Подольем масла в огонь? Зачем команды сжигают масло в моторе?

Технический эксперт GPUpdate.net Крэг Скарборо наиболее доступным и понятным для простого обывателя языком рассказал о ситуации со сжиганием масла в цилиндрах силовой установки и предположил, как будут развиваться события в дальнейшем...

В последнее время в кулуарах Больших Призов все чаще говорят о ситуации со сжиганием масла в двигателях современных машин Ф1, и недавнее ограничение от FIA лишний раз обозначило наличие этой проблемы. Зачем же команды сжигают масло вместе с топливом, что им это дает? Попробуем разобраться…

В этом году, наверное, главная битва в чемпионате происходит между мотористами Mercedes и Ferrari. В прошедшие два сезона в отношении мощности силовых установок наблюдалось относительное равенство с небольшим перевесом в пользу "Серебряных стрел", особенно в квалификационном режиме.

И одним из важных факторов в плане развиваемой мотором мощности является, как недавно буквально все узнали, дополнительное сжигание масла в цилиндрах двигателя вместе с топливно-воздушной смесью. Минувшей зимой Международная автомобильная федерация (FIA) вмешалась в эту проблему, тем самым признав ее наличие, и ввела определенные ограничения. Но разговоры на этом не закончились, а лишь разгорелись, как масло в моторе, с новой силой.

Для начала важно понять, что любой двигатель внутреннего сгорания сжигает определенное количество масла, и в особенности это касается гоночных агрегатов. Масло необходимо для смазки внутренних полостей цилиндров, а возникающий в процессе работы двигателя масляный пар выводится через картер наружу. Так что на протяжении долгих десятилетий масло сжигалось в моторах и удалялось в виде паров через выхлоп.

При этом стоит отметить, что сжигание лишнего масла всегда считалось проблемой, и производители во все времена делали все возможное, чтобы снизить этот эффект, поскольку это негативно сказывается на производительности установки и приводит к нежелательному голубому оттенку выхлопных газов. Так что преднамеренное добавление масла в камеру сгорания никогда не использовалось для повышения выходной мощности двигателя.

Современные турбированные моторы Ф1 из-за строгих ограничений по расходу топлива и его составу испытывают серьезные проблемы с выходом на оптимальный КПД сгорания, поскольку присадки, которые могли бы обеспечить мощный и надежный рабочий ход поршня, запрещены регламентом.

Попытки увеличить давление на поршень приводят к характерному стуку в двигателе, говорящему о спонтанном воспламенении топливно-воздушной смеси в цилиндре, в результате чего теряется выходная мощность и страдает надежность установки. Дополнительные топливные присадки могли бы снизить этот эффект, что положительно сказалось бы на производительности мотора.

Судя по всему, в Mercedes довольно давно поняли, что привлечение порции масла к процессу сгорания может позволить обойти ограничение на использование эффективных топливных присадок. Поскольку регламент на масло никак не связан с регламентом на топливо, в составе масла буквой правил не возбраняется наличие добавок, повышающих эффективность сгорания.

Регламент запрещает преднамеренное использование масла в процессе работы цилиндров, но всегда есть обходные пути…

К счастью для Mercedes, техническими правилами не запрещено наличие в архитектуре блока цилиндров изменяемых отверстий для впрыска масла. Непосредственно внутри блока цилиндров масло используется для смазки приводного вала, кроме того, распыление масла участвует и в охлаждении нижней части поршней. В результате высокого давления образуется масляный пар, тогда как команды предпочитают намеренно создавать частичный вакуум в полости блока цилиндров, чтобы снизить потери мощности из-за необходимости гонять туда-сюда воздух. Образованная таким образом воздушно-масляная смесь изгоняется из картера, при этом правилами предписано прогонять ее через воздушный фильтр двигателя во избежание риска оседания на трассе масляных паров.

Более того, трубопровод, ведущий из блока цилиндров в воздушный фильтр, может быть оборудован электромагнитным клапаном для контроля давления внутри блока. Это позволяет инженерам разработать такой режим работы двигателя, при котором клапан будет открываться и таким образом пропускать масляную смесь, а с ней и необходимые топливные присадки для повышения эффективности рабочего хода поршня. Воздушная составляющая в этой смеси служит для снижения характерного стука в двигателе.

Специальный режим мотора может использоваться по желанию гонщика – в квалификации и/или в наиболее важные с точки зрения тактики моменты гонки. Очевидно, что такая картография не может быть задействована постоянно из-за чрезмерного потребления масла и повышенных нагрузок на двигатель.

Есть предположение, что в Mercedes использовали эту лазейку в правилах с самого момента внедрения 6-цилиндровых турбированных гибридных установок в 2014-м, тогда как в Ferrari сильно запоздали с пониманием всей важности сжигания масла. Этим объясняется постоянное отставание гонщиков Скудерии от "Серебряных стрел" в заключительных сегментах квалификаций, когда в Mercedes включали дополнительную мощность, обеспечивающую порядка двух-трех десятых секунды с круга и 20-30 лошадиных сил.

Изначальный лимит на потребление масла в объеме 5 литров на гонку не был эффективным, поскольку оптимальным является использование данного режима короткими отрезками в квалификации и гонке. Впоследствии требование было изменено до 1,2 литров масла на 100 км.

Надо понимать, что в Ferrari не смогли реализовать на практике идею Mercedes малой кровью, в результате чего им пришлось устанавливать дополнительный резервуар с маслом, обладающим иным составом. Именно это масло использовалось в камере сгорания двигателя на SF70H для повышения эффективности рабочего хода. И именно этот резервуар и его содержимое привлекли особое внимание технических делегатов FIA, которые в итоге наложили запрет на использование концепции с применением двух разных масел. Это решение стоило Ferrari определенных тактических преимуществ.

После разъяснения своей позиции по поводу дополнительного резервуара гоночный директор FIA Чарли Уайтинг выпустил директиву, в которой было предусмотрено постепенное снижение лимита потребления масла в окончании нынешнего сезона и в следующем году.

Ограничение на 1,2 литра масла на 100 км осталось в силе, при этом в новых спецификациях двигателей, которые будут омологированы после этапа в Монце, потребление должно было быть снижено уже до 0,9 литров, а в следующем году лимит составит 0,6 литра.

Изначально предполагалось, что новые правила просто ограничат сжигание масла начиная с определенной даты, НО... ключевой формулировкой в этом документе стала "спецификация двигателя". Таким образом, если мотор был выпущен до этапа в Монце, он может использовать прежние 1,2 литра масла на 100 км, тогда как в новых агрегатах ограничение было снижено на 300 миллилитров.

И в Mercedes вновь всех перехитрили, умудрившись представить новую спецификацию силовой установки на этапе в Спа, чего не ожидали ни пресса, ни их соперники. Таким образом Mercedes удалось "подрезать" Ferrari на повороте. При этом в команде утверждают, что новая спецификация может использовать и 0,9 литра масла, но, разумеется, от дополнительных 300 миллилитров никто по собственной воле не откажется.

Скудерия не успела представить новую спецификацию силового агрегата до домашнего Гран При Италии, а это означает, что новый мотор сойдет со стенда уже с учетом введенного ограничения. Как считается, другие производители двигателей – Renault и Honda – в гораздо меньшей степени зависят от новых ограничений, так что главным образом изменения в регламенте должны сказаться в окончании нынешнего сезона именно на Ferrari.

Что касается Mercedes, то в Спа они представили последнюю четвертую спецификацию мотора на сезон, а значит, в оставшихся восьми гонках они вынуждены будут обходиться без обновлений, если не хотят получить штраф за использование пятой силовой установки. С другой стороны, у них в запасе есть достаточно агрегатов, построенных с учетом предыдущего ограничения на сжигание масла, так что они могут спокойно ставить на свои машины моторы, использованные ранее. Если же им придется представить новую спецификацию двигателя по ходу этого сезона, она должна будет отвечать новым требованиям по расходу масла. Но вероятность этого не слишком велика.

Ferrari, в свою очередь, пока не выпустила четвертую спецификацию своей силовой установки. Изначально ожидалось, что это произойдет в Монце, но в команде решили продолжить использовать прежнюю модель.

Новая спецификация должна будет отвечать свежим ограничениям по расходу масла, однако ходят разговоры о том, что этот недостаток может быть нивелирован за счет серьезных улучшений конструкции двигателя внутреннего сгорания. Поговаривают, что в новой спецификации, наконец, будет представлен модернизированный поршень, произведенный при помощи 3D-принтера, но более важно, что он должен быть изготовлен из стали, а не из алюминия. Однако слухи о новом поршне в Ferrari ходят с самых предсезонных тестов, так что не факт, что они воплотятся в реальность в этот раз. Если это свершится, это будет уникальное событие в истории Формулы 1.

Что ж, мы все ждем… Первое сражение Ferrari проиграла, но будет ли проиграна война?..

Перевел и адаптировал материал: Александр Гинько