Praėjusį savaitgalį Melburne, Australijoje prasidėjusiame 2014-ųjų metų Formulė-1 sezone pilotai jau vairavo bolidus, turinčius daug daugiau bendro su įprastomis ateities mašinomis. Vieną dieną jų efektyvaus kuro naudojimo, energijos atgavimo technologijos ras kelią į mūsų vairuojamus automobilius.
Iki šiol F-1 reginys reiškė variklio galią. Pavyzdžiui, 2013-ųjų metų automobilius varė raumeningi, aštuonių cilindrų, 2,4 litro darbo tūrio varikliai, o prieš tai buvo dar galingesni 10 cilindrų, 3 litrų žvėrys. Šiais metais F-1 variklių darbinis tūris sumažėjo iki vos 1,6 litro – tiek pat turi šeimyniniai automobiliai, tokie kaip populiarusis hečbekas „Ford Focus“.
Norima aprūpinti automobilius mažu, „kelių automobilį atitinkančio“ dydžio varikliu ir energijos atgavimo technologijomis. Drauge su geresne aerodinamika, jos užtikrins, kad variklis bus ir pakankamai žalias ir užtikrins reginiui būtiną greitį. Jensonui Buttonui, buvusiam F-1 pasaulio čempionui su „Brawn GP“ komanda, dabar važiuojančiam už „McLaren“, tai padarė įspūdį.
„Variklio galia – maloni. Trauka – labai didelė“, – sakė jis „New Scientist“, kalbėdamas apie naujojo automobilio greitėjimą.
Kam tokie pokyčiai? Didieji automobilių gamintojai, tokie, kaip „Ford“, „Honda“, „Toyota“ ir BMW pastaraisiais metais pasitraukė iš F-1 rungtynių, o „Volkswagen“ priklausantis „Audi“ gamintojas atsisakė prisijungti, motyvuodamas tuo, kad F-1 neprisideda prie įprastų automobilių tobulinimo.
F-1 valdymo organas, FIA ir trys sportinių variklių gamintojai – „Renault“, „Ferrari“ ir „Mercedes“ – išsiaiškino, kaip suderinti F-1 taisykles su didžiųjų gamintojų žalesniais siekiais. Jie tikisi taip pritraukti daugiau dėmesio F-1.
Naujųjų F1 bolidų patobulinimai
„Automobilių pramonė susitelkusi į kuro sąnaudas ir išmetamųjų dujų emisiją, todėl F-1 vadovybė pakeitė taisykles, kad jos derėtų su šiais siekiais“, – sako Andy'is Cowellas, „Mercedes AMG High Performance Powertrains“ Briksvorte kuriančios F1 variklius, vykdantysis direktorius. „Dabar fundamentalus iššūkis yra paversti kuo daugiau kuro cheminės energijos mechanine energija kaip įmanoma efektyviau“.
Naujosios FIA taisyklė griežtos: naujieji F-1 varikliai turi bent 30 procentų efektyviau naudoti kurą, nei praėjusio sezono varikliai. Jei taip nebus, kai kuriems F-1 multimilijonieriams vairuotojams gresia gėda nebaigti trasos, nes dabar kuro naudojimo efektyvumą reglamentuoja du mechanizmai: maksimalus 100 kg kuro sunaudojimas per valandą, ribojantis variklio galią, ir maksimalus leidžiamas vos 100 kg kuro sunaudojimas lenktynėse, kai tuo tarpu pernai šis rodiklis buvo 150 kg.
Tai reiškia, jog komandos turi pabaigti 305 km lenktynes vos su dviem trečdaliais praeito sezono kuro. Kad žiūrovai nenuobodžiautų, jie turi tai atlikti tuo pačiu greičiu.
Tam, kad tai būtų įmanoma, 1,6 litro darbo tūrio variklis turi atlikti keletą triukų, kad atgautų energiją, kuri paprastai nueitų vėjais. Norėdamas suteikti užuominą, koks bus sudėtingas naujasis variklis, „Mercedes“ savo svetainėje rašo: „Variklio nebėra. Tegyvuoja galios įtaisas“.
2014-ųjų metų galios įtaiso širdis – naujai sumažintas variklis, kurio maksimalios apsukos sumažintos nuo 18000 aps./min. iki efektyvesnių 15000 aps./min. Tada pajungiamas energijos atgavimo priemonių arsenalas.
Nuo 2009-ųjų metų F-1 automobiliai naudojo regeneratyvinę stabdžių sistemą, panašią į naudojamą hibridiniuose automobiliuose, 25 kg ličio jonų baterijos įkrovimui. Vieną kartą viename rate baterija gali sukti motorą, suteikdama 7 sekundžių kinetinės energijos impulsą automobiliui.
Šią kinetinės energijos atgavimo sistemą (Kinetic Energy Recovery System – KERS) sudaro kombinuotas motoras ir generatorius, bet dabar jis patobulintas ir vadinamas motoro generatoriaus kinetiniu vienetu (MGU-K). Veikdamas generatoriaus režimu, MGU-K gali sukaupti penkis kartus daugiau stabdymo energijos, nei KERS, 2 megadžaulius per vieną ratą. Veikdamas kaip motoras, jis gali panaudoti 4 megadžaulius energijos iš baterijos ir suteikti ją varikliui, o tai reiškia papildomą 161 AG (120 kW) per 30 sekundžių.
Kitas energijos atgavimo būdas yra naujoviškas turbokompresorius, panašus į jau naudotą F-1, bet šiais metais turintis papildomą triušį rankovėje. Standartiniame turbokompresoriuje turbina „sėdi“ karštų išmetamųjų dujų sraute ir suka oro padavimo kompresorių. Taip išauga variklio galia, nes į cilindrus paduodamas suspaustas oras.
Naujajame turbokompresoriuje nešvaistoma niekas. Kai išmetamųjų dujų slėgis įsuka oro padavimo kompresorių iki 100000 aps./min., visa papildoma turbokompresoriaus turbinos energija panaudojama sukti įtaisą, vadinamą motoro generatoriaus karščio vienetu arba kitaip MGU-H. Jis gali įkrauti automobilio bateriją arba perduoti energiją į MGU-K, taip suteikdamas vairuotojui papildomos galios. Tai reiškia, kad naudojama mažiau kuro didesnei galiai.
Visa tai, bent jau bandomuosiuose važiavimuose Ispanijoje ir Bahreine, atrodo, suteikia būtiną efektyvumo prieaugį.
„Lyginant su praėjusių metų V8 varikliais, gauname daugiau, nei 30 procentų daugiau galios iš kiekvieno sunaudoto kuro vieneto“, – sako A.Cowellas.
Šie pokyčiai turėtų palengvinti ir vairuotojų gyvenimą, kadangi jiems nebereikės galvoti apie kinetinės ir šiluminės energijos sistemų – kartu vadinamų energijos atgavimo sistemomis (Energy Recovery System – ERS) – aktyvavimą, kaip reikėjo su KERS praėjusiais metais.
Išmani elektronika užtikrina, kad visa ši energija prieinama akseleratoriaus pedalu: jei yra energijos iš variklio ar baterijų, jie gali ja naudotis. Panašiai ir stabdymo energijos kaupimas dabar taip pat automatinis.
Identiškus elektroninės kontrolės vienetus F-1 automobiliams pagal FIA taisykles dabar gamina „McLaren Applied Technologies“ (MAT) Vokinge. Kompanija, griežtai atskirta nuo „McLaren“ F-1 lenktynių komandos, siekiant sąžiningumo. Kontrolės prietaisai diriguoja viskam – nuo greičio pedalo nuspaudimo iki pavarų perjungimo. Jų programinė įranga buvo visiškai perrašyta naujoms energiją atgaunančioms turbinoms, sako MAT viceprezidentas Peteris Van Manenas.
„Iš aktualumo įprastiems automobiliams pusės, visa energijos atgavimo iš išmetamųjų dujų koncepcija labai jaudinanti, nes pusė įprastinio automobilio energijos prarandama karščio pavidalu per išmetamąjį vamzdį. Gebėjimas dalį jos atgauti, gali turėti didelę reikšmę anglies dvideginio emisijai ir kuro ekonomijai“, – sako P.Van Manenas.
Tikrasis išbandymas bus sudėtingų turbininių variklių su visais elektriniais priedais patikimumas ir fanų reakcija į variklio garsą. Kai kurie užkietėję fanai gali nusivilti.
„Tai vienareikšmiškai tyliau ir melodingiau“, – sako vienas F-1 komandos narys, stebėjęs bandymus Jereze, Ispanijoje.
„Išvažiuodamas iš posūkio turi tiek traukos, kad užima kvapą. Manau, tai yra teigiamas dalykas, kad turime ERS tokių plyšių užpildymui. Sakyčiau, kad šioje ankstyvoje stadijoje tai yra labai tinkamas vairavimui variklis“, – sako F-1 pilotas J.Buttonas.
