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).
Формула-1 в настоящее время использует 1,6 л. четырехтактный с турбонаддувом 90 градусов V6 с двумя верхними распредвалами и системой газораспределения (DOHC). Они были представлены в 2014 году и претерпевали изменения за прошедшие сезоны.
Как устроены двигатели в Формуле 1
Начнём с перечисления основных узлов, на которые делится силовая установка:
· Двигатель внутреннего сгорания (V6 1,6л)
· Мотор-генератор кинетической энергии MGU-K
· Мотор-генератор тепловой энергии MGU-H
· Аккумуляторные батареи
· Турбонагнетатель
· Блок управления двигателем
Двигатель внутреннего сгорания - тут, думаю, всё понятно. Бензин сгорает в камерах сгорания, двигает поршни, они вращают коленчатый вал с частотой не более 15000 об/мин. Используется непосредственный впрыск топлива.
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 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.
Одноступенчатая турбина в болидах Ф1 нужна для того, чтобы сообщать двигателю больше воздуха. Больше воздуха - больше топлива можно сжечь - получить больше энергии.
Блок управления двигателем связывает воедино все узлы системы и следит за их состоянием. Ранее (до 2013 года) использовались стандартные блоки управления от McLaren Electronics. В 2014 году, когда моторы стали сложнее, блоки управления перестали быть унифицированными.
