Кажется, мы знаем, почему «Феррари» снова в порядке
Дело в инновационном улучшении двигателя.
Скудерия с самого начала новой турбоэры в 2014 году уступала «Мерседесу» и мечтала догнать немцев — и у них долгое время не получалось. Лишь в 2017-м производительность итальянских болидов приблизительно сравнялась с соперниками — а еще через сезон в «Феррари», очевидно, сумели даже превзойти «серебряные стрелы» по части инноваций и оторваться по скорости. Издание Auto Motor und Sport даже оценило недавние увеличения мощности в 38 л.с. и 0,4 секунды отрыва на не самой длинной трассе в Хоккенхайме.
В результате появилась куча предположений о секрете Скудерии. Немецкие журналисты подозревали итальянцев в использовании незаконного модуля MGU-K мощностью 204 л.с. вместо разрешенных 163 л.с., и переборе по расходу электричества (4,4 МДж против допустимых по регламенту 4 МДж). Подбирался к разгадке и чемпион 2016 года Нико Росберг — он в своем видеоблоге со ссылкой на анонимных инсайдеров рассказал об уникальной инновации «Феррари».
«Итальянцам удается увеличивать давление в турбине. В результате в процессе подачи сжатого воздуха в двигатель заряжается батарею ERS. Суть в ее бесплатной подзарядке на каждом круге. Воздух поступает на генератор перед попаданием в двигатель, и таким образом можно перезаряжать ERS сколько потребуется. За счет повышения мощности в гибридной составляющей силовой установки увеличивается и общая мощность мотора».
Версию Росберга считали вброшенной инженерами «Мерседеса» догадкой ровно до 18 июля, пока в Европейском патентном бюро «Феррари» не зарегистрировала новейший турбонагнетатель. В нем турбина и компрессор физически разделены.
12 — турбонаддув, 13 — турбина, 1 — ДВС, 10 — выхлопная труба, 21 — электрогенератор, 14 — компрессор, 6 — впускная труба, 24 — электромотор при компрессоре.
Раньше все системы турбонаддува всегда приводились в движение выхлопными газами, но из-за физического объединения компрессора и турбины обе детали должны были вращаться исключительно в одинаковых порядках. Инженеры «Феррари» вышли за рамки традиционной модели и придумали свою концепцию — они разъединили компрессор и турбину и добавили первому свой мотор вместе с батареей для накопления энергии. То есть по сути адаптировали принцип гибридной системы MGU-H не только для двигателя внутреннего сгорания, но и для турбонаддува.
Главное и ключевое преимущество новинки заключается в постоянной работе турбины (против временных периодов задействования компрессора традиционной модели) — так можно сгенерировать дополнительный объем электричества, который и сохраняется в дополнительных батареях из системы турбонаддува.
Эффективность компрессора тоже теперь не зависит от оборотов турбины (в отличии от обычного двигателя), поскольку может включаться и выключаться в абсолютно любой момент времени и не превышать нужный скоростной диапазон, экономя энергию. Таким образом, при низких частотах двигателя (когда у обычного турбонагнетателя не было бы достаточно мощного потока газов, проходящих через турбину), компрессор «Феррари» все равно обеспечивает нужный наддув. Следовательно, инновация устраняет само понятие «турболага», и максимальный разгон происходит мгновенно.
Инженеры в свою очередь могут повышать эффективность турбины вне зависимости от работ над остальными частями системы, еще сильнее увеличивая объем вырабатываемой энергии на высоких оборотах двигателя. Для использования ее излишков в конструкцию добавили дополнительный электромотор или генератор, механически присоединенный к трансмиссии, тем самым повысив эффективность установки. Естественно, вслед за увеличением отдачи от генератора взлетит и общая мощность мотора.
Также новинка обладает и другими сильными сторонами — например, повышенной компактностью: раз компрессор с генератором больше не связаны, их можно разнести как угодно разнести по моторному отсеку. Более того, нагретая выхлопными газами турбина больше не будет передавать тепло нагнетаемому потому — а значит, при грамотной компоновке силовой установки отпадет необходимость и в интеркулере. Тем самым мотор станет еще немного легче и надежней (благодаря сокращению количества сложных деталей).
Кстати, использование новинки целиком и полностью объяснило бы все замечания, предположения и гипотезы, высказанные за последний год. Например, странные перемены в тональности звучания двигателей на болидах «Феррари» в любых поворотах вызваны как раз работой контролирующей нагнетатель систем: так звучит снижение и повышение оборотов компрессора без турболага.
Причины обвинений в адрес Скудерии в использовании незаконно мощных электромоторов и батарей тоже легко бы объяснились: на самом деле техника, скорее всего, абсолютно легальна, просто заряда для гибридных двигателей хватает на больший промежуток времени по сравнению с конкурентами. Входящая же в состав турбонаддува батарея, вероятно, не относится к регламентированному правилами аккумулятору и потому может быть любой емкости. Точно так же объяснились бы и обвинения в превышении количества используемой электрической энергии.
Здесь же заключены и основания для новостей о росте мощности силовой установки без физической замены компонентов: раз работа компрессора контролируется компьютером, то более изощренный расчет параметров эффективности включения наддува для определенной трассы поможет сэкономить еще больше энергии — а значит, и выжать несколько дополнительных лошадиных сил. Достаточно лишь обновлений софта.
И Росберг тоже частично был бы прав: «Феррари» и правда «бесплатно» подзаряжает батарею на каждом круге.
Тогда почему же Меджународная автомобильная федерация может считать разработки Скудерии законными? Дело в полном соответствии духу правил: итальянцы не превысили пределы потребления топлива, а напротив, нашли в конструкции силовой установки новый источник энергии — а он, между прочим, есть в каждом болиде. Запрет разработки означал бы атаку на технический прогресс и саму суть нынешнего регламента в виде ориентации автопроизводителей и ФИА на повышение эффективности гибридных установок. Поэтому если прогресс «Феррари» в самом деле связан с подобной конструкцией турбонаддува, итальянцам вряд ли что-то грозит.
Кстати, регистрация патента хоть и вскрыла карты перед соперниками, но еще сильнее усложнила им задачу по созданию ответного решения. Теперь «Мерседесу», «Рено» и «Хонде» нужно будет следить не только за соблюдением регламента «Формулы-1», но и за соответствием изобретению «Феррари» – оба типа нарушений повлекут за собой неприятные последствия.
Кажется, Скудерия задержится на моторной вершине серии.
Источник: autoblog.com
Фото: Gettyimages.ru/Charles Coates
Пожалуйста, больше не пиши про свою объективность, не смеши людей.
Интеркулер тут есть, это 9. 11 - MGU-H? Тут фокус в двух управляемых байпассах, которые и сбивают с толку, зачем они. Это на впуске 18-19-20, на выпуске 15-16. Понятно, что сбрасывают избыточное давление при определенных режимах. В принципе, это какая-то оптимизация, которая нужна при изменении мощности. Что до зарядки батарей, то электрификация всех частей тоже открывает возможности использовать выбеги турбин при снижении мощности мотора, так и расход падает, и система заражается при каждом входе в поворот, чтобы на выходе ускориться электричеством и разгоном компрессора, а колес от батарей.
Патент описывает систему, но там главное, что у этой системы много источников энергии и путей оптимизации, это вопрос настройки управляющей системы. Но алгоритмы то не патентуются, патентуется набор элементов.
Ну и понятно, что традиционная система с компрессором и турбиной на одном валу реактивна, поэтому оптимизировать ее нельзя, режимы компрессора и турбины в динамике не совпадают.
Это в принципе вершина двигателестроения. Разгон как у электрокара, пробег как у ДВС, да и кпд будет не меньше электромобиля с учетом электрических потерь в линиях, зарядных станциях и кпд цикла зарядки-разрядки батарей.
Уже давно есть электро-механические турбины, это не ново. Просто ферры удачно воспользовались моментом.
И про отсутствие интеркулера, тоже не совсем понятно, почему повысится надёжность, нагнетаемый воздух даже без нагрева будет иметь большую температуру при подаче, чем с интеркулером, тут все таки более вероятен перегрев. Возможно не отстутствие интеркулера, а его замена, на более меньший и лёгкий.
Коллизия с Лотусом при Лопесе была в том, что они патентовали технологию подвески в Ф1, которую хотели потом коммерциализовать в автомобилестроении. Ну и легальность тогда еще обсуждалась, там все таки было использование тормозной системы как актуатора, а ей все таки управляет пилот. Патентование не было главной причиной запрета. Сейчас то похожие по сути антикивковые подвески практически у всех стоят, хотя там и сейчас какие-то правила размытые, много на усмотрение технических делегатов.
Ну и надо понимать, запрет на патентование удачных технологий автопроизводителей дополнительно ударит по карману и конкурентоспособности, смысл тогда приходить в автоспорт?
Значит мотору обеспечен высокий крутящий момент сразу же, как только надавили на педаль газа, а не после того, как турбокомпрессор раскрутится от потока выхлопных газов.
ARTICLE 5 : POWER UNIT
5.1.6 Pressure charging may only be effected by the use of a sole single stage compressor linked to
a sole single stage exhaust turbine by a shaft assembly parallel to the engine crankshaft and
within 25mm of the car centre plane. The shaft must be designed so as to ensure that the
shaft assembly, the compressor and the turbine always rotate about a common axis and at the
same angular velocity, an electrical motor generator (MGU-H) may be directly coupled to it.
The shaft may not be mechanically linked to any other device.
Число цилиндров: 6.
Угол развала цилиндров: 90 градусов
Число клапанов: 24
Максимальная скорость вращения коленвала: 15000 об/мин
Максимальный массовый расход топлива: 100 кг/час на оборотах, превышающих 10500 об/мин
Топливная система: непосредственный впрыск под давлением 500 bar, один инжектор на цилиндр
Турбонагнетатель: одноступенчатый компрессор и турбина, работающая на выхлопных газах, с приводом от единого вала
Максимальная скорость вращения турбины: 125000 об/мин
СИСТЕМА РЕКУПЕРАЦИИ ЭНЕРГИИ (ERS)
ERS: Интегрированная гибридная система рекуперации энергии на основе мотор-генераторов
Накопитель энергии: Литиево-ионные батареи, минимальный вес 20 кг в соответствии с требованиями регламента
Максимальная энергия, запасаемая батареей на одном круге: 4 МДж
Мощность MGU-K: 120 кВт (161 л.с.)
Максимальное число оборотов MGU-K: 50000 об/мин
Максимальная энергия, регенерируемая MGU-K на одном круге: 2 МДж
Максимальная энергия, выдаваемая MGU-K на одном круге: 4 МДж (33,3 сек при полной мощности)
Максимальное число оборотов теплового мотор-генератора (MGU-H): 125000 об/мин
Максимальная мощность MGU-H: не ограничена
Максимальная энергия, регенерируемая MGU-H на одном круге: не ограничена
Максимальная энергия, выдаваемая MGU-H на одном круге: не ограничена
Если заметите ограничений в плане мощности, регенерируемой энергии - для MGU-H - НЕ ОГРАНИЧЕНА, только обороты турбины.
Только когда они разъединили MGU-H на два компонента, она уже перестала быть - Турбонагнетатель: одноступенчатый компрессор и турбина, работающая на выхлопных газах, с приводом от единого вала.
Скорее всего правильней писать теперь турбогенератор с электрокомпрессором.