Poruchy alternátorov počas Veľkej ceny Európy

Spoločnosť Renault Sport F1 potvrdila, že zlyhanie alternátorov vo Valencii malo na svedomí prehriatie jeho vnútorných súčastí v dôsledku poruchy jednej z nich. Nasledujúci článok je analýzou, ktorá bola publikovaná bezprostredne po Veľkej cene Európy.

Tohtoročná Veľká cena Európy na okruhu v španielskej Valencii bola rozhodne tým najdramatickejším predstavením, ktoré trať vo svojej krátkej histórii divákom ponúkla, avšak z veľkej časti za to vďačíme jednej pomerne nenápadnej súčiastke ukrytej aj v útrobách bežných cestných automobilov.

Prvá polovica pretekov z tohto pohľadu ešte ničím výnimočná nebola. Sebastian Vettel si budoval na čele pred Romainom Grosjeanom náskok, ktorý v priebehu takmer tridsiatich kôl narástol na približne 20 sekúnd. Pohyboval sa okolo tejto úrovne niekoľko kôl, kým nebol na okruh vyslaný Safety car v dôsledku kolízie medzi Vergnem a Kovalainenom v 27. kole. Vtedy mala priebeh Veľkej ceny radikálne zmeniť pomerne dlhá fáza jazdy za spomaľovacím vozidlom. Opätovný štart prebehol až v 34. kole, ktoré sa dovtedy suverénnemu Vettelovi napokon stalo posledným. Na konci prvého sektoru trate sa alternátor v jeho monoposte začal kriticky prehrievať a na výjazde zo zákruty číslo 10, keď už alternátor prestal dodávať elektrickú energiu do systému, sa motor náhle zastavil. Podľa Roberta Whitea, zástupcu technického riaditeľa Renault Sport F1, sa u Vettelovho auta prvé známky prehrievania alternátora prejavovali ešte pred Safety car fázou a pomalšia jazda iba nepatrne predĺžila jeho životnosť.

Zhodou okolností sa len o sedem kôl neskôr vyskytol zjavne veľmi podobný problém u Romaina Grosjeana jazdiacom tesne za novým lídrom pretekov. Grosjeanov Lotus E20 je rovnako ako Vettelov Red Bull RB8 poháňaný agregátom od Renaultu a teda obaja mali vo vozidle rovnaký model alternátora od talianskej spoločnosti Magneti Marelli.


Alternátor Magneti Marelli A55 – jeho vnútorné súčasti sú použité v alternátore pre motor Renault RS27-2012, ale vonkajší kryt je rozdielny, pretože Renault si ho navrhol sám; zdroj: magnetimarelli.com © Magneti Marelli

Alternátor je prídavné zariadenie motora poháňané sústavou prevodov z kľukového hriadeľa, pričom jeho úlohou je premena kinetickej energie rotačného pohybu tohto hriadeľa na striedavý prúd a napätie, ktoré potom možno prostredníctvom stabilizátora napätia a batérie dodávať všetkým elektronickým systémom a senzorom vozidla.

V F1 sa dnes využívajú výhradne alternátory s budením permanentným (trvalým) magnetom, ktorých hmotnosť je v porovnaní s bežnými alternátormi asi tretinová. Konkrétny model Magneti Marelli A55 má hmotnosť 940 gramov, no verzia Renaultu, ktorá bola oboma pilotmi využitá v pretekoch, môže byť až o takmer 200 gramov ľahšia. Jeho rozmery sú takisto výrazne kompaktnejšie a s dĺžkou 73 mm a priemerom 52 mm je porovnateľný s alternátorom športového motocyklu. Vonkajší kryt si Renault dizajnuje sám podľa svojich požiadaviek a ostatné vnútorné súčasti zariadenia si necháva vyrobiť u Magneti Marelli.


Výkres s rozmermi alternátora Magneti Marelli A55 (všetky hodnoty sú v milimetroch; rozloženie otvorov na pripevnenie a niektoré detaily sa od alternátoru pre motor Renault RS27-2012 môžu líšiť); zdroj: magnetimarelli.com © Magneti Marelli

Ako už bolo spomenuté, alternátor je pripevnený k určenej prírube v spodnej časti motora súosovo s vodným čerpadlom, kde je rozvodom ozubenými kolesami prepojený s kľukovým hriadeľom. Ten poháňa rotor alternátora v podobe permanentného magnetu, ktorý vo svojom okolí vytvára nestacionárne homogénne magnetické pole. Nakoľko sa rotor (magnetické pole) a stator (vinutie vodičov vo forme cievky) navzájom voči sebe pohybujú, vo vodiči sa indukuje časovo premenné, čiže striedavé napätie. Alternátor A55 s diódovým usmerňovačom dodáva regulačnému členu už jednosmerný prúd s veľkosťou 35 A. Regulátor udržiava v systéme napätie 13,5 V a súčasne prerozdeľuje elektrickú energiu medzi batériu a ďalšie zariadenia.

Na rozdiel od konvenčných automobilových alternátorov s budením jednosmerným prúdom nie je alternátor monopostu F1 nijako závislý od batérie a dokáže plniť svoju funkciu aj po jej prípadnom zlyhaní. S použitím permanentných magnetov však nemožno priamo ovládať intenzitu magnetického poľa rotora, a preto je nevyhnutné mať alternátor pripojený k regulačnému členu, ktorý preberá úlohu regulácie elektrického napätia.


Schéma prenosu elektrickej energie od alternátora ku koncovým zariadeniam; zdroj: magnetimarelli.com © Magneti Marelli

U Grosjeana zlyhal pravdepodobne tento prvok systému, ktorý dodáva okrem iného elektrickú energiu vo forme pulzov sústave drobných sacích palivových čerpadiel uložených vo vnútri palivovej nádrže. Tie sú elektrické na rozdiel od hlavného vysokotlakového čerpadla, ktoré je poháňané motorom, no bez nich palivový systém nemôže fungovať dlhšie ako 30 sekúnd. Grosjeanov pretekový inžinier spomenul v rádiovej komunikácii pred zlyhaním alternátora najskôr poruchu na sacích čerpadlách, čo potvrdzuje túto teóriu o poruche regulátora (stabilizátora) napätia. Je to totiž jediná súčiastka spájajúca palivové čerpadlá a alternátor. Ide o akúsi riadiacu jednotku, ktorá mohla zlyhať buď z dôvodu istej softvérovej chyby alebo oveľa pravdepodobnejšie kvôli prehriatiu.

Rozloženie vnútorných súčastí u Lotusu E20 je síce veľmi odlišné od Red Bullu RB8, ale na druhej strane sú si v istých miestach aj trochu podobné a to sa týka hlavne oblasti motora. Uloženie alternátora je pre obe autá rovnaké a je až prekvapivo blízko výfukového potrubia. Nie náhodou sa obe poruchy prejavili po dlhej jazde za spomaľovacím vozidlom, kedy majú všetky monoposty problémy s adekvátnym chladením. V nízkych rýchlostiach je cirkulácia vzduchu bočnicami značne sťažená a keď sa po takomto prehriatí vozidlo prakticky okamžite dostane do maximálneho tempa, môžu sa veľmi rýchlo prejaviť dôsledky nadmerného prehriatia.

Na celom probléme je ale veľmi zaujímavý fakt, že oba alternátory boli prakticky úplne nové. Najskôr boli odskúšané na dynamometroch v továrni vo Viry-Châtillon na vzdialenosť asi 400 km a predtým, než v pretekoch nečakane zlyhali, s nimi jazdci úplne bez problémov dokončili tretí voľný tréning a kvalifikáciu. Z toho vyplýva, že nemali na konte ani tisíc kilometrov a do servisného intervalu im zostávalo odjazdiť ešte minimálne dvakrát toľko.


Uloženie alternátora v motore Renault RS27-2011 je zhodné s tým súčasným; zdroj: renaultsport.com © Renault Sport F1

Dnes je spoľahlivosť vozidiel Formuly 1 pozoruhodná a s problémami s alternátormi sme sa u Renaultu už dávno nestretli, no kvôli svojej komplexnosti nie je takáto porucha nikdy úplne vylúčená. Navyše vzhľadom na to, že výrobcom niektorých jeho súčiastok nie je priamo Renault, môže byť pre dodávateľa motora o to ťažšie sa podobnému problému vyhnúť. Predstavitelia Renault Sport F1 vylučujú, že zlyhanie alternátorov má spoločnú príčinu, ale stále nemožno s určitosťou povedať, či bola dôvodom mechanická porucha, zlyhanie elektroinštalácie alebo dokonca výrobná chyba celej série (najmä keď obaja jazdci pred pretekmi nasadili nové motory a nové alternátory). Alternátory nie sú na rozdiel od motorov viazané zmrazením vývoja, takže prípadne mohlo ísť o novú špecifikáciu, u ktorej sa prejavili isté nedostatky v dizajne a konštrukcii.

Na záver chcem poďakovať Brianovi Jee, ktorý ako bývalý inžinier oddelenia elektroniky a zberu dát v tímoch ChampCar a IndyCar svojimi znalosťami výrazne prispel pri písaní tohto článku.

Reklamy

Pridaj komentár

Zadajte svoje údaje, alebo kliknite na ikonu pre prihlásenie:

WordPress.com Logo

Na komentovanie používate váš WordPress.com účet. Odhlásiť sa / Zmeniť )

Twitter picture

Na komentovanie používate váš Twitter účet. Odhlásiť sa / Zmeniť )

Facebook photo

Na komentovanie používate váš Facebook účet. Odhlásiť sa / Zmeniť )

Google+ photo

Na komentovanie používate váš Google+ účet. Odhlásiť sa / Zmeniť )

Connecting to %s