Двигатель автомобиля: назначение и виды силовых агрегатов современных транспортных средств — Autodromo
Двигатель, пожалуй, можно назвать самой важной частью автомобиля. Ведь без двигателя автомобиль не сдвинется с места, но и без колес тоже далеко не уедешь, поэтому не будем делить автомобильные системы по важности, а просто попробуем узнать чуточку больше, об автомобильном двигателе.
Двигатель – это силовая установка, источник энергии автомобиля. Он используется для того чтобы машина могла выполнять свою основную функцию – перевозку грузов и пассажиров, но кроме этого, энергия, вырабатываемая двигателем, используется для обеспечения функционирования всех вспомогательных систем, например для работы кондиционера.
Впрочем, все вспомогательные системы, как правило, работают от электричества, вырабатываемого генератором или забираемой от аккумуляторов. А вот генератор как раз приводится в действие с помощью двигателя, передавая ему механическую энергию вращения вала.
Для обеспечения движения автомобиля так же используется механическая энергия вала двигателя, которая передается от двигателя на колеса через трансмиссию.
То есть, по сути, двигатель нужен для того, чтобы преобразовать какой-либо вид энергии в механическую энергию вращения вала, которая через систему механических связей передается на колеса, заставляя автомобиль двигаться.
Содержание
Двигатель внутреннего сгорания
Когда мы говорим о двигателе автомобиля, то чаще всего представляем себе двигатель внутреннего сгорания, в качестве топлива для которого используется бензин, дизельное топливо, газ, а в последнее время пробуют и водород.
В двигателе внутреннего сгорания, как несложно догадаться, происходит преобразование энергии, выделяемой при сгорании легковоспламеняющихся веществ в механическую энергию. Конструкции двигателей внутреннего сгорания могут отличаться, бывают поршневые двигатели, роторные и газотурбинные.
Но принцип их работы остается неизменным.
Энергия, выделяемая при сгорании топлива, в конечном итоге преобразуется в механическую энергию вращения вала двигателя и через систему механических связей передается на колеса, заставляя их вращаться.
Основной недостаток двигателей внутреннего сгорания их неэкологичность. При сжигании топлива выделяется много вредных веществ. Исключение в этом составляет водород, продуктом горения которого является обыкновенная вода, но проблема с его использованием на сегодняшний день заключается в дороговизне, хотя вероятно, что в будущем это будет основной вид топлива.
Но двигатели внутреннего сгорания – не единственные автомобильные двигатели.
Электро-двигатель
Существуют машины, которые используют в качестве исходной энергии – электричество. Наиболее популярный и близкий к автомобилю вид транспорта, работающий на электричестве – это всем известный троллейбус.
Но полноценным автомобилем его не назовешь, поскольку двигаться троллейбус может только лишь вдоль натянутых проводов, от которых он запитывается электричеством.
Но вы наверняка слышали о машинах, которые называются электромобилями. Электромобили – это автомобили, в которых в качестве силового агрегата используется электродвигатель.
Электродвигатель, как вы понимаете, работает от электрической энергии, которую он получает, как правило, от аккумуляторных батарей.
Электромобили, по сравнению с автомобилями, использующими двигатели внутреннего сгорания, имеют массу преимуществ.
Они экологичны, практически бесшумны (что не всегда плюс), быстро набирают скорость, им не нужна коробка скоростей можно даже обойтись без трансмиссии, если поставить двигатели на каждое из колес. То есть такие автомобили могли бы быть намного дешевле, чем автомобили с ДВС, если бы стали массовыми.
Но есть два существенных момента, которые очень сильно ограничивают применение электродвигателей на современных автомобилях. До сих пор не придумали аккумуляторов, которые бы могли запасти в себе достаточное количество электрической энергии.
То есть запас хода электромобиля сегодня ограничен несколькими десятками километров.
Если не включать фары, магнитолу, кондиционер, то можно и до сотни километров проехать, но все равно это очень мало. Примерно в 5-6 раз меньше, чем на одной заправке бензином. Впрочем, над этим разработчики постоянно работают и возможно, что когда вы читаете эти строки, уже существует электромобиль с запасом хода более 500 км.
Но даже малый запас хода был бы не так страшен, если бы не время, требуемое на перезарядку аккумуляторов. Если заправка бензином, дизтопливом или газом занимает 5-10 минут, то аккумуляторы придется заряжать часов 12, а то и сутки.
Поэтому, пока электромобили могут использоваться лишь для непродолжительных поездок по городу, после чего всю ночь на зарядке.
Гибридные силовые агрегаты
Но преимущество электродвигателей над ДВС настолько велико, что желание их использовать хотя бы частично привело к появлению гибридных силовых установок, которые сегодня достаточно активно используются на автомобилях.
Гибридные силовые установки – это объединенные на одном автомобиле двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель (как правило, их 4, по одному на каждое колесо).
Такие автомобили называют гибридными.
Существуют три схемы гибридных установок.
В первой энергия ДВС используется исключительно для выработки электрической энергии при помощи генератора. А уже от генератора энергия передается на зарядку аккумуляторов и на электродвигатели, обеспечивающие вращение колес.
Но более популярна другая схема. Во второй схеме привод на колеса осуществляется как от ДВС, так и от электродвигателей. ДВС и электродвигатели могут использоваться как самостоятельно, так и вместе.
Третий вариант – это сочетание первого и второго.
Вот такие они двигатели автомобиля, разнообразные и неоднозначные. Более подробно свойства, принцип работы, детали мы разберем в будущих публикациях.
Силовой агрегат / Автомобили Камаз-6460. Руководство по устройству, техническому обслуживанию и ремонту / Техсправочник / Кама-Автодеталь
СИЛОВОЙ АГРЕГАТ
Двигатель КАМАЗ — 740.50-360, сцепление MEZ 430 и коробка передач ZF 16S 151 соединены в одном блоке, называемом силовым агрегатом (рис.
11).
Рис. 11. Силовой агрегат, вид справа:
1 — коробка передач; 2 — турбокомпрессор; 3 — фильтр топливный; 4 — маслоналивная горловина: 5 — расширительный бачок; 6 — рычаг переключения передач; 7 — генератор; 8 — обечайка вентилятора; 9 — фильтр масляный полнопоточный; 10 — фильтр масляный частичнопоточный; 11 — водомасляный теплообменник; 12 — масляный картер.
Подвеска силового агрегата
Подвеска силового агрегата эффективно снижает ударные нагрузки при движении по неровностям дороги и полностью гасит реактивные моменты, возникающие при работе двигателя. Она состоит из передней, двух задних и одной поддерживающей опоры.
Передняя опора 3 (рис. 12) к лонжеронам 1 рамы крепится через стойки 2 с помощью болтов. Силовой агрегат к передней опоре крепится через кронштейн 4.
Снижение ударных нагрузок и гашение реактивных моментов происходит с помощью двух амортизаторов. Каждый амортизатор представляет собой резиновую подушку 7, запрессованную в переднюю опору.
Задние опоры (рис. 13) расположены с обеих сторон картера сцепления. Каждая из опор состоит из кронштейна 4, который прикреплен шестью болтами к картеру сцепления; башмака 3, соединенного с кронштейном 4 стяжным болтом 5; кронштейна 2, который охватывает башмак и присоединен болтами к лонжерону рамы, крышки 6. Между башмаком, крышкой и кронштейном расположена резиновая подушка 7, выполняющая функцию гасителя колебаний.
Башмак, изготовленный из алюминиевого сплава, предохраняет от смятия запрессованная в него стальная втулка 8. Между крышкой 6 и кронштейном 1 установлена регулировочная прокладка 9.
Рис. 12. Передняя опора:
1 — лонжерон рамы; 2 — стойка передней опоры; 3 — опора передняя; 4 — кронштейн передней опоры; 5 — болт; 6- опорные шайбы; 7 — подушки передней опоры.
Рис. 13. Задняя опора силового агрегата 740.50-360:
1 — лонжерон рамы; 2 — кронштейн задней опоры; 3 — башмак задней опоры силового агрегата; 4 — задний кронштейн крепления силового агрегата; 5 — стяжной болт; 6 — крышка задней опоры; 7 — резиновая подушка; 8 — стальная втулка; 9 — регулировочная прокладка.
Рис. 14. Поддерживающая опора силового агрегата 740.50-360:
1 — лонжерон рамы; 2 — кронштейн поддерживающей опоры; 3 — балка поддерживающей опоры; 4 — подушка подвески; 5 — регулировочные шайбы; б- втулка распорная.
Поддерживающая опора.
Поддерживающая опора имеет амортизатор с малой жесткостью и служит для гашения колебаний, возникающих при движении по плохим дорогам. В спокойном состоянии она не нагружена.
Балка 3 (рис. 14.) поддерживающей опоры силового агрегата 740.50-360 крепится двумя болтами к коробке передач сверху. На концах балки поддерживающей опоры круглые резиновые амортизаторы 6, через которые балка соединяется с кронштейнами 2 поддерживающей опоры. Кронштейны болтами соединяются с лонжеронами рамы.
Техническое обслуживание подвески силового агрегата
При ТО-2:
— затяните болты и гайки крепления передних и задних опор силового агрегата;
— затяните болты крепления кронштейна поддерживающей опоры к лонжерот рамы (резьба M12), гайки крепления поддерживающей опоры к балке (резьба M16) и болты крепления бачки к коробке передач(резьба М16).
При СТО:
Проверьте состояние резиновых амортизаторов и регулировку положения поддерживающей опоры. Разгрузку резинового амортизатора при регулировании осуществляйте удалением регулировочных шайб.
Ремонт
Для снятия силового агрегата с автомобиля:
— отсоедините выводы «+» и «—» аккумуляторной батареи;
— поднимите переднюю облицовочную панель кабины;
— снимите буфер;
— наклоните кабину на 60°;
— отсоедините выводы проводов и штекер от генератора;
— отсоедините выводы проводов и штекеры: датчиков температуры воды (2 шт.), датчиков давления масла (2 шт.), датчика сигналов заднего хода, спидометра, факельных свечей (2 шт.). клапана ЭФУ;
— снимите воздухопровод, соединяющий влагомаслоотделитель с компрессором;
— ослабьте хомут крепления рукава к соединительному патрубку теплообменника системы охлаждения надувочного воздуха двигателя и отсоедините рукава;
— выверните болты крепления соединительных патрубков к теплообменнику, снимите их;
— выверните болты крепления крыльчатки вентилятора, снимите ее и оставьте в нише кожуха вентилятора, прислонив к радиатору;
— ослабьте хомут крепления верхнего рукава радиатора на водяной коробке двигателя и отсоедините рукав;
— ослабьте хомут крепленця шланга, соединяющего верхний бачок радиатора с трубкой к расширительному бачку, и отсоедините шланг;
— отверните болты крепления подводящего патрубка к водяному насосу и отсоедините патрубок;
— отсоедините воздушный фильтр;
— отсоедините питающий и дренажные топливопроводы в соединении шлангами;
— отсоедините толкатель привода управления подачей топлива и снимите пружину;
— отсоедините и снимите трубки, подводящие воздух к редукционному клапану и к ПГУ привода сцепления;
— вывесите автомобиль на подъемнике для выполнения операций снизу;
— слейте охлаждающую жидкость из системы охлаждения;
— слейте масло из картера двигателя;
— слейте масло из картера коробки передач;
— отсоедините левый и правый приемные патрубки от турбокомпрессора, для чего отверните гайки крепления фланцев приемных патрубков к турбокомпрессору;
— отсоедините от стартера вывод «-», провод и вывод «+» от тягового реле;
— отсоедините прижимы масляного радиатора гидроусилителя рулевого управления;
— отсоедините трубку отопителя кабины от радиатора и двигателя, отверните кронштейн и снимите трубопровод;
— отсоедините маслопроводы низкого и высокого давления гидроусилителя рулевого управления;
— отсоедините трубопровод пневмоцилиндра вспомогательной тормозной системы;
— отсоедините гидропривод ПГУ сцепления;
— снимите ПГУ сцепления;
— отсоедините передний конец карданного вала промежуточного моста от коробки передач, отвернув гайки М16 и вынув болты;
— выверните болты крепления кронштейна поддерживающей опоры к коробке передач;
— опустите автомобиль с подъемника;
— выверните болты крепления передней опоры двигателя;
— отверните самоконтрящиеся гайки М20 болтов крепления задних опор двигателя и выньте болты;
— зацепите захваты подъемно-транспортного приспособления за два рыма двигателя и задний рым-болт коробки передач, снимите силовой агрегат автомобиля, установите его на подставку.
Для установки силового агрегата на автомобиль:
— при помощи подъемно-транспортного приспособления снимите силовой агрегат с подставки и установите его на автомобиль;
— совместите отверстия задних опор двигателя с отверстиями кронштейнов задних опор, вставьте болты М20 и закрепите опоры;
— вверните болты М12 в отверстия передней опоры двигателя и затяните их;
— установите крыльчатку вентилятора и закрепите ее четырьмя болтами;
— подсоедините трубку, соединяющую расширительный бачок с радиатором;
— подсоедините верхний патрубок радиатора к двигателю шлангом;
— подсоедините шланг обогрева кабины к двигателю;
— подсоедините верхний рукав радиатора к водяной коробке, затяните хомут крепления рукава;
— соедините шланг трубки расширительного бачка с патрубком на верхнем бачке радиатора, затяните хомут;
— подсоедините подводящий патрубок к водяному насосу закрепив его двумя болтами;
— подсоедините патрубки к теплообменнику ОНВ рукавами к двигателю, предварительно закрепив болтами к теплообменнику, затяните хомут рукава соединяющего патрубок теплообменника и патрубок подходящий к впускному коллектору;
— подсоедините толкатель управления подачей топлива;
— подсоедините маслопровод высокого и низкого давления к гидроусилителю рулевого механизма, долейте масло до уровня;
— подсоедините питающий и дренажные топливопроводы в соединении шлангами;
— установите воздухопровод, соединяющий компрессор с влагомаслоотделителем;
— подсоедините воздухопровод пневмоцилиндра вспомогательной тормозной системы;
— установите воздухопроводы, подводящие воздух к редукционному клапану и к сцеплению;
— установите воздушный фильтр;
— подсоедините выводы проводов и штекеры: датчиков температу ры воды (2 шт.
), датчиков давления масла (2 шт.), установите датчик давления масла, датчик сигналов заднего хода спидометра, штифтовых свечей (2 шт.), генератора, клапана ЭФУ;
— поднимите автомобиль с помощью подъемника;
— установите маслопровод, соединяющий масляный радиатор с картером двигателя;
— залейте масло в картер двигателя;
— залейте охлаждающую жидкость в систему охлаждения;
— прокачайте топливную систему ручным подкачивающим насосом;
— опустите кабину, предварительно вставьте палец, в ограничитель наклона кабины и зашплинтуйте замки:
— поставьте буфер;
— опустите переднюю облицовочную панель;
— поставьте и закрепите прижимы крепления масляного радиатора гидроусилителя рулевого управления;
— подсоедините к стартеру вывод «-», провод и вывод «+» к тяговому реле;
— подсоедините гидропривод ПГУ сцепления;
— вверните болты крепления кронштейна поддерживающей опоры к коробке передач;
— подсоедините левый и правый приемные патрубки к турбокомпрессору, для чего вверните гайки сцепления фланцев приемных патрубков к турбокомпрессору;
— подсоедините передний конец карданного вала промежуточного моста к коробке передач, вставив в отверстия фланцев болты M16 и завернув гайки;
— опустите автомобиль с подъемника;
— прокачайте сцепление и долейте жидкость до уровня;
— подсоедините выводы аккумуляторных батарей;
— пустите двигатель, проверьте его работу и отсутствие подтекания охлаждающей жидкости и масла.
Каковы текущие правила для силовых агрегатов Формулы-1? : PlanetF1
Гибридные силовые агрегаты F1 — это самые технологически совершенные двигатели в мире, которые могут похвастаться поразительным уровнем эффективности и выходной мощности.
Текущие правила двигателей Формулы 1 требуют, чтобы каждая команда была оснащена четырехтактным 1,6-литровым двигателем V6, который включает в себя турбокомпрессор и гибридные электрические вспомогательные устройства, а максимально допустимая скорость составляет 15 000 оборотов в минуту.
Технические характеристики этих двигателей строго регламентированы в соответствии с действующим Техническим регламентом.
Нынешняя формула двигателя была введена в сезоне 2014 года, и с тех пор темпы прогресса свидетельствуют о том, что производители достигли невероятной эффективности и замечательной выходной мощности.
Текущие правила будут действовать по крайней мере до сезона 2025 года, и в настоящее время ведутся переговоры, чтобы принять решение о правилах следующего поколения, которые будут введены в действие в 2026 году.
Кто производит нынешние двигатели F1?
В настоящее время существует четыре производителя омологированных силовых установок для использования в Формуле 1.
- Mercedes: эти двигатели базируются в Бриксворте и производятся Mercedes High-Performance Powertrains. Эти двигатели используются заводской командой Mercedes, а также командами клиентов McLaren, Williams и Aston Martin.
- Ferrari: производится на базе Ferrari в Маранелло, заводская команда — лишь одна из трех команд, использующих эти двигатели. К ним присоединяются клиенты Alfa Romeo и Haas.
- Honda: несмотря на то, что двигатели японского производителя официально исключены из Формулы-1 в качестве заводских усилий, они по-прежнему производятся на своей базе в Сакуре и отправляются в Red Bull и AlphaTauri для использования в сезоне 2022 года. Новый отдел двигателей Red Bull под торговой маркой Red Bull Powertrains в конечном итоге возьмет на себя производство собственных двигателей.
- Renault: Текущий силовой агрегат Renault, базирующийся в Вири-Шатийон, используется только на заводе Alpine (принадлежащем Groupe Renault).
Насколько мощными будут двигатели F1 2022 года?
Двигатели F1 2022 года производят более 1000 л.с., и все производители достигли аналогичных показателей. Точные цифры производители не предлагают, а это означает, что расчет самых мощных зависит от обоснованных догадок, а не от каких-либо измеримых общедоступных показателей.
Несмотря на такую невероятную мощность, силовые агрегаты расходуют всего около 130 литров топлива на 300-километровую дистанцию Гран-при.
Выходная мощность означает, что автомобили F1 разгоняются с 0 до 100 километров в час примерно за 2,6 секунды и достигают скорости около 380 км/ч в конфигурациях с самой низкой прижимной силой, которые команды будут использовать в течение сезона — максимальная скорость может быть намного выше. если прижимная сила еще больше уменьшится, хотя это было бы опасно для использования за пределами очень конкретных обстоятельств.
Невероятные гибридные двигатели F1
После того, как старые безнаддувные двигатели V8 были сняты с производства в конце сезона 2013 года, эра гибридов привела к совершенно новому подходу к двигателям автомобилей F1.
Больше не просто «ДВС» (двигатель внутреннего сгорания), «силовые агрегаты» F1 состоят из различных компонентов, в основе которых лежит ДВС.
- Двигатель внутреннего сгорания (ДВС): Под ДВС понимается 1,6-литровый двигатель V6, который сам по себе развивает около 700 лошадиных сил.
- Турбокомпрессор (TC): Турбокомпрессор крепится к ДВС и может похвастаться той же технологией, что и любой дорожный автомобиль с турбонаддувом. Турбина увеличивает плотность воздуха, всасываемого двигателями, что увеличивает выходную мощность. Турбина приводится в действие турбиной от выхлопных газов, создавая большую мощность за счет тепловой энергии двигателя.
Эти механические части эффективно поддерживаются системой рекуперации энергии (ERS), которая образует гибридную часть силового агрегата.
ERS использует энергию, вырабатываемую автомобилем во время движения по трассе, сохраняет эту энергию, а затем может повторно использовать эту энергию как часть выходной мощности силового агрегата..jpg)
Только на ERS приходится около 160 л.с., и ее можно использовать в течение 33 секунд круга.
Основными компонентами сбора энергии на ERS являются MGU-H и MGU-K, при этом захваченная энергия отправляется на хранение в хранилище энергии.
- Магазин энергии (ES): С точки зрения непрофессионала, это аккумулятор автомобиля, хотя и немного более сложный, чем тот, который вы найдете в дорожном автомобиле. Любая энергия, вырабатываемая ERS, отправляется в эту батарею для хранения до тех пор, пока она не понадобится для повторного использования. Батареи могут хранить до 4 мегаджоулей энергии за круг, причем это количество также разрешено для перераспределения во время круга.
- MGU-H (Тепломотор-генератор): Приводится в действие выхлопными газами. Благодаря энергии в виде тепла, рассеиваемой через выхлопную систему, MGU-H захватывает эту энергию, чтобы превратить ее в электроэнергию. По мере того, как обороты двигателя и турбонаддува увеличиваются по мере того, как водитель ускоряется, MGU-H улавливает энергию и отправляет использованную электроэнергию в ES.
- MGU-K (Motor Generator Unit-Kinetic): это электрический генератор и двигатель, подключенный к ДВС. Улавливая энергию при торможении, включая тепло от тормозов, эта энергия перераспределяется в виде мощности при ускорении.
- Управляющая электроника (CE): этот компонент является управляющим «компьютером» ERS, обеспечивающим правильное взаимодействие всех систем друг с другом для взаимодействия с механическими компонентами силового агрегата.
Каждый из этих компонентов имеет решающее значение для полной производительности автомобиля. Отказ в системе ERS не обязательно означает, что автомобиль больше не может двигаться, но результирующая потеря мощности может вызвать каскадные проблемы с автомобилем, замедление времени прохождения круга, увеличение расхода топлива и, во всех смыслах и целях, означает, что автомобиль, скорее всего, выйдет из строя. быть на пенсии.
Тем не менее, известным примером того, как гонщик преодолевал проблемы с ERS, была печально известная победа Даниэля Риккардо в Монако в 2018 году, когда, несмотря на неудачный MGU-K, он смог помассировать свой согбенный Red Bull домой впереди.
F1 имеет строгие правила использования компонентов силовой установки
Производители F1 не могут просто добавлять новые компоненты в свои автомобили по своему усмотрению, при этом ожидается, что каждая деталь прослужит определенное время.
Вот надбавки за компоненты на 2022 год.
- ДВС: Каждому водителю разрешается использовать три двигателя внутреннего сгорания.
- TC: Каждому водителю разрешено три турбонагнетателя.
- ES: Каждому водителю разрешено два Хранилища Энергии.
- MGU-H: Каждому водителю разрешается использовать три мотор-генератора-тепло.
- МГУ-К: Каждому водителю разрешается использовать три мотор-генератора-Кинетик.
- CE: Каждому водителю разрешено иметь два управляющих электронных устройства.
Если гонщик сменит команду в середине сезона, он унаследует показатели использования силового агрегата автомобиля, в который садится. Так, например, если Льюис Хэмилтон и Чарльз Леклерк поменяются местами в любой момент, Гамильтон переключится на цифры Леклерка, а Леклерк переключится на цифры Гамильтона.
Если в какой-либо момент сезона появится новый водитель, он унаследует компоненты силового агрегата автомобиля, в который садится. Например, если Оскар Пиастри в какой-то момент заберется в McLaren Даниэля Риккардо, он будет зависеть от показателей использования Риккардо.
Эти компоненты силовой установки могут заменяться и заменяться столько раз, сколько требуется команде, чтобы их машина работала, но введение новых компонентов, не входящих в допустимые нормы, приводит к штрафу сетки.
При первом использовании нового компонента, не входящего в допуск, этот водитель получит 10-местный штраф на стартовой решетке. Однако за каждое последующее введение одного и того же компонента они будут получать только пятизначный штраф в сетке.
Команда не может накапливать детали, вводя несколько одинаковых компонентов в течение одного уик-энда Гран-при, и при этом отбывать только один штраф. Чтобы закрыть эту потенциальную лазейку, если команда представит, например, три сверхнормативных MGU-K за один уик-энд, только последний введенный будет разрешен для использования без штрафных санкций на будущих Гран-при.
Объяснение заморозки двигателей F1 на 2022 год
Правила для двигателей были изменены на 2022 год, чтобы обеспечить внедрение более устойчивого топлива E10, которое состоит из 10% экологически чистого этанола наряду с 90% ископаемого топлива.
Однако ключевым изменением 2022 года является введение «зависания двигателя». Производители должны были представить окончательный проект своих силовых установок к началу этого сезона, при этом дальнейшая доработка, связанная с характеристиками, не разрешалась.
Производителям по-прежнему разрешено вносить изменения для обеспечения надежности или безопасности, но для этого существует строгий процесс. Свод правил был ужесточен, чтобы производители не могли просто притвориться ненадежными, чтобы внести изменения.
Если производитель хочет внести изменения в архитектуру своего двигателя, он может отправить запрос в Технический отдел FIA, чтобы объяснить, почему он делает запрос. Требуются доказательства исследования проблемы, а также подтверждение концепции, после чего FIA передает этот запрос и документацию другим производителям.
Если другие производители согласны с тем, что запрос обоснован, а концепция изменения доказана как логичная, разрешение будет предоставлено. Однако разрешенные изменения по-прежнему весьма незначительны.
Как работают силовые агрегаты автомобилей и почему это важно для дорожных автомобилей будущего представлял собой эклектичную смесь двигателей V10, V8, рядных четырехцилиндровых двигателей и почти всех типов двигателей между ними. Единственными ограничениями были объем двигателя и наличие у него компрессора (нагнетателя) или нет. Так было и в массовые периоды развития 19-го века.60-х и 1970-х годов.
Только после серии несчастных случаев со смертельным исходом FIA, работая с недавно созданным Управлением Формулы-1, в 1982 году ввела спецификации двигателей для всей серии, которые запрещали роторные, дизельные, газотурбинные, орбитальные и оппозитные двигатели. Также были введены правила, определяющие расход топлива, минимальный вес автомобилей и их силовых агрегатов, объем двигателя, а также наличие у них турбонаддува или нет.
С тех пор Формула-1 начала разделяться по тем двигателям, которые использовались в то время, например, эпоха V10 в начале 2000-х, эпоха V8, когда Себастьян Феттель выиграл свои четыре чемпионата подряд, V6 турбогибридные силовые агрегаты 2014-2021 годов, а также новые версии 2 турбогибридов V6, которые есть в автомобилях 2022-2026 годов.
Самый сложный двигатель V6 с турбонаддувом в мире
Хотя может показаться простым просто сказать «Версия 2 V6 Turbo-Hybrid», правда в том, что нынешние двигатели безумно сложны и невероятно мощны, развивая почти 800 HP на задние колеса при полном гибридном наддуве. В среднем, когда не используется гибридный наддув, двигатели по-прежнему развивают мощность почти 600 л.с. при рабочем объеме 1,6 л.
Поскольку дозаправка во время гонки запрещена из соображений безопасности, а в автомобили разрешено заправлять не более 100 кг топлива на протяжении всей гонки, стало жизненно важно, чтобы каждая унция производительности, которую могли дать двигатели, была максимизирован.
Вы не увидите, чтобы мы не согласились с тем, что кричащие V10 и воющие V8 с 2000 по 2013 год не были «звуком F1», но с чисто научной точки зрения эти двигатели были крайне неэффективны.
Это одна из причин того, что новые двигатели V6, хотя и не совсем тихие , гораздо тише, чем банши, которые были раньше. До 2014 года силовые агрегаты F1 выделяли тонны тепла и огромное количество шума, в основном в результате неэффективного сгорания. В то время как F1 начала улавливать кинетическую энергию торможения автомобилей в 2009 году с введением KERS (система рекуперации кинетической энергии) в качестве своего рода примитивного гибридного наддува, тепло, выделяемое двигателями, выбрасывалось из задней части автомобилей.
Силовой агрегат AMG F1 M12 E Performance в кузове Williams FW43 2021 года. По материалам: Автоспорт.MGU-H и MGU-K: Гибрид высшего уровня производительности
Сезон 2014 года стал сезоном, когда во время гонок произошло несколько отказов двигателей, поскольку Формула-1 буквально поставила перед каждым поставщиком двигателей задачу заново изобрести колесо.
Получите максимальную производительность от шести цилиндров и гораздо более эффективную систему улавливания кинетической энергии, известную как MGU-K (Motor Generator Unit — Kinetic), а также введение электродвигателя, соединенного валом с турбокомпрессором, MGU-H ( Мотор-генераторная установка – тепло).
Renault R.E.17 2017 года в разобранном виде. Посередине — 90-градусный V6. Перед ним гибридный аккумулятор. Серебристый цилиндр под левым выпускным коллектором — это МГУ-К, а если очень внимательно посмотреть в V двигателя, то можно увидеть МГУ-Н. Конечно, турбонаддув находится сзади, а единственная «большая труба» выхлопа выходит за заднюю часть автомобиля. Виа Паддок Формулы-1 .
И MGU-K, и MGU-H подключаются к одному аккумуляторному блоку, что означает, что один из них или оба могут использовать питание или заряжать аккумулятор. Сколько энергии используется или восстанавливается, контролируется водителем путем постоянной настройки параметров ERS (системы рекуперации энергии) на рулевом колесе.
По сути, MGU-K является своего рода «третьим тормозом», использующим двигатель постоянного тока, подключенный к коленчатому валу двигателя между V6 и трансмиссией, чтобы помочь замедлить автомобиль во время зарядки аккумулятора, а затем сменить полярность. когда водитель поливает его, чтобы помочь вытолкнуть машину быстрее и сильнее из поворотов.
MGU-H — гораздо более сложная система, так как она должна работать в диапазоне тысячных долей секунды. Когда водитель полностью открывает дроссельную заслонку, турбина в турбокомпрессоре вращается со скоростью несколько десятков тысяч оборотов в минуту, которая также вращает вал, который соединяется с двигателем постоянного тока, которым является MGU-H, и заряжает аккумулятор.
Используя невероятно сложное программирование, рулевое колесо водителя, которое на самом деле является ЭБУ автомобиля, сообщает MGU-H, когда ему нужно использовать энергию, и становится двигателем, который раскручивает турбины, чтобы устранить турбояму.
По сути, это система рекуперации энергии и система защиты от задержек в одном.
Turbo V6: бьющееся сердце болида Формулы-1
Наконец, сам двигатель V6 строго регулируется, так как он должен иметь V-образную форму с углом наклона 90 градусов и не превышать объем двигателя 1600 см³. Все двигатели должны иметь клапаны с пневматическим приводом, непосредственный впрыск и, что особенно важно, они не должны сжигать топливо со скоростью более 100 кг/ч при полностью открытой дроссельной заслонке.
Причина использования пневматических клапанов заключается в том, что металлические пружины могут поглощать тепло, становясь мягче и, следовательно, не так эффективно возвращая клапан в закрытое положение. Вместо этого клапаны прижимаются распределительным валом, который нажимает на поршень, соединенный со штоком клапана, и сжимает слой азота, который не поглощает тепло, а также может без опасений подвергаться колоссальному давлению.
Когда кулачок движется дальше, азот расширяется, толкая плунжер вверх и закрывая клапан.
Вся эта последовательность событий занимает менее тысячной доли секунды.
Более важная характеристика расхода топлива — вот почему Формула-1 «замолчала» в 2014 году. Раньше у вас могли быть двигатели, которые могли сжигать 150 кг топлива в ходе гонки, а до этого вы Вам не нужно беспокоиться о расходе топлива, потому что вы заправили машину во время пит-стопа.
Теперь, со строгим регулированием скорости потока, единственным способом извлечь максимальную мощность из самого топлива было переосмыслить принцип работы цилиндра внутреннего сгорания. Большинство дорожных автомобилей имеют вогнутые головки цилиндров, в которых достаточно места для сжатия и последующего воспламенения хорошей воздушно-топливной смеси, и такая же форма в основном используется в двигателях F1, но с парой существенных изменений.
Большинство, если не все, дорожные автомобили последних двух-трех десятилетий имели либо портовый впрыск, либо, в последнее время, непосредственный впрыск.
Большая разница в том, что ваш маленький семейный хэтчбек впрыскивает в цилиндр небольшое количество топлива при давлении около 350 бар (5076 фунтов на квадратный дюйм), в то время как F1 V6 впрыскивает при давлении 500 бар (7251 фунт на квадратный дюйм).
Топливо также отличается: для спортивных автомобилей, мощных автомобилей, суперкаров и т.п. требуется минимум октановое число 91, а предпочтение отдается октановому числу 94. Двигатели Формулы-1 работают на смеси топлива и 10% экологически чистого биоэтанола, октановое число которого должно находиться в пределах очень узкого диапазона 102. Если вы когда-нибудь задумывались, почему каждая команда Формулы-1 имеет в качестве партнера крупную топливную компанию, то вот почему.
Другая важная особенность цилиндра F1 заключается в том, что головка цилиндра не имеет гладкой вогнутой формы. Вместо этого он очень немного опускается посередине, а свеча зажигания перемещается ближе к фактическому поршню примерно на одну восьмую-шестнадцатую дюйма по сравнению с вашей стандартной дорожной головкой блока цилиндров.
Выполняет две функции. Во-первых, это заставляет первоначальный взрыв происходить ближе к головке поршня, обеспечивая более немедленную мощность. Во-вторых, он придает головке блока цилиндров очень легкую тороидальную форму. Когда высокооктановое топливо, смешанное с воздухом с турбонаддувом и промежуточным охлаждением, воспламеняется, первоначальный взрыв запускает процесс толкания поршня вниз. Где эта слегка тороидальная форма вступает в игру, так это в том, что она «формирует» взрыв, не позволяя воспламененному топливу создавать помехи самому себе в середине цилиндра, вместо этого толкая большую часть взрывной силы вниз.
Поскольку таким образом сжигается больше энергии топлива и с меньшими помехами внутри цилиндра, двигатель производит не такой громкий звук выхлопа. Имейте в виду, что этот процесс происходит до 250 раз 90 127 в секунду 90 128 в силовом агрегате F1 (это 15 000 об/мин).
Тем не менее, в 2018 году Mercedes-AMG удалось достичь рубежа в 50 % эффективности своего силового агрегата, став первым двигателем в истории, извлекающим 50 % и более энергии из топлива, питающего его.
Двигатели все еще громкие, и если вы находитесь на трассе в начале гонки, вы можете услышать, как турбины каждой машины раскручиваются, когда гонщики увеличивают обороты. Они просто не такие громкие, как раньше.
Кроме того, если вы не уверены, насколько громкими являются машины и насколько громкими являются турбины, посмотрите это видео (предупреждение о громкости, это громко ):
См. также
Performance Hybrid Системы: Эффективные, Эффективные, Чрезвычайно Мощные и Готовые к Главной Дороге
Фух! Теперь, когда технические детали ушли, мы можем сосредоточиться на важных моментах. Как известно из истории автомобилестроения, технологии автоспорта всегда применялись в дорожных автомобилях. Впрыск топлива, нагнетатели, турбокомпрессоры, четыре клапана на цилиндр, двойные верхние распредвалы, дисковые тормоза — все это в той или иной форме пришло из автоспорта.
В мире 2022 года, с ростом цен на топливо, увеличением количества электромобилей, производимых Mercedes-Benz и другими брендами, началом движения электрических гиперкаров для очень богатых и все большим количеством гибридных автомобилей, представленных в качестве путь в будущее, уже начался перенос производительных гибридных систем нынешних силовых агрегатов F1 на дорожные автомобили. Возможно, лучшим примером автомобиля, в котором полностью реализованы технические достижения Формулы-1, является Ferrari SF9.0 Страдейл.
Ferrari SF90 Stradale 2021 года, автомобиль, созданный на основе передовых технологий Формулы-1. Via: Supercars Тем не менее, многие из автомобилей, которые обычные люди могут получить с гибридными системами, по-прежнему используют тип агрегатов, которые обеспечивают только мягкое ускорение, в основном для экономии топлива, и полагаются только на двигатель для зарядки. Гибриды с высокими эксплуатационными характеристиками также становятся довольно популярным вариантом в сфере суперкаров, поскольку многие известные имена, такие как Lamborghini и Mercedes-AMG, полностью поддерживают эту концепцию и продвигают интеграцию на основной рынок все ближе и ближе к реальности.
В качестве чисто случайного примера возьмем Kia Forte GT Limited — очень популярный, хорошо оснащенный, экономичный седан с турбонаддувом, привлекательный внешний вид, отличный двигатель и 7-ступенчатую коробку передач с двойным сцеплением. Он имеет мощность 201 л.
А теперь представьте небольшой МГУ-К, добавленный между коленчатым валом этой рядной турбированной четверки и DCT, с аккумулятором, который заряжается как от двигателя, так и за счет рекуперативного торможения.
Проблема с турбонагнетателями заключается в том, что им нужен большой поток выхлопных газов, движущийся довольно быстро, чтобы раскрутить лопасти компрессора. Это всем известный турбо лаг. Меньшие спортивные седаны и горячие хэтчбеки используют небольшие турбины, которые быстро раскручиваются, когда обороты поднимаются выше 3000 об/мин, но между холостыми оборотами и 3000 вы не получаете максимально возможной эффективности или мощности. Вот где гибрид производительности имеет смысл — как пакет, помогающий покрыть время, необходимое для раскрутки турбо, прежде чем вернуться в режим кинетического захвата после того, как турбо сработает.
Конечно, она не будет экономить столько топлива, как стандартная гибридная система, но стандартная гибридная система также не дает большого преимущества мощности автомобиля, в котором она установлена. дополнительные 50 или 60 л.с., эффективная перезарядка от торможения и свободного вращения, когда активен турбо, и, возможно, есть спортивный режим, который вы можете выбрать, который позволяет вам постоянно повышать мощность двигателя (как в F1). Это, вероятно, также (учитывая количество исследований и разработок, уже проведенных в ходе некоторых из крупнейших гонок на планете за последнее десятилетие), всего лишь добавит пару тысяч к рекомендованной производителем розничной цене Kia Forte GT Limited.
Будущее силовой установки: Взгляд вперед на то, что мы знаем о правилах ФИА 2026 года
Одно из захватывающих свойств Формулы-1 кроется в ее названии: формула. Для тех, кто не знает, что этот термин означает с точки зрения гонок, формула представляет собой набор требований, которые должен иметь каждый автомобиль, какие части являются обязательными и общими для всех автомобилей, и каким техническим характеристикам должны соответствовать автомобили с точки зрения ширины, высота, производительность, топливо и тому подобное.
Самая большая вещь, которую FIA и FOM хотят убрать из автомобилей, — это MGU-H. Хотя это звучит как удаление, которое кажется вредным, это связано с новым топливом, размером автомобиля, массой автомобиля и аэродинамическими правилами, которые должны вступить в силу в 2026 году. Топливо станет одной из самых больших тем для обсуждения и регулирования, поскольку топливо для автомобилей в 2026 году будет на 100% состоять из экологически чистого биоэтанола.
Одна из особенностей биоэтанола заключается в том, что, поскольку он сгорает так чисто и мощно, он не производит столько выхлопного тепла или потока, как топливо на основе чистых углеводородов. Он по-прежнему будет раскручивать турбины силового агрегата F1, но на самом деле нет необходимости улавливать тепловую энергию, когда производится не так много тепловой энергии.
Другие предстоящие изменения направлены на то, чтобы сделать автомобили более аэродинамическими, компактными и легкими, вместо 20-футовых крылатых ракет наземного базирования, которыми являются нынешние автомобили.