что такое ers в формуле 1
Двигатель болида формулы один 2014
Наступление новой турбо эры в Формуле один
Системы рекуперации энергии (ERS) 2014
Системы рекуперации энергии (ERS) должны быть неотъемлемой частью всех болидов формулы один 2014 года. существенным отличием от систем KERS прошлых годов, является наличие двух систем сбора дополнительной энергии. Так как гоночные болиды ф1 опять стали турбированными, то теперь стало возможным собирать дополнительную энергию, не только высвободившуюся при торможении, но и высвободившуюся тепловую энергию выхлопа, которую можно собрать с крыльчатки турбокомпрессора. Стоит заметить, что правилами всячески поощряется сохранение и накопление тепловой энергии выхлопа, так как развитие данных технологий позволит значительно повысить экономичность, как болидов Ф1 так и гражданских автомобилей, на которых будут установлены подобные системы. Экономичность в формуле один теперь является ключевым фактором, так как на одну гонку в 2014 году выдается всего 100 кг гоночного топлива, в то время как в прошлом году, разрешенная масса топлива, составляла 150 кг.
Современный комплекс систем рекуперации энергий 2014 года ERS двигателя «renault energy f1» команды Рено
Двигатели болидов формулы один прошлых лет
1.6 литровый двигатель болида формулы один
Вся двигательная установка теперь состоит из:
Система рекуперации кинетической энергии MGU-K
Система рекуперации кинетической энергии торможения MGU-K. Представляет собой подобие ранее применяемой системы KERS, электромеханического типа. Электродвигатель-генератор является центральным местом в системе. Одной из его функций является накопление энергии в аккумуляторную батарею, при торможении болида F1. Другой и основной функцией, является включение в режим электродвигателя. Именно он выдает дополнительные 160 лошадиных сил, разрешенных правилами FIA на 2014 год. Добавку мощности в 160 лс можно использовать в течении 33.3 сек на каждом круге гонки, что составляет 4 мегаджоуля энергии и это в 10 раз выше, ранее применяемых систем KERS. 160 лс максимально возможная, разрешенная, дополнительная мощность, но возможны варианты использования меньшей мощности, но более длительное время. Например 80 лс в течении 66.6 секунд. Разрешены и другие комбинации начиная с 1 лошадиной силы, главное не переступить барьер в 4 МДж. Система MGU-K связана с трансмиссией, аккумулятором и электронным блоком управления, который регулирует все потоки энергий, в том числе и энергию поступающую от системы MGU-H. По правилам, ограничивающим свободы конструкторов болидов ф1, мотор-генератор MGU-K не может иметь обороты больше чем 50.000 об/мин
Система MGU-H двигателя формулы один
В системе MGU-H, как и в MGU-K применяется мотор-генератор, способный, как выдавать электроэнергию, так и превращать ее в механическую работу. Основная функция системы, преобразовывать остаточную тепловую энергию турбины в электрическую энергию подзаряжающую аккумулятор. Турбонаддув использует далеко не всю тепловую энергию, для создания наддува ДВС. Находясь на одном валу с турбиной, вал генератора системы MGU-H может раскручиваться до разрешенных 125.000 об/мин, при этом, количество запасаемой им энергии не регламентировано и некоторые устройства успешно вырабатывают до 90 kBt. Что интересно, эта полезная энергия, просто вылетела бы в трубу, не будь столь полезной системы MGU-H
Функция электродвигателя, используется для раскручивания турбины до рабочих оборотов, чтоб уменьшить эффект турбо лаг на переходных режимах. MGU-H позволяет значительно увеличить КПД двигателя, что положительно сказывается на топливной экономичности. Без экономной силовой установки далеко не уедешь, так как в 2014 году, на одну гонку выдается всего 100 кг топлива. Помимо вышеперечисленных функций, применение MGU-H может распространяться для питания энергоемких систем двигателя, таких как маслонасос, бензонасос, помпа охлаждения двигателя итд. Команды по своему усмотрению, могут использовать данную возможность, заменив узлы на электрические и запитав их с помощью MGU-H, можно высвободить несколько дополнительных лошадей с ДВС.
Примечание: Стоит заметить что мотор-генераторы, при столь высокой мощности, имеют весьма компактные размеры. Все дело в том, что они работают на очень высоких оборотах вращения.
Чем выше обороты вала двигателя, тем с меньшим крутящим моментом достигается одна и та-же мощность. Страшно представить, какой массой и размерами обладает з-х фазный электродвигатель мощностью 120 кВт (160 лс) имеющий рабочие обороты 3000 об/мин. Масса таких электромоторов лежит в пределах 350-600 кг, сравните с мотор-генераторами F1 весящими 15-20 кг при той же мощности.
В качестве накопителя энергии может использоваться любой источник, если его масса лежит в пределах 20-25 кг. Так одни команды используют литий ионные или литий полимерные элементы, другие планируют поставить на свои болиды супер-конденсаторы, у всех батарей есть свои достоинства и недостатки.
Источник накопления энергии объединяет обе системы рекуперации MGU-H и MGU-К в единое целое, и по средством распределения потоков энергий, происходит согласованная работа всего комплекса устройств, для достижения максимально возможной эффективности, получения большой мощности при достаточной экономичности, чтоб иметь возможность закончить гонку на 100 кг топлива.
Турбонаддув он же мотор-генератор
Особенностью и отличием некоторых турбонаддувов F1 2014 является наличие двух впускных патрубков на улитке турбины. Данное решение позволяет эффективно использовать один турбонаддув в V образном двигателе, с двумя выпускными коллекторами. Любые средства регулирования турбины, westgate итд. запрещены регламентом FIA.
Управление гибридной системой
В отличии от KERS, когда всплеск дополнительной мощности, происходил в момент нажатия пилотом кнопки boost на руле болида Ф1, прибавка мощности в новых двигателях, осуществляется автоматически, при нажатии на педаль газа. В этом процессе используется очень сложная электроника и на нее завязано управление и контроль двигателя и всех дополнительных устройств, участвующих в гибридной системе ERS Формулы один.
Так как на гонку выдается ограниченное количество топлива, минимальный вес болида вместе с гонщиком и полными баком топлива, также строго регламентирован 690 килограммами, появляется уникальная возможность, облегчить болид F1 за счет неполного заполнения топливного бака горючим, перед стартом. Правда в этом случае, придется сильно улучшить экономичность силовой установки, иначе есть риск, не доехать до финиша.
Прохождение гонки на столь скромном запасе гоночного топлива, да еще с возможностью использования еще меньшего его количества, может быть возможно, только за счет применения высокотехнологичных, точно настроенных гибридных систем. Вы только вдумайтесь, современные F1 используют дополнительные 160 лс в течении 33 секунд на круге! Часть мощности из которых могла быть безвозвратно потеряна при торможении, другая часть просто вылетела в выхлопную трубу!
Финансовые расходы 3-х топовых команд, на примере данных 2007 года.
Новое слово в Формуле 1 – ERS
Командам и пилотам Формулы 1 и даже гоночным болельщикам в грядущем сезоне предстоит открывать для себя нечто принципиально новое: на арену выходят системы рекуперации энергии второго поколения. Крэг Скарборо рассказывает, почему в 2014-м они станут ключевым фактором
Во второй части обзора самых важных изменений в техническом регламенте Формулы 1 эксперт AUTOSPORT объясняет принцип работы систем рекуперации энергии и причины их особой значимости в предстоящем сезоне.
Большие Призы не просто переходят на новые турбомоторы: в 2014-м на машинах будут использоваться две системы рекуперации энергии (ERS), которые суммарно способны производить дополнительные 160 лошадиных сил по ходу большей части круга. Так что значимость этого фактора в общем успехе становится заметно выше.
Данная технология станет серьёзным вызовом для всех в паддоке. Можно даже говорить, что именно от умелого обращения с ней будут зависеть результаты не только гонок, но и всего чемпионата.
ИСТОРИЯ KERS В ФОРМУЛЕ 1
Ещё в далёком 2000-м году автоконцерн Toyota представил первый серийный гибридный автомобиль. В свете растущей популярности «зеленых» идей гибридные технологии добрались и до Формулы 1: в сезоне-2009 на машинах появились системы KERS.
Каждый раз при разгоне автомобиля Ф1 тратится огромное количество энергии, тогда как при торможении кинетическая энергия просто рассеивается в никуда через тормозную систему в виде выделяемого тепла. Технологии рекуперации (ERS) направлены на аккумуляцию данной энергии с целью её дальнейшего повторного использования при новом разгоне.
В рамках изменения правил в 2009-м в регламенте появился пункт о Системе рекуперации кинетической энергии (KERS), хотя использование данной технологии подпадало под жёсткий контроль и ограничения.
При торможении энергия, которая обычно высвобождалась задними тормозами, собиралась при помощи генератора, установленного на элементах трансмиссии. Сопротивление самого генератора обеспечивало дополнительное тормозное усилие, но и в то же время способствовало заряду батарей.
Когда пилоту требуется использовать дополнительную мощность, электроника реверсивным путём посылает заряд батареи на тот же генератор, который в качестве электромотора способен выдать около 80 лошадиных сил на протяжении 6,7 секунды. Пилот активировал процесс, нажимая кнопку на рулевом колесе – в этот момент на приборной панели отображалось время в секундах до окончания действия дополнительного ускорения.
Опытным путем было установлено, что лучше всего использовать KERS небольшими импульсами при выходе из медленных или среднескоростных поворотов. Однако систему также можно было задействовать и в качестве вспомогательного инструмента для обгона соперника или при защите позиции.
Системы рекуперации появились в Формуле 1 в 2009 году Фото: LAT
В связи с чётким ограничением мощности и времени работы системы, перед инженерами стояла задача сделать KERS как можно более эффективной, надёжной и лёгкой.
Из экономических соображений команды согласились не использовать KERS в 2010-м, так что в своём первоначальном виде система просуществовала в Формуле 1 лишь четыре сезона. К концу 2013-го сумарный вес батареи, мотор-генератора и электроники составлял менее 25 кг.
Эффективность системы достигла 80%, а это означало, что KERS способна была «вернуть» на задние колёса четыре пятых собранной энергии. Кроме того значительно улучшилась и надёжность устройства, хотя 100% безотказности [как хорошо знает Марк Уэббер] добиться не удалось.
В квалификациях и гонках многие команды страдали от постепенного снижения эффективности KERS вплоть до полного её отказа из-за перегрева или иных проблем. Так как система могла обеспечить дополнительные 0,3 секунды на круге, её потеря не проходила незаметно, но все же не означала катастрофу.
В сезоне-2013 все 11 команд использовали системы KERS четырёх разных производителей: Ferrari, Renault, Mercedes и Williams [для моторов Coswotrh], в то время как в Red Bull вдобавок разработали собственную аккумуляторную батарею, которая позволила компактнее разместить все детали на шасси, но остальные компоненты чемпионы получали от поставщика Renault Sport.
Несмотря на различное происхождение, все версии использовали одну и ту же базовую конфигурацию, а в отдельных случаях одинаковую элементную базу от единого поставщика Marelli или батареи от компаний Saft и A123.
Обычно блок мотор-генератора (MGU) крепился через пару шестерён к передней части коленчатого вала двигателя. Расположение снизу и спереди означает, что устройство занимает место, обычно предназначенное для топливного бака – потому в задней части монокока приходилось создавать дополнительное углубление для последнего.
MGU вырабатывал переменный ток, который требовалось преобразовать в постоянный для аккумуляции в батареях. Для этого в цепь добавлен контроллер питания KERS: по трём кабелям большого сечения туда поступала энергия от генератора, а затем другая пара направляла её к батарее.
Обычно контроллер питания размещается в боковых понтонах в металлическом кейсе размером с обычный 12-вольтовый автомобильный аккумулятор.
Помимо процесса преобразования энергии контроллер также выполняет функцию переключения режимов зарядки и разрядки: данный процесс осуществляется при помощи сигналов от стандартизированного электронного блока FIA.
Компоненты KERS компании Magneti Marelli Фото: LAT
Наконец, аккумулятор представляет собой массив литиево-ионных ячеек, встроенных в углепластиковый корпус. Всё устройство по размерам не превышает упаковку шести банок пива [какого именно объёма, автор, к сожалению, не указывает].
Поскольку батарея является частью электрической системы и задействована практически постоянно, её установка требует максимальных мер безопасности. В большинстве команд смонтировали аккумуляторный блок в нише монокока под топливным баком.
В то же время, в 2009 году на машинах McLaren батарея размещалась в правом боковом понтоне, ну а в Red Bull она находится непосредственно над коробкой передач.
Учитывая силу тока, проходящего через систему во время зарядки и разрядки генератора, контроллер питания и батареи нагреваются до чрезвычайно высоких температур. Эти системы, как правило, работают наиболее продуктивно именно при определенном нагреве, но если становится слишком жарко, они начинают терять свою эффективность.
Команды применяют практику предварительного нагрева и последующего охлаждения системы, чтобы держать оборудование в оптимальном температурном диапазоне. Часто в гонках повышение температуры вынуждало пилотов временно отказаться от использования системы, чтобы вернуть её к допустимым значениям. Для силовой электроники и батареи использовалось водяное охлаждение, в то время как мотор-генератор обслуживала масляная система.
Хотя KERS и можно рассматривать в качестве успешной предтечи ERS в автоспорте, вклад этой системы всё же был весьма лимитированным. Серьёзное ограничение выходной мощности означало, что такая технология никогда не станет объектом настоящего соперничества команд в стремлении получить самую мощную систему.
Возможно, с маркетинговой точки зрения идея подавалась не самым верным образом. К тому же, после ухода из чемпионата Honda и Toyota ни у одного из производителей двигателей Формулы 1 не было передового серийного автомобиля с гибридными технологиями.
А тот факт, что большинство Гран При с 2009-го года было выиграно с использованием фактически такой же силовой установки, как у Prius, остался не разрекламирован!
ERS по регламенту 2014 ГОДА
Новое слово в Формуле 1 – ERS
В этом году область использования систем рекуперации энергии расширяется, и от гибридных технологий будет зависеть уже куда больше.
Для этого FIA сформулировала новые правила, где увеличен лимит доступной к рекуперации кинетической – и описаны другие методы для сбора высвобождаемой энергии.
В рамках новой эры ERS частично изменилась терминология. Формула 1 получила новый термин «силовой агрегат», включающий в себя собственно двигатель внутреннего сгорания и оба типа систем рекуперации.
В отличие от ERS-K, ERS-H может либо вернуть накопленную энергию в двигатель через мотор-генератор кинетической ERS, либо самостоятельно раскручивать турбину через собственный MGU. Последний процесс будет способствовать уменьшению турбо-ямы (задержки отклика).
Еще одно изменение касается компоновки: ERS-K больше не будет находиться в передней части двигателя: устройство вдвое увеличилось в размерах, и по новым правилам компоновки мотор-генератор кинетического рекуператора должен располагаться около переднего фланца двигателя непосредственно под выхлопом. Данная норма потребует перемещения насоса системы водяного охлаждения, гидравлических насосов и генератора, которые ранее находились в этой области.
Мотор-генератор ERS-H должен быть расположен на турбокомпрессоре. Мы уже могли наблюдать два варианта его размещения: перед турбокомпрессором (Renault) или же между двумя турбинами компрессора (Mercedes).
Изображение, опубликованное Mercedes, демонстрирует, что их идея размещения MGU не является окончательной: в итоге немцы, скорее всего, также установят мотор-генератор перед турбокомпрессором, как это осуществили в Renault.
Двигатель Mercedes 2014 года
Такой подход позволит держать MGU подальше от горячей турбины непосредственно под впускным накопителем над силовым агрегатом.
Когда турбина станет вращаться с частотой порядка 100 000 об/мин, мотор-генератор достигнет тех же величин, если только для его крепления не будет использован понижающий редуктор.
Для того, чтобы справиться с большими значениями электрического тока, запасник энергии должен быть больше, чем ранее вся KERS целиком.
Новые элементы потребуют больше места в боковых понтонах и под топливным баком. Также всё оборудование ERS потребует дополнительного охлаждения, поэтому радиаторы в понтонах увеличатся в размерах.
И хотя возможности двигателя стали скромнее, в сочетании с новыми источниками энергии они смогут демонстрировать значение пиковой мощности, идентичное прошлогоднему. А так как мотор-генераторы способны достигать максимального крутящего момента с нулевых оборотов, они поспособствуют значительному повышению эффективности разгона.
В отличие от нажатия кнопки на рулевом колесе для активации прежней KERS, с 2014 года пилоты будут оперировать лишь педалью акселератора, позволяя электронике определять, что именно использовать для ускорения – только лишь топливо или также энергию ERS.
В то же время, как и в 2013 году, гонщик будет иметь доступ к выбору различных режимов работы силового агрегата посредством переключателей на рулевом колесе. Там же, несомненно, появится и «волшебная кнопка», активизирующая максимальную отдачу ERS и двигателя тогда, когда это необходимо будет в гонке с тактической точки зрения.
Неожиданная проблема может крыться во влиянии работы ERS-K на задние тормоза. Так как мотор-генератор собирает энергию, он оказывает определённое тормозное усилие, замедляя машину. В зависимости от интенсивности процесса аккумуляции и состояния батареи поведение тормозов может меняться.
Команды уже отладили процесс сбора энергии так, чтобы обеспечить равное воздействие системы на автомобиль по ходу всего круга, так что в случае возникновения неполадок KERS пилоту потребуется лишь изменить баланс тормозов, чтобы нивелировать изменения в поведении машины при торможении.
В 2014 году из-за гораздо более сложных рекуператоров и большего количества абсорбируемой энергии правильно настраивать тормоза станет намного сложнее.
Таким образом, в FIA пошли на смелый шаг и позволили впервые использовать электронную систему в тормозах. В пункте 11.7 технического регламента такое устройство названо «контроллером заднего тормоза». Его функция в том, чтобы при нажатии пилотом педали тормоза, к механизмам прикладывалось соответствующее усилие, скорректированное с учётом уровня поглощения энергии системой ERS.
Болельщикам в условиях новых правил тоже станет сложнее Фото: LAT
Система будет передавать в точности то усилие, которое оказывает пилот на педаль тормоза, так что в случае слишком сильного нажатия колёса, как и прежде, попросту будут блокироваться.
Естественно, никто не забыл про безопасность. Усилие будет передаваться при помощи гидравлических контрольных систем высокого давления, а в случае их отказа всё давление в тормозной системе с заднего главного цилиндра будет тут же непосредственно переадресовано на тормозные механизмы.
Новая кинетическая ERS способна в одиночку обеспечивать дополнительный импульс на протяжении практически всего времени, пока пилот идёт «в полный газ». Как только заряд батареи падает, в работу включается уже система рекуперации тепловой энергии, осуществляя питание мотор-генератора ERS-K.
Грамотный баланс между использованием мощности и энергии будет иметь ключевое значение в получении максимального эффекта от ERS по ходу квалификации и гонки. При умелом обращении электрическая энергия в состоянии обеспечить снижение расхода топлива в гонке.
Перечисленные устройства относятся к системе управления силовой установкой, однако заниматься разработкой грамотного программного обеспечения для них почти наверняка предстоит именно командам, а вовсе не поставщикам двигателей. Тут есть, над чем поломать голову, и большие команды могут направить на эти вопросы больше ресурсов, чтобы как можно эффективнее решить сложную головоломку для каждого из своих пилотов и для каждой конкретной трассы.
Эти новые системы будет непросто разместить в машине, им придётся работать в сложных условиях вибрации, высоких температур и нагрузок. Безусловно, неизбежно возникнут проблемы с надёжностью, поскольку в данном аспекте даже предыдущие «простые» KERS с параметрами работы 80 л.с./6.7 с были далёки от идеала.
Однако, в отличие от в 2013 года, отказ ERS разом оставит машине лишь 75% её мощности. Это может стоить более секунды на круге, не говоря уже об увеличении расхода топлива, чтобы как-то компенсировать потерю ERS.
Такого рода поломки окажут сильнейшее влияние на ход гонки – не исключено даже, что мы впервые увидим сходы с дистанции из-за отказа рекуператора.
Трудно себе даже представить, что более 160 л.с. можно будет получить лишь из потерянной ранее энергии. Нас ждут удивительные разработки, которые однозначно направят Формулу 1 по пути к «зелёным» технологиям.
Однако, на деле применение новинок будет скрыто от простых смертных тайной аппаратного контроля и стратегии использования энергии. Даже со специальной информацией на телеэкранах, демонстрирующих состояние заряда элементов питания, будет трудно в полной мере понять, как именно команда или пилот оперируют на дистанции балансом между использованием бензина и заряда ERS.
Для команд и поставщиков двигателей будет важно информировать болельщиков о том, каким образом работают и как применяются эти технологии – если Формула 1 всё же хочет как можно эффективнее использовать те возможности, которые открывает перед ней применение передовых технических решений.
В следующей части: почему коробки передач в 2014 году станут совсем другими
Новое имя в Формуле 1 – ERS
Гибридные гоночные технологии формулы один 2014
Описание KERS систем, устанавливаемых на болиды Formula 1
Полностью электрическая система KERS
Мотор генератор, установленный на переднем валу двигателя, при торможении болида ф1 переключается в режим генератора и накапливает электроэнергию в литий ионной аккумуляторной батарее. При необходимости прибавки мощности, пилот нажимает кнопку BOOST на руле и электроэнергия подается на мотор генератор, переключаемый в режим электро-двигателя мощностью 80 лс, которая прибавляется соответственно к основному (ДВС) Батареи сильно грелись и требовали дополнительного охлаждения. В связи с этим вместо аккумуляторной батареи, некоторые команды применяли супер-конденсаторы лишенные этого недостатка.
Электромеханические и механические системы KERS
Механическая система рекуперации энергии KERS Flybrid состояла из блока накопления энергии KERS, основанного на раскрутке маховика массой 5 кг до высоких оборотов (64500 об/мин) Энергия торможения через многоступенчатый редуктор уходила на раскрутку маховика в вакууме через быстродействующий вариатор Torotrak CVT.
Тороидальный вариатор Torotrak CVT обеспечивает передачу потока мощности от силовой установки на маховик и обратно с минимальными потерями энергии. Всего за 50 миллисекунд он способен изменить передаточное отношение с 6:1 до 1:1
Стальной, либо карбоновый маховик, массой 5 кг, диаметром 240 мм, раскрученный до 64500 об/мин, развивал необходимые 400 кДж, что в перещете на мощность составляло 80 лс с длительностью 6.75 секунд на каждом круге гонки. Вся система имела вес в 24 кг и занимала объем 13 литров.
Электромеханические системы имели маховик насыщенный магнито-заряженными материалами, в результате он становился ротором двигателя и мог вырабатывать, на неподвижном статоре электроэнергию, которую можно было аккумулировать в батареях с последующим ее использованием. Причем использовать можно, как отдельно, так и совместно с раскрученным маховиком.
Существовало несколько разновидностей электромеханических систем KERS, но всех их объединял принцип накопления энергии не в аккумуляторных батареях, а в раскрутке небольшого маховика до огромных оборотов. Причем система основанная на механическом аккумулировании энергии обладала лучшим КПД, по сравнению с электрическими KERS. Маховиковая KERS усваивала до 70% энергии торможения против 35% систем основанных на мотор-генераторе.
К концу 2013 года самые совершенные KERS системы укладывались по массе в диапазон 20-25 кг.
Cистема рекуперации энергии KERS Flybrid
Тороидальный вариатор Torotrak CVT
Сцепление связи маховика с вариатором. Диски сцепления имеют столь малый диаметр, так как им не приходиться передавать огромный крутящий момент, максимум 18 н/м. При 60000 об в минуту не нужен большой крутящий момент, чтоб получить 80 лс мощности. При дальнейшем понижении рабочих оборотов крутящий момент возрастает, а обороты падают, до привычных нам величин.
Системы рекуперации энергии (ERS) 2014
Системы рекуперации энергии (ERS) должны быть неотъемлимой частью всех болидов формулы один 2014 года. существенным отличием от систем KERS прошлых годов, является наличие двух систем сбора дополнительной энергии. Так как гоночные болиды ф1 опять стали турбированными, то теперь стало возможным собирать дополнительную энергию, не только высвободившуюся при торможении, но и тепловую энергию выхлопа, которую можно собрать с крыльчатки турбокомпрессора. Стоит заметить что правилами всячески поощряется накопление тепловой энергии выхлопа, так как развитие данных технологий позволит значительно повысить экономичность, как болидов Ф1 так и гражданских автомобилей, на которых будут установлены подобные системы. Стоит заметить что экономичность в формуле один теперь является ключевым фактором, так как на одну гонку в 2014 году выдается всего 100 кг гоночного топлива, в то время как в прошлом году, разрешенная масса топлива, составляла 150 кг.
Современный комплекс систем рекуперации энегий 2014 года ERS двигателя «renault energy f1» команды Рено
Двигатели болидов формулы один прошлых лет
Вся двигательная установка теперь состоит из:
1.6 литровый двигатель болида формулы один
Система рекуперации кинетической энергии MGU-K
Система рекуперации кинетической энергии торможения MGU-K. Представляет собой подобие ранее применяемой системы KERS, электронного типа. Электродвигатель-генератор является центральным местом в системе. Одной из его функций является накопление энергии в аккумуляторную батарею при торможении болида F1. Другой и основной функцией, является включение в режим электродвигателя. Именно он выдает дополнительные 160 лошадиных сил, разрешенных правилами FIA на 2014 год. Добавку мощности в 160 лс можно использовать в течении 33.3 сек на каждом круге гонки, что составляет 4 мегаджоуля энергии и это в 10 раз выше, ранее применяемых систем KERS. 160 лс максимально возможная разрешенная дополнительная мощность, но возможны варианты использования меньшей мощности, но более длительное время. Например 80 лс в течении 66.6 секунд. Разрешены и другие комбинации начиная с 1 лошадиной силы, главное не переступить барьер в 4 МДж. Система MGU-K связана с трансмиссией, аккумулятором и электронным блоком управления, который регулирует все потоки энергий, в том числе и энергию поступающую от системы MGU-H. По правилам, ограничивающим свободы конструкторов болидов ф1, мотор-генератор MGU-K не может иметь обороты больше чем 50.000 об/мин
Система MGU-H двигателя формулы один
В системе MGU-H, как и в MGU-K применяется мотор-генератор, способный, как выдавать электроэнергию, так и превращать ее в механическую работу. Основная функция системы, преобразовывать остаточную тепловую энергию турбины в электрическую энергию подзаряжающую аккумулятор. Турбонаддув использует далеко не всю тепловую энергию для создания наддува ДВС. Находясь на одном валу с турбиной, вал генератора системы MGU-H может раскручиваться до разрешенных 125.000 об/мин, при этом, количество запасаемой им энергии не регламентировано и некоторые устройства успешно вырабатывают до 90 kBt. Что интересно эта полезная энергия, просто вылетела бы в трубу, не будь столь полезной системы MGU-H
Функция электродвигателя используется для раскручивания турбины до рабочих оборотов, чтоб уменьшить эффект турбо лаг на переходных режимах. MGU-H позволяет значительно увеличить КПД двигателя, что положительно сказывается на топливной экономичности. Без экономной силовой установки далеко не уедешь, так как в 2014 году, на одну гонку выдается всего 100 кг топлива. Помимо вышеперечисленных функций, применение MGU-H может распространяться для питания энергоемких систем двигателя, таких как маслонасос, бензонасос, помпа охлаждения двигателя итд. Команды по своему усмотрению, могут использовать данную возможность, заменив узлы на электрические и запитав их с помощью MGU-H, можно высвободить несколько дополнительных лошадей с ДВС.
Примечание: Стоит заметить что мотор-генераторы, при столь высокой мощности, имеют весьма компактные размеры. Все дело в том, что они работают на очень высоких оборотах вращения.
Чем выше обороты вала двигателя, тем с меньшим крутящим моментом достигается одна и та-же мощность. Страшно представить, какой массой и размерами обладает з-х фазный электродвигатель мощностью 120 кВт (160 лс) имеющий рабочие обороты 3000 об/мин. Масса таких электромоторов лежит в пределах 350-600 кг, сравните с мотор-генераторами F1 весящими 15-20 кг при той же мощности.
В качестве накопителя энергии может использоваться любой источник, если его масса лежит в пределах 20-25 кг. Так одни команды используют литий ионные или литий полимерные элементы, другие планируют поставить на свои болиды супер-конденсаторы, у всех батарей есть свои достоинства и недостатки.
Источник накопления энергии объединяет обе системы рекуперации MGU-H и MGU-К в единое целое, и по средством распределения потоков энергий, происходит согласованная работа всего комплекса устройств, для достижения максимально возможной эффективности, получения большой мощности при достаточной экономичности, чтоб иметь возможность закончить гонку на 100 кг топлива.
Турбонаддув он же мотор-генератор
Особенностью и отличием некоторых турбонаддувов F1 2014 является наличие двух впускных патрубков на улитке турбины. Данное решение позволяет эффективно использовать один турбонаддув в V образном двигателе, с двумя выпускными коллекторами. Любые средства регулирования турбины, westgate итд. запрещены регламентом FIA.
Управление гибридной системой
В отличии от KERS, когда всплеск дополнительной мощности, происходил в момент нажатия пилотом кнопки boost на руле болида Ф1, прибавка мощности в новых двигателях, осуществляется автоматически, при нажатии на педаль газа. В этом процессе используется очень сложная электроника и на нее завязано управление и контроль двигателя и всех дополнительных устройств участвующих в гибридной системе ERS Формулы один.
Так как на гонку выдается ограниченное количество топлива и минимальный вес болида вместе с гонщиком и полными баками топлива, также строго регламентирован 690 килограммами, появляется уникальная возможность, облегчить болид F1 за счет неполного заполнения топливного бака горючим, перед стартом. Правда в этом случае, придется сильно улучшить экономичность силовой установки, иначе есть риск, не доехать до финиша.
Прохождение гонки на столь скромном запасе гоночного топлива, да еще с возможностью использования еще меньшего его количества, может быть возможно, только за счет применения высокотехнологичных, точно настроенных гибридных систем. Вы только вдумайтесь, современные F1 используют дополнительные 160 лс в течении 33 секунд на круге! Часть мощности из которых могла быть безвозвратно потеряна при торможении, другая часть просто вылетела в выхлопную трубу!
- что лучше для похудения бег или катание на велосипеде
- шуруповерт аккумуляторный какой лучше профессиональный топ 10