Какие сегодня используют двигатели в "Формуле 1": объемы, технические характеристики

Формула 1 - это не только захватывающие гонки и риск, но и передовые технологии. Давайте разберемся, какие именно двигатели сегодня используются в болидах "Формулы 1", изучим их объемы и основные технические характеристики. Это поможет лучше понять возможности этих уникальных машин и оценить мастерство инженеров.

История регламентации двигателей в "Формуле 1"

С момента появления "Формулы 1" в 1949 году требования к двигателям болидов неоднократно менялись. Изначально команды могли использовать атмосферные двигатели объемом до 4,5 литров или компрессорные до 1,5 литров. В 1961 году объем для атмосферных двигателей снизили до 1,5 литра. А уже в 1966 году разрешили увеличить объем до 3 литров для атмосферных и до 1,5 литра для турбированных агрегатов.

Однако ни одна команда не стала использовать турбодвигатели в тот период. Зато появление 3-литрового двигателя Cosworth DFV в 1967 году позволило выйти в "Формулу 1" небольшим частным командам.

Современные требования к двигателям в "Формуле 1"

Начиная с 2014 года в "Формуле 1" используют 1,6-литровые турбированные двигатели V6 с гибридной силовой установкой и ограничением по расходу топлива.

Основные требования действующего технического регламента:

• Рабочий объем двигателя - 1,6 литра
• 6 цилиндров
• Максимальное число оборотов - 15 000 в минуту
• Прямой впрыск топлива давлением до 500 бар
• Гибридная система ERS
• Минимальный вес с топливом - 752 кг

При этом мощность современных силовых агрегатов по сравнению с прежними 3-литровыми атмосферными V10 снизилась примерно на 20%.

Mercedes-AMG F1 W12 E Performance

Чемпионская команда Mercedes использует уникальную гибридную силовую установку собственной разработки. Она включает в себя 6-цилиндровый 1,6-литровый двигатель внутреннего сгорания и два мощных электромотора-генератора.

Максимальная энергия, накапливаемая мотор-генератором MGU-K за круг гонки, составляет 2 МДж. А мощность MGU-K равна 120 кВт или 161 л.с.

Система прямого впрыска топлива работает ^{под давлением до 500 бар}. А максимальный расход топлива может достигать 100 кг в час.

Такая насыщенная электроникой и высокотехнологичными системами силовая установка позволяет болиду Mercedes показывать лучшую динамику на трассе среди всех участников чемпионата.

Данные технические характеристики наглядно демонстрируют возможности передовых гибридных установок, которые сегодня используются в "Формуле 1". Их изучение позволяет глубже понять особенности этих высокотехнологичных болидов.

Двигатель Ferrari 065/6

Еще один топовый участник чемпионата - команда Ferrari - использует собственную разработку, двигатель 065/6. Это 6-цилиндровый двигатель объемом 1,6 литра с турбонаддувом.

Отличительной особенностью является необычное продольное расположение элементов силовой установки для улучшения аэродинамических характеристик.

По техническим параметрам этот двигатель близок к агрегату Mercedes:

• Турбированный V6 объемом 1,6 литра
• Прямой впрыск топлива с давлением впрыска свыше 500 бар
• Расход топлива до 120 кг/час на высоких оборотах

Объем двигателя как ключевой параметр

Объем двигателя напрямую влияет на его крутящий момент и мощность. Чем больше рабочий объем, тем выше потенциал силового агрегата при прочих равных условиях.

Первоначально в "Формуле 1" использовали 4-литровые атмосферные двигатели, затем их объем постепенно снижали. К 1966 году разрешили атмосферные двигатели объемом 3 литра. А в 2014 году регламент ограничил рабочий объем двигателя значением 1,6 литра для турбомоторов.

Габаритные ограничения болидов

Помимо объема и мощности двигателя, технический регламент Формулы 1 ограничивает и габариты болидов:

• Максимальная высота - 950 мм
• Минимальная ширина - 2000 мм
• Колесная база - около 3500 мм

Эти параметры напрямую влияют на аэродинамические характеристики и управляемость болидов на высоких скоростях.

Системы энергоснабжения в "Формуле 1"

Двигатель формульного болида - это сложный высокотехнологичный агрегат, требующий надежных систем энергоснабжения.

Ключевыми являются:

• Топливная система с расходом до 100 кг/час
• Система смазки маслом и техническими жидкостями
• Системы охлаждения двигателя и тормозов

Топливные системы болидов

Топливная система формульного болида должна обеспечивать стабильную подачу топлива даже при перегрузках до 5G. Для этого используются специальные высокопрочные топливные баки из армированного кевлара.

Объем бака составляет не менее 100 литров. Система прямого впрыска способна подавать до 100 кг топлива в час в цилиндры двигателя. При этом давление впрыска достигает 500 бар.

Системы смазки и охлаждения

Для смазки двигателя и трансмиссии применяют специальные моторные масла и технические жидкости. Например, команда Mercedes использует продукцию компании Petronas.

Для охлаждения двигателя и тормозных систем устанавливаются радиаторы и маслоохладители. Также используются системы впрыска жидкости для дополнительного охлаждения отдельных узлов.

Применяемые материалы

В двигателях формульных болидов используются высокотехнологичные материалы:

• Алюминиевые сплавы для блоков цилиндров
• Высокопрочные стали для коленчатых валов
• Титан и никелевые сплавы для клапанов
• Композитные материалы в отдельных деталях

Применение таких материалов позволяет снизить вес при сохранении прочности и надежности.

Поставщики двигателей в "Формуле 1"

Несколько ведущих команд чемпионата используют собственные двигатели: Ferrari, Mercedes, Renault. А команды Red Bull и Alpha Tauri получают моторы от компании Honda.

Это позволяет оптимально интегрировать силовую установку в общую конструкцию болида для достижения максимальной производительности.

Контроль расхода топлива

С 2014 года в "Формуле 1" действует жесткий контроль расхода топлива во время гонки. Согласно регламенту, за всю дистанцию болид может израсходовать не более 100 кг топлива.

Это заставляет инженеров оптимизировать работу силовых агрегатов и систем подачи топлива. Например, во время квалификации двигатель может развивать большую мощность, чем в гонке.

Электрические мотор-генераторы

В современных гибридных установках "Формулы 1" используются два электромотор-генератора: MGU-K и MGU-H. Первый преобразует кинетическую энергию в электрическую, а второй - тепловую энергию выхлопных газов.

MGU-K развивает мощность до 120 кВт (161 л.с.), а MGU-H - до нескольких сотен киловатт. Эти показатели впечатляют и показывают высокий инновационный потенциал гибридных технологий.

Надежность как ключевой фактор

Несмотря на огромную мощность, двигатель формульного болида должен демонстрировать исключительную надежность. Отказ на трассе чреват серьезными последствиями.

Добиться этого позволяет применение высокотехнологичных материалов, тщательные испытания всех компонентов, резервирование отдельных систем и постоянный контроль рабочих параметров двигателя в режиме реального времени.

Дальнейшее развитие технологий

Несмотря на достигнутые успехи, инженеры ведущих команд "Формулы 1" продолжают совершенствовать силовые установки своих болидов.

В ближайшей перспективе возможно повышение энергоэффективности и мощности гибридных систем за счет применения новых аккумуляторных элементов и электромоторов. Это позволит поднять скоростные характеристики болидов на новый уровень.

Влияние на экологию

Хотя мощность и производительность по-прежнему являются ключевыми характеристиками в "Формуле 1", растет и значение экологичности.

С 2014 года введено ограничение расхода топлива, что стимулирует производителей к созданию более экономичных двигателей. Кроме того, гибридные силовые установки позволяют утилизировать энергию выхлопа и торможения.

Затраты на разработку

Создание конкурентоспособного двигателя "Формулы 1" требует колоссальных инвестиций в R&D. По некоторым оценкам, ведущие моторные подразделения тратят на эти цели свыше $200 млн в год.

Однако затраты окупаются престижем побед и трансфером передовых технологий в серийное производство. К примеру, технологии прямого впрыска топлива пришли именно из гоночного спорта.

Перспективы электрификации

В будущем в "Формуле 1" возможен полный переход на электрическую тягу. Уже сейчас гибридные силовые установки демонстрируют огромный потенциал.

Появление более совершенных аккумуляторов и электромоторов может позволить отказаться от традиционных ДВС в пользу полностью электрических или водородных двигателей.

Пути повышения мощности

Несмотря на жесткие рамки регламента, производители продолжают искать резервы роста мощности в рамках существующих ограничений на рабочий объем, расход топлива и габариты.

Перспективными направлениями являются повышение степени форсирования двигателя, улучшение охлаждения и смазки, применение инновационных материалов, оптимизация рабочего процесса и гибридной системы.