2014 formula: pohonné ústrojenstvo, časť druhá

Materiály

Napriek všetkým predpisom spomínaným v prvej časti článku stále existujú tisíce rôznych parametrov, pri ktorých majú vývojári voľné ruky a môžu si ich prispôsobiť podľa potreby. Tentoraz im v tom dopomohla i FIA a je nutné podotknúť, že upustila od niektorých zákazov vzťahujúcich sa na dnes využívané motory.

Uvoľnilo sa viacero nepovolených materiálov. Napríklad dlhé roky zakázané horčíkové zliatiny budú v obmedzenej miere použiteľné na vybraných nepohyblivých súčastiach motora, vďaka čomu pomôžu dosiahnuť nižšiu hmotnosť pohonnej jednotky. Hlava valcov a blok motora ale stále musia byť vyrobené zo zliatin hliníka, alebo zliatiny na báze železa a nesmú obsahovať žiadne kompozitné materiály. Pre obe aplikácie je predpokladaná voľba hliníkových zliatin.

Otáčky motora

Maximálne otáčky nového motora budú opäť obmedzené, avšak z terajších 18 000 ot·min-1 bude limit znížený na 15 000 ot·min-1. V skutočnosti ale motory nebudú dosahovať pravidlami povolené maximum, pretože kvôli najvyššej účinnosti je dôležité vytvárať výkon pri nižších otáčkach. Môže za to predpísaný priebeh prietoku paliva (pozri Graf 1), ktorý nad 10 500 ot·min-1 zostáva konštantný. Trecie straty však s rastúcimi otáčkami naďalej stúpajú, a preto už teoreticky dostupný výkon za hranicou 10 500 ot·min-1 klesá. Podľa informácií Renaultu bude maximálny výkon motora dostupný pri zhruba 10 500 ot·min-1. Výkonová krivka pri vyšších otáčkach bude relatívne plochá a maximum otáčok sa teda bude kvôli zníženiu trecích strát pohybovať okolo úrovne 12 000 ot·min-1. Niekto by mohol argumentovať, že maximálny výkon by mohol byť vyšší, ak by bol obmedzovač nastavený práve na 10 500 ot·min-1, ale v praxi pri radení prevodových stupňov by dochádzalo k väčším poklesom otáčok a výkonu. Daných 12 000 ot·min-1 je teda kompromisným riešením.

Hmotnostný prietok paliva

Graf 1: priebeh prietoku paliva

Spotreba paliva

Ako vidíme na grafe vyššie, neobmedzené využívanie paliva sa končí a od roku 2014 bude jeho spotreba prísne kontrolovaná. Do motora nebude môcť za žiadnych okolností prúdiť viac ako 100 kilogramov (približne 140 litrov) paliva za hodinu – presnejšie je to 27,78 gramov za sekundu. Dosiahnuteľný výkon je tak ohraničený spotrebou paliva a každé jej zníženie bude viesť k ľahším a výkonnejším monopostom.

Hmotnostný prietok palivovým systémom bude monitorovaný meracím zariadením homologovaným FIA. Medzinárodná automobilová federácia zatiaľ neurčila, ktorý z výrobcov podpíše exkluzívnu zmluvu na dodávku týchto zariadení, ale podľa všetkého ju získa britská spoločnosť Gill Sensors, ktorá už istý čas spolupracuje s viacerými poprednými tímami.

Ultrazvukový snímač prietoku paliva Gill Sensors

Obrázok 1: Ultrazvukový snímač prietoku paliva Gill Sensors – pravidlá stanovujú, že snímač musí byť uložený vo vnútri palivovej nádrže a časť palivového systému za miestom merania prietoku nesmie byť prispôsobená tak, aby umožňovala zvýšenie prietoku
Zdroj: Gill Sensors

Firma nedávno vyvinula inovatívny ultrazvukový snímač prietoku paliva, ktorý bol podrobený rozsiahlemu vývoju a testovaniu v prostredí Formuly 1. Keďže snímač neobsahuje v ceste prúdenia paliva žiadnu pohyblivú súčiastku, vyznačuje sa vysokou presnosťou a v systéme vďaka nemu nedochádza k zmenám tlaku.

Očakávame, že práve toto zariadenie bude najväčším favoritom na uznanie homologácie. Spoločnosť Gill Sensors sa k tejto otázke zatiaľ nemôže vyjadrovať, ale pre techF1LES priznala, že „snímač prietoku paliva spĺňa všetky požiadavky FIA.“

Obmedzenia týkajúce sa paliva nútia vývojárov uvažovať nad tým, ako bohatosť zmesi paliva a vzduchu ovplyvní správanie sa motora, nakoľko je isté, že nové motory sa budú musieť vyrovnať s veľmi chudobnou zmesou paliva a vzduchu. „Potrebujeme na to samozrejme presné merania na dynamometri, aby sme zistili, kam až s bohatosťou zmesi možno zájsť. Príprava zmesi paliva a vzduchu bude veľmi dôležitá a relevantná pre vývoj motorov cestných vozidiel. Nielen z hľadiska spoľahlivosti, ale aj efektivity,“ priznal francúzsky inžinier Gilles Simon.

Kým dnes nie je množstvo paliva využívaného počas pretekov nijak regulované a každý z monopostov spotrebuje priemerne 150 kilogramov paliva, od roku 2014 Športové pravidlá zavádzajú obmedzenie množstva využiteľného paliva na 100 kilogramov. „Skutočnosť, že máme dané maximálne množstvo paliva pre pretekovú vzdialenosť – a to od zhasnutia červených svetiel na začiatku pretekov až po prejazd pod šachovnicovou vlajkou – znamená, že aby sme získali rovnaký výkon, musíme dosiahnuť 30% zlepšenie účinnosti. Zásadne to mení myslenie o fungovaní motora. Rozhodujúca bude účinnosť spaľovania, zníženie mechanického trenia a potom, po spaľovacom procese, schopnosť neplytvať energiou vo výfukovom systéme,“ priznal generálny riaditeľ Mercedes AMG HPP Andy Cowell.

Súčasťou dlhodobého plánu je postupné každoročné znižovanie maximálneho množstva využiteľného paliva.

Priame vstrekovanie paliva

Veľký rozdiel bude aj v tom, ako sa bude palivo dostávať do valcov. Tímy konečne začnú používať priame vstrekovanie benzínu. To síce nebolo a ani nie je vyslovene zakázané, ale pri dnešnom obmedzení vstrekovacieho tlaku je priame vstrekovanie paliva nerealizovateľné. V roku 2014 sa vstrekovací tlak zvyšuje z 10 MPa na 50 MPa, pričom sa očakáva päť až sedem percentné zvýšenie efektivity spaľovacieho motora a zhruba 20-percentná úspora paliva. Čo sa týka samotnej účinnosti zážihového motora, na základe dôveryhodného zdroja z prostredia F1 možno potvrdiť, že bude dosahovať vyše 35%.

Maximálny vstrekovací tlak 50 MPa je zaujímavý najmä tým, že táto experimentálna hodnota je pre súčasný automobilový priemysel obzvlášť atypická. Súčasné zážihové motory v automobiloch majú priame vstrekovanie benzínu so vstrekovacím tlakom nanajvýš 20 MPa. „Tlak priameho vstrekovania benzínu má dnes v sériových automobiloch svoje limity, ktoré potom obmedzujú efektivitu spaľovania. Som si istý, že v F1 nájdeme veľmi zaujímavé riešenia vysokotlakového vstrekovania, ktoré posunú automobilový priemysel vpred,“ dodal Simon.

Vstrekovač vysokotlakového systému priameho vstrekovania paliva Magneti Marelli

Obrázok 2: Vstrekovač vysokotlakového systému priameho vstrekovania paliva
Zdroj: Magneti Marelli

Dnes je dodávateľom vstrekovacích trysiek pre všetky tímy štartového poľa spoločnosť Magneti Marelli a podľa všetkého na tom prechod na priame vstrekovanie paliva nič nezmení. Talianska firma totiž už istý čas skúma a testuje vysokotlakové GDI vstrekovače a palivové čerpadlá schopné vyvinúť tlak 50 MPa. Vývojová verzia pripravovaných vstrekovacích trysiek je evolúciou súčasných riešení, avšak pre mierne odlišný spôsob využitia a umiestnenie priamo v spaľovacej komore si vyžaduje určité zmeny. „Vyvinuli sme základnú technológiu, ktorá nám umožňuje hrať sa s rôznymi premennými ako napríklad veľkosť kvapiek, smer prúdu trysiek a ich prienik do spaľovacieho priestoru. Výrobcom motorov dávame široké možnosti návrhu vlastného riešenia vstrekovania paliva a optimalizácie spotreby paliva,“ povedal Keyvan Sangelaji, technický riaditeľ Magneti Marelli.

Vysokotlakové palivové čerpadlo Magneti Marelli

Obrázok 3: Vysokotlakové palivové čerpadlo
Zdroj: Magneti Marelli

Systémy vstrekovania paliva, palivové čerpadlá a vstrekovače nebudú podliehať homologácii, takže tímy si spolu s dodávateľmi motorov budú môcť zvoliť preferovaného dodávateľa týchto riešení a ich ovládanie nebude podliehať štandardizovanej riadiacej elektronike. FIA k tomuto kroku pristúpila, aby ešte viac podnietila konkurenčný boj na poli vývoja riešení prispievajúcich k úspore paliva.

Zapaľovanie

Nasledujúci článok bol do Technických pravidiel pridaný v roku 2006 a nezmení sa ani s príchodom nových pohonných jednotiek.

Článok 5.11 Systémy zapaľovania

5.11.1 Zapaľovanie je povolené iba prostredníctvom jednej zapaľovacej cievky a jednej zapaľovacej sviečky na valec. Použitie plazmových, laserových a iných vysokofrekvenčných zapaľovacích technológií je zakázané.

5.11.2 Povolené sú iba konvenčné zapaľovacie sviečky fungujúce na princípe vysokonapäťového elektrického výboja cez odkrytú medzeru.

Na zapaľovacie sviečky sa nevzťahuje obmedzenie materiálov v článkoch 5.16 a 5.17.

Bola by ale chyba si myslieť, že systémy zapaľovania zostanú bez zmien. Nová konštrukcia motora si vyžiada oveľa výkonnejšie zapaľovanie. V spaľovacej komore preplňovaného motora vzniká v porovnaní s atmosférickým agregátom výrazne vyšší tlak, ktorý potom sťažuje vytvorenie iskry. Úprave sa nevyhnú nielen zapaľovacie sviečky, ale predovšetkým zapaľovacie cievky. Tie budú mať až trikrát väčšiu zapaľovaciu energiu a o tretinu vyššie sekundárne napätie – rádovo až 40 kilovoltov.

Na internetových stránkach Bosch Motorsport možno nájsť detailné údaje a špecifikácie nového modelu zapaľovacej cievky Bosch C90i-pro, ktorá bola vyvíjaná pre využitie s pripravovanými turbomotormi s priamym vstrekovaním paliva (GDI). Údaje aj vyhotovenie však berme iba ako ilustračné, nakoľko pri prípadnej spolupráci s niektorým z tímov bude zariadenie prispôsobené individuálnym požiadavkám zákazníka.

Viac informácií

Formula 1 stojí na prahu druhej turbo éry, a preto tretia časť článku o hybridných pohonných jednotkách priblíži všetky podrobnosti týkajúce sa turbodúchadiel.

Reklamy

One response to “2014 formula: pohonné ústrojenstvo, časť druhá

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