V roce 2013, kdy vrcholily přípravy nového motoru PU106A, utratila automobilka za jeho vývoj v přepočtu 4,67 miliardy Kč (další 6,7 mld. Kč stál provoz závodního týmu). Investice se vyplatila, vozy poháněné tímto agregátem měly nad konkurencí navrch - ovládly všechny kvalifikace loňského ročníku, což se podařilo pouze Fordu DFV v roce 1969. Na začátku ale Mercedes neměl tušení, že bude mít takový náskok.
"Na začátku jsme jednoduše neměli ponětí o tom, jak si stojíme ve srovnání s ostatními. Při zpětném pohledu šlo všechno výjimečně dobře, měli jsme ale několik zaváhání," přiznává Andy Cowell, ředitel společnosti Mercedes AMG High Performance Powertrains," která v Brixworthu postavila dominantní motor loňské sezóny. Dokonce natolik dominantní, že někteří soupeři začali volat po návratu zastaralých V8 atmosférických motorů, jen aby se situace vyrovnala.
Jak jeho vývoj probíhal? "Na začátku existovala spousta náznaků od FIA ohledně toho, jak budou nová pravidla vypadat. Takže jsme stejně jako všichni ostatní výrobci provedli základní hodnocení literatury a knižní výzkum. Můžete na to vyčlenit několik kluků, ale naplno se tomu nebudete věnovat, dokud neobdržíte finální verzi pravidel a projekt není schválen," pokračuje.
Za atmosférických 2,4litrových V8 motorů se nakonec přešlo na 1,6litrová V6 turba s přímým vstřikováním. Šlo o rozšířený koncept čtyřválce, který původně navrhnul Volkswagen - ten se však kvůli změně na V6 ke vstupu do F1 neodhodlal. Změna počtu válců měla za následek roční odklad zavedení nových motorů.
Prvními obrázky nás Mercedes záměrně mátl - turbínu a kompresor ve skutečnosti
vyvíjel odděleně (foto: Mercedes AMG F1 Team)
Vývoj spalovacího motoru, který by při 100% efektivitě dával až 1600 koní
"Bylo to mnohem, mnohem náročnější než KERS nebo vývoj V8 - přechod z atmosférických motorů na vysoce přeplňované a z pravidel odměňujících objemovou efektivitu na efektivitu konverzní. Začali jsme s klíčovými částmi pravidel, s věcmi, jako je omezení průtoku paliva na 100 kg/h, a s omezeními výkonu, například s výstupem z MGU-K. Totéž se týkalo schématu systému, který byl dán.
Pak jsme se podívali na spalovací proces. Rychlost průtoku paliva 100 kg/h stanovuje maximální chemickou úroveň výkonu, který odpovídá přibližně 1200 kW. Pokud bychom tedy dosáhli 100% tepelné efektivity, poháněli bychom vůz výkonem 1200 kW. Tam ale ještě nejsme.
Začínáte s takovými věcmi, pak to rozpracujete. Víte, že musí jít o šest válců, počítáte tedy s jednou šestinou. Pak se díváte na zpětný tlak turbodmychadla a rekuperace energie pomocí MGU-H a na to, jak to dělat co nejlépe s ohledem na celkový čas na kolo.
Všechny okruhy se liší, ale čísla energie ERS jsou určována na kolo, proto se Monako (nejkratší) hodně liší od Spa (nejdelší). Jenže vy chcete vyhrát šampionát, musíte tedy hledět na průměr. Poté šlo o spoustu optimalizací rozčleněných na menší systémy, 1/6 motoru s vnitřním spalováním.
Tyto optimalizace se točí kolem vítězství v šampionátu, nikoliv kolem vítězství v určitém závodě. Potom jsme vytvořili specifikační dokumenty s velmi odvážnými cíli. Měli jsme výkonnostní cíl, který se dotýkal každé oblasti.
Jakmile ho rozpracujete na úroveň systémů, pak se toho chopí tvořiví experti a rozvíjejí je. My jsme se k našim cílům hodně přiblížili. Zřejmě jsme si dali vyšší cíle než ostatní. Pokud uděláte všechno, abyste splnili náročný úkol, pak je to OK," usmívá se Cowell.
To je ona - pohonná jednotka Mercedes PU106A (foto: Mercedes AMG F1 Team)
Turbo a elektrického přeplňování
"Mechanické přeplňování turbodmychadlem se hodně používá ve světě kamionů, protože tráví hodně času při vysokém výkonu, proto firmy jako Cummins na tom odvedli svou práci. Ale elektrické přeplňování turbem jako je toto, je unikátní," hovoří o nové výzvě motorářů v F1 v podobě integrace MGU-H.
"Elektrické systémy pro navyšování výkonu se objevují ve světě silničních vozů, kde pokračuje trend snižování objemu motorů a jejich zpomalování, pak zvyšování jejich výkonu na úroveň, která je pro řidiče přijatelná.
Turbodmychadla se naproti tomu zvětšují, aby dosahovala tohoto výkonu, ale pro řidiče by byl tak opožděný nástup výkonu nepřijatelný, proto se používají elektrické motory, aby poháněly kompresor a zvýšily tlak sání před tím, než nastoupí turbo, u nich jde ale jen o pár kilowatů - u nás o mnohem víc!" zdůrazňuje Cowell.
Vše pod jednou střechou - včetně ERS
Mercedes se na rozdíl od ostatních výrobců brzy rozhodl vyvíjet všechny součástí hybridního systému vlastními silami, kvůli tomu došlo v Brixworthu k velkým změnám.
"Tohle je skutečný hybrid. V létě roku 2010 padlo rozhodnutí, že se v roce 2011 vrátí KERS. V tom čase jsme ale také začali s elektrickým pohonem pro SLS AMG, proto jsme se rozhodli investovat do zařízení zde, abychom zvládli SLS a KERS a aby to, co se naučíme, šlo to pohonné jednotky pro rok 2013.
Pohonná jednotka Mercedesu včetně baterií (foto: Mercedes AMG F1 Team)
Znalosti z vývoje vysoce efektivních elektrických strojů, výkonové elektroniky s tím šly ruku v ruce. Vysoce výkonný a energeticky hustý bateriový systém v tom byl zakořeněný. Potřebujete kluky, kteří vědí, co je špička v oboru a jak ji posouvat. Potřebujete to proměnit v CAD modely a obvodových schémat.
Potřebujete také infrastrukturu dodavatelského řetězce, který by to dokázal vyrobit nebo kde byste to kopili, a řídit kvalitu. Nakonec potřebujete infrastrukturu k testování a kluky, kteří budou pracovat na dráze.
Jízda s KERSem v letech 2011 - 2013 u šesti vozů tedy pomohla vše zapouzdřit. Jde opravdu o mechatronický projekt - mísí se to to s mechanickým a elektronickým vývojem. Lidé z obou stran měli lehce odlišné osobnosti, máme však směsici a porozumění, které dostává z obou to nejlepší," sděluje ředitel Mercedesu HPP.
Inovativní inženýři a integrační kompromisy: výkon nebo přítlak?
Podrobněji o konstrukci motoru PU106A ale nechce hovořit. Víme, že MGU-H je umístěno ve V mezi válci uprostřed spalovacího motoru, zatímco MGU-K se nachází pod levým sběrným výfukovým potrubím.
"Jde o Stříbrný šíp, o vůz, který byl vytvořen jednou skupinou inženýrů působící na dvou místech. Neuvěřitelně úzce spolupracovali, aby promysleli nápady a byli inovativní. Celé to je o integraci, o rozhodnutí být týmem spíše než dodavatelem motorů," poukazuje na výhodu továrního týmu, o kterou tak usiloval Red Bull s Renaultem.
"Šlo o jednu skupinu inženýrů s jednou misí - vytvořit nejrychlejší auto. Celé to bylo o zkombinování toho nejlepšího ze všech částí, a to se těžko rozděluje. Pokud věci izolujete, pak je zřejmě nemůžete vidět v kontextu," nechce Cowell od sebe oddělovat motor a šasi.
A jeden z dalších falešných počítačových obrázků - nejen výfukové potrubí
bylo řešeno zcela jinak (foto: Mercedes AMG F1 Team)
Co tím myslí konkrétně? "Když ztratíte trochu přítlaku kvůli bouli v karosérii, abyste pod ní umístili nějakou věcičku, která by vám dala 10 koní navíc - je lepší mít dodatečný výkon nebo vyšší přítlak? Existuje spousta takových kompromisů, takže to je strašně těžké se dívat na pohonnou jednotku odděleně od šasi."
Proto mezi Brackley, kde se vyvíjelo šasi W05 Hybrid, a několik kilometrů vzdáleným Brixworthem, probíhala čilá komunikace: "Když tvoříte systém, je pár věcí, které u šasi chce každý technický ředitel. Přeje si hodně výkonu, chce ho mít po celou dobu, nechce, aby mělo nadváhu, těžiště potřebuje mít co nejméně a objem, který zaberete ve voze, byl co nejnižší.
Obvykle musí být co nejnižší i spotřeba, ačkoliv to v roce 2014 nebylo problémem, protože ji diktovala pravidla. Tyto věci se fakt nikdy nemění. Neustále se za nimi honíte, aby měly co nejmenší dopad na zbytek vozu. Honba za všemi těmito věcmi s těmito pravidly vám dává určité nové rysy."
Nová konstrukce, utajené inovace
Jedním z těchto nových rysů bylo turbodmychadlo, které mělo oddělený kompresor od turbíny. Kompresor se nacházel na přední straně bloku motoru, turbína na zádi a MGU-H k nim bylo připojeno pomocí hřídele se spojkou.
"Inženýři se moc rádi vrátili zpět k prvotním principům. Mohli jsme počítat, číst si dokumenty a věnovat se fyzice. Všichni byli připraveni se učit a inovovat. Měli jsme tady asi jen dva lidi, kteří někdy v minulosti pracovali na turbodmychadlech. Nikdo je dříve nenavrhoval. Přesto jsme si navrhli své vlastní pro tuto pohonnou jednotku, protože jsme si uvědomovali, že bude dělat rozdíl ve výkonnosti.
Kluci, kteří pracovali na konstrukci, také úzce spolupracovali s Daimlerem a těžili z jejich odborných znalostí s přeplňováním. Nyní máme silné vztahy jak v oblasti termodynamické a dynamické, tak i v oblasti mechanické konstrukce. Z pohledu velikosti jde o kamionové turbodmychadlo."
Atmosférický 2,4litrový V8 předchůdce současného motoru (foto: Mercedes AMG F1 Team)
Řešení Mercedesu s sebou nese výhody v oblasti chlazení i instalace, ale Cowell se k diskusi o detailech nenechává zatáhnout: "Když vytváříte pohonnou jednotku, chcete, aby si lidé při pohledu na ní řekli: 'Tohle že je ona? To je tak jednoduché?' Jedním z důvodů je i to, že ze zádi turbo nečouhá. Jeho konstruktéři jsou neuvěřitelně houževnatou skupinou a opravdu se do toho zahloubali. Když jsem ho poprvé viděl, vedlo mě to k úsměvu."
O turbu Mercedesu se toho již hodně napsalo, skutečných inovací je ale více a nacházejí se jinde: "Některé věci, jako je rozdělení turba a výfuky jsou viditelné, takže se o nich hodně diskutuje. Ale tucet dalších věcí je ukrytý pod povrchem," tajemně se usmívá Cowell, aniž by cokoliv konkretizoval.
Tovární tým vs. zákazníci - doplatil McLaren na svého partnera ExxonMobil?
Mercedes své pohonné jednotky dodával také Force Indii, McLarenu a Williamsu. Hlavní pozornost ale upínal pochopitelně ke svému továrnímu týmu a integraci motoru s vlastním šasi W05. "Zákazníky vždy povzbuzujeme k poskytování vstupních informací, jsou vítané, ale konečná rozhodnutí týkající se pohonné jednotky jsou zaměřena na to, co vychází z Brackley. Cílem je vyrobit co nejrychlejší Stříbrný šíp.
V 90 % to vyhovuje i zákazníkovi. Když jsme začínali, tak jsme se rozhodli, že všichni dostanou to stejné, takže při zimním testování měli všichni stejnou specifikaci. To je pomoc i v tom, že dostáváte čtyřnásobné množství dat."
Zejména jeden zákazník potřeboval na motoru odvést větší množství práce. Mercedes ho vyvíjel s využitím paliv a maziv od Petronasu, zatímco McLaren chtěl zůstat u svého dlouholetého partnera - u ExxonMobil. Podle některých právě to stálo za výkonnostní ztrátou vozů z Wokingu.
Cowell ale vysvětluje, že se kvůli tomu věnovali zvláštnímu projektu, aby zajistili, že výkonnost McLarenu bude co nejvyšší. "My jsme s ExxonMobil měli opravdu dlouholetý vztah a bylo jasné, že McLaren s nimi bude pokračovat, proto jsme vedli projekt oddělený od našeho programu s Petronasem."
McLaren sice poháněl Mercedes, v šampionátu se ale pral pouze s Force Indií - mohly
za to jeho vlastní paliva a maziva? (foto: McLaren)
Využíval Mercedes plný výkon?
Podle některých lidí z paddocku Mercedes nikdy nevyužíval plný potenciál své pohonné jednotky PU106A a vždy si nechával něco v rezervě. Co na to jeho zástupce? "Plný potenciál se těžko definuje, myslíte na jedno kolo a pak konec nebo po celkovou životnost motoru?
Jako obvykle jsme při vývoji vytvořili něco, čím bychom to prokázali. Součástí dokazování byl provoz několika motorů až k jejich smrti, máme tedy dostatek datových bodů pro vytvoření poměrně slušné statistické přesnosti toho, jak ji o závodním víkendu bezpečně provozovat."
Během sezóny odstraňoval drobné chybky a vylepšoval motor v rámci pravidel, která to umožňují v zájmu snížení nákladů, zvýšení bezpečnosti či spolehlivosti. Těžili s toho všichni výrobci.
"Provedli jsme vylepšení s ohledem na spolehlivost a náklady. U všech našich dokladů jsme tvrdili, že to nemá žádný dopad na výkonnost. To, co můžete, je sledovat spolehlivost. Ferrari bylo velmi spolehlivé, Renault měl hodně problémů a myslím si, že byli v úžasu z toho, že v Melbourne s některými vozy dojeli do cíle. Ale rychlost, s jakou chyby napravovali, byla úžasné," chválí Cowell soupeře.
A stejně jako v případě šasi, Mercedes během zimy usilovně pracuje na zlepšení své pohonné jednotky. O PU106A jsme se zmínili jako o nejefektivnějším benzínovém motoru vůbec, ve skutečnosti to už není pravdou.
Na dynamometrech v Brixworthu už sedí ještě efektivnější a výkonnější nástupce, který se ke slovu dostane v sezóně 2015. Očekává se, že si svou nadvládu v pohodě udrží. Pilot Force Indie Nico Hülkenberg očekává, že bude mít za zády od Mercedesu opět dominantní motor: "Hovoří se o tom, že toho v kapse mají hodně."