Силовые установки, победившие в чемпионате “Формулы-1” за последние пять лет – F1chronicle
Современные поколения автомобилей “Формулы-1” оснащены высокоэффективной гибридной силовой установкой, дополнительно оснащенных турбонаддувом. Рассмотрим по истине чемпионский двигатель “Мерседеса”, его строение, работу и путь развития с 2014 года.
Гонщики “Мерседеса” во время гонки в Монако, 2014 год. – Zimbio
В основе ДВС лежит процесс сгорание топливной смеси, для высвобождения необходимой энергии. Да, процесс работы двигателя такой же как и на вашем личном автомобиле, правда системы выполняющие эту работу немного сложнее. Если рассматривать работу более подробно, то воздух для горения подается в двигатель через воздуховод. Давление подаваемого воздуха увеличивается компрессором, который является частью турбокомпрессора. Процесс повышения давления повышает температуру воздуха, поэтому воздух охлаждается, прежде чем он попадет в саму камеру сгорания в верхней части двигателя.
Двигатели “Формулы-1” имеют непосредственный впрыск, как и большинство современных дорожных автомобилей, поэтому топливо подается сразу в камеру сгорания. Давление впрыскиваемого топлива составляет 500 бар – эта цифра ограниченна правилами. Это больше, чем на дорожных автомобилях, где показатель находится на отметке в 350 бар. Однако намного меньше, чем в дизельном двигателе, где давление может достигать до 2500 бар.
Вернемся к камере сгорания. Смесь воздуха и топлива сжимается поршнем до того, как свеча зажигания произведет искру. Сила сгорания толкает поршень, который через шатун соединен с коленчатым валом и поэтому последний приводится в движение. Когда поршень возвращается в верхнее положение, выпускные клапаны открываются, чтобы выпустить выхлопные газы из двигателя, поэтому процесс может начинаться заново. Максимальное количество процессов (оборотов двигателя) в современной Ф1 – 15000 об/мин. Отработавшие газы используются для привода турбонагнетателя, который, приводит в движение компрессор. Все, что остается от выхлопных газов, выходит через выхлопную трубу в задней части автомобиля. Для контроля давления во время этой фазы используется система перепускных клапанов.
Сложные масляные и водяные системы внутри двигателя. Они необходимы для обеспечения плавной работы двигателя и регулирования температуры, что немало важно, если учесть, что температура в камере сгорания достигает 2600 ° C. Основная задача системы водоснабжения заключается в управлении температурой различных элементов, из которой состоит энергоблок. От картер двигателя до верхней головки блока цилиндров. В систему охлаждения вкладывается большое количество инженерных разработок – начиная от управления водяным потоком до эффективности насоса.
Правила для силовых установок были достаточно стабильными с момента их введения в 2014 году, поэтому общая идея СУ не сильно отличается от первоначальной версии. Однако благодаря многочисленным изменениям во многих областях, команда “Мерседес” смогла усовершенствовать каждый элемент силового агрегата. В итоге получив больше мощности и повысив тепловую эффективность. Команда из Бриксворта смогла выжать чуть более 900 л.с из СУ, а КПД составлял 44%. Это означает, что только 44% энергии преобразовано в полезную работу по движению автомобиля. В течении следующих лет КПД улучшался, что позволило преодолеть барьер в 50% на стенде 2017 году.
Льюис Хэмилтон и Валттери Боттас на Гран-при Германии 2019 – Твиттер команды "Мерседес"
Борьба двух “Мерседесов” – Твиттер команды "Мерседес"
Силовая установка – сложный механизм, и чем они мощнее, тем сложнее они становятся. Еще в 2014 году команде из двух человек понадобилось бы около двух недель, чтобы собрать энергоблок. В 2019 году та же задача займет около трех недель с тем же количеством людей. На базе команды сократили время на сборку, добавив еще одного человека в процесс сборки. Таким образом две недели сборки были сохранены, правда с участием еще одного человека.
За последние пять лет команда изучила каждый элемент двигателя. Наверное главной областью в двигателе, над которой работала команда – система впуска и выпуска. С точки зрения впуска важной областью была камера приточного воздуха. Они располагаются сверху двигателя между впускными клапанами и системой охлаждения. Они представляют собой две камеры, по одной на каждый блок цилиндров. Удерживая сжатый воздух от компрессора, камера обеспечивает стабильный источник воздуха, несмотря на то, что потребность двигателя в воздухе и подача его от компрессора меняется.
Правила 2014 года потребовали фиксированную геометрию для камер, оставляя мало места для каких либо манипуляций. Однако в в следующем году правило упростили, вернув инженерам возможность развивать данный элемент. В результате камеры не только увеличились в размерах, но и содержат более сложную систему подачи воздуха. Поток воздуха научились адаптировать к оборотам двигателя, чтобы производить максимальную мощность в каждый момент времени. Часть этой эволюции можно увидеть на фотографии ниже. Каждый год размер камер увеличивалась, что в свою очередь влияло на крышку двигателя. Именно поэтому вы можете увидеть неровности на каждой стороне крышки двигателя.
Современные машины для побед в “Формуле-1” – Твиттер "Мерседеса"