Двигуни у Формулі-1: від V8 до V6 Turbo Hybrids

За всю історію автомобільної промисловості ми бачили велику кількість конструкції двигунів. Те ж саме сталося в Формула 1, де технічні правила відзначають еволюцію, яка пройшла від V10 до V8, потім із впровадженням KERS у V8 створюється зародок поточної гібридної ери, і нарешті ми закінчили з V6 Turbo з гібридизацією.

Цей мінливий сценарій змусив багатьох виробників покинути «Великий цирк» і зайти нових, залежно від їхніх інтересів щодо вуличних автомобілів, які вони продають. Але жодна з цих змін не змусила класичних байкерів (Mercedes, Renault і Ferrari) рухатися. Що ж, давайте зробимо цікаве технічний огляд останніх років у F1.

Не вдаючись у подробиці щодо обмежень споживання та електричної частини, якій ми присвятимо іншу статтю, щоб описати, що таке KERS, її роботу та поточний ERS (MGU-K та MGU-H), ми збираємося зосередитися на моторній частині. як такий і особливо у V8 і V6, які закрили останні кілька років у F1. очевидно завжди ми говоримо про двигуни циклу Отто (бензин), оскільки в F1 дизельний цикл не використовується.

Двигуни V8:

El безпомилковий звук V8 Цим захоплювалися багато шанувальників Формули 1. Потужний звук відкрив величезну потужність цих 8-циліндрових двигунів V. Як відомо, в історії були автомобілі з 1, 2, 3, 4, 5, 6 , 8, 10, 12 і навіть 16 циліндрів, розташування яких змінювалося від рядного, V і навіть W, крім опозитного.

Перші V8 з'явилися на початку XNUMX століття для оснащення катерів, літаків і гоночних автомобілів. Але тільки в 1914 році компанія Cadillac створила перший серійний автомобіль з двигунами V8. Ця механіка пізніше була адаптована для багатьох транспортних засобів, особливо в Північній Америці.

V8 історично були дуже потужними двигунами. люблять за їхню гнучкість, здатний бути величезним для оснащення важких транспортних засобів або човнів, навіть компактних розмірів для спортивних або змагальних транспортних засобів, як у цьому випадку. Але вони також дорожчі та споживають більше, ніж інші конструкції, що вони компенсують своїм співвідношенням потужності/розміру/ваги.

Ми також не повинні забувати, що ще одна чудова функція, яку деякі водії можуть втратити через заборону V8 його характерна м'якість. Така «м’яка» поведінка V8 пояснюється тим фактом, що кожні 90º повороту колінчастого вала викликають вибуховий цикл (у чотиритактному двигуні).

Ну, як ви можете собі уявити, V8 мали два ряди по 4 похилих циліндра таким чином, щоб вони утворили свого роду V. Кут цього V також сильно змінює поведінку двигуна. Хоча зазвичай вони мають конфігурацію під кутом 90º, також часто зустрічаються інші конфігурації 60º та 45º.

Хоча кожен блок циліндрів має власну головку блоку циліндрів з розподільними валами та клапанами, колінвал загальний. Таким чином, V-конфігурація двигуна подібна до двох двигунів, з’єднаних в лінію. Зазначений колінчастий вал часто має дві різні конструкції: поперечну площину та плоску площину. Хрестовий тип використовується в легкових автомобілях та інших типах транспортних засобів, тоді як плоский тип частіше використовується в спортивних автомобілях і високопродуктивних двигунах, таких як гоночні.

чому Це просто, ті з поперечне розташування повинно мати великі противаги щоб збалансувати себе, і це робить його величезною обертовою масою, що заважає двигуну добре працювати на високих обертах. І що найгірше, це також шкодить прискоренню або часу відгуку двигуна.

Ті з плоский тип, як у випадку з F1, вони не вирішують проблеми балансу з противагами і тому дозволяють бути легшими, працювати на більших обертах, швидше розганятися тощо. Але вони мають щось проти цього, а саме вібрацію, яку вони виробляють порівняно з хрестовим типом. Для F1 це не є серйозною проблемою, але для туризму це було б щось гірше. Для додаткового комфорту на кожній стороні колінчастого вала зазвичай є пара валів, що обертаються протилежно, щоб зменшити вібрацію.

Турбодвигуни V6:

L перші V6 датуються 1950 роком, представлений Lancia. Деякі двигуни V6 були виготовлені з кутом 90º, використовуючи переваги виробничих ліній, які вже були на місці для V8. Але це не найефективніше, оскільки найкращий кут для мінімізації вібрації становить 60º.

Повертаючись до F1, звук — це ще одна функція, яка зменшилася з появою V6. Хоча цього року деяку частину звуку було відновлено, він не такий, як в епоху V8. Незважаючи на це, з точки зору продуктивності цьогорічні гібриди V6 Turbo вже є такими в змозі покращити часи останнього V8. І вони продовжуватимуть розвиватися ще кілька років, поки не стабілізуються, як це відбувається з усіма новими технологіями.

Якщо запити про прибуття бітурбо з потужністю 1000 CV здійсняться, Формула-1 побила б минулі рекорди з набагато потужнішими двигунами і це, безсумнівно, буде стимулом і далі дивитися цей вид спорту, і радістю для пілотів. Що ж, перейдемо до технічного...

V6 Turbo не тільки прибрали речі, вони також принесли підвищений крутний момент у F1. Те, що сподобалося деяким пілотам, але не іншим, яким важко контролювати подачу сили. Для інженерів також було головним болем розробляти програмне забезпечення або належні карти подачі електроенергії, щоб уникнути проблем, які виникають на поворотах (особливо на вологій дорозі).

У V6, Вибух відбувається кожні 120 градусів обертання колінчастого вала., краще, ніж чотирициліндровий (180º), але дещо гірше, ніж у випадку з V8. Це робить їх менш плавними, ніж V8, а їхні елементи піддаються більшій втомі, що призводить до певної нестачі продуктивності та меншої надійності порівняно з V8 (за всіх рівних умов).

Але поки що ми ігнорували, що це a Turbo а не від атмосферного двигуна в порівнянні з V8. Впроваджуючи Turbo (турбонагнетатель), можна стиснути повітря, щоб впорснути більше його в тому самому об’ємі (наддув). Це дозволяє, незважаючи на менший робочий об’єм, двигун досягати більшої потужності, ніж еквівалентний атмосферний двигун.

Ну це правда Turbo додає двигуну більше ваги та деталей, щось незначне, щоб компенсувати наявність двигуна меншого розміру порівняно з атмосферним. Ці нові частини: компресор (відповідає за стиснення повітря для надходження), проміжний охолоджувач (для протидії підвищенню температури, що виникає в компресорі, шляхом охолодження повітря, щоб воно не розширювалося та скасовувало ефект стиснення) і турбіна. що змушує компресор обертатися завдяки потраплянню вихлопних газів на його лопаті.

Використання високої енергії вихлопних газів, лопаті турбіни обертають вал, який механічно з'єднаний з компресором. Це стискає повітря, щоб впорснути його в циліндр і почати згоряння, тоді як проміжний охолоджувач охолоджує його перед тим, як досягти місця призначення, щоб запобігти займу більшого об’єму. Результатом є більша доставка потужності, пізня, але більша, ніж та, яка відповідала б її витісненню.

Ну, ідея на кілька років — творити бітурбо, який генерує близько 1.000 CV потужності з однаковим робочим об'ємом і кількістю циліндрів. Твін-турбо відрізняється від звичайного турбо тим, що має два турбодвигуни, як випливає з назви. Менший, який працює на низьких обертах, створюючи швидку реакцію, і більший, який працює лише на високих обертах.

Сьогодні, виробники зобов'язані мати лише один турбо. Це стало головним болем для дизайнерів. Наприклад, у Ferrari минулого 2014 року було багато проблем, оскільки вони вважали, що якби у них був менший турбонаддув, він би краще реагував на низьких обертах, але це значно обмежувало їхню потужність і не дозволяло їм конкурувати з всепотужним Mercedes. З бітурбо такої проблеми не було б...

Ще один важливий термін, коли йдеться про турбодвигуни наддув, проміжок часу, протягом якого компресор працює вище норми, щоб збільшити крутний момент двигуна. Цим можна керувати за допомогою електроніки, і у Формулі-1 овербуст триває близько 30 секунд на коло, звичайно, використовується в зонах прискорення.