Сжигание масла вместе с топливом. Когда это началось и как работает?
Разговоры о том, что некоторые команды сжигают часть моторного масла вместе с топливом, получая взамен лишние лошадиные силы, не утихают с самого начала эры турбированных гибридных силовых установок в 2014-м. Пэт Симондс, полгода назад присоединившийся к группе разработчиков технического регламента Ф1, вспомнил, с чего все начиналось многие десятилетия назад, и что из себя представляет процесс сжигания масла с топливом...
Пора предсезонных тестов и первых гонок сезона в Формуле 1 традиционно связана с нападками команд друг на друга по причине разного толкования 105-страничного документа, именуемого техническим регламентом.
Именно в эти дни технические специалисты команд впервые имеют возможность лицезреть новинки конкурентов, что неизменно год за годом приводит к очередной порции разговоров о неверной интерпретации хитрыми инженерами буквы закона.
Не так давно я уже писал о сжигании масла в цилиндрах двигателя, но поскольку в последнее время эта тема вновь стала часто появляться в обсуждениях, я решил, что стоит вернуться к ней еще раз и рассказать о ней подробнее.
Сразу хочу заметить, что сжигание различных смазочных материалов вместе с топливом для повышения эффективности мотора – отнюдь не новинка в мире Формулы 1. В предыдущую эпоху турбодвигателей некоторые команды использовали весьма экзотические, но при этом невероятно токсичные виды горючего.
Пионером в этих исследованиях стала компания BMW, которая подняла архивы Второй мировой войны, проанализировала составы высокоэффективного топлива, использовавшегося в истребителях Люфтваффе, и вывела на этом основании свою смесь.
Состав этого горючего мало напоминал традиционный бензин, но в регламенте и не было никаких ограничений в отношении горючей смеси. По сути, это было специальное углеводородное соединение, состоящее из бензолина, ксилона и толуола. При этом базовым компонентом был именно толуол – он составлял порядка 85% от общей массы соединения, обладая при этом сумасшедшим октановым числом 121, тогда как стандартное авиационное топливо доходило лишь до сотни.
К сожалению, толуол является очень канцерогенным веществом. Оценив все возможные последствия топливной гонки вооружений, FIA ввела ряд ограничений, постановив тем самым, что горючее для гоночных машин должно по своей формуле не слишком отличаться от обычного бензина.
Это доставило инженерам-мотористам немало хлопот – более они не могли извлекать лишнюю прибавку мощности, поскольку все их любимые антидетонационные присадки попали в черный список.
Но прогресс не стоит на месте, и самые догадливые технические умы быстро поняли, что хоть на топливо и наложили серьезные ограничения, масла-то это не коснулось, а в любом двигателе сжигание небольшого количества масла вместе с топливом всегда было нормальной практикой. В цилиндры его пропускали либо через поршневые кольца, либо через направляющие втулки клапана.
К тому же, внедрить эту концепцию на турбированных агрегатах не представляло больших сложностей – в них масло для смазки подшипников легко можно пропускать в компрессор, а оттуда напрямик в камеру сгорания.
Следующим шагом стало обогащение масел специальными антидетонационными присадками для получения прибавки в мощности. Это не было противозаконным, а было лишь одним из многих примеров того, что практикующие инженеры в Ф1 всегда идут на шаг впереди законотворцев-теоретиков.
И в 2014 году мы лишний раз убедились в этой прописной истине, но на этот раз ситуация развивалась несколько иначе.
Именно в сезоне-2014 настала вторая эпоха турбированных силовых установок в Формуле 1. Но важнее то, что в том году в Больших Призах впервые ввели ограничение на расход топлива на гонку.
До этого момента все атмосферные двигатели были разработаны таким образом, чтобы в систему поступало максимально возможное количество воздуха, которое впоследствии смешивалось с необходимым объемом топлива для достижения оптимального крутящего момента.
Один килограмм бензина способен произвести порядка 43 мегаджоулей энергии. В 2014 году правилами было определено, что максимальный уровень потребления топлива не должен превышать 100 кг/час или 28 гр/сек. Безотносительно эффективности это означало, что максимально доступная химическая энергия была обусловлена ограничениями на пропускную топливную способность механизма.
Следовательно, при увеличении потребления "топлива" с той же химической эффективностью на 1% можно было добиться повышения выходной мощности агрегата на тот же 1% при условии неизменности термического коэффициента полезного действия.
Совсем скоро инженеры поняли, что это дополнительное "горючее" можно обеспечивать за счет специальных присадок к моторному маслу и контролируемо впускать его в камеру сгорания.
Позже было решено, что на эту роль еще лучше подходят старые антидетонационные химические вещества – на этом круг, по сути, замкнулся.
Кроме того, несколько лет назад вышла техническая директива, обязывающая моторостроителей напрямую соединять сапун двигателя (дыхательный клапан) с воздушным фильтром. А это идеальный путь для присадок, который, к тому же, при необходимости легко контролировать при помощи специального клапана.
По ходу сезона-2017 было решено, что химический состав масла регламентироваться не будет, но его потребление должно быть ограничено 1.2 литрами на 100 км или примерно 0.06 литра на круг. Для спецификаций силовых установок, выпущенных после Гран При Италии, ограничение было снижено до 0.9 литра на 100 км.
В нынешнем сезоне изначальный лимит был уменьшен вдвое, при этом команды обязали сообщать контролирующим органам по требованию текущий объем масла. Также было запрещено использовать активные клапаны в районе воздушного фильтра двигателя.
Но важнее, наверное, введение Статьи №20, согласно которой отныне моторное масло по своему химическому составу должно являться ничем иным, как смазочным материалом.
Перевел и адаптировал материал: Александр Гинько
Источник: https://www.autosport.com/f1/feature/8133/f1-major-engine-controversy-explained
