Моторы V6: К чему готовиться Формуле 1 в 2014 году?
Компания Renault Sport и её главный специалист по моторам для Ф1 Роб Уайт недавно представили новый турбодвигатель V6 – такие будут использоваться в Формуле 1 с 2014 года. Дитер Ренкен побывал на презентации и попробовал разобраться, как новые силовые агрегаты повлияют на будущее гонок Гран При
Всегда любопытно наблюдать за тем, как технический директор Renault Роб Уайт отвечает на сложные вопросы неосведомленных в инженерном деле журналистов, пытаясь при помощи сравнений объяснить суть того или иного инженерного решения.
Например, когда его попросили объяснить нестыковку в новом техническом регламенте, вступающем в силу с 2014 года, согласно которой машина может за круг накапливать 2 мегаджоуля энергии, но при этом расходовать на той же дистанции вдвое больше, 47-летний выходец из Северного Йоркшира провел аналогию со сберегательным счетом.
«Предположим, каждый год вы пополняете свой депозит на 200 долларов, а затем каждые два года снимаете с него 400. Или же вы можете ежегодно вносить на счет по 200 долларов, а ваш друг пополняет его еще на 200 долларов из какого-то другого неограниченного источника», – объяснил он. Применительно к двигателям это значит, что первый депозит вносит традиционная KERS (ERS-K в терминологии 2014 года), а второй совершает ERS-H (Energy Recovery System – Heat, система рекуперации тепловой энергии, получаемой от выхлопных газов), чья отдача практически неограничена.
«После того, как вы нашли, как “пополнить счет” аккумулятора еще на 2 мегаджоуля благодаря системе ERS-H, на выходе у вас получится 4 мегаджоуля, – добавляет Уайт, объясняя, что правила также позволяют пилоту сохранить одну из частей “вклада” на следующий круг. – Если же вы ничего не снимаете со своего счёта, то в следующий раз можете воспользоваться полной суммой накоплений”.
Местом проведения презентации стал технологический центр Renault Sport F1 в Вири-Шатийоне, что в 30 минутах езды к северу от Парижа. Роб Уайт, подобно учителю, выступает перед собравшимся журналистами, скептически настроенными по поводу экологичности новых силовых агрегатов, которые сочетают в себе турбированный двигатель V6 внутреннего сгорания рабочим объемом 1,6 литра с ограничением максимального количества поступающего в цилиндры топлива и две системы рекуперации энергии: первая накапливает энергию, выделяемую при торможении (ERS-K), а вторая – тепловую энергию выхлопных газов (ERS-H).
В этот день Renault стала первым поставщиком моторов для Формулы 1, которая публично продемонстрировала живой звук работы своего двигателя. Когда в январе аналогичное мероприятие устраивали в Mercedes, все ограничилось лишь звуковой дорожкой, записанной на динамометрическом стенде, где была запущена программа симуляции прохождения круга на трассе в Монце.
Однако, в целях безопасности и заботы о здоровье присутствующих, работающий двигатель находился в звукоизолированном помещении (с системой отвода выхлопных газов), что помешало получить точные впечатления от его реального “голоса”. Тем не менее, новый мотор никак не назовешь тихим, он имеет четко выраженное звучание в верхнем и нижнем частотном диапазоне.
Испытательный стенд не позволяет сымитировать практически моментальные переключения в коробке передач, которые используются на современных машинах Формулы-1 – поэтому можно было услышать короткую задержку при переходе на повышенную ступень. Уайт пояснил, что в гоночных условиях ничего подобного не будет.
«Переключение передач будет происходить столь же мгновенно, как и сейчас, – пообещал он. – Звучание двигателей с непосредственным впрыском топлива очень, очень чистое. Тот факт, что мы можем использовать только одну турбину, имеет лишь небольшой побочный эффект: звук получается более высокой частоты, чем нынешний, создаваемый парой выхлопных труб.
Новый двигатель будет не столь громким, как атмосферный V8 или, как любят говорить, насыщенность звука станет не такой богатой. Это следствие новых правил.
Я думаю, что в перспективе подобные вещи будут важны. Я не так долго работаю в автоспорте, но советую людям, скептически настроенным по отношению к двигателям V6, посмотреть запись круга Айртона Сенны во время Гран При Монако 1985 года [в то время на Lotus бразильца был установлен 1.5-литровый V6 с турбонаддувом]».
Если кто-то обеспокоен, что у новых двигателей ярко проявит себя эффект турбоямы, характерный для надувных моторов середины 80-х годов – по словам Алена Проста, присутствовавшего в Вири-Шатийоне в качестве посла марки Renault и одновременно советника правления, в худшем случае задержка между нажатием на педаль и реакцией двигателя достигала двух секунд, – то он будет приятно удивлен, узнав что влияние этого эффекта удалось свести к минимуму.
Роб Уайт объяснил: «Мы надеемся приблизиться по этому показателю к атмосферным двигателям, достигнув времени в несколько сотых долей секунды, в отличие от одной-двух десятых или даже полсекунды, которые характерны для турбированных моторов дорожных машин.
Для этого мы используем электрический механизм, соединённый с турбокомпрессором. Он помогает быстрее раскручивать турбину до необходимой скорости либо может поддерживать её обороты, не позволяя им падать ниже определённого уровня. Выбор наиболее оптимального варианта достаточно сложен, но в этом и состоит наша задача».
Технологии развития двигателей с наддувом на серийных машинах дошли до той точки, когда продолжительность турбоямы измеряется десятыми долями секунд, однако новые экземпляры для Ф1 будут по этому показателю ещё лучше, не в последнюю очередь благодаря требованиям пилотов к приемистости – в этой области у Уайтa уже было немало успехов: сначала в Cosworth, а затем в Renault ему удавалось создавать чемпионские моторы V10 и V8.
«В количественном выражении, без электрического помощника, время, необходимое турбине для раскрутки и обеспечения нужного крутящего момента – то есть время, затраченное на переход от минимальных к максимальным оборотам – составляет несколько десятых секунды.
Современные гонщики выражают недовольство, если не получают нужного крутящего момента спустя... давайте возьмем подходящее круглое число. Они начинают ворчать, если задержка составит больше десятой доли секунды. На дорожных машинах вполне типична ситуация, когда турбояма измеряется несколькими десятыми долей секунды – но наших клиентов такое устроит едва ли».
Уайт также пообещал, что на пит-лейне по-прежнему придется пользоваться защитными наушниками: «Звук будет таким же громким и беспощадным для ваших ушей. К тому же, как вы видели на испытательном стенде, даже при относительно медленных переключениях передач задняя часть двигателя и передняя часть коробки передач раскаляются докрасна, обеспечивая завораживающее зрелище».
Несмотря на то, что сотрудники Renault не комментировали результаты недавнего визита на базу в Вири-Шатийоне Берни Экклстоуна, внешние источники сообщают, что 82-летний руководитель Формулы 1 получил полноценное представление о новых двигателях и, уезжая, был очень впечатлен.
Действительно, многие из проблем, о которых ранее говорил Экклстоун – например, недостаточно громкое звучание – удалось разрешить.
Но одно дело – беспокойство по поводу звука, и совсем другое – мощность. Современные силовые агрегаты Ф1 способны выдавать 750 л.с. в гоночном режиме. Чем смогут ответить новые экологичные двигатели?
«Первое, о чем стоит сказать – мощность двигателя внутреннего сгорания, оснащенного турбиной, точно превысит 550 л.с. Её максимальный уровень будет ограничен количеством топлива, поступающего в цилиндры за единицу времени, а базисным параметром выступает энергетическая эффективность конкретного вида бензина, на котором работает двигатель.
Что касается оборотов мотора, то до 10 500 об/мин новые правила строго регламентируют уровень подачи топлива. Таким образом, получить максимальную мощность двигателя можно будет только после 10 500 об/мин».
Учитывая дополнительные 200 л.с, получаемых от комбинированной системы рекуперации энергии, можно ли предположить, что результаты на круге машин 2014 года будут сопоставимы с нынешними, особенно в квалификации, когда не нужно беспокоиться о темпах потребления топлива?
«Результаты будут очень, очень близки, – сказал Уайт. – Трудно давать точные оценки, потому что мы еще не знаем, как скажется на машинах установка интеркулера [системы промежуточного охлаждения]. В некоторых вещах приходится идти на компромисс.
Как уже сказал ранее президент Renault Sport F1 Жан-Мишель Жалинье, мы стремимся обеспечить машинам максимальную общую эффективность и не гонимся за количеством лошадиных сил. Принимая некоторые компоновочные решения, вы можете потерять 20 или 30 л.с., но выгода от таких решений окажется гораздо внушительнее… Скажем так, “обменный курс” будет выше, чем у текущего поколения двигателей».
Еще одно опасение состоит в том, что новые двигатели будут хуже в плане потребления топлива и экологичности, а их сравнительно малые обороты (максимум 15 000 об/мин) приведут к снижению зрелищности Формулы-1. Уайт твердо убежден, что это не так.
«Первое, о чем хотелось бы сказать: текущее поколение двигателей [V8] – высокоскоростных моторов внутреннего сгорания – достигло своего предела в вопросе дальнейшего технического развития. Новые же двигатели находятся на пике технического прогресса в своей области.
Принципиальная разница заключается в том, что новые моторы позволят оптимизировать расход топлива и использовать тепловую энергию выхлопа для улучшения отдачи.
Да, действительно, количество оборотов снизится, – согласился он. – Но, если быть честным, и на текущих двигателях эта величина ниже, чем могла бы быть [правила ограничивают максимальное количество оборотов в минуту на уровне 18 000, хотя десять лет назад они могли развивать до 22 000 об/мин]. Само собой, еще более повышать величину оборотов было бы не очень умно.
Ещё когда правила не ограничивали максимальное количество оборотов, мы уже самостоятельно снижали их, чтобы достигнуть оптимального баланса между мощностью двигателя и общей эффективностью машины. Не будет преувеличением сказать, что новые двигатели в этом отношении будут на острие технического прогресса».
На самом деле, производители двигателей приходят в автоспорт исключительно из маркетинговых и технических соображений, а не из альтруистских побуждений. Только самые наивные верят в то, что компании, чей бюджет на Формулу 1 измеряется десятками, если не сотнями миллионами фунтов стерлингов, будут разрабатывать технологии, которые не имеют перспектив применения на дорожных автомобилях.
«Благодаря новым моторам мы получим выигрыш в экономии топлива и производительности, У нас с этим гораздо лучше, чем в любой другой гоночной категории, – сказал Уайт. – И, вероятно, лучше, чем все то, что используется в серийных машинах. За исключением разве что оборотов двигателя, которые искусственно завышены в сравнении с «гражданской» техникой по причинам, изложенным выше.
Так что, отвечая на вопрос [о снижении мощности при сохранении зрелищности спорта], скажу: если задача состоит в том, чтобы создать двигатель, которым будут довольны простые болельщики, то новые моторы V6 отвечают этим требованиям – а по своим характеристикам будут очень близки к нынешнему поколению силовых агрегатов. Однако, целью является не это».
Пессимисты также предсказывают, что гонки станут слишком “экономными”, а гонщики, пристально следящие за расходом топлива, станут похожи на жонглеров с различными кнопочками, колокольчиками и свистелками. Что по этому поводу думает Уайт?
«Далеко не очевидно, что это усложнит работу пилотов. Думаю, в целом никто не хочет повышать нагрузку на гонщиков. Мы выступаем за то, чтобы переложить часть задач на автоматические системы управления, которые дадут пилоту возможность заниматься более важными вещами.
Полагаю, все разделяют точку зрения, что у действующих правил, относящихся к KERS, есть некоторые побочные эффекты: от гонщика требуется следить за уровнем заряда батарей и другими параметрами. Мы ожидаем, что теперь это будет не нужно, что правила окажутся примерно такими же, как сейчас в отношении вспомогательных систем помощи пилоту – то есть не требующими от него никаких действий».
По словам Уайта, диалог между командами, поставщиками двигателей и FIA по этому поводу продолжаются. Что касается топливный стратегий, то преимущество, по его мнению, получат команды с творческим подходом.
«Я думаю, что вопрос выбора тактики на гонку станет для команд чрезвычайно сложным. Предполагаю, что влияние систем рекуперации энергии на исход борьбы возрастет. Важен будет и грамотный подход к расходу топлива на дистанции. Гонщикам придется искать компромиссы.
Я также считаю, что в этом вопрос командам придется чаще идти на риск, чтобы добиться успеха. По крайней мере на ранней стадии, пока инженеры не найдут оптимального подхода. Всё это внесёт некоторую неопределенность».
Похоже, нововведения также повлияют и на принципы работы с шинами. В конечном итоге, не станем ли мы регулярно наблюдать, как пилоты останавливаются за несколько метров до финишной линии?
«В настоящее время все стремятся залить столько топлива, чтобы его практически не осталась после квалификационной попытки и на финише гонки, – говорит Уайт с улыбкой. – Перед стартом проводится расчет нужного объема заправки, потому мы не так часто наблюдаем сходы из-за опустевших баков.
В последнее время было несколько случаев, когда гонщики замедлялись ближе к концу дистанции с целью экономии – но тут уж можно сетовать только на излишне агрессивный пилотаж и нежелание иметь на борту хоть минимальный задел топлива…»
