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
Сколько «лошадей» у болидов Формулы-1?
Болид Формулы-1 — это автомобиль с открытыми колесами, открытым кокпитом, предназначенный для использования в соревнованиях Формулы-1. Он оснащен двумя крыльями (спереди и сзади) и двигателем, расположенным за водителем.
Шасси
Машины формулы-1 практически полностью сделаны из карбона и ультра-легких материалов. Вес машины составляет около 700 кг , включая пилота и шины! Существуют ограничения по ширине и высоте автомобиля, 200 и 95 см соответственно, по длине ограничений нет.
Двигатель
По правилам гонок F1 машины должны оснащаться V-образными шестицилиндровыми 1.6-литровыми турбо-моторами. Однако, несмотря на это, мощность автомобилей достигает 950 — 990 лошадиных сил , что в купе с легким кузовом и дает возможность развивать на треке скорость более 300 км/ч!
Используются 6-поршневые карбоновые тормоза, диаметр диска составляет 28см.
Разгон и максимальная скорость
0 — 100 км/ч: 2.4 секунды
0 — 200 км/ч: 4.4 секунды
0 — 300 км/ч: 8.4 секунды
Максимальная скорость: около 360 км/ч.
Перегрузка пилота при торможении: около 5G.
Прижимная сила
Отличительной чертой болидов F1 является наличие огромных крыльев в передней и задней части автомобиля. Их форма и размеры так же определяются правилами гонок F1. Благодаря ним прижимная сила, равная весу болида, достигается на скорости 180 км/ч, а при скорости 300 км/ч прижимная сила достигает 3000 кг !
Именно благодаря прижимной силе пилоты формулы-1 проходят все повороты на такой большой скорости, однако это обусловлено не только желанием пройти их быстрее соперников, если сбросить скорость в повороте, прижимной силы может не хватить и машина потеряет сцепление с дорогой.
Источник статьи: http://zen.yandex.ru/media/proavto_channel/skolko-loshadei-u-bolidov-formuly1-5d7865dda660d700bf454b2d
Двигатели Формулы-1 — Formula One engines
С момента своего создания в 1947 году Формула-1 использовала множество правил для двигателей . «Формулы», ограничивающие объем двигателя, регулярно использовались в гонках Гран-при после Первой мировой войны . Формулы двигателей разделены по эпохам.
СОДЕРЖАНИЕ
Операция
Формула-1 в настоящее время использует 1,6-литровый четырехтактный двигатель V6 с турбонаддувом, 90 градусов, с двумя верхними распределительными валами (DOHC), поршневые двигатели . Они были представлены в 2014 году и разрабатывались в течение последних сезонов.
Мощность, которую производит двигатель Формулы-1, создается при работе на очень высокой скорости вращения, до 15 000 оборотов в минуту (об / мин). Это контрастирует с двигателями дорожных автомобилей аналогичного размера, которые обычно работают со скоростью менее 6000 об / мин. Базовая конфигурация безнаддувного двигателя Формулы-1 не претерпела значительных изменений со времен Cosworth DFV 1967 года, и среднее эффективное давление оставалось на уровне около 14 бар MEP. До середины 1980-х годов двигатели Формулы-1 были ограничены скоростью около 12 000 об / мин из-за традиционных металлических пружин клапана, используемых для закрытия клапанов. Скорость, необходимая для приведения в действие клапанов двигателя на более высоких оборотах, требовала все более жестких пружин, что увеличивало потери мощности для привода распределительного вала и клапанов до такой степени, что потеря мощности почти компенсировала выигрыш в мощности за счет увеличения оборотов в минуту. Они были заменены на пневматические пружины клапана, представленные Renault в 1986 году, которые по своей природе имеют повышающуюся скорость (прогрессивную скорость), что позволило им иметь чрезвычайно высокую жесткость пружины при больших ходах клапана без значительного увеличения требований к приводной мощности при меньших ходах, тем самым снижая общая потеря мощности. С 1990-х годов все производители двигателей Формулы-1 использовали пневматические клапанные пружины с сжатым воздухом, позволяющие двигателям развивать скорость более 20 000 об / мин.
Короткоходный двигатель
В автомобилях Формулы-1 используются короткоходные двигатели. Для работы на высоких оборотах двигателя ход должен быть относительно коротким, чтобы предотвратить катастрофическое повреждение, обычно из-за шатуна , который испытывает очень большие нагрузки на этих скоростях. Короткоходный двигатель означает, что для достижения рабочего объема 1,6 литра требуется относительно большой диаметр цилиндра . Это приводит к менее эффективному такту сгорания, особенно при более низких оборотах.
В дополнение к использованию пневматических пружин клапана , высокая мощность двигателя Формулы-1 стала возможной благодаря достижениям в области металлургии и дизайна, что позволило более легким поршням и шатунам выдерживать ускорения, необходимые для достижения таких высоких скоростей. Улучшенная конструкция также позволяет более узкие концы шатунов и коренные подшипники. Это обеспечивает более высокие обороты и меньшее тепловыделение, вызывающее повреждение подшипников. Для каждого хода поршень от виртуального упора доходит почти до удвоенной средней скорости (примерно 40 м / с), а затем возвращается к нулю. Это происходит один раз для каждого из четырех тактов в цикле: один впуск (вниз), один сжатие (вверх), один мощность (при выключении зажигания), один выпуск (вверх). Максимальное ускорение поршня происходит в верхней мертвой точке и находится в районе 95 000 м / с 2 , что примерно в 10 000 раз больше стандартной силы тяжести (10 000 g ).
История
Двигатели Формулы-1 на протяжении многих лет проходили через множество правил, производителей и конфигураций.
1947–1953 гг.
В эту эпоху использовались довоенные правила для двигателей Voiturette с атмосферными двигателями объемом 4,5 л и наддувом объемом 1,5 л . Indianapolis 500 (который был этапом чемпионата мира среди водителей с 1950 года) использовал довоенные правила Гран-при, с атмосферными двигателями объемом 4,5 л и наддувом объемом 3,0 л. Диапазон мощности составлял до 425 л.с. (317 кВт), хотя BRM Type 15 1953 года, как сообщается, достиг 600 л.с. (447 кВт) с 1,5-литровым двигателем с наддувом.
В 1952 и 1953 годах чемпионат мира среди водителей проводился в соответствии с правилами Формулы 2 , но существующие правила Формулы-1 оставались в силе, и в те годы все еще проводились гонки Формулы-1.
1954–1960 гг.
Объем двигателя без наддува был уменьшен до 2,5 л, а объем автомобилей с наддувом был ограничен до 750 куб. Ни один конструктор не построил двигатель с наддувом к чемпионату мира. Indianapolis 500 продолжал использовать старые правила довоенных. Диапазон мощности был до 290 л.с. (216 кВт).
1961–1965
Представленная в 1961 году на фоне некоторой критики, новая формула с уменьшенным двигателем объемом 1,5 л взяла под контроль Формулу-1, так же как каждая команда и производитель перешли с передних на среднемоторные автомобили. Хотя изначально они были недостаточно мощными, через пять лет средняя мощность увеличилась почти на 50%, а время круга было лучше, чем в 1960 году. Старая формула объемом 2,5 литра была сохранена для международных гонок Формулы, но она не достигла большого успеха до появления. в серии Tasman Series в Австралии и Новой Зеландии в течение зимнего сезона, в результате чего автомобили объемом 1,5 л стали самыми быстрыми одноместными автомобилями в Европе за это время. Диапазон мощности составлял от 150 л.с. (112 кВт) до 225 л.с. (168 кВт).
1966–1986
В 1966 году, когда появились спортивные автомобили, способные обогнать болид Формулы 1 благодаря гораздо более крупным и мощным двигателям, FIA увеличила объем двигателя до 3,0 л атмосферного и 1,5 л сжатого двигателя. Хотя несколько производителей требовали двигателей большего размера, переход не был гладким, и 1966 был переходным годом, когда несколько новичков использовали 2,0-литровые версии двигателей BRM и Coventry-Climax V-8. Появление серийного производства Cosworth DFV в 1967 году позволило небольшим производителям присоединиться к серии с шасси собственной разработки. Компрессионные устройства были разрешены впервые с 1960 года, но только в 1977 году компания действительно имела финансирование и заинтересованность в их создании, когда Renault дебютировала со своим новым Gordini V-6 Turbo на Гран-при Великобритании в Сильверстоуне в том же году. . В 1980 году Renault доказала, что турбонаддув — это способ оставаться конкурентоспособным в Формуле-1 (особенно на высотных трассах, таких как Кьялами в Южной Африке и Интерлагос в Бразилии); Этот двигатель имел значительное преимущество в мощности по сравнению с двигателями Ford-Cosworth DFV , Ferrari и Alfa Romeo без наддува. Вслед за этим в 1981 году Ferrari представила свой совершенно новый двигатель с турбонаддувом. После этих разработок владелец Brabham Берни Экклстоун сумел заставить BMW с 1982 года производить для команды рядные четырехцилиндровые двигатели с турбонаддувом. А в 1983 году Alfa Romeo изготовила двигатель V-8 с турбонаддувом, и в том же году и в последующие годы Honda , Porsche (под маркой TAG ), Ford-Cosworth и другие небольшие компании сделали двигатели с турбонаддувом, в основном V-6 с двойным турбонаддувом. . Чрезвычайно мощный рядный четырехцилиндровый двигатель BMW M12 / 13 с турбонаддувом , использовавшийся в 1983 году в очень успешном двигателе Brabham BT52 , который выиграл чемпионат водителей Нельсона Пике в том году, развивал около 1400–1500 л.с. (1040–1120 кВт) при максимальной мощности. более 5 бар наддува в квалификационной комплектации, но был настроен на мощность 850–900 л.с. (630–670 кВт) в гоночной спецификации. К середине 1985 года каждая соревнующаяся команда имела в своей машине двигатель с турбонаддувом. К 1986 году показатели мощности достигли беспрецедентного уровня: все двигатели достигли более 1000 л.с. (750 кВт) во время квалификации с неограниченным давлением турбонаддува; Это было особенно заметно на двигателях BMW автомобилей Benetton, которые во время квалификации достигали около 1400 л.с. (1040 кВт) при давлении наддува 5,5 бар. Однако эти двигатели и коробки передач были очень ненадежными из-за огромной мощности двигателя и продержались всего около четырех кругов. В гонке ускорение турбонагнетателя было ограничено, чтобы гарантировать надежность двигателя; Но двигатели по-прежнему выдавали 850–1000 л.с. (630–750 кВт) во время гонки. Диапазон мощности с 1966 по 1986 год составлял от 285 л.с. (210 кВт) до 500 л.с. (370 кВт), с турбонаддувом от 500 л.с. (370 кВт) до 900 л.с. (670 кВт) в гоночной конфигурации и в квалификации до 1400 л.с. ( 1040 кВт). Следуя своему опыту в Индианаполисе, в 1971 году Lotus провела несколько неудачных экспериментов с турбиной Pratt & Whitney, установленной на шасси, которое также имело полный привод .
1987–1988
После доминирования турбонаддува принудительная индукция была разрешена в течение двух сезонов, прежде чем ее окончательно запретили. Правила FIA ограничивали давление наддува до 4 бар в квалификации 1987 г. для 1,5 л турбонаддува; и позволил более 3,5 л формулы. В эти сезоны по-прежнему преобладали двигатели с турбонаддувом: Honda RA167E V6 поставляла Нельсону Пике, выигравшему сезон Формулы-1 1987 года на Williams, также выигравшем чемпионат конструкторов, затем TAG -Porsche P01 V6 в McLaren, затем снова Honda с предыдущим RA166E для Lotus, затем Собственный двигатель Ferrari 033D V6.
Остальная часть энергосистемы была оснащена турбированным двигателем Ford GBA V6 в Benetton с единственным безнаддувным двигателем, производным от DFV Ford-Cosworth DFZ 3,5 л V8 мощностью 575 л.с. (429 кВт) в Тиррелле , Лола , AGS , март. и Колони . Массивно-мощный рядный четырехцилиндровый BMW M12 / 13, установленный в Brabham BT55, наклонен почти горизонтально и в вертикальном положении под брендом Megatron в Arrows и Ligier , вырабатывая 900 л.с. (670 кВт) при 3,8 бар в гоночной версии в гоночной комплектации, и невероятные 1,400–1,500 л.с. (1 040–1120 кВт) при давлении 5,5 бар в квалификационной спецификации. Zakspeed строил свой собственный рядный четырехцилиндровый двигатель с турбонаддувом, Alfa Romeo должна была установить на Ligiers рядный четырехцилиндровый двигатель, но сделка сорвалась после того, как были проведены первоначальные испытания. Alfa по-прежнему была представлена своим старым 890T V8, используемым Osella , а Minardi оснащалась двигателем Motori Moderni V6.
В сезоне Формулы-1 1988 года снова доминировали двигатели с турбонаддувом, ограниченные до 2,5 бар, и Honda с его RA168E с турбонаддувом V6 мощностью 640 л.с. (477 кВт) при 12500 об / мин в квалификации, на этот раз гонщики McLaren Айртон Сенна и Ален Прост выиграли все гран-при. за исключением одного победителя Ferrari с его 033E V6 мощностью около 650 л.с. (485 кВт) при 12800 об / мин в квалификации. Сразу за ним Ford представил свой 3,5-литровый V8 с DFR мощностью 620 л.с. (462 кВт) при 11000 об / мин для Benetton, а 640-сильный (477 кВт) Megatron-BMW M12 / 13 по- прежнему двигал Arrows впереди Lotus-Honda. Джадд представил свой 600-сильный (447 кВт) CV 3,5-литровый V8 для March, Williams и Ligier, а остальная часть энергосистемы в основном использовала Ford Cosworth DFZ предыдущего года на 590 л.с. (440 кВт), за исключением Zakspeed с собственными 640 л.с. (477 кВт). ) двигатель и 700 л.с. (522 кВт) Alfa-Romeo V8 с турбонаддувом для Оселлы.
1989–1994
Турбокомпрессоры были запрещены в сезоне Формулы-1 1989 года , оставив только безнаддувную формулу объемом 3,5 л. Honda по-прежнему доминировала со своим RA109E 72 ° V10, выдававшим 685 л.с. (511 кВт) при 13 500 об / мин на автомобилях McLaren , что позволило Просту выиграть чемпионат перед своим товарищем по команде Сенной. Позади был Renault RS01 с двигателем Williams с двигателем V10 67 °, выдающим 650 л.с. (485 кВт) при 13 300 об / мин. Ferrari с его 035/5 65 ° V12 мощностью 660 л.с. (492 кВт) при 13000 об / мин. Сзади сеть питалась в основном от Ford Cosworth DFR V8 мощностью 620 л.с. (462 кВт) при 10750 об / мин, за исключением нескольких автомобилей Judd CV V8 в автомобилях Lotus, Brabham и EuroBrun , а также двух чудаков: 620 л.с. (460 кВт) Lamborghini 3512. 80 ° V12, приводящий в движение Lola, и 560 л.с. (420 кВт) Yamaha OX88 75 ° V8 в автомобилях Zakspeed. Ford начал опробовать свой новый дизайн, 75 ° V8 HBA1 с Benetton.
1990 Формулы сезона вновь доминировали Honda в McLarens с 690 л.с. (515 кВт) @ 13500 оборотов в минуту RA100E подачи питания Айртон Сенна и Герхард Бергер впереди 680 л.с. (507 кВт) @ 12750 оборотов Ferrari Tipo 036 от Алена Проста и Найджела Мэнселл . Следом за ними лидировали Ford HBA4 для Benetton и Renault RS2 для Williams с 660 л.с. (492 кВт) при 12800 об / мин, оснащенные двигателями Ford DFR и Judd CV . Исключением были Lamborghini 3512 в моделях Lola и Lotus, а также новый Judd EV 76 ° V8 мощностью 640 л.с. (477 кВт) при 12500 об / мин в автомобилях Leyton House и Brabham. Два новых претендентов были Life , которые построили для себя в F35 W12 с тремя цилиндрами четыре банки @ 60 °, и Subaru дает колоны 1235 плоско-12 от Motori Moderni
Honda по-прежнему лидировала в сезоне Формулы-1 1991 года на McLaren Сенны с 725–760 л.с. (541–567 кВт) при 13 500–14 500 об / мин 60 ° V12 RA121E , опережая Williams с двигателем Renault RS3,развивающий 700 л.с. (520 кВт). @ 12500 об. / Мин. Ferrari отстала со своим Tipo 037 , новым 65-градусным двигателем V12, развивающим 710 л.с. (529 кВт) при 13 800 об / мин, также оснащенным Minardi , опережая Ford HBA4 / 5/6 на автомобилях Benetton и Jordan. Позже Тиррелл использовал предыдущую Honda RA109E, Джадд представил свой новый GV, а Dallara оставил предыдущий электромобиль Lotus, Yamaha передала свой 660 л.с. (492 кВт) OX99 70 ° V12 Brabham, двигатели Lamborghini использовались Modena и Ligier. Ilmor представил свой LH10 , двигатель V10 мощностью 680 л.с. (507 кВт) при 13000 об / мин, который в конечном итоге стал Mercedes с Leyton House, а Porsche поставил небольшой успешный V12 3512 для Footwork Arrows ; остальное поле было оснащено двигателем Ford DFR .
В 1992 году двигатели Renault стали доминирующими, особенно после ухода из спорта Honda в конце 1992 года. Двигатели Renault V10 объемом 3,5 л, которыми оснащена команда Williams F1, вырабатывали мощность 750–830 л.с. (559–619). кВт; 760–842 л.с.) при 13000–14500 об / мин в конце эпохи безнаддувных двигателей объемом 3,5 л, между 1992 и 1994 гг. Renault выиграла три последних подряд чемпионата мира конструкторов в эпоху формулы 3,5 л вместе с Williams (1992- 1994).
К концу сезона 1994 года Ferrari 043 выдавал более 820 л.с. (611 кВт) при 15 800 об / мин, что на сегодняшний день является самым мощным безнаддувным двигателем V12, когда-либо использовавшимся в Формуле-1.
1995–2005
В эту эпоху использовалась формула 3,0 л с диапазоном мощности от 650 л.с. (485 кВт) до 965 л.с. (720 кВт), в зависимости от числа оборотов в минуту , и от восьми до двенадцати цилиндров. Renault был первым доминирующим поставщиком двигателей с 1995 по 1997 год, выиграв первые три чемпионата мира с Williams и Benetton в то время. Победивший в чемпионате в 1995 году Benetton B195 выдавал мощность от 675 до 750 л.с. (503,3–559,3 кВт), а победивший в чемпионате 1996 года Williams FW18 выдавал 755 л.с. (563,0 кВт), оба от общего двигателя Renault RS9 3,0 л V10 . Победивший в чемпионате 1997 года FW19 производил около 760 л.с. (566,7 кВт) при 16000 об / мин от своего 3,0-литрового двигателя V10 Renault RS9B . Большинство автомобилей 1995–2000 годов имели постоянную мощность от 700 до 800 л.с. Большинство автомобилей Формулы-1 в сезоне 1997 года обеспечили стабильную выходную мощность 740–760 л.с. (551,8–566,7 кВт) при 16 000 об / мин. С 1998 по 2000 год именно благодаря мощи Mercedes Мика Хаккинен выиграл два чемпионата мира. McLaren MP4 / 14 1999 года производил 785-810 л.с. при 17000 об / мин. Ferrari постепенно улучшала свой двигатель. В 1996 году они перешли с традиционного двигателя V12 на более компактный и легкий двигатель V10. Они предпочли надежность мощности, изначально проиграв Mercedes с точки зрения абсолютной мощности. Первый двигатель Ferrari V10, выпущенный в 1996 году, выдавал 715 л.с. (533 кВт) при 15 550 об / мин, по сравнению с их самым мощным 3,5-литровым двигателем V12 (в 1994 г.), который выдавал более 820 л.с. (611 кВт) при 15 800 об / мин. мощность от их последнего 3,0-литрового V12 (в 1995 году), который производил 700 л.с. (522 кВт) при 17000 об / мин. На Гран-при Японии в 1998 году двигатель Ferrari 047D выдавал более 800 л.с. (600 кВт). С 2000 года им всегда хватало мощности и надежности.
BMW начала поставлять свои двигатели для Williams с 2000 года. В первом сезоне двигатель был очень надежным, хотя и немного уступал по мощности по сравнению с агрегатами Ferrari и Mercedes. BMW E41 Приведено Williams FW22 произведено около 810 л.с. @ 17500 оборотов в минуту, в течение сезона 2000 года. BMW пошла прямо вперед с разработкой двигателя. P81 , используемый в течение сезона 2001 года, был в состоянии поразить 17,810 оборотов в минуту. К сожалению, надежность была большой проблемой из-за нескольких взрывов в течение сезона.
BMW P82 , двигатель, использовавшийся командой BMW WilliamsF1 в 2002 году, достиг максимальной скорости 19 050 оборотов в минуту на завершающей стадии своего развития. Кроме того, это был первый двигатель 3,0-литрового двигателя V10, преодолевший рубеж 19 000 об / мин во время квалификации Гран-при Италии 2002 года . Двигатель BMW P83, использовавшийся в сезоне 2003 года, развивал впечатляющие 19 200 об / мин и преодолел отметку в 900 л.с. (670 кВт), при мощности около 940 л.с. и весил менее 200 фунтов (91 кг). Honda RA003E V10 также преодолела отметку в 900 л.с. (670 кВт) на Гран-при Канады 2003 года .
В 2005 году для двигателя V10 объемом 3,0 л было разрешено не более 5 клапанов на цилиндр. Кроме того, FIA ввела новые правила, ограничивающие каждую машину одним двигателем на два уик-энда Гран-при, делая упор на повышение надежности. Несмотря на это, выходная мощность продолжала расти. Двигатели Mercedes в этом сезоне имели около 930 л.с. (690 кВт). Двигатели Renault, Toyota, Ferrari и BMW производили от 900 л.с. (670 кВт) до 950 л.с. (710 кВт) при 19000 об / мин. У Honda было около 965 л.с. (720 кВт).
2006–2013 гг.
В 2006 году двигатели должны были быть 90 ° V8 максимальной мощностью 2,4 литра с диаметром цилиндра 98 мм (3,9 дюйма), что подразумевает ход поршня 39,8 мм (1,57 дюйма) при максимальном диаметре цилиндра. Двигатели должны иметь два впускных и два выпускных клапана на цилиндр, быть безнаддувными и иметь минимальный вес 95 кг (209 фунтов). Двигатели предыдущего года с ограничителем оборотов были разрешены на 2006 и 2007 годы для команд, которые не смогли приобрести двигатель V8, а Scuderia Toro Rosso использовала Cosworth V10 после того, как Red Bull захватила бывшую команду Minardi , не включив новые двигатели. . В сезоне 2006 года были зафиксированы самые высокие пределы оборотов в истории Формулы-1 — более 20 000 об / мин; до того, как в 2007 году для всех конкурентов был введен обязательный ограничитель оборотов на 19 000 об / мин. Cosworth смог достичь чуть более 20 000 об / мин со своим V8, а Renault — около 20 500 об / мин. Хонда сделала то же самое; правда, только на динамометрическом стенде.
Предварительное охлаждение воздуха перед его поступлением в цилиндры, впрыск любого вещества, кроме воздуха и топлива, в цилиндры, впускные и выпускные системы с изменяемой геометрией , а также регулируемые фазы газораспределения были запрещены. Каждый цилиндр мог иметь только одну топливную форсунку и одну свечу искрового зажигания . Отдельные пусковые устройства использовались для запуска двигателей в шахтах и на сетке. Картер и блок цилиндров должны были быть из литых или деформируемых алюминиевых сплавов. Коленчатый вал и распределительные валы должны были быть из сплава железа , поршни — из алюминиевого сплава, а клапаны — из сплавов на основе железа , никеля , кобальта или титана . Эти ограничения были введены для снижения затрат на разработку двигателей.
Уменьшение мощности было разработано таким образом, чтобы снизить мощность трехлитровых двигателей примерно на 20%, чтобы снизить увеличивающиеся скорости автомобилей Формулы-1. Несмотря на это, во многих случаях характеристики автомобиля улучшились. В 2006 году Toyota F1 объявила о мощности своего нового двигателя RVX-06 примерно 740 л.с. (552 кВт) при 18 000 об / мин , но реальные цифры, конечно, получить трудно. Большинство автомобилей этого периода (2006-2008 гг.) Выдавали обычную выходную мощность примерно 730-785 л.с. при 19 000 об / мин (более 20 000 об / мин в сезоне 2006 г. ).
Спецификация двигателя была заморожена в 2007 году, чтобы снизить затраты на разработку. Двигатели, которые использовались в Гран-при Японии 2006 года, использовались в сезонах 2007 и 2008 годов, и их скорость была ограничена 19 000 об / мин. В 2009 году ограничение было снижено до 18 000 об / мин, и каждому водителю разрешалось использовать максимум 8 двигателей в течение сезона. Любой гонщик, которому нужен дополнительный двигатель, получает 10 мест на стартовой решетке в первой гонке, в которой используется двигатель. Это увеличивает важность надежности, хотя эффект заметен только к концу сезона. Некоторые конструктивные изменения, направленные на повышение надежности двигателя, могут быть внесены с разрешения FIA. Это привело к тому, что некоторые производители двигателей, особенно Ferrari и Mercedes, использовали эту способность, внося конструктивные изменения, которые не только повышают надежность, но и, как побочный эффект, увеличивают выходную мощность двигателя. Поскольку двигатель Mercedes оказался самым мощным, FIA разрешила перенастройку двигателей, чтобы позволить другим производителям соответствовать мощности.
В 2009 году Honda покинула Формулу 1. Команду приобрел Росс Браун , создав Brawn GP и BGP 001 . Из-за отсутствия двигателя Honda Brawn GP переоборудовали двигатель Mercedes на шасси BGP 001. Команда с новым брендом выиграла чемпионат конструкторов и чемпионат пилотов у более известных и хорошо зарекомендовавших себя соперников Ferrari, McLaren-Mercedes и Renault.
Cosworth , отсутствовавший с сезона 2006 года , вернулся в 2010 году. Новые команды Lotus Racing , HRT и Virgin Racing , наряду с уже существующей Williams , использовали этот двигатель. В этом сезоне также отказались от двигателей BMW и Toyota , поскольку автомобильные компании вышли из Формулы-1 из-за рецессии.
В 2009 году строителям было разрешено использовать системы рекуперации кинетической энергии (KERS), также называемые рекуперативными тормозами . Энергия может храниться в виде механической энергии (как в маховике) или в виде электрической энергии (как в батарее или суперконденсаторе) с максимальной мощностью 81 л.с. (60 кВт; 82 л.с.). В какой-то момент сезона им пользовались четыре команды: Ferrari, Renault, BMW и McLaren.
Хотя KERS по-прежнему был разрешен в Формуле-1 в сезоне 2010 года, все команды согласились не использовать его. KERS вернулся в сезон 2011 года, когда только три команды решили не использовать его. В сезоне 2012 года без KERS выступали только Marussia и HRT, а в 2013 году все команды в сетке имели KERS. С 2010 по 2013 год автомобили имеют обычную мощность 700–800 л.с., в среднем около 750 л.с. при 18 000 об / мин.
2014–2021 гг.
FIA объявила о замене двигателей V8 объемом 2,4 литра на двигатели V6 объемом 1,6 литра в сезоне 2014 года . Новые правила разрешают использование систем рекуперации кинетической и тепловой энергии . Принудительная индукция теперь разрешена, и вместо ограничения уровня наддува вводится ограничение расхода топлива на уровне 100 кг бензина в час максимум. Они звучали по-разному из-за нижнего предела оборотов (15 000 об / мин) и турбокомпрессора. Хотя нагнетатели разрешены, все конструкторы решили использовать турбонаддув.
Новая формула позволяет использовать двигатели с турбонаддувом , которые в последний раз появились в 1988 году . Их эффективность улучшена за счет турбо-компаундирования за счет рекуперации энергии из выхлопных газов. Первоначальное предложение четырехцилиндровых двигателей с турбонаддувом не приветствовалось гоночными командами, в частности Ferrari. Адриан Ньюи заявил во время Гран-при Европы 2011 года, что переход на двигатель V6 позволяет командам использовать двигатель в качестве напряженного элемента , в то время как для рядного 4-го двигателя потребовалась бы пространственная рама. Был достигнут компромисс, разрешив вместо этого использовать двигатели с принудительным впуском V6. Двигатели редко превышают 12 000 об / мин во время квалификации и гонки из-за новых ограничений расхода топлива.
Системы рекуперации энергии, такие как KERS, имели прирост 160 л.с. (120 кВт) и 2 мегаджоуля за круг. KERS был переименован в Motor Generator Unit – Kinetic ( MGU-K ). Также были разрешены системы рекуперации тепловой энергии под названием Motor Generator Unit – Heat ( MGU-H ).
Сезон 2015 года стал улучшением по сравнению с 2014 годом, увеличив мощность большинства двигателей примерно на 30–50 л.с. (20–40 кВт), из которых самый мощный двигатель Mercedes — 870 л.с. (649 кВт). В 2019 году заявленная мощность двигателя Renault в квалификационных гонках составила 1000 л.с.
Из предыдущих производителей только Mercedes, Ferrari и Renault производили двигатели по новой формуле в 2014 году, тогда как Cosworth прекратил поставки двигателей. Honda вернулась в 2015 году со своим собственным двигателем, в то время как McLaren использовала мощность Honda, заменив мощность Mercedes в 2014 году. В 2019 году Red Bull перешла с двигателя Renault на двигатель Honda. Honda поставляет как Red Bull, так и AlphaTauri. В конце 2021 года Honda должна выйти из числа поставщиков силовых агрегатов , а Red Bull возьмет на себя проект и будет производить двигатель на собственном предприятии.
2022 год и далее
В 2017 году FIA начала переговоры с существующими конструкторами и потенциальными новыми производителями по следующему поколению двигателей с предполагаемой датой ввода в эксплуатацию в 2021 году, но отложенной до 2022 года . Первоначальное предложение было разработано, чтобы упростить конструкцию двигателей, сократить расходы, продвигать новые модели и устранить критику в адрес двигателей поколения 2014 года. Он призвал сохранить 1,6-литровую конфигурацию V6, но отказался от сложной системы Motor Generator Unit – Heat ( MGU-H ). Генератор двигателя Блок-Kinetic ( МГУ-K ) будет более мощным, с большим акцентом на развертывании водителя и более гибкого внедрения для обеспечения тактического использования. Предложение также призывало к введению стандартизированных компонентов и конструктивных параметров, чтобы компоненты, производимые всеми производителями, были совместимы друг с другом в системе, получившей название «включай и работай». Было также внесено еще одно предложение о разрешении полноприводных автомобилей с приводом передней оси от блока MGU-K — в отличие от традиционного карданного вала — который функционировал независимо от MGU-K, обеспечивающего мощность на заднюю ось, отражая система, разработанная Porsche для гоночного автомобиля 919 Hybrid .
Развитие спецификации двигателя
Годы
Рабочий принцип
Максимальное смещение
Revolution предел
Конфигурация
Топливо
Естественно безнаддувных
Принудительная индукция
Алкоголь
Бензин
2014–2021 гг.
4-тактный поршень
1,6 л
15000 об / мин
90 ° V6 + MGU
5,75%
Высокооктановый неэтилированный
2009–2013 гг.
2,4 л
Запрещенный
18000 об / мин
90 ° V8 + KERS
2008 г.
19000 об / мин
90 ° V8
2007 г.
Запрещенный
2006 г.
Неограниченный
2000–2005
3,0 л
V10
1995–1999
До 12 цилиндров
1992–1994
3,5 л
1989–1991
Неограниченный
1988 г.
1,5 л, 2,5 бар
Неограниченный
1987 г.
1,5 л, 4 бара
1986 г.
Запрещенный
1,5 л
1981–1985
3,0 л
1966–1980
Неопределенные
1963–1965
1,5 л (1,3 л мин.)
Запрещенный
Насос
1961–1962
Неограниченный
1958–1960 гг.
2,5 л
0,75 л
1954–1957
Неограниченный
1947–1953 гг.
4,5 л
1,5 л
Текущие технические характеристики двигателя
Сжигание, строительство, эксплуатация, мощность, топливо и смазка
Производители : Mercedes , Renault , Ferrari и Honda.
Тип : гибридный с промежуточным охлаждением
Такт двигателя сгорания : четырехтактный поршневой цикл Отто
Конфигурация : одинарный гибридный двигатель V6 стурбонаддувом
Угол V : угол цилиндра 90 °
Объем : 1,6 л (98 куб. Дюймов )
Диаметр цилиндра : Максимум 80 мм (3.15 в )
Ход : 53 мм (2.09 в )
Клапанный : DOHC , 24 клапана (четыре клапана на цилиндр)
Топливо : неэтилированный бензин с октановым числом 98–102 + биотопливо 5,75%.
Подача топлива : бензин с прямым впрыском
Давление впрыска топлива : 500 бар (7252 фунт / кв. Дюйм ; 493 атм ; 375031 торр ; 50000 кПа ; 14765 дюймов рт. Ст. )
Расход ограничителя массового расхода топлива : 100 кг / ч (220 фунтов / ч) (-40%)
Диапазонрасходатоплива : 6 миль на галлон— США (39,20 л / 100 км )
Аспирация : с одинарным турбонаддувом
Выходная мощность : 875–1000 + 160 л.с. (652–746 + 119 кВт ) при 10 500 об / мин.
Крутящий момент : прибл. 600–650 Нм (443–479 ft⋅lb )
Смазка : Сухой картер
Максимальные обороты : 15000 об / мин
Управление двигателем : McLaren TAG-320
Максимум. скорость : 370 км / ч (230 миль / ч ) (Монца, Баку и Мексика); 340 км / ч (211 миль / ч ) нормальные гусеницы
Охлаждение : один механический водяной насос, питающий систему охлаждения с одной передней стороны
Зажигание : индуктивное с высокой энергией
Запрещенные материалы для двигателей : сплавы на основе магния, композиты с металлической матрицей (MMC), интерметаллические материалы, сплавы, содержащие более 5% по весу платины, рутения, иридия или рения, сплавы на основе меди, содержащие более 2,75% бериллия, любые другие сплавы. класс, содержащий более 0,25% бериллия, сплавы и керамика на основе вольфрама, а также композиты с керамической матрицей
Вес : 145 кг (320 фунтов ) в целом, включая коллекторы, сцепление, ЭБУ, блок зажигания или фильтры
Принудительная индукция и двухпозиционный
Поставщики турбокомпрессоров : Garrett Motion ( Ferrari ), IHI Corporation ( Honda ), Mercedes AMG HPP ( собственный Mercedes ) и Pankl Turbosystems GmbH ( Renault ).
Вес турбокомпрессора : 8 кг (18 фунтов ) в зависимости от используемого корпуса турбины
Ограничение оборотов турбокомпрессора : 125000 об / мин
Нагнетание давления : одноступенчатый компрессор и выхлопная турбина, общий вал
Турбо давление наддува уровня : не ограничено , но , главным образом , типично от 4,0 до 5,0 бар (58,02 до 72,52 фунтов на квадратный дюйм ; 3,95 до 4,93 атм ; 3,000.25 до 3,750.31 Торр ; 400,00 до 500,00 кПа ; 118,12 до 147,65 INhg ) абсолютное
Wastegate : максимум два, с электронным или пневматическим управлением
Системы ERS
MGU-K RPM : макс. 50 000 об / мин
Мощность МГУ-К : Макс.120 кВт
Энергия, рекуперированная MGU-K : не более 2 МДж / круг
Энергия, выделяемая MGU-K : не более 4 МДж / круг.
