Блок цилиндров формула 1

За все время существования гонок формулы один, конфигураций поршневой группы хоть и было бесчисленное количество, объединяло их все время одно свойство — малый ход и большой диаметр поршня, не считая конечно способности выдерживать огромные тепловые и ударные нагрузки.

Даже начиная с самых первых болидов 1950 — х годов ход поршня, для примера: болида Ferrari 125 F1 имел диаметр 55 мм и ход 52 мм. 1.5 литровый атмосферный V12 с максимальной мощностью 220-280 лс (в зависимости от модификации) достигавшейся на очень высоких по тем временам оборотах 7500 об/мин.

Видео:Советский V8 объемом 1.5 литра (200 л.с.) для Формулы-1 1965 годаСкачать

Турбопоршни 80-х годов

1983 г. двигатель Ferrari 126C2B имел конфигурацию поршневой группы 81х48,4 мм. Имея максимальные обороты до 11500 об/мин ход поршня уже тогда был небольшим 48.5 мм

Так как правилами рабочий объем всегда был жестко лимитирован, чтоб значительно поднять мощность приходилось все время повышать оборотистость мотора. Самым лучшим способом повышения оборотов, является уменьшение хода поршня, что при ограниченном объеме и числе цилиндров, приведет к увеличению диаметра поршня. Двигатель с малым ходом поршня не может имень огромный крутящий момент, но зато он может быть реализован на очень высоких оборотах, что приведет к значительному увеличению максимальной мощности.

Соответственное увеличение диаметра поршня позволяет поставить огромные клапана, чтоб обеспечить наполнение цилиндров топливовоздушной смесью.

Возьмем для примера двигатель с 1.5 литровым объемом, который имеет максимальную мощность 100 лс на 6000 об/мин, что будет соответствовать примерно 120 н/м крутящего. Если тот же крутящий момент сдвинуть далеко вверх по оборотам, к примеру до 18000 об/мин то двигатель будет обладать втрое большей максимальной мощностью в 300 лошадей. Кто-то скажет что мощность не важна, а более важен крутящий момент! В принципе правильно, но момент должен быть на колесах . После понижении оборотов в КПП и главной паре момент на них будет также в 3 раза больше.

После такого маленького отступления вернемся собственно к поршням.

Видео:Двигатель за 11млн$!!! на чем едет формула 1?Скачать

Тепловые потери и методы борьбы с ними в формуле один.

На самом деле поршни формулы один не являются самыми совершенными изделиями своего рода, используемые в ДВС. Связано это с запретами на использование других материалов в конструкции поршневой двигателя формулы один кроме металлов. Так например использование покрытий керамическими материалами днища поршня, позволило бы увеличить КПД двигателя и вытекающие из этого повышение мощности, при том же расходе топлива. Суть покрытий заключается в создании теплового барьера между раскаленными газами и днищем поршня, чем меньше тепла уйдет на нагрев поршня тем больше оно преобразуется в полезную работу, а при высоком давлении тепло довольно быстро переходит к стенкам всех поверхностей в камере сгорания. В формуле один единственным методом повышения теплового КПД остается полировка либо шлифовка поршня и камеры сгорания. Полировка позволяет уменьшить площадь поверхности (на микро уровне) Соответственно чем меньшая поверхность контактирует с раскаленными газами, тем меньше тепла перейдет на бесполезный нагрев двигателя. Полировка очень трудоемкий процесс и даже в формуле один не все команды ее используют, достаточно просто качественной (гладкой) обработки поверхности.

Подробнее о тепловых потерях и тепловом КПД: Тепловые потери в двигателях

Видео:СЕКРЕТЫ СОВРЕМЕННОЙ F1! ТЕХНОЛОГИИ ВОЛГИ, 1330+л.с на тонну! Устройство двигателя!Скачать

Большие возможности поршней формулы один

Так как диаметр поршня относительно хода большой, появляется возможность поставить большие клапана и сделать впускные, выпускные каналы большого сечения. Объем цилиндра получается небольшим. Наполнение при такой компоновке не уменьшается, даже на очень больших оборотах работы двигателя. Пропускная способность клапанов и каналов в несколько раз больше, в сравнении с обычным ДВС того-же объема. (более 3 раз)

Самые высокие обороты двигателей допущенных к участию в формуле один были реализованы в 2000-х годах. Ferrari F2005 имела силовой агрегат долговременно работающий на оборотах 19.100 об/мин с мощностью 920 лс. Это был 3.0 литровый атмосферный V10 с диаметром цилиндра и ходом поршня 96х41.4мм соответственно. При этом обороты были ограничены правилами, но сам двигатель мог работать на 22.000+ об/мин, при которых имел гораздо больше мощности.

Видео:BMW M12/13 Самый мощный двигатель в истории Формулы-1?Скачать

Нагрузки действующие на поршень формулы один

Инерционные ограничения поршневой.

С повышением оборотов двигателя, необходимых для получения высоких показателей мощности от атмосферного мотора, очень сильно повышаются инерционные нагрузки на все детали совершающие возвратно поступательные движения. К таким деталям относится поршень, поршневой палец и шатун. Уменьшить инерцию можно уменьшением хода поршня и уменьшением возвратно — поступательно движущихся масс. Сильно уменьшить массу поршня в F1 не получается ввиду относительно большого диаметра и в то же время огромной мощности, но вот ход поршня здесь как раз не велик.

Читайте также: Блок цилиндров ниссан альмера n16

Видео:У кого самый мощный двигатель в Ф-1 в 2022?Скачать

Примеры: Характеристики поршней

Масса поршневой одного цилиндра в сборе современных болидов формулы один 2000-2013 около 600 грамм. Сюда входит масса поршня с кольцами, поршневого пальца, и шатуна. Поршень Honda F1 RA806E V8 весит: 2003г — 251гр; 2004г — 210гр; 2005г — 230гр. Ускорение поршней при совершении возвратно поступательного движения около 9000G на 19000 об/мин. Максимальная нагрузка на шейку коленвала около 6000 килограмм на максимальных оборотах и мощности. Среднее эффективное давление на днище поршня при максимальном крутящем моменте 15 бар — что при площади 98 миллиметрового поршня в 75 см2 дает среднюю нагрузку в 1125 кгс, это позволяет снимать с одного поршня около 100 лошадиных сил на высоких оборотах. В итоге получается, что инерционные нагрузки превосходят нагрузки горения топлива более чем в 6 раз! Правда справедливости ради стоит заметить, что максимальные (пиковые) давления в камере сгорания доходят до 100 бар (7.5 тонн на днище поршня), но они очень кратковременны, а инерционные с разной долей действуют практически постоянно и скорей кратковременно их отсутствие.

Видео:Двигатель формулы 1 мото исполнение!Скачать

Конструкция поршней ДВС F1

Поршень является практически отпечатком камеры сгорания, так как из-за большого диаметра, малого хода поршня и высокой степени сжатия, места под собственно настоящую камеру сгорания, в компоновке цилиндра двигателей формулы один практически не остается. К примеру, при ходе поршня 40 мм и степени сжатия 13:1 недоход поршня составит всего 3 мм, если считать по всей поверхности. В то время как в обычных гражданских моторах только, одна прокладка блока цилиндров может иметь 2 мм-ю толщину.

Алюминий является основным материалом используемым в производстве высокотехнологичных поршней F1. Наиболее подходящим сплавом является ялюминиево-беррилиевый состав. Алюминиевые поршни с добавлением беррилия обладают на 30% меньшим весом и более высоким показателем теплопроводности. Такие детали применяла команда McLaren в сезоне 1998 года однако FIA очень быстро запретила использование беррилия из — за высокой вредности металла.

Материалы разрешенные к использованию описаны в правиле технического регламента под номером 5.17.1. По сути разрешено использование следующих сплавов: Al-Si; Al-Cu; Al-Mg или Al-Zn (хотя другие пункты правил позволяют добавление небольших количеств других элементов к основному сплаву.

Видео:Безоговорочная победа II Блог Владимира Башмакова №199Скачать

Серии разрешенных сплавов для поршней F1

2000 серия: Алюминий, легированный медью
4000 серия: Алюминий, легированный кремний
5000 серия: Алюминий, легированный магнием
7000: Алюминий, легированный цинком

Как ни странно но один из самых распространенных сплавов для поршней F1 разработан еще в 30-х годах. Носит но аббревиатуру 2618 и разрабатывался первоначально для авиационного двигателя Rolls Royce. Высокая твердость и устойчивость к высоким температурам, а также стойкость усталостному разрушению сделало его столь популярным в аэрокосмической индустрии и F1.

Некоторые моторы имеют сверхтонкие поршневые кольца. При довольно скудной информации в этом вопросе, все же известно, что бывают компрессионные кольца с толщиной всего 0.5 миллиметра. Малая толщина позволяет уменьшить трение кольца о цилиндр и при этом усилить удельное прижимное усилие. Чем больше удельное давление кольца на стенки цилиндра, тем меньшее количество газов попадет в картер двигателя и соответственно больше совершиться полезной работы. Чтоб сделать кольца более упругими при столь малой толщине, приходиться сильно заглублять их в поршне и делать более широкими.

Видео:Формула 1 изнутри. Моторы BMW в Формуле 1Скачать

Поршевая эволюция в формуле 1

1967 Ferrari 312 F1 один из 12 поршней 3 литрового двигателя. Мощность 360 лс при 10000 об/мин

Это поршень от 3-литрового оппозитного ДВС V12 Ferrari 1971 года. Первоначальная мощность 365 лс на 10000 об/мин. В дальнейшем на этой базе были созданы модификации с мощностью до 510 лс при более чем 12000 об/мин.

1981 Ferrari 126ck турбо. Тип двигателя 021 120° развал блока V6. 1.5 литра степень сж. 6.7:1, впрыск топлива, мощность 580 лс при 11500 об/мин. 4 кл. на цил. 2 KKK турбины.

Диам. цил./ход поршня 81х48,4 мм. Еще один представитель легендарной турбо эры восьмидесятых: 1982 Formula 1 Ford Cosworth FW08 DFV

Яркий представитель атмосферной эры. Двигатель Феррари с 5 клапанами на цилиндр! 1993 года ferrari F1 F 93A. 3.5 литра V12 700 лс.

1999 Ferrari F399 3 литровый V10 атмо. мощность 790 лс. при 16300 об/мин Диаметр/ход 96х41.4 мм

Читайте также: Пневматический цилиндр двустороннего действия схема

Факты и статистические данные двигателя работающего на 18000 об/мин.

Что происходит за одну секунду:

300 оборотов коленчатого вала
150 открытий и закрытий клапанов
360 литров топливовоздушной смеси сгорает
3 литра охлаждающей жидкости, проходит по патрубкам системы охлаждения
1 литр масла проходит по всем каналам ДВС

Максимальные пиковые характеристики поршня F1 на 19000

Пиковое давление на днище 100 бар
Среднее давление 15 бар
Температура верхней части 350 градусов
Температура нижней части 200 градусов

Видео:ПОЧЕМУ БОЛИД F1 стоит 1,5 миллиарда? ЦЕНА ДЕТАЛЕЙ БОЛИДА ФОРМУЛЫ 1!Скачать

Моторы «Ф-1» не ставят в обычные машины. Виноваты проблемы с запуском, крутящим моментом и охлаждением

Технический эксперт все объяснил.

«Формула-1» на протяжении всей своей истории считалась и продолжает считаться пиком автомобильной инженерии: конструкторы постоянно выжимали максимум из аэродинамических пакетов, компоновки и силовых установок. Естественно, душа и сердце гоночной машины — это ее двигатель, и не важно, насколько сумасшедшими и продвинутыми делают моторы в обычных дорожных машинах, они все равно не смогут нагнетать, реветь, сжигать и взрывать на уровне топовых устройств из автоспорта. И силовую установку нельзя просто так взять и запихать в обычное стоковое авто — технический эксперт Drivetribe Майк Ферни объянил причины целиком и полностью в шоу Mike’s Mechanics.

«Да, у нас есть «Феррари» F50, «Порше» Carrera GT и пара творений «Ямахи» – моторы всех этих машин основаны на двигателях «Формулы-1». Но все-таки они не были настоящими гоночными моторами, снятыми прямиком с трека.

Конечно, мы все ждем гиперкар «Мерседес» AMG One – в нем, по уверениям конструктора, стоит силовая установка, идентичная агрегату из болида Льюиса Хэмилтона 2016 года.

Я лично видел тесты этой машины на секретном испытательном автодроме в Великобритании. Скажу честно: она находится не в лучшим состоянии. Уже нет никакой тайны в проблеме: у AMG не получается заставить авто работать на полную — особенно на низких скоростях. Когда она проехала мимо меня — честно говоря, мне показалось, будто она звучит как байк для MotoGP с огромнейшими перебоями в зажигании.

Итак, с чем же сражается «Мерседес»? Почему мотор от «Ф-1» так сложно запихать в дорожную машину?

Видео:ЭВОЛЮЦИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ В ФОРМУЛЕ 1Скачать

Запуск

Считается, что этот пункт — самый простой, но у силовой установки из Гран-при нет возможности заводиться от поворота ключа. Все из-за огромной прочности, которую мотористы закладывают в блок силовой установки — зазор между двигающимися агрегатами в моторе буквально микроскопический. И это один из тех аспектов, который позволяет двигателю производить мощность с максимальной эффективностью.

Допустимые отклонения настолько малы, что поршни на холодном старте будут плотно утоплены в блок двигателя. Жидкость должна течь по двигателю при температурах в примерно 80 градусов и покрывать все охлаждаемые поверхности, чтобы старт состоялся. Следовательно, если вы просто захотите поехать прокатиться в воскресенье, вам придется встать ни свет ни заря для тщательной и бережной подготовки двигателя к запуску.

И только потом пройдет непосредственно старт. То есть вам потребуется много усилий, чтобы завести с толкача мотор «Формулы-1» – и в особенности вам необходим один из тех девайсов, которыми заводят современные болиды. И да, вам придется пользоваться им для каждого начала поездки.

Видео:Блок Двигателя! Чугун или Алюминий! Никасил и АлюсилСкачать

Охлаждение

В обычной машине радиатор смонтирован в передней части. Он отбирает тепло из мотора и передает его в окружающую атмосферу.

Объем пиковой энергии двигателя рассчитывается так: пиковый крутящий момент умножается на обороты в минуту, при которых этот момент достигается, и результат делится на 9565. Следовательно, более «оборотистый» мотор «Формулы-1» создаст больше энергии — а значит, и тепла, которое надо будет рассеять.

Именно поэтому недостаточно будет просто переставить силовую установку из болида в машину — лучше прихватить с собой и систему охлаждения. А ведь гоночное авто использует два огромных радиатора по разным сторонам корпуса.

В противном случае вам придется создать собственную систему теплообмена. Придется пройти через огромный объем расчетов по свойствам и размеру радиаторов — и это будет не лучшее времяпрепровождение.

Охлаждающие элементы в «Формуле-1» чаще всего располагаются под углом — специально, чтобы в небольшой боковой понтон можно было запихать устройство побольше. И с лицевой стороны она будет выглядеть вот так.

А еще система охлаждения в «Ф-1» не предусматривает дополнительных охлаждающих турбин, так что если на такой машине попасть в трафик и завязнуть в пробке, то двигатель почти без сомнений перегреется. Или к машине придется примотать два огромных и мощных вентилятора для снижения температуры. Уйдет немало труда.

Читайте также: Блок цилиндров nissan gtr r35

Видео:НАСТОЯЩАЯ ГЕОМЕТРИЯ ДВИГАТЕЛЯ B/SСкачать

Стоимость

Двигатель «Ф-1» – настоящее произведение инженерного искусства. Следовательно, на него установлена соответствующая титулу цена: сейчас один экземпляр разоряет команду на 7,9 миллиона долларов. Хотя бы поэтому поставить его в дорожную машину было бы непросто: материалы тоже потребовались бы очень дорогие, как и оборудование для установки и настройки.

Для раскрутки современной силовой установки до 15 000 об/мин и генерирования 800 л.с. мощности вам потребуется, к примеру, продвинутая пневматическая клапанная система вместо классических пружинных.

Да, вместо этих простых металлических штук двигатели «Ф-1» используют сжатый азот для надежного захлопывания клапанов. И это влетит в копеечку — и при установке, и при техобслуживании, и на стадиях ремонта.

Если вы родились в эру V10, то легко можете выйти в интернет и найти что-то такое.

«Хонда-Мьюген» за примерно 13 тысяч долларов. Точно так же можно раздобыть и другие довольно бюджетные моторы из той эры «Ф-1» вроде «Джадд» V8 или «Косуорт» V8. Но сперва вам надо будет привезти их, потом переделать под свои нужды, а затем настанет черед самого сложного — поиска коробки передач под такой агрегат. Это выполнимо, но…

Видео:BMW МОГЛИ! САМЫЙ МОЩНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ЗА ВСЮ ИСТОРИЮ F1! на 2024 год!Скачать

Крутящий момент

Моторы «Формулы-1» знакомы всем за умопомрачительные показатели лошадиных сил, но про крутящий момент обычно забывают. Да, болиду весом в 700 кг с пилотом не нужно так уж много момента, чтобы сорваться с места. К тому же, с их уровнем генерирования прижимной силы они могут проезжать повороты на чудовищных скоростях, а иногда и вовсе с полным газом — вообще не беспокоясь ни о чем.

Следовательно, моторы заточены под мощность, и крутящий момент достигается максимума на пике оборотов. У двигателей «Ф-1» сравнительно малый момент для вырабатываемой мощности, при этом короткий ход поршня и широкий цилиндр.

(слева — обычный поршень, справа — поршень из «Ф-1»).

Более короткий ход поршня позволяет мотору достигать более высоких оборотов по сравнению с другими агрегатами — отсюда и большая мощность. С другой стороны, из-за малого «плеча» каждого поршня крутящий момент оказывается невысоким.

На обычных дорожных машинах массой от 1200 до 1800 кг мотору от «Формулы-1» пришлось бы работать на полную, чтобы просто сдвигать авто с места и катать его по городу. Правда, у современных моторов с этим делом все намного лучше, чем у старых атмосферных V10 – все благодаря турбонаддуву и гибридной составляющей.

Она как раз и заполняет тот недостаток крутящего момента на низких оборотах.

AMG, например, так и заявил: их гиперкар One будет кататься по городу именно на электрических моторах и на низких скоростях запускать мотор вообще не придется.

Видео:На передовой. Тайная жизнь формулы 1Скачать

Жизненный цикл

Сейчас, в 2019-м, в «Формуле-1» есть правило: каждый гонщик имеет право использовать только по три комплекта элементов силовых установок за сезон. Следовательно, теперь моторы должны быть довольно надежными. В прошлом же бывали эры, в которых двигатель жил только одну гонку — после финиша его либо приходилось ремонтировать и восстанавливать, либо просто менять на новый.

Да, двигатель «Формулы-1» подвергается огромным нагрузкам — все благодаря природной свирепости сути процесса внутреннего сгорания и скорости обратно-поступательного движения. Без ограничений мотор V10 из начала 2000-х может выдавать 20000 об/мин — а это значит, что каждый поршень двигается вверх-вниз по 300 раз в секунду. С учетом массы поршня, он за это время переживает перегрузку в 10600 G. Давление в цилиндрах на пике цикла может достигать 1500 «атмосфер». Неудивительно, что с такими показателями мотор оказывается хрупким.

Именно поэтому для адекватного переноса мотора «Ф-1» в обычную машину силовую установку придется разобрать до мельчайших компонентов и бесконечно перестраивать только для того, чтобы он заработал. Никто заранее не спрогнозирует вам, сколько это потребует времени или денег.

С другой стороны, AMG пытается не просто вытащить мотор из болида и засунуть в дорожное авто, а выстроить машину вокруг гоночной силовой установки. Очевидно, это намного более продуманный путь, но «Мерседесу» приходится иметь дело с каждым из упомянутых мною аспектов. Конечно, огромная куча наличности может решить большинство проблем в сфере инженерии: с мощной финансовой поддержкой тот самый легендарный V10 от «Феррари» реально запихать в LaFerrari. Если вы достаточно двинуты на этой идее.

Что же AMG может сделать с современным гибридным мотором V6 объемом 1,6 литра для решения всех проблем? Уже известно: конструкторы обрезали предельное число оборотов с 15 тысяч до 11 тысяч. Вопросы повседневного охлаждения и холодного старта все еще висят в воздухе.

📺 Видео

ПОЧЕМУ поршень двигателя ФОРМУЛА 1 стоит 70 000 $ ?Скачать

ЭТИ ТЕХНОЛОГИИ ЗАПРЕТИЛИ В ФОРМУЛЕ: 45.000об/мин | Секретный кузов | Секретная педальСкачать

ЧТО БУДЕТ, ЕСЛИ ПОСТАВИТЬ МОТОР ФОРМУЛЫ-1 В СЕРИЙНЫЙ АВТОМОБИЛЬ?!Скачать

Как делают блок двигателяСкачать

Сравнение звука болидов Формула 1 в 2013 и 2014 годуСкачать

Как завести болид Формулы 1? И почему на это нужно несколько часов?Скачать