Двигатель Формулы 1: от истоков к настоящему. Часть вторая

 Двигатель - это то, что в первую очередь определяет скоростные характеристики болида Формулы 1, а коробка передач обеспечивает эффективное использование его мощности. Первая часть серии статей о двигателе Формулы 1...





 Двигатель - это то, что в первую очередь определяет скоростные характеристики болида Формулы 1, а коробка передач обеспечивает эффективное использование его мощности. Первая часть серии статей о двигателе Формулы 1, позволила нам заглянуть за кулисы автоспорта, в ней мы рассмотрели основные положения о сложном и изменчивом мире моторов Формулы 1.

 Во второй части мы поговорим об истории развития формульных двигателей, выделим наиболее значительные вехи двигателестроения.

Дигатель Ф1 Ferrari - один из самых легендарных в Формуле 1

 Ни один механизм не аккумулирует в таком ограниченном пространстве столь высокую мощность, как двигатель Формулы 1. Силовой агрегат Формулы 1 можно назвать воплощением эталона для любого двигателя внутреннего сгорания - «вершиной айсберга» автомобильной инженерии. Примером того, сколь непростые задачи решают разработчики гоночной техники может послужить следующий факт: 2.4-литровый мотор развивает около 750 л.с. - более 300 л.с. на литр. Даже лучшие легковые автомобили и суперкары развивают не более 100 л.с. на литр.

 Двигатель крепится к монококу и работает как часть несущей конструкции болида. Соединенный в один блок с трансмиссией и задней подвеской, двигатель должен обладать большой прочностью, но не слишком увеличивать вес и габариты гоночной машины. Также очень важно, чтобы его центр масс находился как можно ближе к земле - благодаря этому центр тяжести автомобиля будет расположен ниже, а задняя часть получится предельно компактной.

Двигатель Ф1 Ferrari на «Осака Тюниг-шоу 2008»

 Возможно, как мы выяснили в первой части, из-за действующих ограничений регламента, новые V8 не столь мощны, как их предшественники, но силенок и у них предостаточно. На то чтобы разогнаться до 250 км/ч, а потом остановиться, гоночному болиду требуется меньше времени (порядка 4 секунд), чем дорожному автомобилю для того, чтобы достичь вышеуказанной скорости. В такие моменты пилота вжимает в сиденье с перегрузкой в 1.4g - и эти нагрузки обеспечивает именно двигатель.

Двигатель Ф1 Renault R27 (2007)

 Но у всего вышесказанного есть и обратная сторона медали, история двигателестроения во все времена существования Формулы 1 явно свидетельствует о том, что для побед одной мощности мало. Чтобы финишировать первым, сначала надо финишировать, а для этого главным образом нужна надежность. Моторы должны выдерживать более одного гоночного уик-энда, и это заставляет инженеров искать компромисс между мощностью и надежностью, а сейчас это особенно актуально из-за вступления в регламент ограничения на двигатели – пилоту разрешается использовать за весь сезон не более 8 моторов, иначе штрафы с потерей мест на старте.

 Двигатель Формулы 1 раскручиваются до 17000 об/мин - что в три раза больше, чем моторы легковых машин, при этом поршни совершают около 300 движений в секунду.

 При взгляде на современный гоночный болид сравнение приходит само собой. Настоящий хищный зверь, стремительный и могучий. Воображение сразу же выдает ассоциации: монокок - мускулистое и красивое тело, рама, как легкий, но прочный скелет, подвеска - это скорее всего лапы – пружинистые, сильные и выносливые. И, разумеется, сердце - неутомимый и мощный мотор.

Михаэль Шумахер за рулем болида Mercedes MGP W01 (2010)

 Естественно, что в первые же десятилетия существования автогонок конструкторы спортивной техники именно двигателю уделяли первостепенное внимание. Так что, еще до первой мировой войны все основные компоненты современного мотора были уже опробованы на практике. И если за полвека существования Формулы 1 понятия об аэродинамике, конструкции монокока или представление о роли подвески менялись кардинально, то двигатель изменился не так уж и значительно.

Двигатель Ф1 Cosworth V10 (2006)

 Главным образом сейчас упор идет на применение легких и сверхпрочных материалов в его конструкции. Правда, на протяжении всей истории формульных гонок конструкторы спорили, какими должны быть число и расположение цилиндров. Но разногласия носили скорее локальный характер между отдельными производителями двигателей, а провоцировали их в первую очередь довольно часто изменявшиеся технические требования.

 В недалеком 2006 году по настоянию FIA место моторов V10 заняли V8. Логика этого решения проста: снижение мощности, повышение надежности, сокращение затрат - но инженерам пришлось поломать голову. С изменением конфигурации рабочий объем уменьшился с 3 л до 2.4 л, что означало снижение мощности примерно на 200 л.с. - и потерю 1-3 секунд на круге на большинстве трасс. А как мы знаем 1-3 секунды с круга для Формулы 1 считается почти целой вечностью.

Двигатель Ф1 Toyota V8 2.4 л (2006)

 Но так было не всегда, дорогие читатели, редакция LAND FORMULA 1, предлагает вам обратится к истории двигателя внутреннего сгорания  в Формуле 1.

 За всю историю гонок традиционно применялись три различных типа двигателей, отличающихся своей конструкцией. Главное отличие между ними заключалось в расположении цилиндров относительно друг друга.

Двигатель Ф1 BMW V10 (2000)

 Типы двигателей в Формуле 1 

 Рядный двигатель. Это двигатель, в котором все цилиндры располагаются друг за другом в ряд. Но он не применяется в Формуле 1 с 60-х годов. При своих небольших размерах и компактности они были длинными, поэтому нуждались в тяжелом коленчатом вале, что, естественно, влияло на скоростные и аэродинамические свойства гоночного болида и давало меньше возможностей для «конструкторского» творчества инженеров.

Двигатель Ф1 Maserati. Двигатели из Болоньи принесли своим пилотам одиннадцать побед. Девять из них пришлись на середину 50-х, когда за рулем славной 250F блистали Хуан-Мануэль Фанхио и Стирлинг Мосс. Рядная 2.5-литровая «шестерка», установленная на этой машине, выдавала 220 л.с. (1957 год)

 Оппозитный двигатель. Его конструкция по праву считается лучшей в двигателестроении, и все внешние факторы говорят в его пользу. Два ряда цилиндров располагаются напротив друг друга. Эти двигатели стали популярны в Формуле 1 благодаря своему низкому центру тяжести и невысокой стоимости производства. Но в конечном итоге и от него отказались, так как он не удовлетворял оптимальным условиям перегрузок, действующих на болид во время поворотов.

Двигатель Ф1: 16-цилиндровый H-образный от BRM (1966 год), представлял собой две оппозитные «восьмерки», расположенные друг над другом и работающие на один коленвал. Благодаря легкой цилиндро-поршневой группе и 64 клапанам двигатель раскручивался до немыслимых тогда 10500 об/мин, выдавая при этом рекордные 600 л.с

 В настоящее время в болидах Формулы 1 используется V-образный двигатель. Название и внешний вид этого мотора говорят сами за себя: угол разделяет блок цилиндров надвое, в результате чего принято считать, что коленчатый вал является вершиной угла.

Двигатель Ф1 V8 от Mercedes (2007)

 Все вышесказанные особенности конструкции моторов Формулы 1 прошли развитие с 1947 по настоящий 2010 год. Для удобства, мы разобьем этот период на этапы, выделяемые по техническим особенностям и требованиям регламента, к используемым в те времена двигателям на гоночных болидах.

Период 1947-1953 годов «Турбинники против атмосферников»

 В это время на арене Формулы 1 сражались за чемпионство следующие моторы:

• Alta Р4 1.5 л (с турбонагнетателем);
• Alfa-Romeo Р8 1.5 л (с турбонагнетателем);
• Bristol Р6 2.0 л;
• BRM V16 1.5 л (с турбонагнетателем);
• ERA Р6 1.5 л (с турбонагнетателем);
• Ferrari Р4 2.0 л (F2), V12 1.5 л (с турбонагнетателем), V12 2.0 л (F2) и V12 4.5 л;
• Lea-Francis Р4 2.0 л (F2);
• Maserati Р4 1.5 л (с турбонагнетателем) и Р6 2.0 л (F2);
• O.S.C.A. V12 4.5 л;
• Simca-Gordini Р4 1.5 л (с турбонагнетателем);
• Talbot-Lago Р6 4.5 л.

Болид BRM (1951)

 Когда в 1947 г. первые правила Формулы 1 ограничили рабочий объем мотора  до 4500 куб.см или 1500 куб.см с компрессором, последний вариант казался более подходящей альтернативой. Наддув, то есть подача топливной смеси в камеру сгорания под давлением больше атмосферного, позволял заметно увеличить мощность. И действительно, лучшим двигателем Формулы 1 стал 8-цилиндровый Alfa Romeo с компрессором типа Rootes.

Двигатель Ф1 BRM V16 1.5 л, 525 л.с. (1951)

 При рабочем объеме 1479 куб.см он развивал мощность до 370 (в 1950 г.) и даже 425 л.с. (в 1951 г.) и выиграл 10 из 13 этапов чемпионата мира, в которых участвовал. 

 Двигатель Ф1: (слева) Alfa-Romeo Р8 1.5 л, 425 л.с. (1950-1951) и (справа) Ferrari V12 4.5 л, 380 л.с. (1950-1951)

 Однако «итальянец» не был самым мощным. Англичане Раймонд Мэйс и Питер Бертон из фирмы BRM (British Racing Motors), подняв давление наддува, получили на то время прямо-таки устрашающую мощность - 525 л.с. Но конструкция требовала кропотливой доводки, на которую у небольшой мастерской не хватило ни времени, ни опыта. Поэтому BRM P15 Мk1 лишь однажды появился на старте Гран При Формулы 1.

 Болид Maserati OSCA с двигателем O.S.C.A. V12 4.5 л (1951)

 В исторический день 14 июля 1951 г. в Сильверстоуне у компрессорных Alfa Romeo выиграл, наконец, безнаддувный мотор объемом 4.5 л. Его создатель, итальянский инженер Аурелио Лампреди сумел убедить Энцо Феррари, что доводочный потенциал безнаддувных моторов объемом 4500 куб.см гораздо выше. И как показала история, будущее покорилось атмосферникам. 

Болид Ferrari 500 F2 (1953)

 Разработанный им 12-цилиндровый V-образный Ferrari 375 объемом 4494 куб.см впервые «показал зубы» на Гран При Италии 1950 г. А через 10 месяцев, когда мотор Alfa Romeo, сконструированный еще в 1937 г., достиг в своем развитии максимума, что обернулось гигантским расходом топлива и низкой надежностью, опередил-таки Alfa Romeo. И все же после трех побед подряд, на последнем этапе сезона Ferrari проиграли. И кто знает, как складывалась бы борьба наддувных и атмосферных двигателей, если бы Международная автофедерация (FIA) не изменила технические требования. Так что следующей победы наддувного мотора пришлось ждать почти 30 лет. 

Двигатель Ф1 Ferrari V12 2.0 л F2 (1953)

 В 1952–1953 гг. Формула 1 стала… Формулой 2. Рабочий объем ограничили до 2 л. или 500 куб.см с компрессором, объявив, что с 1 января 1954 г. входит в действие новая Формула 1 - соответственно 2500 и 750 куб.см. Разумеется, никому и в голову не приходило вкладывать большие деньги в производство двигателя, срок жизни которого ограничен всего лишь двумя сезонами. А потому на трассах чемпионата мира сражались в основном проверенные 2-литровые конструкции, до сих пор участвовавшие в гонках Формулы 2. 

Болид Maserati A6GC (1952-1953)

 У Ferrari такой двигатель - 12-цилиндровый, V-образный, модели 166 - был разработан еще в 1948 г. Однако Лампреди вновь решил поспорить с Феррари, предложив простой и легкий 4-цилиндровый мотор. А ведь теория утверждала, что больший ход поршня «четверки» должен снизить число оборотов, а меньшая по сравнению с V12 площадь клапанов должна ухудшить наполнение цилиндров горючей смесью. Но Лампреди здраво рассудил, что простой 4-цилиндровый блок будет легче, количество же движущихся деталей сократится на 65%. 

 А значит - можно снизить механические потери. И точно - первый экземпляр этого двигателя превзошел своего 12-цилиндрового собрата - 170 против 155-160 л.с., а весил на 42 кг легче. Простой, легкий, надежный, относительно дешевый, с хорошей кривой крутящего момента на низких оборотах. Этот мотор дебютировал в сентябре 1951 года. А в 1952–1953 гг. проиграл лишь один из 15 этапов чемпионата мира!

Болид Maserati 250F (1954)

 Впрочем, успехи «пятисотки» можно объяснить не только чутьем Лампреди, но и слабостью конкурентов. Английские Alta, HWM, Connaught, Bristol, AJB, разработанные зачастую на базе серийных моделей, оказались маломощными и тихоходными. Единственным, по сути, соперником Ferrari 500 остался Maserati A6GC. 

 Судьба распорядилась так, что этому мотору суждено было отличиться лишь однажды - на последнем этапе сезона 1953 года. Но вот что интересно: первые два Гран При «новой» 2.5-литровой Формулы 1 выиграл Maserati 250F, двигатель которого был дальнейшим развитием A6GC.

Двигатель Ф1 на Maserati 250F, обновленный A6GC (1954)

Период 1954-1960 годов «Эпоха Mercedes-Benz и британской экспансии»

 В этот период присутствовали такие двигатели: 

• Alta Р4 2.5 л; 
• Aston Martin Р6 2.5 л;
• BRM Р4 2.5 л;
• Coventry Climax Р4 2.0 л и Р4 2.5 л;
• Ferrari Р4 2.5 л и V6 2.5 л;
• Lancia V8 2.5 л (после ухода Lancia из Формулы 1 эти двигатели использовали в Ferrari);
• Maserati Р4 2.5 л,Р6 2.5 л и V12 2.5 л;
• Mercedes Р4 2.5 л;
• Offenhauser Р4 1.7 л;
• Scarab Р4 2.5 л (разработан Offenhauser);
• Vanwall Р4 2.5 л. 

 Джулио Альфиери довел рабочий объем до 2493 куб.см, а мощность до 240 л.с. Так же поступили и в Ferrari, «раздув» чемпионскую «пятисотку» до 2.5 л - от добра добра не ищут. И прогадали: лидерство в новой Формуле 1 захватили специально разработанные конструкции. И прежде всего Mercedes-Benz M196.

Легендарный болид Mercedes-Benz W196

 Немцы выбрали схему с 8 расположенными в ряд цилиндрами - даже по тем временам отнюдь не самую передовую. Длинный блок увеличивает базу машины, что может отрицательно сказаться на управляемости. Зато они оснастили свое детище впрыском топлива вместо карбюраторов и специальным клапанным механизмом. Первый призван был повысить мощность, увеличить степень сжатия, сделать мотор более «эластичным» и даже более компактным. 

Двигатель Ф1: (слева) Mercedes-Benz M196 S8, 2.5 л, 257-290 л.с. (1954-1955) и (справа) Lancia DS50 V8, 2.5 л, 250 л.с (1954-1955)

 С тех пор впрыск топлива получил повсеместное распространение, а вот вторая новинка - принудительное движение клапанов в обе стороны - хотя и позволяла добиться хорошего наполнения цилиндров, из-за своей сложности так и не прижилась в Формуле 1.

 Еще одной отличительной особенностью немецкого мотора было его расположение. Наклонив двигатель на 53° вправо, удалось не только снизить высоту, но и сместить карданный вал на 205 мм влево от продольной оси автомобиля. Это дало возможность опустить сиденье гонщика и понизить центр тяжести.

Двигатель Ф1: (слева) Aston-Martin RB6 Р6, 2.5 л, 250 л.с. (1959) и (справа) BRM P25 Р4, 2.5 л, 285 л.с. (1959)

 За два сезона Mercedes-Benz W196 выиграл 9 из 12 этапов чемпионата мира. Восхищение этой машиной было столь велико, что другая новинка тех лет несколько ушла в тень. 

 Витторио Яно спроектировал для фирмы Lancia V-образную «восьмерку», служившую силовым элементом шасси: задним концом двигатель крепился к раме, а передний конец нес подвеску. Конструкция требовала необычайной точности при сборке, величайшей тщательности обработки, зато давала существенную экономию в весе. Увы, финансовые неурядицы вынудили Джанни Лянчу продать свою «конюшню» Энцо Феррари. И после ухода со сцены Mercedes-Benz творение Яно выиграло чемпионат мира. Но уже под чужим именем.

 Между тем, при отсутствии интереса со стороны крупных автомобильных фирм, центр гоночного моторостроения медленно, но верно перемещался на Британские острова. Гай Энтони Вандервелл, директор крупнейшего тогда в мире мотоциклетного завода Norton, поручил поляку Лео Кузмицки построить двигатель для новой машины Формулы 1. На картере из алюминиевого сплава тот разместил 4 «нортоновских» цилиндра, добавив мотоциклетному блоку рубашку водяного охлаждения.  

Двигатель Ф1 Vanwall VW7/57, 2.5 л (1957)

 20 июля 1957 года Тони Брукс и Стирлинг Мосс за рулем Vanwall VW7/57 выиграли британский Гран При. А следующее слово в британской экспансии сказали инженеры фирмы Coventry Climax Уолтер Хассан и Харри Манди. Разработанный ими мотор FPF дважды - в 1959 и 1960 гг. – выигрывал чемпионат мира. Любопытно, что двигатель этот был гораздо менее мощным, нежели его немецкие и итальянские предшественники - 240 л.с. по сравнению с 290 л.с. Mercedes-Benz и 300 л.с. Ferrari.

Болид Coventry Climax FPF (1960)

 Но – легкий (132 кг), надежный, компактный, он обладал замечательным крутящим моментом на средних оборотах и - главное - был специально сконструирован для Cooper и Lotus, которые к тому времени разработали легкие и юркие гоночные автомобили с двигателем, расположенным за спиной пилота, что обеспечивало им гораздо лучшую управляемость.

 Однако в FIA победы англичан никакого особенного энтузиазма не вызвали. И несмотря на энергичные протесты со стороны британских команд рабочий объем двигателей Формулы 1 с 1 января 1961 г. был ограничен 1500 куб. см.

 Двигатель Ф1 Coventry Climax Р4, 2.5 л, 240 л.с. (1960)

 О следующих основополагающих событиях в мире моторостроения Формулы 1 речь пойдет уже в третьей части… Спасибо за внимание и до скорых встреч!!! С нетерпением ожидаю ваших отзывов и пожеланий по поводу вышеизложенного материала.

Текст: Сергей Пискленов

Двигатель Формулы 1: от истоков к настоящему. Часть первая

Двигатель Формулы 1: от истоков к настоящему. Часть третья

Источник: engine-market.ua
Редакция: Land Formula 1