Co již víme o V6 turbomotorech pro rok 2014?

Formule 1 musí držet krok s dobou, proto se týmy nakonec přes jisté kontroverze dohodly pro přechod na modernější pohonné jednotky - původně měly být zavedeny v roce 2013, nakonec byl tento krok o 12 měsíců odložen.

Inženýři si novou výzvu pochvalují, podle některých se jedná o nejlepší projekt Formule 1 v oblasti motorů za posledních 20 let. Nabídne další možnosti a získání konkurenční výhody. Mezi menšími týmy však panují obavy z příliš vysoké ceny za nové pohonné jednotky, někteří (např. hlavní konstruktér Red Bull Adrian Newey - více zde) se také obávají dominance jednoho výrobce motoru a jeho zákazníků.

Chvíli to bude trvat, než dosáhnou spolehlivosti dnešních agregátů, nemalou spoustu času zabere i vyladění jejich výkonnosti, krouticího momentu a ovladatelnosti z pohledu jezdce. Celkově se však jedná o krok správným směrem. Nová pravidla se snaží podpořit rozvoj systémů pro rekuperaci energie (ERS) a různá chytrá řešení, která by měla uplatnění v běžném provozu a přispěla k produkci efektivnějších motorů.

Pojďme se podívat na některé technické aspekty nových turbomotorů, které budou za dva roky pohánět monoposty F1.

Koncept nového motoru pro rok 2014 (zdroj: PURE)

KERS jednou ze součástí ERS
Systém pro rekuperaci kinetické energie (KERS) bude podstatně vyspělejší a bude tvořit pouze jednu z částí systému pro rekuperaci energie (ERS). Současné monoposty umožňují využívat 400 kJ energie během jednoho kola - 6,7 s při stanoveném maximálním výkonu 60 kW.

Od roku 2014 budou moci vozy využít desetkrát více - 4 MJ energie - při dvojnásobně vyšším výkonu, o který se postará motorgenerátor (MGUK) napojený na klikovou hřídel. Při plně nabitém KERSu pilotům umožní navyšovat rychlost po dobu až 33,3 sekund během každého kola, tj. po dobu 5krát delší než dnes.

Dobíjení KERSu během jednoho kola však bude pouze na 2 MJ energie. Z využívání tohoto systému se tak stane zajímavý strategický nástroj: buď budou využívat jeho poloviční kapacitu v každém kole (16,7 s), nebo se rozhodnou si jej ušetřit pro některé z pozdějších kol, aby se mohli dostat před soupeře - například v době zastávek v boxech.

Využití výfukových plynů pro rekuperaci energie
Dalším zajímavou možností pro navyšování energie bude představovat jedno turbodmychadlo, které bude  mechanicky propojeno s druhým motorgenerátorem (MGUH).

Elektřina z něj bude moci být využita dvěma způsoby: buď k dobití baterií (ale nikoliv nad stanovený limit 2 MJ na kolo - viz KERS výše) nebo přímo k pohonu prvního motorgenerátoru (MGUK) na klikové hřídeli a tudíž k přímému pohonu vozu - v tomto případě není množství dodávaného výkonu pravidly nikterak omezeno. Limit je však přirozený - něco to stojí, jelikož roztáčení turba snižuje výkonnost motoru i aerodynamiky.

Alternativě bude možné tento motorgenerátor využít nejen k brzdění, ale i k roztáčení turba v zájmu vyššího výkonu - i to je dle pravidel možné. Pro výrobce motorů a týmy vyvstane celá řada nových strategických možností pro to, aby dostali své monoposty do cíle závodu v co nejkratším čase. Klíčem bude i napsání softwaru, který by co nejlépe využil to, co se bude nabízet.

Omezení množství paliva a průtoku
Vozy budou moci během velké ceny spotřebovat maximálně 100 kg, což tvoří zhruba 2/3 spotřeby v letošních závodech. Omezen bude i průtok na 100 kg paliva na hodinu. Člověk nemusí být jaderným inženýrem na to, aby si spočítal, že s takovým průtokem po celou dobu závodu by se do cíle nedostal.

Maximální průtok paliva bude kontrolováno zařízením FIA. Zakázána bude variabilní geometrie a dodatečné vstřikování paliva do turba. Pro navyšování výkonu turbem není stanoveno žádné omezení, designéři budou přirozeně tíhnout k velmi vysokým plnicím tlakům při nízkých otáčkách, aby omezily ztráty způsobované třením.

I nadále se však bude vyplácet držet motor ve vysokých otáčkách - pod 10 500 ot/min totiž bude průtok dále omezen (až téměř k nule) přímo úměrně ke klesajícím otáčkám dle vzorce: Q (kg/hod) = 0,009 * N (ot/min) + 5. Znamená to, že výkon nebude omezován tak, jak to známe z dnešní doby, tedy maximálními otáčkami a objemem, ale průtokem paliva.

Turbomotor Ferrari z roku 1986 (foto: Petr Hlawiczka)

Vrtání, zdvih a maximální otáčky
Vrtání válce bylo stanoveno na 80 mm (s tolerancí +/- 0,1 mm), což při objemu šestiválce 1 600 cm3 dává maximální zdvih 53 mm. Poměr vrtání k zdvihu bude činit 1,5:1, což je méně než 2,5:1 - omezení současných motorů.

Před zmražením vývoje osmiválců v roce 2007 motoráři usilovali o co nejkratší zdvih, aby snížili rychlosti pístů a dosáhli vyšších otáček. Díky snížení limitu maximálních otáček z 18 000 na 15 000 ot/min se budoucí motory v rychlosti pohybu pístů (kolem 26 m/s) budou těm dnešním podobat.

Přímé vstřikování
Problémem navyšování výkonu při vyšších otáčkách může působit další změna: pravidla od roku 2014 vyžadují přímé vstřikování paliva do válců při maximálním tlaku 500 barů (dnes 100 barů, nepoužívá se však přímý vstřik).

Kvůli možnosti využít plného průtoku paliva pouze nad 10 500 ot/min s technologií, která není pro vysoké otáčky moc vhodná, budou muset inženýři pořádně zabrat. Očekává se však 5 - 7% zvýšení efektivity spalovacího motoru a 19 - 24% úspory paliva.

Možnost vlastního nastartování a ticho v boxech
Pravidla budou vyžadovat jízdu v boxové uličce pouze na elektrickou energii a vlastní nastartování vozu nezávisle na dalších zařízeních či osobách. Pokud dnes pilotovi zhasne motor, musí přiběhnout mechanik se startérem - a nejedná se zrovna o nejtriviálnější proceduru (více zde).

Dojde-li k tomu za dva roky, nebude odkázán na externí pomoc a nebude to pro něj znamenat automaticky konec závodu. Vzhledem k předpokládané velikosti motorgenerátorů a kapacitě baterií to nebude představovat pro designéry žádný větší problém.

Výkon a zvuk
Výkon spalovacího motoru bude o něco nižší (kolem 600 koní), díky sofistikovanějšímu ERS se ale očekává podobný výkon i časy na kolo jako s dnešními atmosférickými osmiválce, které dosahují výkonu kolem 760 koní. Budou s tím však souviset o 35 % nižší emise CO2.

O zvuk si po prohlídce Maranella před Velkou cenou Itálie už nedělá starosti ani Bernie Ecclestone. Nebude to sice taková slast jako u V10 či V12 motorů, odborníci se ale shodují, že bude znít velmi dobře.

"V6 točící 15 000 ot/min nebude vůbec směšný... Samozřejmě bude trochu jiný, možná o něco nižší, ale opravdu si nemyslím, že by kvůli toho všeho neměl být vrušující. Velká turbína nadělá spoustu hluhu, bude opravdu hlasitě pískat. Nová auta vůbec nebudou nudná," uvedl před časem technický ředitel spoelčnosti PURE - Gilles Simon.

Turbomotor Ferrari z roku 1987 (foto: Petr Hlawiczka)

ECU
Současná řídicí jednotka McLarenu se má používat až do roku 2015, v pohodě však bude dostačovat i požadavkům připravovaných turbomotorů.

Další podrobnosti
Úhel sevření šesti válců do V musí činit 90 °. Čtyřdobé motory budou i nadále obsahovat 2 sací a 2 výfukové ventily na válec.

Minimální hmotnost pohonné jednotky činí 155 kg, její těžiště musí ležet nejméně 200 mm nad referenční rovinou. Kliková hřídel se musí nacházet 90 mm (+/- 0,5 mm) nad referenční rovinou.

Celková hmotnost částí ERS, která bude uchovávat energii, musí dosahovat nejméně 20 a nejvíce 25 kg.

Pro výrobu motoru bude zakázáno využit intermetalických ani matricových kompozitních materiálů, hořčíkových slitin, keramiky a dalších ultralehkých a extrémně drahých materiálů.