С 2014 года произошло очередное изменение технического регламента, касающегося, кардинального изменения технических характеристик и конструкции двигателя Формулы-1. Самым главным изменением стало введение обязательного использования турбонаддува. Максимальный объем двигателя не должен превышать 1.6 литров. Схема двигателя - V-образная шестерка. Так же одним из главных составляющих силовой установки, стала интегрированная система рекуперации потраченной на торможение и выхлоп энергии.
Системы рекуперации энергии (ERS)
Системы рекуперации энергии (ERS) неотъемлема часть всех болидов Формулы-1 с 2014 года. Существенным отличием от систем KERS прошлых лет, является наличие двух систем сбора дополнительной энергии. Так как гоночные болиды снова стали турбированными, то теперь стало возможным собирать дополнительную энергию, не только высвободившуюся при торможении, но и высвободившуюся тепловую энергию выхлопа, которую можно собрать с крыльчатки турбокомпрессора.
1.6 литровый двигатель
Силовая установка состоит из:
1.6 цилиндрового, V-образного, турбированного двигателя внутреннего сгорания, мощностью около 600 л.с, максимальные обороты которого не должны превышать 15000 об/мин Турбонаддув должен быть одноступенчатым и обороты вращения турбины не должны превышать 125000 об/мин. Какое либо регулирование потока газов крыльчатки турбины строго запрещено. Максимальное давление наддува не ограничено и в среднем составляет 3.5 бар. Количество клапанов - 4 клапана на цилиндр. Форсунки непосредственного впрыска в цилиндры двигателя, должны развивать давление, не более 500 бар.
Система рекуперации кинетической энергии MGU-K
Система рекуперации кинетической энергии торможения MGU-K. Представляет собой подобие ранее применяемой системы KERS, электромеханического типа. Электродвигатель-генератор является центральным местом в системе. Одной из его функций является накопление энергии в аккумуляторную батарею, при торможении болида. Другой и основной функцией, является включение в режим электродвигателя. Именно он выдает дополнительные 160 лошадиных сил, разрешенных правилами FIA. Добавку мощности в 160 л.с можно использовать в течении 33.3 сек на каждом круге гонки, что составляет 4 мегаджоуля энергии и это в 10 раз выше, ранее применяемых систем KERS. Система MGU-K связана с трансмиссией, аккумулятором и электронным блоком управления, который регулирует все потоки энергий, в том числе и энергию поступающую от системы MGU-H. По правилам, ограничивающим свободы конструкторов болидов, мотор-генератор MGU-K не может иметь обороты больше чем 50.000 об/мин
Система MGU-H
В системе MGU-H, как и в MGU-K применяется мотор-генератор, способный, как выдавать электроэнергию, так и превращать ее в механическую работу. Основная функция системы, преобразовывать остаточную тепловую энергию турбины в электрическую энергию подзаряжающую аккумулятор. Турбонаддув использует далеко не всю тепловую энергию, для создания наддува ДВС. Находясь на одном валу с турбиной, вал генератора системы MGU-H может раскручиваться до разрешенных 125.000 об/мин, при этом, количество запасаемой им энергии не регламентировано и некоторые устройства успешно вырабатывают до 90 кВт.
Функция электродвигателя, используется для раскручивания турбины до рабочих оборотов, чтоб уменьшить эффект "турбо ямы" на переходных режимах. MGU-H позволяет значительно увеличить КПД двигателя, что положительно сказывается на топливной экономичности. Без экономной силовой установки далеко не уедешь, так как с 2014 года, на одну гонку выдается всего 100 кг топлива. Помимо вышеперечисленных функций, применение MGU-H может распространяться для питания энергоемких систем двигателя, таких как маслонасос, бензонасос, помпа охлаждения двигателя и т.д.
ES электробатарея - накопитель энергии
В качестве накопителя энергии может использоваться любой источник, если его масса лежит в пределах 20-25 кг. Так одни команды используют литий ионные или литий полимерные элементы, другие планируют поставить на свои болиды супер-конденсаторы, у всех батарей есть свои достоинства и недостатки.
Источник накопления энергии объединяет обе системы рекуперации MGU-H и MGU-К в единое целое, и по средством распределения потоков энергий, происходит согласованная работа всего комплекса устройств, для достижения максимально возможной эффективности, получения большой мощности при достаточной экономичности, чтоб иметь возможность закончить гонку на 100 кг топлива.
Турбонаддув и мотор-генератор
Развивает давление наддува 3-4 бар и при этом турбина спроектирована так, что создается большой избыток крутящего момента на валу крыльчатки. В обычных турбомоторах избыточная энергия никак не задействуется и просто вылетает в выхлопную трубу. Здесь же на валу установлен мотор - генератор который составляет часть гибридной системы MGU-H. В режиме генератора он вырабатывает электроэнергию, аккумулируемую в батарее, тем самым сильно повышая КПД двигателя, что очень сильно сказывается на экономичности.
Особенностью и отличием некоторых турбонаддувов является наличие двух впускных патрубков на улитке турбины. Данное решение позволяет эффективно использовать один турбонаддув в V образном двигателе, с двумя выпускными коллекторами. Любые средства регулирования турбины запрещены регламентом FIA.
Управление гибридной системой
В отличии от KERS, когда всплеск дополнительной мощности, происходил в момент нажатия пилотом кнопки boost на руле болида, прибавка мощности в новых двигателях, осуществляется автоматически, при нажатии на педаль газа. В этом процессе используется очень сложная электроника и на нее завязано управление и контроль двигателя и всех дополнительных устройств, участвующих в гибридной системе ERS Формулы-1.
Так как, на гонку выдается ограниченное количество топлива, минимальный вес болида вместе с гонщиком и полными баком топлива, также строго регламентирован, появляется уникальная возможность, облегчить болид за счет неполного заполнения топливного бака горючим, перед стартом. Правда в этом случае, придется сильно улучшить экономичность силовой установки, иначе есть риск, не доехать до финиша.
Прохождение гонки на столь скромном запасе гоночного топлива, да еще с возможностью использования еще меньшего его количества, может быть возможно, только за счет применения высокотехнологичных, точно настроенных гибридных систем.
Действующий регламент в Формуле-1 на гибридные силовые установки сохранится до 2025 года. По мнению многих экспертов, используемые сейчас двигатели не подходят Формуле-1 из-за своей сложности и стоимости. В паддоке звучат предложения упростить силовые установки и сделать их более доступными.