Renault o nových pohonných jednotkách

Renault prostřednictvím zástupce ředitele Renault Sport F1 Roba Whita zveřejnil několik dalších podrobností o připravovaných motorech. Tady je shrnutí s komentářem (vyznačen šedě):

1. Pro vybrané stacionární součásti byly opět povoleny hořčíkové slitiny (momentálně zakázány), aby se snížila celková hmotnost pohonné jednotky (pravidly dáno min. 155 kg). Pro blok a hlavu je ale předpokládána volba hliníkových slitin.

Aktuálně je minimální hmotnost 95 kg, ale jen pro spalovací motor. Pohonnou jednotku ve smyslu nových pravidel by dnes tvořil motor a KERS – dohromady cca 120 kg. I za předpokladu, že nová pohonná jednotka bude mít stejný výkon jako ta dosavadní (ve skutečnosti spíš nižší, navíc maximum klesne po vybití baterií) se tedy poměr výkonu a hmotnosti podstatně zhorší. A to by se staršímu motoru dalo navíc přičíst k dobru, že hořčíkové slitiny povolené nemá a na minimální hmotnost se dovažuje.

Tento posun je dán především použitím baterií a je otázka, jestli vůbec bude někdo mít maximální povolenou kapacitu 4 MJ. Pokud mají ty dnešní kapacitu okolo 600 kJ (kapacita přesahuje limit 400 kJ na kolo kvůli dvojitému použití v kvalifikaci) a hmotnost odhadneme třeba na 14 kg (25 kg na systém – 7 kg elektromotor – 4 kg řídicí jednotka a vedení), měly by odpovídající baterie s kapacitou 4 MJ hmotnost kolem 90 kg.

2. Pravidla sice dovolují, aby motory točily až 15 000 ot/min, ale ve skutečnosti se kvůli předepsanému průběhu průtoku paliva bude maximum pohybovat okolo 12 000 ot/min za účelem snížení třecích ztrát.

závislost průtoku paliva na otáčkách daná pravidly

Průtok paliva si lze představit jako množství energie, která putuje do motoru. Protože nad 10 500 ot/min už povolený průtok zůstává konstantní, ale ztráty s otáčkami rostou, teoreticky dostupný výkon za touto hranicí klesá. Při nastavení omezovače právě na 10 500 ot/min by sice mohl být maximální výkon ještě vyšší, ale při řazení by docházelo k jeho většímu poklesu. Zmíněných 12 000 bude pravděpodobně kompromisem mezi těmito faktory.

3. Přímé vstřikování sice přinese určitou podobnost s aktuálním trendem v automobilovém průmyslu, ale motory F1 se narozdíl od těch sériových asi 70 % času provozují při plném zatížení. Oproti sériovým motorům se nebude palivo používat v takové míře jako chladicí médium.

Jednou z hlavních, nebo dokonce hlavní výhodou přímého vstřikování je možnost vrstvení směsi ve válci, kdy se při částečných zatíženích vytváří bohatější směs u svíčky a s rostoucí vzdáleností tato bohatost klesá – díky tomu se ve výsledku spaluje poměrně chudá směs a snižuje se tak spotřeba paliva. Průvodním jevem je ovšem také snížení výkonu, takže v F1, kde je cílem dosáhnout co nejvyššího výkonu a zatížení je převážně maximální, přímé vstřikování zřejmě nebude mít takový význam.

4. Osa turbodmychadla se nemůže přiliš odchýlit od osy klikové hřídele, takže možné varianty jeho umístění jsou jen dvě: před a za motorem. Výfuky ale musí být vzadu, takže je nepravděpodobné, že by někdo dával turbo před motor.

Znázornění předpokládaného rozložení komponent je na obrázku – jde ale jen o ilustraci, nikoli o reálnou podobu motoru. Jak je vidět, sání nahoře přivádí vzduch do kompresoru torbodmychadla za motorem, z nějž je dále veden do mezichladiče před motorem a teprve poté do airboxu. Umístění mezichladiče bude ale ve skutečnosti asi trochu jiné, takto blízko před motorem by měl velký odpor vzduchu.

5. Plnicí tlaky se budou pohybovat okolo 2 až 3 barů, teplota nasáváného vzduchu na výstupu z kompresoru tím vystoupí na cca 140 až 150 °C. Pro zvýšení tepelné účinnosti a zabránění samovznícení paliva ve válcích bude proto použit mezichladič stlačeného vzduchu – to také znamená, že na karoserii se objeví další vstupní otvor pro přívod vzduchu k mezichladiči a zatímco motoráři ho budou chtít co nejvíce zvětšit, aerodynamici budou mít přesně opačnou potřebu.

Pro srovnání: plnicí tlaky v 80. letech dosahovaly před omezením i přes 5 barů pro kvalifikaci a přes 3 bary v závodech. Postupně byly omezovány na 4 bary v roce 1987 (např. Honda RA167E: max. výkon 1010 koní) a 2,5 baru v roce 1988 (Honda RA168E: max. výkon 685 koní).

RA168E se bude hodit jako reference i později, až budeme o nových motorech vědět víc. Šlo totiž o 1,5l šestiválec do V, s už uvedeným plnicím tlakem 2,5 baru. V „šetřícím“ režimu měl výkon maximální hodnotu 620 koní ve 12 500 ot/min, přičemž okamžitá spotřeba činila cca 130 kg/h. Tedy o 30 kg/h více, než u nových motorů – pro ně zatím neznáme výkonové parametry, ale pokud má výkon složený s novým KERS dosahovat dnešní úrovně, měl by spalovací motor mít až 600 koní.

Co se týká mezichladiče, je logika jasná: větší ochlazení stlačeného vzduchu -> vyšší výkon, ale i potřeba přivádět více vzduchu zvnějšku, tedy vyšší aerodynamický odpor.

6. Turboefekt (prodleva mezi otevřením škrticí klapky a nárůstem výkonu způsobená setrvačností turba) bude možné potlačit hned několika způsoby: automatickou krátkodobou dodávkou výkonu z elektromotoru pro kinetickou energii (dnešní KERS) nebo rychlejším roztočením turba pomocí elektromotoru pro tepelnou energii (přídavný elektromotor napojený na turbínu ve výfukovém potrubí, který může také ukládat energii do baterií, nebo ji naopak brát a roztáčet tak turbodmychadlo).

Tyto možnosti budou na nových pohonech jednou z nejzajímavějších věcí. Možná se hodí říct, že popsané strategie moc neodpovídají pravidlům pro rok 2014 zveřejněným v minulém roce, takže se dá usoudit, že v nich mezitím došlo ke změnám, o kterých nevíme.

7. U obou metod rekuperace energie (kinetické a tepelné) bude potřeba průběžně měnit směřování energie – nejefektivnější z hlediska ztrát je její okamžité využití, ale pro nejlepší čas na kolo může být někdy lepší část energie ztratit nabíjením a vybíjením baterií a využít ji ve strategicky vhodnější moment.

8. V kvalifikaci bude možné využít všechny zdroje (palivo i baterie) naplno, ale v závodě bude zapotřebí je omezit, protože maximální povolené množství paliva na závod by nemuselo stačit na dojetí do cíle a z baterií jde během jednoho kola vzít více energie, než do nich dodat.

Rozdíl mezi kvalifikační a závodní rychlostí by tím měl ještě více narůst. Snižovat ho bude aspoň menší hmotnost paliva, se kterou auta budou startovat.

Racecar Engineering