Symonds o nových motorech: Jak bude fugnovat špičkově efektivní V6 s ERS?

Mohl bys vysvětlit, co budou nové formule obnášet?Pat Symonds: Většina lidí ví, že přecházíme z 2,4litrových motorů s přirozeným sáním a drobnou jednotkou KERS na 1,6litrové přeplňované V6 s mnohem větším systémem pro rekuperaci energie (ERS).

ERS nezískává dodatečný výkon pouze tehdy, když vůz brzdí (díky ERS-K), ale výkon získává také z energie výfuků (díky ERS-H). Abychom pochopili, jaké to bude mít důsledky, musíme pamatovat na některé věci, jež jsme se naučili ve škole.

1. lekce - chemie: Jeden kilogram benzínu obsahuje 43 megajoulů chemické energie. Když smísíte tento benzín se správným množstvím vzduchu a zapálíte ho, uvolníte tuto energii ve formě tepla. Současné motory nejsou nikterak omezeny v tom, kolik paliva využívají. Při plné rychlosti a téměř plné rychlosti spotřebovávají obvykle kolem 45 gramů paliva za sekundu. Jeho spalováním získáváte 1 970 kilojoulů energie za sekundu.

2. lekce - fyzika: Výkon udává spotřebovanou energii za určitý čas. Jeden joule (J) energie uvolněný za sekundu se nazývá watt (W), 1 000 joulů představuje kilowatt (kW). Naše současné motory spotřebovávající 45 gramů paliva za sekundu by měly dosahovat výkonu přes 1 900 kW, což je přes 2 500 koní!

3. lekce - realita: Letošní motory samozřejmě nedosahují takového výkonu, vytvářejí kolem 750 koní nebo 550 kW. Zbytek jejich potenciální energie je promrhán, protože žádný stroj není 100% efektivní. Současné motory F1 dosahují ve skutečnosti efektivity kolem 28 % při plném plynu.

Nové turbomotory budou mít téměř dvakrát vyšší krouticí moment (foto: Renault Sport F1)

Co to vše znamená?PS: Nové motory jsou pravidly omezeny tak, aby mohly využívat průtoku paliva maximálně 100 kg za hodinu neboli kolem 28 gramů za sekundu. Pokud by náš nový motor dosahoval stejné efektivity jako současný V8, pak by z tohoto paliva dostával kolem 450 koní. I s kvalitnějšími systémy pro rekuperaci energie by byly stále méně výkonné.

Klíčem je proto páce na zlepšení efektivity jak základního motoru, tak energie získané z výfuku. Ve skutečnosti můžeme očekávat u nových motorů efektivitu kolem 35 % a proto být schopni dosahovat přibližně 550 koní před tím, než přidáme výkon elektromotoru a rekuperaci výfukového tepla.

Jak funguje systém pro rekuperaci energie?PS: Nový ERS bude velmi odlišný. V současnosti získáváme pouze kinetickou energii při brzdění a uvolňovat z ní můžeme 80 koní po dobu 6,7 sekundy na kolo. To odpovídá 400 kJ energie.

V roce 2014 budeme moci z baterií uvolnit desetinásobné množství energie (4 MJ) o dvojnásobně vyšším výkonu (120 kW), což poskytne dodatečný 160 koní po dobu 33 sekund na kolo. Tento výkon bude získáván a uvolňován prostřednictvím jednotky motorgenerátoru známé jako MGU-K, kde písmeno K znamená "kinetický."

Důležitější je nyní to, že systém pro rekuperaci energie je spojený s turbodmychadlem. Tam se nachází další jednotka motorgenerátoru (HGU-H, kde "H" představuje "heat" - teplo), je však připojena přímo na hřídel turbodmychadla.

Vytváří také elektrickou energii, nemusí ji však posílat do baterie, ale může ji poslat přímo do pohonného ústrojí. V takovém případě se jí netýkají žádná omezení průtoku energie. Dále tak zvyšuje efektivitu celého pohonného ústrojí.

Nároky na chlazení jsou mnohem vyšší, je potřeba zabudovat dvakrát větší chladicí plochu(foto: Renault Sport F1)

Budou tedy motory Formule 1 více souviset se silničními motory?PS: Zajisté. Dobrým měřítkem efektivity je to, kolik paliva motor za hodinu využije pro každý kilowatt výkonu. Dobré silniční motory nyní využívají kolem 245g/kW za hodinu, ale při plném plynu to ve vysokých otáčkách může být podstatně horší.

Současné motory Formuli 1 využívají kolem 280g/kW za hodinu, což je už lepší než u mnoha silničních aut, ale motory pro rok 2014 budou využívat méně než 240 g/kW za hodinu při maximálním výkonu, což z nich učiní skutečné lídry v oblasti efektivity motorů.

Techniky, které se využívají pro dosažení těchto působivých čísel, si v příštích letech určitě najdou svou cestu do silničních vozů, protože staví na objevujících se technologiích, spíše než na těch exotických.

Pravidla pro rok 2014 jsi popsal jako jednu z největších změn v historii Formule 1. Proč působí tolik bolestí hlavy?PS: Architektura motorů bude poněkud odlišná, bude tedy vyžadovat další přemýšlení, ale to bych samotné za bolehlav nepovažoval. Největším problémem je to, že nyní musíme zabudovat mnohem větších oblast chlazení.

Požadavky na motorový olej a chlazení vody jsou vlastně nižší než u současných motorů, budeme však potřebovat mnohem více chlazení pro KERS a navíc budeme muset chladit i stlačený vzduch z turbodmychadla před tím, než se dostane do motoru.

To je něco, co jsme nikdy u atmosférických motorů nemuseli dělat. Celkově uvažujeme o dvakrát větší oblasti pro různé výměníky tepla, než jich máme u současných aut. Navíc dojde k velkým změnám v pravidlech pro šasi a aerodynamiku. To znamená, že začínáme s čistým listem papíru.

Na vozech pro sezónu 2014 pracují i menší týmy již od počátku roku 2012 (foto: Renault Sport F1)

Kdy týmy budou muset začít pracovat na vozech pro rok 2014? A jak dlouho se už novými pravidly zabývají?PS: V Marussii jsme nová pravidla začali vážně studovat v březnu 2012. Je to malý tým, takže jsme v té době měli jen jednoho aerodynamika a jednoho designéra, kteří zkoumali důsledky. Tým pro aerodynamiku zahájil své CFD průzkumy v roce 2012, soustředili se při tom ale hlavně na výrobu vozu pro rok 2013.

Změny však znamenaly, že jsme byli donuceni ukončit vývoj letošního vozu relativně brzy a nyní - až na pár výjimek pracujících na řešení nevyhnutelných problémů, které vznikají na současném voze - se celý designový a aerodynamický tým soustředí na rok 2014.

Proč jde F1 tímto směrem? Snaží se tím povzbudit automobilky k návratu?PS: Potřebujeme, aby motory byly poplatnější těm silničním, aby to přitáhlo více automobilek a udrželo ty, které již máme. Je ale taky dobré, když je motosport proaktivní vůči vnímání životního prostředí, spíše než aby čekal a reagoval na vážnou kritiku sportu.

Potřebujeme nyní zajistit, aby se naše zpráva dostala širšímu publiku místo zahalení naší technologie do závoje tajemeství, jak je naší obvyklou praktikou.

 

Tip: Zajímává vás zvuk nových V6 turbomotorů? Poslechnout si jej můžete v simulaci Mercedesu zde.