Bolid z silnikiem rodzinnego auta

Tego jeszcze nie było. Wyścigi F1 dotąd kojarzyły się z prędkością, rykiem silników (kto był i słyszał, ten wie, że bez zatyczek w uszach wytrzymać się nie da) i hektolitrami paliwa. Nowe regulacje sprawiły, że na torach F1 ścigają się de facto... samochody hybrydowe.

Złośliwi internauci po Grand Prix Australii pisali, że oto ścigały się kosiarki do trawy z silnikiem od motoroweru. Inni mówili o wyścigowych priusach (hybrydowych toyotach bez temperamentu). Jeszcze inni narzekali na „brzydkie" nadwozia bolidów, których przód przypomina „mordę mrówkojada". Christian Horner z Red Bulla przed startem wieszczył, że ekologiczne – oczywiście mowa o ekologii na miarę F1 – przepisy sprawią, iż połowa stawki nie dojedzie do mety, bo zabraknie im paliwa.

Nic takiego się nie stało ?– choć oczywiście problemy z paliwem były. Pierwszą ofiarą nowych przepisów padł Daniel Ricciardo z teamu Red Bull. Jego maszyna przekroczyła limit maksymalnego przepływu paliwa na godzinę. Zajął drugie miejsce w wyścigu, ale później został zdyskwalifikowany.

Downsizing na torze

Zmiany w przepisach podyktowane są chęcią zbliżenia pojazdów Formuły 1 do samochodów, jakich używają „zwykli" kierowcy. To efekt niechęci największych koncernów motoryzacyjnych do inwestowania w kosmiczne technologie superszybkich bolidów. Te technologie ze względu na cenę i nieliczenie się z kosztami eksploatacji były nieprzydatne w zwykłych autach. Ford, Toyota, Honda i BMW powiedziały „nie". Udziału w tym wyścigu inżynierów odmówiło też Audi.

To dlatego organizator cyklu F1 Międzynarodowa Federacja Samochodowa (FIA – Fédération Internationale de l'Automobile) zdecydowała o powrocie na Ziemię. Bolidy F1 mają służyć testowaniu i promowaniu technologii, które trafią do zwykłych aut.

Największy ciężar odpowiedzialności spadł na producentów silników. Renault, Ferrari i Mercedes musiały opracować nowe jednostki napędowe zużywające jedną trzecią mniej paliwa, a moc, przyspieszenie i prędkość muszą być zbliżone do ubiegłorocznych. FIA wie, że wolno jeżdżące F1 nikomu się nie spodoba.

W ten sposób do F1 trafiła radykalna idea downsizingu. Dziś można kupić limuzynę średniej klasy napędzaną turbodoładowanym silnikiem 1,4 czy nawet 1,2 l, generującą moc porównywalną z silnikami wolno ssącymi 1,8 czy 2,0 l. Skoro tak, to dlaczego nie włożyć do bolidu F1 silnika jak w kompaktowym kombi?

W tym sezonie za plecami kierowca miał jednostkę V6 o pojemności 1,6 l. W ubiegłym sezonie były to silniki V8 o pojemności 2,4 l. A jeszcze wcześniej dziesięciocylindrowe trzylitrowe potwory.

Sezon 2014 to również wielki powrót turbo do F1. Stosowanie doładowania w silnikach zostało zabronione w 1988 roku. Od sezonu 1989 można było korzystać z 8- i 12-cylindrowych silników o pojemności 3500 cm sześc., a od 1995 r. – zaledwie trzylitrowych. Wszystko w imię spowolnienia samochodów i zwiększenia bezpieczeństwa. Kolejne ograniczenie pojemności (do wspomnianych 2,4 l) weszło w życie w 2006 r.

100 kg paliwa zgodnie z nowymi przepisami mogą teraz zabierać bolidy, ruszając ze startu do wyścigu Formuły 1

Jazda o kropelce

– Cały przemysł samochodowy koncentruje się na zużyciu paliwa i emisji dwutlenku węgla. Nowe przepisy F1 również są do tego przystosowane – tłumaczy magazynowi „New Scientist" Andy Cowell, szef Mercedes AMG High Performance Powertrains, gdzie opracowywane są silniki F1. ?– Najważniejszym wyzwaniem jest jak najlepsza zamiana energii chemicznej w energię mechaniczną.

FIA ma sposób, aby tę oszczędność wyegzekwować. Po pierwsze, samochody mogą zabierać 100 kg paliwa, ok. 130 l. Wcześniej kierowcy startowali z zapasem 140–150 kg. Po drugie, maksymalny przepływ paliwa nie może przekraczać 100 kg na godzinę – to właśnie na tym przepisie poległ Ricciardo.

Wprowadzono ograniczenie maksymalnych obrotów silnika. Zamiast 18 tys. obrotów na minutę 1,6 turbo może „się kręcić" do 15 tys. Wszystko w imię ekologii.

Wyścigowa hybryda

Jak to jednak możliwe, że silnik o pojemności jak z auta kompaktowego osiąga moc ponad 600 koni mechanicznych – cztery razy więcej niż jego zwykły drogowy kuzyn? Część odpowiedzi kryje się w wysileniu tych jednostek napędowych. Kierowcy mogą korzystać z pięciu jednostek w sezonie (w ubiegłym roku mieli do dyspozycji osiem silników), a każdy musi przejechać 4 tys. km.  To i tak większy przebieg niż w ubiegłych latach, ale nijak się ma do przebiegów zwykłych aut drogowych. Za moc w tym przypadku płaci się trwałością.

Druga część odpowiedzi to system odzyskiwania i zarządzania energią. Może on dostarczyć dodatkowych 160 koni mechanicznych na okrążenie w czasie do 30 sekund. Przy okazji likwiduje też tzw. turbodziurę – moment, kiedy sprężarka dopiero się rozkręca i nie dostarcza pełnej mocy.

Systemy odzyskiwania i magazynowania energii były już znane w F1. Od 2009 r. samochody mogły dysponować systemem KERS (Kinetic Energy Recovery System) zbierającym energię z kół podczas hamowania. Była ona magazynowana w 25-kg akumulatorze litrowym i na życzenie kierowcy oddawana. KERS dawał dodatkowo ok. 80 koni mechanicznych przez niecałe 7 sekund.

W porównaniu z tym nowy system odzyskiwania energii ERS to potęga. Oferuje dwukrotnie wyższą moc i to przez 30 sekund. Układ jest automatyczny (KERS kierowca musiał uaktywnić przyciskiem) – wystarczy wciśnięcie pedału gazu, aby zmagazynowana energia dodała silnikowi animuszu. O automatykę dba elektroniczny moduł skonstruowany przez McLaren Applied Technologies na zlecenie FIA. Steruje działaniem silnika i ERS, a nawet przełożeniami biegów ośmiostopniowej skrzyni. Elektronika i oprogramowanie jest takie samo we wszystkich samochodach F1.

Nowy hybrydowy system ma dwa podstawowe moduły. Jeden MGU-K (Motor Generator Unit Kinetic) odzyskuje energię z tylnej osi pojazdu podczas hamowania. Drugi ?– MGU-H (Motor Generator Unit Heat) zamienia energię elektryczną w energię cieplną turbiny. „Zapas" trafia do akumulatora i w razie potrzeby przekazywany jest na koła. Pozwoliło to zachować moc, a jednocześnie zredukować apetyt na paliwo, mimo podwyższenia minimalnej masy samochodów do 690 kg.

Moc ta sama, ale inna

– Moc takich silników jest całkiem, całkiem. Mają wysoki moment obrotowy – mówi Jenson Button, mistrz świata F1, obecnie startujący w barwach zespołu McLaren. – Wychodzenie z łuków przy takim momencie obrotowym jest ekscytujące. To dobrze, że mamy teraz ERS, który pomaga wypełnić lukę w mocy samochodów.  To całkiem fajne silniki.

Ale zachwytu Buttona (McLaren jeździ z silnikami Mercedesa uważanymi za dopracowane) nie podziela Christian Horner z Red Bull Racing. – Ekonomiczna jazda stanie się ważnym czynnikiem. Istotna będzie strategia jazdy, nie wciskanie gazu do dechy cały czas, oszczędzanie paliwa tam, gdzie tylko to możliwe i oczywiście  oszczędny silnik – mówi Horner. – Schodzimy z V8 do V6 z bardzo dużym turbo. Silnik wygląda, brzmi i jeździ po prostu inaczej niż w poprzednim sezonie. Mamy mniej więcej podobną moc co w zeszłym roku, tyle że uwalnianą w zupełnie inny sposób. Kierowcy muszą być w tym roku sprytni i oszczędzać paliwo.

Z nosem mrówkojada

– Jeżeli chodzi o znaczenie dla eksploatacji zwykłych aut, odzyskiwanie energii z wydechu jest interesujące. Połowa energii we współczesnych autach jest tracona jako ciepło – podkreśla w rozmowie z „New Scientistem" Peter van Manen z McLaren Applied Technologies.

Modyfikacje układu napędowego to nie koniec rewolucji. Najbardziej widoczną zmianą jest obniżenie nosa maszyny. Może znajdować się na wysokości 185 mm. Efektem tego zabiegu jest „nos mrówkojada". Ma to wpłynąć na bezpieczeństwo, płaski nos nie zagraża kierowcy drugiego pojazdu przy uderzeniach z boku. Zmniejszy ryzyko katapultowania bolidu, gdy uderzy w tylne koła samochodu przed nim.