хочу сюда!
 

Юлия

38 лет, лев, познакомится с парнем в возрасте 40-55 лет

Двигатель Ф1

Надыбал очень интересную статейку про двигатель Формулы 1. http://www.f1-live.ru/F1/X_EncyclopediaF1/techF1/EngineTech.htm

Двигатель болида Формулы 1. Honda V8Двигатель болида Формулы 1 - самая сложная часть болида. Приблизительно, он насчитывает 5000 деталей, из которых около 1500 - движущиеся элементы. Когда все эти элементы собирают вместе после двух недель работы, он может развивать мощность более 750 лошадиных сил при свыше 20 000 оборотов в минуту. При максимальном темпе во время гонки двигатель V8 потребляет около 60 литров топлива на 100 километров. В то время как производители могли бы продолжать улучшать двигатель в пределах правил 2006 года, FIA постановила, исключить излишне высокие затраты и вынесла этот вопрос на рассмотрение в сезоне 2007. Исключая 20-30 л.с., от мощности ранее использовавшихся моторов, производители не могут дальше развивать двигатели, так как на них наложены ограничения в 19 000 оборотов в минуту. В конце 2005 года, сезоне, где правила позволяли использовать 3-х литровые моторы с 10 цилиндрами, некоторые двигатели, выдававшие более 980 лошадиных сил, на самом деле достигали отметки в 1000 лошадиных сил, и данный показатель не достигал таких отметок со времен официального запрета двигателей с турбонаддувом. Предвестником смены правил руководством Ф1 стала гонка в Монце, когда максимальная скорость добралась до отметки в 370 км/ч, что могло привести к большому риску как для гонщиков, так и для болельщиков. На данный момент V-образные 8-цилиндровые двигатели Ф1 с углом развала цилиндров в 90 градусов могут развивать мощность около 720 лошадиных сил. Ограничение на 19 000 об/мин, введенное в 2007 году, влияет на производительность двигателей и ставит конструкторам задачу в том, какой материал использовать при проектировании двигателя. Вот почему, в моторах Ф1 широко применяется сплав кованного алюминия, так как он дает преимущество в весе по сравнению со сталью. Другие материалы, возможно, имеют неоспоримое преимущество, но их использование ограниченно введенным запретом на излишнюю стоимость. К тому же, FIA запретила использование не металлосодержащих материалов. Точно не известно, какое количество масла вмещается в двигатель Ф1. В то время как 70% его находится в моторе, остальные 30% - в маслосборнике, который меняет масло в пределах трех или четырех раз в минуту.

Mercedes-Benz V10

Ferrari V10

BMW V10

Типы двигателей. За всю историю гонок Ф1 традиционно применялись три различных типа двигателей внутреннего сгорания, отличающихся своей конструкцией. Главное отличие между ними заключалось в расположении цилиндров относительно друг друга.

  • Рядный двигатель. Двигатель, в котором все цилиндры располагаются друг

    за другом в ряд. Но он не применяется в Ф1 с 60-х годов. При своих небольших размерах и компактности они были длинными, поэтому нуждались в тяжелом коленчатом вале.

  • Оппозитный двигатель. Его конструкция по праву считается лучшей в

    двигателестроении, и все внешние факторы говорят в его пользу. Два ряда цилиндров располагаются напротив друг друга. Эти двигатели стали популярны в Ф1 благодаря своему низкому центру тяжести и невысокой стоимости производства. Но в последствии и от него отказались, так как он не удовлетворял условиям перегрузок, действующих на машину во время поворотов. Феррари, к слову, использовала 12-цилиндровый оппозитный двигатель с 1970 до 1980, прежде чем начала использовать V-образный двигатель с углом развала цилиндров в 120 градусов. V-обраный двигатель Renault V10

  • В настоящее время в болидах Ф1 используется V-образный двигатель.

    Название и внешний вид этого мотора говорят сами за себя: угол разделяет блок цилиндров надвое, в результате чего принято считать, что коленчатый вал является вершиной угла. Безусловно, для V-образных двигателей размер является главным фактором и ему в первую очередь уделяют внимание конструкторы при разработке нового двигателя. Ранее, двигатели конструировались с углом развала в 60° V12 и 72° V10. Однако, очень интересно проследить историческое развитие "вэшек", в архивах FIA имеется информация о восьмицилиндровом двигателе с углом развала в 90 градусов.

С момента появления Ford Cosworth DFV процесс конструирования двигателя стал идти бок о бок с шасси, и они стали нераздельной целой частью болида Ф1. До этого же шасси имело вид трубы, и когда оно было готово, туда вставлялся двигатель. Сейчас о шасси и речи быть не может до тех пор, пока не будет полностью готов двигатель. И если двигатель не подойдет, то любое шасси так и останется в стороне. Современные двигатели располагаются в задней части болида между монококом и коробкой передач. Что же касается оппозитных двигателей, то излишние размеры и недостаток прочности сильно влияли на шасси и ограничивали возможности конструкторов при разработке болида с оптимальной аэродинамикой. Это же касается и рядного двигателя - он маленький и длинный, что также ограничивает работу конструкторов. Результатом всего этого стал переход всех производителей на V-образные двигатели, и это случилось даже раньше того, как FIA регламентировала этот двигатель в качестве официального двигателя для всех команд Формулы 1. При создании мощного двигателя, очень важно правильно выбрать точный угол развала цилиндров. В V-образном двигателе очень важны показания начального баланса и последовательного сжигания горючей смеси. В круге 360 градусов (V-образные моторы - где V - угол, Х - число цилиндров), следовательно он должен иметь функциональный показатель равный 720 (один оборот колен вала - 360 градусов, и каждый круг возгорания состоит из двух фаз - впрыск и горение), тогда достигается равенство горения в цилиндрах и начальный баланс. Вот почему, конструкция оппозитного двигателя выглядит идеальной. Цилиндры расположены напротив друг друга под углом в 180 градусов, следовательно, 2, 4, 6, 8, 10 или 12 цилиндров - не настолько важно. Идеальный начальный баланс легко достигнуть, поскольку возвратно-поступательные и движущиеся части находятся в балансе, и возгорание происходит равномерно. Несколько примеров внесут ясность, почему определенные углы развала цилиндров стали очень популярны при разработке двигателей для Формулы 1:

  • Как считалось ранее, Ferrari использовала 60° V12 или 120° V12. На

    первый взгляд, разделив 720° на 12 цилиндров, получится 60°. Вы берете 120°, когда представляете V12, как два двигателя V6 поставленных в ряд.

  • Renault чрезвычайно удачно создали двигатель 72° V10. Это идеальный

    угол для любого двигателя V10, если не брать во внимание оппозитный двигатель. Один цилиндр постоянно воспламеняется и поршневые пальцы создают угол в 72°, так что после двух толчков каждый отдельный поршень проходит один полный круг.

  • В настоящее время каждая команда использует двигатель 90° V8 не только

    из-за того, что так предписывается правилами. А главным образом, потому что это идеальный угол развала цилиндров.

  • Renault 112° V10В противоположность этому оптимальному выбору есть другие технические

    решения. Например, в 2005 году двигатели 90° V10, которые использовал Renault. В то время как они могли стать более интересными по ряду причин, их мощность не могла теоретически превзойти двигатель Renault RS25, который был 72° V10. Следовательно, 90° V10 имел другой изгиб пальцев кривошипа и порядок работы цилиндров.

  • Прежде всего, двигатель RS25 Renault должен был стать революционным,

    как до этого был двигатель 112° V10. И хотя, двигатель RS21 развился в RS25 и имел правильно расположенный центр тяжести, от него отказались. Мотор не мог развивать конкурентно-способные высокие обороты при использовании неравномерного порядка работы цилиндров и имел внутренние вибрации, источник которых так и не был найден.

Коленвал. Хотя, двигатели V8 с регламентированным углом развала цилиндров в 90° градусов и выглядят, как отпиленная часть от V10, технически они полностью имеют свои конкретные принципы и особые требования в производстве. V8 имеет отчетливую последовательность зажигания и требует отличия в конструкции коленвала. Тогда как коленвал с углом в 72° градуса использовался в большинстве V10 двигателях Ф1 (например в BMW), силовому агрегату V8 требуется особый коленвал с любыми четырьмя ходами поршня, расположенными под углом в 90 или 180 градусов. В стандартных двигателях ставится вариант коленвала с 90 градусами, чтобы соответствовать динамичным показателям, коленвал же со 180 градусами является основным в двигателях гоночных автомобилей. Улучшая производительность, он позволяет избавится от недостатков динамики.

Система охлаждения.

Над головой пилота располагается воздухозаборник, который подает воздух в двигатель. Существует мнение, что это своеобразный наддув, который нагнетает воздух в двигатель, этакая воздушная коробка. Но на самом деле его задача совсем иная. Между воздушной коробкой и двигателем располагается вентиляционный канал, который постепенно расширяется к низу и достигает двигателя. По мере того как количество воздуха увеличивается, он толкает его все ниже и ниже. Форма фоздухозаборника прорабатывается тщательнейшим образом для того, чтобы равномерно наполнять все цилиндры и не наносить вред аэродинамике болида. При правильно сконструированной задней части болида достигается оптимальное воздушное наполнение цилиндров. На следующем рисунке показана открытая задняя часть чемпионского Renault R25. Элемент, обозначенный цифрой (1) - воздушный короб, который проводит воздух к двигателю (2), где он смешивается с топливом в цилиндрах. Воздухозаборник раньше не был приспособлен для охлаждения, а был лишь необходимым условием для работы двигателя.

Также необходимой частью системы охлаждения являются радиаторы (4). Они

представляют из себя плоские панели, расположенные вертикально, с левой и правой стороны подвески. На рисунке видно, что радиатор закрыт защитными гибкими рукавами. Во время же гонки защиту снимают, и при движении поток воздуха проходит через алюминиевые пластины радиатора, понижая температуру охлаждающей жидкости и масла в двигателе. Стандартного положения радиаторов не существует, а зависит лишь от идей конструктора и внешней формы подвески. Пункт 3 - это выхлопная система. 5 и 6 обозначают заднюю подвеску, которая подгоняется под коробку передач.

Трансмиссия.

Принято считать, что трансмиссия является промежуточным звеном между передачами и остальными системами, которое передает силу крутящего момента колесам. В Ф1 - это существенно важная часть болида. И это даже не обусловлено высокой мощностью двигателя. Каждый элемент трансмиссии соединен друг с другом в коробку передач, которая находится в опасной зоне болида Ф1. Более подробную информацию вы можете найти в разделе, посвященном трансмиссии Ф1.

Разработка двигателя. В последние годы (до введенных запретов) все разработчики двигателей трудились над увеличением мощностей и уменьшением излишнего веса двигателя, в то время как угол развала цилиндров и другие важные характеристики оставались нетронутыми. Представленный двигатель Ford Cosworth, который при своей мощности был на 25 кг. легче конкурентов, положил начало работ по снижению веса мотора для всех команд. И хотя, выдвинутый на сезон двигатель испытывал некоторые проблемы с надежностью, он был примером для остальных, так как позволял командам, использовавших его, изменять вес машин. В результате чего, балласт можно было размещать как на передней подвеске, так и на задней, что помогало пилотированию или увеличению скорости.

Борясь с излишним весом, в 1998 году Mercedes-Benz сконструировал, возможно,

один из самых революционных двигателей за всю историю Ф1. Два года спустя Mercedes снова произвел революцию в двигателестроении. В моторах использовался бериллиевый сплав, который позволил развивать такие высокие обороты, которые не могли развить остальные двигатели, применявшиеся в то время. Однако, как только выяснилось, что бериллий при высоком процентном содержании радиоактивен, FIA изменила правила и ограничила его содержание пятью процентами от общей массы сплава. С того момента Mercedes трудится над созданием нового двигателя, который сможет достойно ответить мощным моторам Ferrari и BMW. Но пока это у него не очень хорошо получается. В конечном итоге, FIA запретила различные системы впуска, которые использовались до конца 2005 года, и у конструкторов не осталось другого выбора, как уменьшать вес движущихся компонентов двигателя для увеличения его эффективности. Исследования показали, что каждый год мощность двигателей увеличивается в среднем на 25 лошадиных сил, результатом чего стала регламентирована область величины угла развала цилиндров и введены ограничения на вес и центр тяжести мотора. К примеру, когда инженерам пришлось разрабатывать двигатель V8 на 2006 год, требовалось, чтобы он весил 95 кг, что тяжелее, чем двигатель V10, используемый в 2005 году.

Отличие от дорожных двигателей.
  • Полнота наполнения цилиндров (volumetric

    efficiently (VE)). VE показывает количество топлива и воздуха в цилиндре при условиях нормального атмосферного давления. Если цилиндр наполнен топливом и воздухом при нормальном атмосферном давлении, то говорят, что полнота наполнения цилиндров равна 100%. С другой стороны, турбонаддув увеличивает давление входа в цилиндр, давая двигателю полноту наполнения цилиндров выше 100%. Тем не менее, если цилиндр втягивается вакуумом, тогда двигатель теряет 100% наполнения цилиндров. Обычно двигатель без наддува имеет показатель наполнения цилиндров равный 80%-100%. Обычное сочетание клапанов и кулачков при испытаниях имеет показатель наполнения цилиндров равный 95% - это высший показатель, высшая мощность, которую двигатель может производить. Вот почему, турбированные двигатели запрещены в Ф1, так как их показатели не сильно отличаются от обычных дорожных моторов.  

  • К сожалению, из-за энергии

    топлива, попадающего в цилиндры, теряется активность 1/3 используемых лошадиных сил. Синхронность воспламенения, термослой, положение свечей и камеры впуска - это термический КПД. При низкой степени сжатия дорожные двигатели имеют термический КПД приблизительно равный 0.26. Гоночные двигатели могут иметь термический КПД приблизительно равный 0.34. Казалось бы, маленькое отличие показателей дает спортивному мотору преимущество лошадиных сил в 30% (0.34-0.26/0.26).  

  • Из всей вырабатываемой мощности,

    часть ее идет на то, что двигатель раскручивает сам себя. Избыток мощности можно считать за показатель силы тяги. Отличие между показателем силы тяги и рабочей мощностью цилиндров - это механический КПД. Механический КПД влияет на трение клапанов, трение в подшипниках, на область юбки поршня и другие трущиеся части, но он также зависит и от оборотов двигателя. Увеличение оборотов, мощности разгоняет двигатель. При этом снижается внутреннее трение в двигателе и достигается излишек в лошадиных силах. Вот почему, если в Ф1 это приводит к увеличению мощности, то в обычных двигателях - к перерасходу топлива.

Toyota V8Создание оптимального двигателя является головной болью для инженеров. В конце прямой число оборотов двигателя Ф1 намного выше, чем у обычного дорожного мотора. Результатом высокой мощности является ограниченный срок службы спортивного двигателя. Поэтому, причиной того, что двигатели F1 делают из различных материалов, в частности, является показатель механического КПД. Это необходимо, чтобы уменьшить внутреннее трение и излишний вес двигателя, но более важным является уменьшение внутренних частей мотора. Например, клапан должен быть настолько легким, насколько это возможно, чтобы двигаться неимоверно быстро и совершать более 300 подъемов и опусканий за определенный отрезок времени (при 18000 об/мин). Другой важной задачей является достижение максимальной мощности двигателя при помощи выхлопной системы. Незначительное изменение длины или формы выхлопа может повлиять коренным образом на количество лошадиных сил.

Требования.

Настоящие требования к двигателям Ф1 выглядят следующим образом. Эти требования стали жестче по сравнению с прошлыми годами, так как направлены они на снижение затрат и уменьшение рабочего объема моторов. Ниже представлены основные требования к двигателям на сезон 2006. Эволюция развития наиболее важных требований к двигателям.

Характеристики.

Разрешены только 4-х тактные двигатели с возвратно-поступательным движением поршня. Объем двигателя не должен превышать 2400 куб. см. Наддув запрещен. Все двигатели должны иметь 8 цилиндров, расположенных под углом 90°. V-образная конфигурация с цилиндрической формой каждого цилиндра. Двигатель должен иметь два впускных и два выпускных клапана на цилиндр. Разрешен только тюльпанообразный клапан.

Размеры, вес и центр тяжести.

Диаметр цилиндра не должен превышать 98 мм. Цилиндры располагаются по отношению друг к другу на расстоянии 106.5 мм (+/-0.2 мм). Центральная линия коленвала не должна быть менее 58 мм выше базы отсчета. Общий вес двигателя должен быть минимум 95 кг. Центр тяжести двигателя должен быть не менее 165 мм выше базы отсчета. Продольное и поперечное положение центра тяжести двигателя должно лежать в пределах области геометрического центра двигателя, +/- 0.5 мм. Геометрический центр двигателя в поперечном направлении учитывает осевую линию колен вала и расстояние между передним и задним отверстием цилиндра. Иные геометрические системы запрещены.

Материалы.

Магниевый сплав, металлический связующий сплав и интерметаллические композитные материалы не должны применяться нигде в двигателе. Предусматриваемое покрытие не должно превышать 0.8 мм. Поршень должен быть изготовлен из любого алюминесодержащего сплава Al-Si, Al-Cu, Al-Mg, Al-Zn. Поршневые пальцы, коленвал и распредвал должны быть произведены из железосодержащего сплава и механически обработаны из единого сплава. Дополнительные устройства, временно подключаемые к болиду, могут использоваться для пуска двигателя на стартовой прямой и в боксах команд.

4

Комментарии

Гость: djeromo

128.01.10, 21:27

Ну зачем же такие тайны раскрывать ?

    Гость: серый_волк

    229.01.10, 07:32

    Супер статья