Šiais metais F1 automobilių varikliai bus ne didesni, nei jūsų automobilio, bet vis vien lakstys neįtikėtinu greičiu. Kaip jiems tai pavyks?

F1 automobilių lenktynės, tai triukšmas, dūmai, degalus ryjantys motorai, akimirksniu sugadinantys klimatą ir kuriuos visi norėjome vairuoti patys. Bet viskas keičiasi…

Šį savaitgalį Melburne, Australijoje prasidedančiame 2014 metų Formulė 1 sezone, pilotai vairuos bolidus, turinčius daug daugiau bendro su ateities įprastomis mašinomis. Vieną dieną jų efektyvaus kuro naudojimo, energijos atgavimo technologijos ras kelią į mūsų vairuojamus automobilius.

Iki šiol F1 reginys reiškė variklio galią. Pavyzdžiui, 2013 m. automobilius varė raumeningi, aštuonių cilindrų, 2,4 litrų darbino tūrio varikliai, o prieš tai buvo dar galingesni 10 cilindrų, 3 litrų žvėrys. Šiais metais F1 variklių darbinis tūris sumažėjo iki vos 1,6 litrų – tiek pat turi šeimyniniai automobiliai, kaip populiarusis hečbekas Ford Focus.

Norima aprūpinti automobilius mažu, „kelių automobilį atitinkančio“ dydžio varikliu ir energijos atgavimo technologijomis. Drauge su geresne aerodinamika, jos užtikrins, kad variklis bus ir pakankamai žalias ir užtikrins reginiui būtiną greitį. Jensonui Buttonui, buvusiam F1 pasaulio čempionui su Brawn GP komanda, dabar važiuojančiam už McLaren, tai padarė įspūdį. „Variklio galia maloni. Trauka labai didelė“ sakė jis New Scientist, kalbėdamas apie naujojo automobilio greitėjimą.

Kam tokie pokyčiai? Didieji automobilių gamintojai, tokie, kaip Ford, Honda, Toyota ir BMW pastaraisiais metais pasitraukė iš F1 rungtynių, o Volkswagenui priklausanti Audi atsisakė prisijungti, nes sako, kad F1 neprisideda prie įprastų automobilių tobulinimo. Tad, F1 valdymo organas, FIA ir trys sportinių variklių gamintojai – Renault, Ferrari ir Mercedes – išsiaiškino, kaip suderinti F1 taisykles su didžiųjų gamintojų žalesniais siekiais. Jie tikisi taip pritraukti daugiau dėmesio F1.

Naujųjų F1 bolidų patobulinimai

Tikslas – maksimizuoti kuro efektyvumą. „Automobilių pramonė susitelkusi į kuro sąnaudas ir CO₂ emisiją. Todėl F1 vadovybė pakeitė taisykles, kad jos derėtų su šiais siekiais,“ sako Andy'is Cowellas, Mercedes AMG High Performance Powertrains Brixworthe, JK, kuriančios F1 variklius, vykdantysis direktorius. „Dabar fundamentalus iššūkis yra paversti kuo daugiau kuro cheminės energijos mechanine energija kaip įmanoma efektyviau.“

Naujosios FIA taisyklė griežtos: naujieji F1 varikliai turi bent 30 procentų efektyviau naudoti kurą, nei pernai metų varikliai. Jei taip nebus, kai kuriems F1 multimilijonieriams vairuotojams gresia gėda nebaigti trasos, nes dabar kuro naudojimo efektyvumą reglamentuoja du mechanizmai: maksimalus 100 kg kuro sunaudojimas per valandą, ribojantis variklio galią, ir maksimalus leidžiamas vos 100 kg kuro sunaudojimas lenktynėse, kai tuo tarpu pernai šis rodiklis buvo 150 kg.

Tai reiškia, jog komandos turi pabaigti 305 km lenktynes vos su ⅔ praeito sezono kuro. Bet kad žiūrovai nenuobodžiautų, jie turi tai atlikti tuo pačiu greičiu.

Tam, kad tai būtų įmanoma, 1,6 litrų variklis turi atlikti keletą triukų, kad atgautų energiją, kuri paprastai nueitų vėjais. Norėdamas suteikti užuominą, koks bus sudėtingas naujasis variklis, Mercedes rašo savo svetainėje: „Variklio nebėra. Tegyvuoja galios įtaisas“.

2014 galios įtaiso širdis – naujai sumažintas variklis, kurio maksimalios apsukos sumažintos nuo 18 000 aps./min iki efektyvesnių 15 000 aps/min. Tada pajungiamas energijos atgavimo priemonių arsenalas.

Nuo 2009 m. F1 automobiliai naudojo regeneratyvinę stabdžių sistemą, panašią į naudojamą hibridiniuose automobiliuose, 25 kg ličio jonų baterijos įkrovimui. Vieną kartą viename rate baterija gali sukti motorą, suteikdama 7 sekundžių kinetinės energijos impulsą automobiliui. Šią kinetinės energijos atgavimo sistemą (Kinetic Energy Recovery System – KERS) sudaro kombinuotas motoras ir generatorius, bet dabar jis patobulintas ir vadinamas motoro generatoriaus kinetiniu vienetu (MGU-K). Veikdamas generatoriaus režimu, MGU-K gali sukaupti penkis kartus daugiau stabdymo energijos, nei KERS, 2 MJ per vieną ratą. Veikdamas kaip motoras, jis gali panaudoti 4 MJ energijos iš baterijos ir suteikti ją varikliui, o tai reiškia papildomą 161 AG (120 kW) per 30 sekundžių.

Kitas energijos atgavimo yra naujoviškas turbokompresorius, panašus į jau naudotą F1, bet šiais metais turintį papildomą triušį rankovėje. Standartiniame turbokompresoriuje turbina sėdi karštų išmetamųjų dujų sraute ir suka oro padavimo kompresorių. Taip išauga variklio galia, nes į cilindrus paduodamas suspaustas oras.

Naujajame turbokompresoriuje nešvaistoma nieko. Kai išmetamųjų dujų slėgis įsuka oro padavimo kompresorių iki 100 000 aps./min, visa papildoma turbokompresoriaus turbinos energija panaudojama sukti įtaisą, vadinamą motoro generatoriaus karščio vienetu arba kitaip MGU-H. Jis gali įkrauti automobilio bateriją arba perduoti energiją į MGU-K, taip suteikdamas vairuotojui papildomos galios. Tai reiškia, kad naudojama mažiau kuro didesnei galiai.

Visa tai, bent jau bandomuosiuose važiavimuose Ispanijoje ir Bahreine, atrodo, suteikia būtiną efektyvumo prieaugį. „Lyginant su praėjusių metų V8 varikliais, gauname daugiau, nei 30 procentų daugiau galios iš kiekvieno sunaudoto kuro vieneto,“ sako Cowellas.

Šie pokyčiai turėtų palengvinti ir vairuotojų gyvenimą, kadangi jiems nebereikės galvoti apie kinetinės ir šiluminės energijos sistemų – kartu vadinamų energijos atgavimo sistemomis (Energy Recovery System – ERS) – aktyvavimą, kaip reikėjo su KERS praėjusiais metais. Išmani elektronika užtikrina, kad visa ši energija prieinama akseleratoriaus pedalu: jei yra energijos iš variklio ar baterijų, jie gali ja naudotis. Panašiai ir stabdymo energijos kaupimas dabar taip pat automatinis.

Identiškus elektroninės kontrolės vienetus F1 automobiliams pagal FIA taisykles dabar gamina McLaren Applied Technologies (MAT) Wokinge, JK – kompanija, griežtai atskirta nuo McLaren F1 lenktynių komandos, siekiant sąžiningumo. Kontrolės prietaisai diriguoja viskam, nuo greičio pedalo nuspaudimo iki pavarų perjungimo. Jų programinė įranga buvo visiškai perrašyta naujoms energiją atgaunančioms turbinoms, sako MAT viceprezidentas Peteris van Manenas.

„Iš aktualumo įprastiems automobiliams pusės, visa energijos atgavimo iš išmetamųjų dujų koncepcija labai jaudinanti, nes pusė įprastinio automobilio energijos prarandama karščio pavidalu per išmetamąjį vamzdį,“ sako Van Manenas. „Gebėjimas dalį jos atgauti, gali turėti didelę reikšmę anglies dvideginio emisijai ir kuro ekonomijai.“

Tikrasis išbandymas bus sudėtingų turbininių variklių su visais elektriniais priedais patikimumas – ir fanų reakcija į variklio garsą, pradedant nuo Alberto Parko ežero Grand Prix rato Melburne šį savaitgalį. Kai kurie užkietėję fanai gali nusivilti. „Tai vienareikšmiškai tyliau ir melodingiau,“ sako vienas F1 komandos narys, stebėjęs bandymus Jereze, Ispanijoje.

Prieš lenktynes vairavimo pojūčio reikalai atrodė gerai: „Išeidamas iš posūkio, turi tiek traukos, kad užima kvapą,“ sako Buttonas. „Manau, tai yra teigiamas dalykas, kad turime ERS tokių plyšių užpildymui. Sakyčiau, šioje ankstyvoje stadijoje tai yra labai tinkamas vairavimui variklis.“

Paul Marks
New Scientist № 2960

Komentarai (8)