Как это работает: Гибридная силовая установка

На страницах британского F1 Racing руководитель технического департамента Williams Пэт Симондс рассказал о гибридных силовых установках, которые используются в Формуле 1 с 2014 года…

Пэт Симондс: «В 2006-м году было решено повысить эффективность 2,4-литровых моторов V8 в Формуле 1, добавив систему, позволяющую запасать энергию на торможениях и использовать на разгонах. У команд была свобода в выборе технологий, но все предпочли вариант с генератором и электромотором – система получила название KERS и позволяла улучшить время прохождения круга примерно на три десятых.

KERS уже использовалась в гонках, а FIA вместе с командами обсуждала следующее поколение двигателей. Был выбран путь использования более мощного электромотора с одновременным уменьшением объема двигателя внутреннего сгорания с установкой турбины и сокращением расхода топлива. Поскольку электрический двигатель был самостоятельной частью, было решено назвать новую систему «Силовой установкой» – такое название точнее отражало тот факт, что мощность зависит не только от двигателя внутреннего сгорания.

Гибридные силовые установки Формулы 1 отличаются от тех, что используются в серийных машинах, но те технологии, которые сейчас обкатываются в чемпионате, в будущем мы увидим и на дорогах. Главное отличие между обычной машиной и Формулой 1 в том, что в силовой установке Формулы 1 используется дополнительная система MGU-H, аккумулирующая тепловую энергию выхлопных газов, используемых в турбине. У этого решения двойное преимущество: устраняется эффект «турбо-ямы», а выхлопные газы генерируют электрическую энергию, которую можно использовать.

Решение перейти на гибридные силовые установки было связано с тем, что Формула 1 должна отвечать вызовам современного мира. Крупные автопроизводители сосредоточены на снижении расхода топлива и выбросов CO2. Новые силовые установки оказались сложными и дорогими, но было бы неправильно игнорировать запросы общества, иначе спонсоры и зрители могли отвернуться, что негативно сказалось бы на бизнесе Формулы 1.

Более сложная конструкция силовых установок не могла не отразиться на их стоимости. Производство двигателей стало дороже с 220 тысяч фунтов до примерно 550 тысяч, с другой стороны, сейчас регламент разрешает использовать в два раза меньше силовых установок за сезон.

Двигатель Формулы 1 не работает на максимальной мощности на протяжении всей дистанции гонки – приходится экономить топливо, искать наиболее эффективный способ проехать дистанцию. Мы заранее определяем, в какие моменты гонки должны экономить, что позволяет на некоторых трассах заливать в бак меньше топлива. Кроме этого инженеры следят за различными параметрами силовой установки, контролируя ее надежность, давая рекомендации пилоту по изменению настроек.

Есть несколько ограничений по использованию топлива – расход не более 100 литров в час и не более 100 кг на всю дистанцию гонки. Если бы не было ограничения на мгновенный расход, двигатель выдавал бы большую мощность, но мы бы не уложились в лимит 100 кг на гонку. Есть несколько способов сэкономить топливо, но каждый из них влияет на время прохождения круга. Самый эффективный способ – за короткое время перед поворотом отпустить педаль газа, а затем уже начинать торможение.

Новые силовые установки стали тише, и у этого есть свое объяснение. Прежний двигатель V8 работал на очень высоких оборотах, что создавало громкий звук. Новые силовые установки работают не только на меньших оборотах, но и состоят из шести цилиндров вместо восьми. В новом поколении двигателя также используется турбина, работающая от выхлопных газов, которые теперь не напрямую выводятся в атмосферу, что тоже снижает уровень шума.

Гибридные силовые установки более эффективны, чем прошлое поколение двигателей. Они развивают такую же мощность, как и моторы в 2013-м, но при этом для преодоления дистанции гонки потребляют только две трети от ранее использовавшегося объема топлива. При этом имейте в виду, что гонщики по-прежнему жмут педаль газа в пол, а это не самый эффективный режим работы двигателя с точки зрения расхода топлива».