Двигатели гоночных автомобилей являются высокофорсированными двигателями. Литровая мощность двигателей гоночных автомобилей новейших моделей достигает 300 л. с./л. Получение наибольшей литровой мощности является основной задачей при создании двигателя гоночного автомобиля. При этом двигатель должен обеспечивать хорошую приемистость, возможность устойчиво работать на различных режимах, иметь наименьший вес и высокую надежность.
Для получения наибольшей литровой мощности применяются различные способы, вплоть до установки нагнетателей.
При установке нагнетателя резко изменяется характеристика двигателя, увеличивается мощность, при этом происходит сдвиг максимума ее в сторону большего числа оборотов, т. е. повышается быстроходность двигателя. В то же время при установке нагнетателя увеличиваются давления конца сжатия и сгорания, а следовательно, возрастает нагрузка на детали шатунно-кривошипного механизма.
На дорожно-гоночных автомобилях применяются двигатели с нагнетателями и без нагнетателей.
Согласно действующим международным правилам, устанавливаются определенные соотношения между рабочими объемами двигателей автомобилей без нагнетателей и с нагнетателями, причем рабочий объем двигателей автомобилей без нагнетателей может быть больше в 3—4 раза. Эти особые условия способствуют развитию конструкции двигателей без нагнетателей для дорожно-гоночных автомобилей. На рекордно-гоночных автомобилях применяют исключительно двигатели, снабженные нагнетателями, дающие значительно большую литровую мощность.
В настоящее время существует очень много типов двигателей для гоночных автомобилей.
Тип двигателя определяется в зависимости от того, для какого автомобиля он предназначен (дорожно-гоночного или рекордно-гоночного), к какому классу он относится (по рабочему объему), предполагается ли установка нагнетателя.
В соответствии с типом двигателя выбирается число и расположение цилиндров, их размеры, степень сжатия, схема устройства системы распределения, смазки и охлаждения и ряд других конструктивных факторов.
Для рекордно-гоночных автомобилей «старших» классов и дорожно-гоночных автомобилей, снабженных нагнетателями класса до 1500 см³*, строятся главным образом многоцилиндровые двигатели с V-образным расположением цилиндров.
Многоцилиндровые V-образные двигатели строятся в настоящее время также и для дорожно-гоночных автомобилей без нагнетателей «средних» и «старших» классов.
Для рекордно-гоночных автомобилей «младших» классов (250, 350 и 500 см³) строятся малолитражные гоночные двигатели, снабженные нагнетателями, близкие по конструкции к двигателям гоночных мотоциклов; в некоторых случаях применяются двухтактные двигатели.
Для малолитражных дорожно-гоночных автомобилей (класса до 500 см³) характерно применение спортивных двигателей без нагнетателей мотоциклетного типа. В международных соревнованиях автомобили этого класса принимают в последнее время большое участие.
Ниже рассмотрим наиболее характерные примеры конструкции двигателей указанных типов.
Рис. 30. Общий вид 16-цилиндрового V-образного гоночного двигателя с нагнетателем со снятой головкой одного ряда цилиндров
Двигатели, снабженные нагнетателями. Двигатели с нагнетателями дорожно-гоночных автомобилей класса до 1500 см³ являются технически весьма совершенными, развивающими наиболее высокую литровую мощность. Конструкция этих двигателей похожа на двигатели рекордно-гоночных автомобилей классов до 1500, 2000, 3000 и 5000 см³.
Двигатели этого типа имеют большое число цилиндров (12—16), расположенных V-образно в два ряда.
Увеличение числа цилиндров сопровождается уменьшением их рабочего объема, что позволяет получить оптимальное соотношение между диаметром цилиндра и ходом поршня.
Для уменьшения скорости движения поршня строят короткоходные двигатели с небольшим отношением хода поршня s к диаметру цилиндра d.
В настоящее время отношение s/d для многих двигателей гоночных автомобилей меньше единицы.
Основная трудность при создании многоцилиндровых высокооборотных двигателей гоночных автомобилей заключается в устройстве высокоэффективной системы газораспределения, способной обеспечить хорошее наполнение цилиндров горючей смесью на всем диапазоне числа оборотов при работе двигателя во время соревнований. Эта задача решается путем усовершенствования верхнеклапанного механизма распределения, создания камеры сгорания полусферической формы (наивыгоднейшей как с точки зрения протекания процесса горения, так и в отношении расположения клапанов), максимального увеличения проходных сечений, перекрываемых клапанами.
Улучшение наполнения обеспечивается также увеличением давления наддува, создаваемого нагнетателем. В настоящее время давление наддува у некоторых двигателей достигает 3 кг/см².
В результате конструктивного усовершенствования двигателей гоночных автомобилей резко улучшились их параметры.
Примером конструкции современного двигателя, снабженного нагнетателем класса до 1500 см³, является двигатель дооржно-гоночного автомобиля, изображенный на рис. 30. Двигатель — 16-цилиндровый, V-образный, цилиндры расположены под углом 135°.
Таблица 7
Рост мощности и числа оборотов коленчатого вала двигателей гоночных автомобилей класса 1500 см³ (с нагнетателями)
Годы выпуска автомобиля
Максимальная мощность, л. с.
Число оборотов в минуту
Литровая мощность, л. с./л.
1931—1935
120—130
5500—6000
85
1936—1937
150—160
7000—7500
105
1938—1939
170—200
7500—7800
125
1940
210—230
7800—8500
145
1948—1949
240—250
8500—9000
165
1950—1951
260—270
9000—9500
180
Верхняя половина картера и блок цилиндров отлиты заодно целое, из алюминиевого сплава. В цилиндры вставлены мокрые (омываемые водой) гильзы из специального чугуна с высоким сопротивлением разрыву. Гильзы прижаты головками цилиндров. Для сохранения водонепроницаемости в нижней части гильз применяются непреновые уплотняющие кольца.
Головки цилиндров — литые, из алюминиевого сплава, по одной на каждые четыре цилиндра. Для равномерного распределения нагрузки от давления в цилиндрах на шпильки одеваются секционные зажимы. Поршни изготовляются из алюминиевого сплава путем обточки поковок. Шатуны — кованые, из хромоникелевой стали.
Коленчатый вал расположен в нижней половине картера, отлитой из магниевого сплава. Коленчатый вал имеет десять коренных подшипников. Коренные и шатунные подшипники имеют тонкостенные вкладыши из бронзового сплава. Крышки подшипников крепят сбоку болтами к подушкам коренных подшипников дополнительно к обычным вертикальным шпилькам (рис. 31).
Рис. 31. Крепление коренных подшипников и шпилечная пружина
Короткий ход поршня (48,26 мм) дает возможность работать двигателю с очень высоким числом оборотов. При максимальном числе оборотов — 12 000 в минуту — скорость поршня составляет только 19 м/сек.
При дорожных соревнованиях двигатель работает при числе оборотов от 6000 до 12 000 в минуту. Вследствие высокого числа оборотов, развиваемого коленчатым валом двигателя, введена промежуточная передача с отношением 2:1.
Посередине коленчатого вала расположены двойные цилиндрические шестерни, которые приводят в действие центробежный водяной насос, масляные насосы и расположенный впереди двухступенчатый нагнетатель.
Масляные насосы — шестеренчатого типа (два откачивающих и два нагнетающих), с высокой общей производительностью до 90 л/мин при рабочем давлении масла 3,5 кг/см². Каждый ряд цилиндров имеет отдельное распределение с верхними валами.
В головке каждого ряда цилиндров устанавливается два распределительных вала, один из которых приводит в действие впускные, а другой — выпускные клапаны. Привод клапанов осуществляется коромыслами. Пружины клапанов — двойные, шпилечные с переменным шагом. Распределительные валы установлены в роликовых подшипниках, причем каждая пара валов приводится в действие отдельной системой цилиндрических шестерен.
* Большой рабочий объем двигателей, снабженных нагнетателями, для дорожно-гоночных автомобилей по международным правилам не допускается.
Источник статьи: http://gaz20.spb.ru/books/speedcars_11.htm
Характеристики болида «Формулы-1». Масса, высота (меньше метра) и резиновый топливный бак
Базовые данные о самых быстрых машинах.
Вы в блоге «Окей гугл: «Формула-1» , где каждый новый пост будет ответом на популярный запрос о главном гоночном чемпионате в поисковиках. Поможем тем, кто хочет больше знать о быстрейших гонках на планете – или просто расширяет кругозор.
И сегодня мы разберем вопрос №1 из поисковиков по запросу «болид «Формула-1» – его характеристики.
Из чего складываются главные свойства машины? Конечно, из качеств шасси и мотора. Данные официального сайта «Мерседеса» об их последнем творении W11 до мельчайших частей закрывают информацию о всех аспектах характеристик шасси.
Шасси
Монокок: Углепластик и пористые композитные материалы
Кокпит: Сиденье гонщика – из углепластика, шеститочечные ремни безопасности OMP, система HANS
Передняя подвеска: Углеплатиковый треугольный рокер и толкатель, торсионные пружины и балансиры
Задняя подвеска: Углепластиковый треугольный рокер и тяга, торсионные пружины и балансиры
Диски: производство OZ, кованые, из магниевого сплава, 13 дюймов
Шины: «Пирелли». Рабочие окна – от 85ºС (С5) до 140ºС (пик для С1). Ширина – 305 мм (передние) и 405 мм (задние), высота – 670 мм, диаметр – 13 дюймов
Тормозная система: Карбоновые диски и колодки, электронное управление brake-by-wire
Электроника: Сертифицированный ФИА стандартный электронный блок управления. (У «Рено», к примеру – производства MES-Microsoft)
Панель настроек: McLaren Electronic Systems. (Да, даже чемпион «Формулы-1» закупает электронику у «Макларена»!)
Транмиссия: Восьмиступенчатая полуавтоматическая КПП с одной задней передачей, электронным управлением и электрогидравлической системой переключения, позволяющей максимально сократить время понижения и повышения передачи. Многодисковое карбоновое сцепление
Силовая установка
Информацию про моторы максимально подробно дали уже сайты «Феррари» и «Рено» – вплоть до длины хода цилиндра!
Силовая установка «Ф-1» целиком весит 145 кг и состоит из двигателя внутреннего сгорания (ICE), рекуператора кинетической энергии на торможениях (MGU-K), рекуператора тепловой энергии – от турбины, вращающейся под действием выхлопных газов (MGU-H), турбонаддув (TC), батарея (ES) и управляющая электроника (CE)
Двигатель внутреннего сгорания
Рабочий объем: 1,6 л
Число цилиндров: 6.
Угол развала цилиндров: 90 градусов. Диаметр цилиндра: 80 мм. Ход поршня: 53 мм
Число клапанов: 24
Максимальное количество оборотов: 15000 об/мин
Максимальный расход топлива: 100 кг/час на оборотах, превышающих 10500 об/мин, 110 кг на гонку
Впрыск: система прямого впрыска под давлением 500 бар
Турбонаддув: одноступенчатый компрессор и турбина с неограниченным давлением наддува (обычно 5 бар)
Максимальная скорость вращения турбины: 125000 об/мин (ограничена регламентом)
Гибридная система рекуперации энергии (ERS)
Аккумулятор: Литий-ионные батареи, минимальный вес – 20 кг
Мощность MGU-K: 120 кВт (161 л.с.)
Максимальное число оборотов MGU-K: 50000 об/мин.
Максимальное количество энергии, рекуперируемое MGU-K: 2 МДж за круг
Максимальное количество энергии, выдаваемое MGU-K на привод: 4 МДж за круг (33,3 сек при полной мощности)
Максимальное число оборотов MGU-H: 125000 об/мин
Общая мощность: свыше 950 л.с. Полный ответ на этот вопрос ищите ниже
Сколько лошадиных сил в болиде «Формулы-1»? А бывают машины мощнее?
Габариты
Длина: Более 5000 мм (все машины)
Передняя колея: 1600 мм
Задняя колея: 1550 мм
Ширина: 2000 мм (максимально разрешенная регламентом)
Высота: 950 мм (максимально разрешенная регламентом)
Масса: 746 кг ((максимально разрешенная регламентом с пилотом, балластом и топливом)
В 2019-м самой длинной колесной базой обладал «Мерседес», а короче всех был «Ред Булл». Высочайшая подвеска оказалась у «Рено», а самый грандиозный угол атаки – у «Рейсинг Пойнт». По последним двум параметрам чемпионы не впечатлили.
Болид Квята – один из самых длинных и агрессивных в «Формуле-1». Взял лучшее у «Мерседеса» и «Ред Булл»
Данных за 2020-й пока нет (поскольку машины пока только провели тестовые дни и могли измениться за 4 месяца простоя), но регламент между сезонами почти не менялся – а потому базовые размерные характеристики остались примерно теми же (разница вряд ли превысит десяток миллиметров). Только «Рено» честно объявила длину всей машины: 5480 мм.
Понравилась «Формула-1»? Подписывайся на наши соцсети – там важнейшие и интереснейшие истории из мира самого быстрого спорта на планете. Трансферы, техническая аналитика, экономика команд, лучшие цитаты пилотов – только ценная информация!
Источник статьи: http://www.sports.ru/tribuna/blogs/f1easy/2793020.html
Современные двигатели «Формулы-1» – лучшие в истории. Но ими все равно недовольны
Критики ошибаются.
Технический прогресс в гонках полностью уничтожил романтические мечты о «гаражных» командах и создании революционных болидов гениальными энтузиастами без кучи магистерских степеней в резюме. Теперь даже бедные конюшни обладают бюджетом от 100 миллионов долларов и открывают отделы инженерных разработок на несколько десятков человек.
С двигателями почти та же история: моторные департаменты «Феррари», «Рено» и «Мерседеса» превратились в огромные технологичные монстры — но, как оказалось, не зря. Немецкие производители уже продвинули индустрию вперед, недавно объявив о скором достижении мощности в 1000 л.с. и установке нового рекорда тепловой эффективности на уровне более 50% (у обычных легковых автомобилей — 25-30%). Пока что революционную производительность выжали на стендовых тестах, однако инженеры «Мерседеса» обещают перенести разработки в боевые условия — и тогда болиды «Формулы-1» официально станут самыми крутыми в истории человечества.
Как работает чудо-мотор
Актуальная силовая установка состоит из нескольких составляющих частей:
Турбину неспроста вернули в «Формулу-1» после двадцатилетнего запрета: в 2014 году вместе с новым регламентом силовых установок начал действовать и лимит на расход топлива в 100 кг на гонку. Он означал снижение количества сжигаемого горючего в цилиндре двигателя и, соответственно, уменьшение мощности и скорости. Чтобы не допустить замедления болидов, командам снова позволили компенсировать снижение используемого объема топлива повышением плотности смеси с помощью турбонаддува.
Блок MGU-K или рекуператор кинетической энергии разрешили к использованию еще в 2009 году (тогда он назывался KERS). Он подключается к тормозной системе болида, активируется при нажатии соответствующей педали и переводит энергию вращения колес в электрическую, заряжая ею батареи. Затем пилот использует заряд для разгона — вот только вплоть до 2014 года технология не отличалась особой эффективностью. На высоких скоростях использование небольшой «подпитки» от KERS не имело особого значения, пока большая часть тяги создавалась именно двигателем внутреннего сгорания, еще не ограниченного серьезными топливными лимитами. Регламент как раз и пересмотрели к 2014 году специально для повышения роли гибридных систем в силовых установках.
Тогда же ввели использование еще одного рекуперирующего блока — MGU-H. Он работает уже не с кинетической энергией, а с потоком выхлопных газов, чье тепло и преображает в электричество. Эту систему можно назвать ключевой для современных болидов, ведь двигатели внутреннего сгорания практически достигли потолка развития. Получить ключевое преимущество благодаря исследованиям бензиновых агрегатов стало практически невозможно, а грамотное использование гибридной составляющей дает 20-30 дополнительных км/ч на прямой и позволяет экономить топливо при разгоне на низких передачах. Внимательное изучение динамики потери скорости и позиций после отказа MGU-H во время Гран-при убеждает в огромном значении блока для работы современного болида.
В то же время на рекуператор тепловой энергии выпадает большая постоянная нагрузка — и успех силовой установки напрямую зависит от разработки эффективного охлаждения. Именно со сложной конструкцией и связаны почти все проблемы мотористов современной «Формулы-1». «Хонда» сперва два сезона мучилась с перегревом из-за неправильного расположения рекуператора относительно двигателя внутреннего сгорания, а теперь не может нащупать оптимальную схему распределения полученной энергии по фазам разгона на прямых. «Рено» в свою очередь перестаралась в попытках догнать «Мерседес» по скорости и запорола надежность блока: в результате в последних трех Гран-при машины с французским двигателем сошли семь раз.
Гибридам принадлежит рекорд скорости в «Формуле-1»
«Рено» уже не в первый раз сталкивается с капризами турбированных агрегатов: в 80-х их болиды часто лидировали на половине дистанции и затем сходили из-за отказа моторов. Французские машины быстро заработали славу «желтых чайников» за неукоснительное следование высказыванию старика Энцо Феррари об «аэродинамике, которой занимаются лишь те, кто не умеет строить двигатели» – но, справедливости ради, такой была вся первая турбоэра. Мощность установок стартовала с 500 л.с. и быстро добралась до умопомрачительных квалификационных спецификаций в 1300 л.с. (самым жутким был четырехцилиндровый агрегат «БМВ» 1986 года, развивающий мощность 1430 л.с.). Как раз тому времени принадлежит неофициальный рекорд скорости «Формулы-1» авторства Жиля Вильнева, когда канадец на болиде «Феррари» без антикрыльев выжал 420 км/ч на взлетно-посадочной прямой аэропорта и победил истребитель «Старфайтер». В Гран-при же никто не разгонялся быстрее 350 км/ч.
Все закончилось в 1988 году: конструкторы уделяли больше внимания мощности, чем безопасности, и потому ФИА запретила использование турбонаддува, стараясь обуздать скорость болидов. Однако у современных гибридов нет проблем с защитой гонщика от возможных травм, и они побили официальный рекорд скорости уже в прошлом году силами «Уильямса» и Валттери Боттаса, установив результат в 372,5 км/ч на Гран-при Мексики. При этом двигатели еще не реализовали свой потенциал, а значит, самая быстрая эпоха «Формулы-1» еще впереди.
Гибриды обходятся дешевле старых «атмосферников»
Любая ностальгия по старым десятицилиндровым моторам с их дешевизной и простотой неизбежно сталкивается с суровой реальностью. Например, ее с лихвой можно отыскать в откровениях четырехкратного чемпиона мира Алена Проста, владевшего конюшней «Формулы-1» с 1997 по 2001 год.
«Я знал, как управлять командой. Но у меня был бюджет в 40 млн евро, 30 из которых уходили в «Пежо» за двигатели, а в 2001 году наступил кризис. Из-за этого я не мог пригласить в команду специалистов, с которыми хотел работать — они требовали в три-четыре раза больше, чем мы были способны заплатить. В то же время мы не получали абсолютно никакой поддержки от «Пежо» – хотя за год использовали 40 моторов».
Сорок далеко не лучших (а значит, и не самых дорогих) французских двигателей прошло через конюшню-аутсайдер всего за сезон. Страшно даже представить, во сколько обходились агрегаты «Мерседес» или «БМВ» тех лет.
Однако при таком уровне затрат «Прост» за весь период своего существования трижды побывал на подиуме и 16 раз набрал очки, так что команду нельзя обвинить в бездарном разбазаривании денег. Нехитрые подсчеты раскрывают космический размер относительных затрат на двигатели в виде 75 процентов бюджета. На разработку болида и зарплату пилотов с прочим персоналом оставалось всего 10 млн евро — в то время как один мотор хоть и обходился «всего» в 750 000, но серьезно проигрывал конкурентам и не окупал ни единого потраченного цента.
Для сравнения, комплект современных силовых установок для двух болидов на весь сезон, по словам президента ФИА Жана Тодта, стоит 18 млн евро. То есть примерно по 2,25 млн за штуку — ведь по регламенту в 2017 году можно было использовать четыре двигателя за год без штрафов (и, понятное дело, дополнительных расходов). Да, в пересчете на один экземпляр современные агрегаты выходят втрое дороже, но и в пять раз эффективнее — а эффективность затрат всегда была важна для «Формулы-1».
В то же время самый маленький бюджет в 2017 году по данным издания Autosport находился на уровне 110 млн евро — то есть теперь главные бедняки серии тратят на двигатели лишь 16,3 процента бюджета (а «Прост» тратил бы 45 процентов). То есть у команд объективно появилось больше средств на разработку болидов и приглашение талантливых гонщиков. Обвинения в дороговизне современных двигателей выглядят просто смешно и лицемерно — особенно по сравнению со «старыми добрыми временами».
Почему новыми технологиями все недовольны?
Как ни странно, современные гибридные двигатели с первого же сезона попали в тайфун критики. Среди негодующих оказались и фанаты, и команды, и гонщики, и производители — каждый напирал на что-то свое. Публика и пилоты громили новый звук, сравнивая свист работающей турбины с неисправным пылесосом, команды ругались на цены гибридных двигателий, быстро окрестив их самой дорогой техникой в истории «Формулы-1», а производители жаловались на убыточность разработок и трудный перенос технологий в серийные модели.
Но на самом деле всех раздражают не совсем двигатели, а доминирование «Мерседеса», основанное на преимуществе в силовых установках. Немцы произвели лучшие агрегаты еще в 2014 году и заслуженно побеждали четыре сезона подряд — из-за сложной конструкции моторов (и MGU-H в том числе) у конкурентов никак не получается ликвидировать отставание от лидера. Потенциальные новички видят ситуацию в гонках и не хотят ввязываться в «Формулу-1», ведь риск повторить неудачный путь «Хонды» слишком велик. К тому же, застывший статус-кво не раз приводил к унылым и предсказуемым заездам по «моторным» трассам, приводя в бешенство болельщиков.
Недовольство сложившейся ситуацией и привело к ностальгии по «старым добрым временам» и желанию отменить гибридную составляющую современных двигателей — блоки MGU-H всего лишь стали раздражающим символом не самой зрелищной эры.
От гибридов никто не откажется
Будущее не остановить — и оно уже совсем рядом. По данным исследований журнала Applied Energy, затраты на приобретение и обслуживание электрокаров в Японии, Великобритании и некоторых регионах США оказались примерно на 10 процентов ниже использования традиционных машин с двигателями внутреннего сгорания — причем в основу для расчетов легла статистика 2015 года. Гибриды же обходятся еще в среднем на 2-3 процента дешевле, причем покупатели этих моделей не получают субсидий по правительственным программам. По мнению журнала, спрос на электромобили уже превышает предложение, а к 2019 году их продажи оставят позади рынок дизельных машин. По прогнозам автопроизводителей, в первой половине 2020-х годов электрокары станут выгоднее бензиновых машин без субсидий — а до тех пор самыми эффективными для кошелька авто останутся гибриды.
Тем временем, некоторые страны уже постепенно задумываются о полном отказе от традиционных двигателей внутреннего сгорания. Открыл новую эпоху французский «антинефтяной» законопроект, запретивший добычу нефти и газа с 2040 года – и бензиновые, и дизельные машины тоже попали под государственный банхаммер. Аналитики прогнозируют принятие похожих законов на территории большинства стран ЕС уже в ближайшее время — различаться могут только даты «дедлайна».
В таких условиях любым компаниям в сфере автомобилестроения уже невыгодно вкладывать средства в развитие и производство обычных атмосферных двигателей, какими бы мощными они ни были. Дело не только в интересах «Феррари» или «Мерседеса» – каждый желающий работать в Европе вынужден перестраиваться прямо сейчас, в импровизированный «переходный период» с одинаковым отношением ко всем трем технологиям.
«Формула-1» не только бросается громкими лозунгами об экологичности, но и придерживается основных трендов, чтобы не растерять всех участников и зрителей. Именно потому можно не ждать от нового регламента 2021 года отмены гибридной составляющей: даже если ФИА захочет это провернуть, производители будут отстаивать рекуперирующие блоки до конца или в самом деле уйдут в другие гоночные серии (например, электрическую «Формулу-Е»). Просто в машиностроении наступает свой период типа «меняйся или умри», и потакание ностальгии ретроградов точно не приведет «Ф-1» к славе и процветанию.
Источник статьи: http://www.sports.ru/tribuna/blogs/wrongturn/1529065.html
