, идеята за няколко години е да се създаде битурбо, което генерира около 1.000 CV мощност със същия работен обем и брой цилиндри. Двойното турбо се различава от нормалното турбо по това, че има две турбини, както подсказва името му. Един по-малък, който действа при ниски обороти, осигурявайки бърза реакция, и по-голям, който работи само при високи обороти.

В момента производителите са задължени да имат само едно турбо. Това е главоболие за дизайнерите. Ferrari, например, имаше много проблеми през миналата 2014 г., защото смятаха, че ако имат по-малко турбо, то ще реагира по-добре при ниски обороти, но това значително ограничи мощността им и им попречи да се конкурират с всемогъщия Mercedes. С битурбо нямаше да има такъв проблем...

Друг важен термин, когато говорим за турбо двигатели е свръхусилването, период от време, в който компресорът усилва над нормалното, за да увеличи въртящия момент на двигателя. Това може да се контролира по електронен път и във Формула 1 това свръхусилване продължава около 30 секунди на обиколка, използвано в зоните на ускорение, разбира се.