Мотор мерседес формула 1

Самый, самый

Двигатель Mercedes F1 M09 EQ Power+ в фотографиях

Сердце машины Формулы 1 – это двигатель или, как принято говорить в эру гибридных технологий, силовая установка. Лучшей силовой установкой является Mercedes F1 M09 EQ Power+. О ней сегодня и речь.

Оригинальная архитектура

С момента появления в пелотоне гибридных моторов Mercedes V6 отличался от двигателей Renault и Ferrari компоновкой. Если у конкурентов турбина и компрессор располагались позади двигателя внутреннего сгорания, то у немецкого агрегата компрессор разместили перед двигателем, а турбину – позади. Это стало головной болью инженеров в Бриксворте. Оба элемента находились на одной оси, на которой также был размещен мотор-генератор тепловой энергии (MGU-H).

С другой стороны, эта оригинальная компоновка имеет ряд преимуществ. Главное — размещенный впереди алюминиевый компрессор не контактирует с нагретой турбиной и разогретой до 1000 °С выхлопной системой. Это облегчает работу с охлаждением установки.

Такая компоновка дает еще одно преимущество – укороченный, по сравнению с архитектурой соперников, промежуточный охладитель, к которому присоединяется компрессор. С другой стороны, это уменьшает количество тепловой энергии, регенерируемой MGU-H, который направляет ее в турбину, когда не нажата педаль акселератора. Проще говоря, для поддержания оптимальной скорости вращения турбины Mercedes использует меньше энергии, чем конкуренты. Впрочем, это преимущество в 2018 году уже не было таким очевидным, как в первые годы использования гибридных двигателей.

Следует понимать, что только архитектура мотора не определяет его конкурентность. Чтобы двигатель получился таким же идеальным, как на бумаге, необходимо реализовать проект. Honda, как и Mercedes, отделила компрессор от турбины, но не получила ожидаемого эффекта. В силовых установках Ferrari и Renault компрессор совмещен с турбиной, но у Скудерии мотор мощнее.

На W09, как и на предыдущих болидах, в нижней части монокока между двигателем и кокпитом расположен интеркулер. После охлаждения в нем воздух поднимается по воздуховоду и снабжает двигатель внутреннего сгорания сжатым воздухом.

Такая компоновка позволяет уменьшить длину компрессорных патрубков и освобождает место на боковых понтонах – это уменьшает лобовое сопротивление болида в целом. Очевидно, что заводская команда Mercedes имеет больше возможностей и времени для как можно лучшей адаптации машины под мотор и улучшения аэродинамики болида.

Рекуперация энергии

Что такое MGU? Это генератор, который преобразует тепловую (H) или кинетическую (K) энергию в электрическую, и мотор, который преобразует накопленную электрическую энергию в механическую. Неиспользованная тепловая энергия двигателя в виде выхлопных газов вращает турбину и рекуперируется с помощью MGU-H. Кинетическая энергия рекуперируется с помощью MGU-K. Кроме того, при нажатии педали тормоза болид тормозит также с помощью MGU-K, который создает более эффективное замедление машины, чем обычные тормоза. В режиме работы мотора в начале ускорения MGU-K приводит в движение коленчатый вал.

Вся рекуперированная MGU-H и MGU-K энергия накапливается в батарее (аккумуляторе). Эта батарея за круг не может передавать на MGU-K более 4 МДж. При мощности примерно 120 кВТ эта энергия передается на протяжении 33 секунд. При этом MGU-K не может зарядить батарею более чем 2 МДж за круг. Поэтому батарея частично заряжается от MGU-H – также не более 2 МДж. Кроме того, MGU-H может напрямую передавать энергию на MGU-K в неограниченном количестве.

Батарея состоит из множества литий-ионных элементов, весит 20–25 килограммов и является настоящей проблемой инженеров. Как и двигатель, ее следует предварительно разогреть, потому что она работает в определенном диапазоне температур. Батарея на болиде Mercedes расположена ниже, чем у Honda и Renault.

Сцепление

Частота вращения двигателя ограничена 15 000 оборотами в минуту. Это позволило соединить сцепление с двигателем. В сравнении с атмосферными V8 такое решение значительно увеличивает крутящий момент. Такой архитектурой воспользовались в Mercedes и Honda.

Уже не самый мощный

Как и соперники, Mercedes развивала свои двигатели в два этапа. В 2018 году первое обновление мотористы привезли во Францию. Третья модификация появилась в Бельгии. Немецкие силовые установки были в этом сезоне достаточно надежны. В заводской команде только на Гран-при Австрии возникли проблемы: на болиде Валттери Боттаса – с гидравликой мотора, а на машине Льюиса Хэмилтона – с давлением топлива, то есть не с двигателем. Финн получил свой третий мотор в Великобритании, а четвертый – в Спа. Британец обошелся без дополнительного двигателя.

Читайте также:  Bmw все типы моторов

Надежность силовой установки Mercedes вполне сопоставима с надежностью Ferrari 062 EVO. В Скудерии только Кими Райкконен воспользовался лишним мотором. Хотя на Гран-при Абу-Даби у него также возникли проблемы с силовой установкой. Правда, с электроникой. Впрочем, Ferrari впервые в эру гибридных технологий отыгралась и даже создала самый мощный двигатель в пелотоне, но не выиграла чемпионат. Будет ли Mercedes F1 M10 EQ Power+ вновь самым мощным в пелотоне? Узнаем через несколько месяцев.

Источник

Как устроены турбомоторы Формулы-1 2014 года

Рекуперация энергии появилась в Формуле-1 ещё в 2009 году. Но новый этап внедрения гибридных технологий столь радикальный, что повлиял даже на официальный язык: в документах вместо слова Engine появилось сочетание Power Unit. На фото показан такой «юнит» от Renault под названием Sport Energy F1-2014.

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).

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 сезоне 2014 года 11 команд будут использовать двигатели всего от трёх поставщиков. Red Bull, Lotus, Toro Rosso и Caterham возьмут на вооружение мотор Renault Sport Energy F1-2014. Команды Mercedes, McLaren, Force India и Williams возложили свои надежды на агрегат Mercedes-Benz PU106A Hybrid. Наконец, болиды Ferrari увлекать вперёд призваны двигатели Ferrari 059/3, и они же оживят болиды Marussia и Sauber. Творение итальянцев «живьём» пока не показывали, но о нём кое-что уже известно, как и о моторе Mercedes. Однако наиболее детальные сведения о новом двигателе предоставила французская компания.

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».

Читайте также:  Мотор 112 мерседес вибрация

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.

Вспомним, что обычный «керс» вводился под соусом помощи мира Формулы-1 массовой автомобильной индустрии в деле сохранения окружающей среды. Мол, в Королеве автоспорта будут проверяться идеи и технологии, которые далее могут в том или ином виде найти свой путь к обычным автомобилям. Новый регламент — заметный шаг в этом направлении. Болиды в 2014 году просто вынуждены стать экономичнее, а ключ к экономичности — хитроумная гибридная система. Вполне вероятно, что мы скоро увидим что-то похожее на серийных автомобилях. Собственно, это уже происходит. Вспомним опыты Audi c электрическим приводом компрессора. От него недалеко до утилизации энергии выхлопа (такие турбогенераторы тоже предлагались в разное время, но развития не получили) и объединения подобных устройств в единый комплекс.

Источник

Лучший мотор в «Ф-1» теперь у «Мерседеса». Уничтожает всех на разгонах благодаря скопированной у «Феррари» гибридной схеме

А еще благодаря помощи из «Формулы Е».

Скудерия два года доминировала в «Формуле-1» по мощности и эффективности силовой установки, но в 2020-м произошла революция: теперь итальянская команда оказалась в хвосте (во многом благодаря директивам ФИА и тайному соглашению с регулятором), а на первое место в табели лучших моторов взлетел «Мерседес». Прямо как в самом начале новой турбоэры.

Доминирование чемпионской техники подтверждают последние замеры GPS: Motorsport оценивает преимущество немецкой техники в 20 л.с. над «Хондой», 35 – над «Рено» и в 50 (в пиковом квалификационном режиме) – над « Феррари».

Более того, по расчетам бывшего технического директора «Джордана», «Стюарта» и «Ягуара» Гэри Андерсона «Мерседес» царит в зоне разгона с 260 км/ч до 300 км/ч (классика для выезда из среднескоростных и быстрых поворотов) – только на разнице в тех зонах черные машины выигрывают от 2 до 7 км/ч у соперников.

Откуда же взялась такая мощность? На зимние тесты чемпионы выкатили по-настоящему мощное и радикальное обновление силовой установки и системы охлаждения (с повышением температуры воды в радиаторах до 125 градусов по Цельсию) – при одновременном уменьшении площади воздухозаборников!

W11 слева, W10 – справа

Но главным объектом работ стала гибридная система – об этом еще на презентации болида рассказал главный (на тот момент) моторист организации Энди Кауэлл.

«Некоторые разработки из «Формулы E» теперь используются и в «Формуле-1». Раньше нам помогал Project One (гиперкар «Мерседеса» с мотором и аэродинамическим пакетом из «Формулы-1» – Sports.ru ), теперь мы получаем преимущество благодаря «Формуле E».

Мы рассмотрели эффективность системы сгорания, привода и вспомогательных систем и поработали над электромотором и чистым КПД. Также попытались снизить потери от трения на подшипниках за счет нанесения особых покрытий и понизили отход тепла. Использовали новые материалы с лучшими свойствами – машина не набрала массу».

Конечно, рывку «Мерседеса» помог и коронакризис: из-за него (по крайней мере, руководство валит именно на него) «Рено» осталась с прошлогодним мотором, а «Феррари» так и не успела радикально обновить силовую установку. Но, с другой стороны, «Хонда» имела возможность работать над мотором сколько угодно – и все равно не достала «Мерседес» и по пиковой мощности, и по работе на разгонах.

Но в чем же именно особенно прибавил мотор Валттери Боттаса и Льюиса Хэмилтона? Объяснил итальянский сайт Formula Passion с использованием графиков оборотов и продольных перегрузок на болидах «Мерседеса» в третьем сегменте квалификации к Гран-при Венгрии 2020-го и 2019-го.

Читайте также:  Проблемы с лодочным мотором джонсон

Почему итальянцы выбрали именно эти пункты? Просто сравнивать максимальные скорости немного бессмысленно: они по большей части остались неизменными по сравнению с 2019-м. Более того, выжимать повышение максимальной скорости любой ценой при достижении 320+ км/ч не так эффективно с точки зрения затрат энергии и выигрыша в скорости, как выдавать максимум оборотов на разгонах – все из-за пропорционального роста лобового сопротивления (вне зависимости от продуманности аэродинамического обвеса – такова натура современных машин).

При этом в 2019-м «Мерседес» распределял доступную мощность и динамику примерно одинаково на все фазы разгона – от начальной до конечной. «Феррари» же пошла другим путем: преимущество мотора Скудерии складывалось не только из полулегальных схем, но и благодаря более умному возвращению в систему гибридной энергии. Итальянский мотор как раз выдавал максимум электричества на колеса в зонах разгона (потому Феттель с Леклером и улетали от соперников с такой скоростью), но при достижении «высокой фазы разгона» (обычно свыше 300 км/ч) помощь ДВС со стороны гибридной установки отключалась задолго до въезда в зону торможения. Именно поэтому при просмотре бортовых видео фанаты часто замечали, как «Феррари» при достижении определенной скорости переставала разгоняться дальше и даже теряла несколько км/ч перед точкой замедления.

Схему использованные рекуперированной электроэнергии пересмотрели с точки зрения экономии: отказ от нескольких лишних километров в час экономил Скудерии немало мощности для зоны разгона после следующего поворота – и потому гарантировано и стабильно выигрывала начальные фазы вообще у всех. Процесс досрочного завершения помощи со электромотора назвали «отрубанием» (clipping).

В 2020-м «Мерседес» как раз полностью изменил философию использования гибридной части – тоже перешел на то самое «отрубание» (помимо внедрения новых улучшенных электромоторов из «Формулы Е»).

Теперь чемпионская силовая установка пользуется всем накопленным зарядом именно на стадии разгона после поворотов – за счет чего и достигается более агрессивный набор скорости. Разница как раз видна на графике: средние обороты мотора повысились на 250 оборотов в минуту, а также на пилотов теперь действуют более резкие и большие продольные перегрузки. Они появляются по принципу «чем быстрее набор скорости – тем больше G действует на гонщика».

Разница теперь составляет от 0,05 и 0,19G – что довольно много при пиковых продольных перегрузках в 1,5G (больше 10 процентов!). По расчетам Formula Passion, разница в 0,1G соответствует разрыву в наборе скорости примерно в 3,5 км/ч каждую секунду. При сохранении такой динамики разница в скорости в начале и конце зоны разгона может достигать 7 км/ч – примерно столько и выигрывала «Феррари» у всех в прошлом году.

В то же время прошлогодний W10 в трех местах трассы в Венгрии разгонялся агрессивнее W11, но при детальном изучении онбордов все прояснилось: с ростом прижимной силы на новом болиде ему просто требовалось меньше разгоняться перед следующим поворотом для достижения той же скорости.

Кстати, Formula Passion объясняет прогресс «Мерседеса» не только физическими и программными обновлениями силовой установки, но и обращают внимание на работу поставщика смазочных материалов и топлива от Petronas. По информации издания, чемпионы начали сезон-2020 с новым более эффективным маслом: его требуется намного меньше, чем раньше, и остатки даже при ужесточенном до максимума лимите (0,3 литра на 100 км) используются для повышения плотности топливной смеси и генерировании большей мощности при сгорании. Старый трюк 2016-го, который снова работает – публика как раз замечала белый дым, выделяемый всеми машинами с мотором «Мерседес» в зоне разгона.

Можно ли описать прорыв немецких инженеров простой разницей в лошадиных силах? Ее трудно рассчитать, поскольку речь идет об оперировании на относительно невысоких средних скоростях. Тем не менее, Formula Passion оценила скачок мощности силовой установки «Мерседеса» в 35-45 л.с. по сравнению с прошлым годом – кажется, чемпионы и правда всерьез готовились к противостоянию с быстрой на тот момент «Феррари» и подтянувшимся «Ред Булл».

Кто же виноват в проблемах Скудерии с легальностью и ФИА, а также в просчетах «Ред Булл» при разработке аэродинамического пакета?

Источник

Поделиться с друзьями