Motory vstupují do 3. ročníku od velké změny pravidel a souboje mezi jejich výrobci budou stejně intenzivní jako v předchozích letech. Je překvapující, že mezi koncepty pohonných jednotek stále zůstávají velké rozdíly.
Zatímco Mercedes uložil kompresor před a turbínu za blok spalovacího motoru, Honda obě součástí umístila z důvodu úspory místa do prostoru mezi válci. Čím jsou totiž bočnice v zadní části užší, tím rychleji může vzduch proudit díky vyšší změně tlaku vyvolané jejich zakřiveným profilem. Aerodynamické povrchy pak vytvářejí vyšší přítlak.
Ve Formuli 1 však jde o časy na kolo - a zde záleží na co nejlepším kompromisu mezi aerodynamickým přínosem plynoucím z užšího vozu a efektivitou pohonné jednotky.
Pokroky v efektivitě
Když byl zaveden v době atmosférických V8 motorů systém pro rekuperaci kinetické energie (KERS), dokázal (při své hmotnosti 107 kg při prvním testu) dostat zpět na klikovou hřídel 39 % rekuperované energie. Po zavedení V6 turbomotorů v sezóně 2014 tento poměr stoupl na 85 % (systém vážil už jen 24 kg), nyní u Mercedesu dosahuje 95 % a váží jen 20 kg.
Pokud jde o tepelnou efektivitu, tj. kolik z celkového množství energie paliva (1240 kW) je dodáno na klikovou hřídel, pak Mercedes dosahoval v roce 40 %, nyní už je na úžasných 47 %. Pro srovnání, u V8 motorů na konci jejich éry dosahovala tepelná efektivita pouhých 29 %.
Mercedes opět zvětšuje turbo
Ředitel motorového oddělení Mercedesu, Andy Cowell, nyní prozrazuje, že před letošní sezónou dále zvětšili turbínu: "Ano. Zlepší se dvě oblasti - efektivita ICE každý rok stoupá a efektivita turba také. To znamená, že velikost turbíny se také zvětšuje, aby neobírala motor o výkon."
Pokud by kompresor a turbínu museli umístit do prostoru, kam jej tlačí Honda, pak by pro další zvětšování neměli takový prostor. A s větší velikostí budou dosahovat i většího výkonu.
"Musíte myslet na mistrovské body. Ty získáváte v neděli odpoledne, ne v kvalifikaci. Proto potřebujete analyzovat poměr důležitosti mezi těmito věcmi. Jde o to postavit se do čela roštu, ale pak se trápit ve druhém kole s energií, nebo zajistit, abyste odjeli skutečně solidní závod? To musí všichni výrobci vyvážit. Může to ovlivnit způsob, jakým navrhujete velikost turba.
A pak jde o úroveň efektivity, kterou budete dosahovat ze všech prvků v cyklu přeplňování. Pokud si myslíte, že elektrická zařízení - výkonová elektronika a MGU-K - nemůžou být tak efektivní, pak nemá smysl mít velkou turbínu. Protože simulace času na kolo je založena na tom, co ke klikové hřídeli přidává MGU-K.
Pokud si myslíte, že z turbíny můžete do MGU-H dostat 100 kW, ale přitom z toho bude jen 50 kW, když se to dostane na klikovku, a když se podíváte na hmotnost a objem všech těch chladicích systémů, které se musí vyrovnat s promrhanými 50 kW, pak to začíná znevažovat výhodu větší turbíny," vysvětluje Cowell.
Zlepšování u Hondy - doplatí na snahu o zachování kompaktních rozměrů?
Sportovní ředitel Hondy Jasuhisa Araj po minulé sezóně uvedl, že také hodlají zvětšit turbo na "přibližně stejnou velikost", jakou mělo turbo Mercedesu, ale že ho ponechají v prostoru mezi válci, aby zachovali kompaktní rozměry pohonné jednotky. Honda měla turbo (tj. turbínu + kompresor) loni menší, proto muselo točit vyšší otáčky.
A i když v nich dokázala překonat 95 - 100 tisíc, které točila turba Mercedesu, Ferrari či Renaultu (maximum stanovené pravidly je 125 000 ot/min), narazila na strop efektivity, který se nacházel níže.
"Problémem byla efektivita jak turbíny, tak i kompresoru. Při rychlosti, jakou se museli otáčet, byly neefektivní," přiznal Araj. Proto jej nemohla točit tak rychle, aby překonala jeho menší rozměry. Pozornost je třeba také věnovat tlaku výfukových plynů, které vytváří turbína - zpětný tlak totiž může obírat spalovací motor (ICE) o výkon.
ICE japonského výrobce přitom nebylo špatné - z GPS analýzy vyplývá, že na Mercedes ztrácel jen 40 koní, tedy méně než Renault. Jenže MGU-H Hondy kvůli neefektivitě turbíny nedokázalo rekuperovat tolik, co jeho soupeři, proto šlo přes MGU-K na kola navíc jen zhruba 40 z celkových 160 možných koní a jejich pohonná jednotka tolik ztrácela.
Když turbína nedosahuje potřebnou výkonnost, snižuje se tím také výkonnost kompresoru, což ovlivňuje spalovací směs (méně výbušná kvůli nižšímu obsahu vzduchu), a tím se k turbíně dostává mnohem méně tepelné energie k rekuperaci. Kvůli tomuto cyklu není možné zachytit a dodávat dostatek energie do baterie a přes MGU-K pak zpět na kola.
Pro stažení náskoku je zvětšení turba nezbytné - jenže podle Araje má dosahovat velikosti turba Mercedesu z roku 2015. Německý tým ho od té doby několikrát zvětšil. Proto je otázkou, zda to bude stačit. Návrh lopatek v turbíně a kompresoru je velmi náročným cvičením.
Optimalizace bude klíčová. Pokud se kompaktní rozměry týmu nevyplatí, možná jim nezbyde nic jiného, než se příští rok vydat cestou Mercedesu - což po letošní sezóně bude možné díky zrušení žetonů a volnému vývoji pohonných jednotek.