المحركات في الفورمولا 1: من V8 إلى V6 Turbo Hybrids

على مدار تاريخ صناعة السيارات ، شهدنا عددًا كبيرًا من تصاميم المحرك. حدث الشيء نفسه في صيغة 1، حيث كانت القواعد الفنية تشير إلى تطور انتقل من V10 إلى V8 ، ثم مع إدخال KERS في V8 ، تم إنشاء جرثومة العصر الهجين الحالي ، وأخيراً انتهينا من V6 Turbo مع التهجين.

تسبب هذا السيناريو المتغير في مغادرة العديد من الشركات المصنعة للسيرك العظيم ودخول شركات جديدة ، اعتمادًا على اهتماماتهم فيما يتعلق بالسيارات التي يبيعونها في الشوارع. لكن أيا من هذه التغييرات لم تجعل السائقين الكلاسيكيين (مرسيدس ورينو وفيراري) يتحركون. حسنًا ، دعنا نفعل شيئًا مثيرًا للاهتمام المراجعة الفنية للسنوات الأخيرة في F1.

دون الخوض في التفاصيل المتعلقة بقيود الاستهلاك والجزء الكهربائي ، الذي سنخصص له مقالًا آخر لوصف ماهية KERS وتشغيله ونظام ERS الحالي (MGU-K و MGU-H) ، سنركز على جزء المحرك على هذا النحو وخاصة في V8 و V6 التي أغلقت السنوات القليلة الماضية في F1. من الواضح دائما نتحدث عن محركات دورة أوتو (البنزين) ، لأنه في F1 لا يتم استخدام دورة الديزل.

محركات V8:

El صوت V8 لا تخطئه العين لقد كان شيئًا شغوف به العديد من محبي الفورمولا 1. صوت قوي أظهر القوة الهائلة لمحركات V ذات 8 أسطوانات. كما تعلم ، على مر التاريخ ، كانت هناك سيارات بها 1 ، 2 ، 3 ، 4 ، 5 ، 6 ، 8 ، 10 ، 12 وحتى 16 اسطوانة ، التي يختلف وضعها عن كونها في الخط ، في V وحتى في W ، بالإضافة إلى الملاكم.

ظهرت محركات V8s الأولى في بداية القرن العشرين لتجهيز الزوارق السريعة والطائرات وسيارات السباق. لكن حتى عام 1914 ، صنعت كاديلاك أول سيارة ذات إنتاج ضخم تعمل بمحركات V8. تم تكييف هذه الميكانيكا لاحقًا بواسطة العديد من المركبات ، خاصة في أمريكا الشمالية.

تاريخياً ، كانت محركات V8s قوية للغاية. محبوب لمرونتهم، القدرة على أن تكون ضخمة لتجهيز المركبات أو القوارب الثقيلة ، حتى ذات الحجم الصغير للمركبات الرياضية أو المنافسة ، كما هو الحال هنا. لكنها أيضًا أغلى ثمناً وتستهلك أكثر من التصميمات الأخرى ، وهو شيء يعوضونه بنسبة قوتهم / حجمهم / وزنهم.

ولا يجب أن ننسى أيضًا أن إحدى الميزات الرائعة الأخرى التي قد يفوتها بعض السائقين مع حظر V8 هي نعومته المميزة. يرجع هذا السلوك "اللطيف" للمحرك V8 إلى حقيقة أن كل 90 درجة من دوران العمود المرفقي تنتج دورة انفجار (في محرك رباعي الأشواط).

حسنًا ، كما يمكنك أن تتخيل ، كان محرك V8s صفين من 4 اسطوانات مائلة في مثل هذه الطريقة التي شكلوا بها نوعًا من V. تختلف زاوية هذا V أيضًا بشكل كبير في سلوك المحرك. على الرغم من أنها عادة ما تكون حول تكوين 90 درجة ، فمن الشائع أيضًا رؤية تكوينات 60 درجة و 45 درجة.

على الرغم من أن كل بنك أسطوانة له رأس أسطوانة خاص به ، مع أعمدة الكامات والصمامات ، العمود المرفقي شائع. لذلك ، فإن التكوين V للمحرك يشبه وجود محركين في خط متصل. غالبًا ما يتخذ العمود المرفقي المذكور تصميمين مختلفين: الترتيب المستوي والمستوي. يستخدم النوع المتقاطع في سيارات الركاب وأنواع أخرى من المركبات ، بينما يستخدم النوع المسطح بشكل أكثر شيوعًا في السيارات الرياضية والمحركات عالية الأداء مثل محركات السباق.

لماذا ا؟ انها بسيطة ، تلك من يجب أن يكون للترتيب المتقاطع أثقال موازنة كبيرة لتوازن نفسها وهذا يجعلها ذات كتلة دوارة ضخمة ، مما يمنع المحرك من العمل بشكل جيد في الثورات العالية. والأسوأ من ذلك ، أن هذا يضر أيضًا بتسارع المحرك أو وقت الاستجابة.

هؤلاء من نوع مسطح ، كما في حالة F1 ، فهي لا تحل مشكلة التوازن مع الأثقال الموازنة ، وبالتالي فهي تسمح بأن تكون أخف ، وتعمل في دورات أعلى ، وتسارع بشكل أسرع ، وما إلى ذلك. لكن لديهم شيئًا ما ضده ، وهو الاهتزاز الذي ينتجهون مقارنة بالنوع المتقاطع. بالنسبة لسيارة F1 ، فهذه ليست مشكلة كبيرة ، ولكن بالنسبة للسياحة سيكون الأمر أسوأ. لمزيد من الراحة ، عادةً ما يتم تضمين زوج من أعمدة الدوران العكسي على كل جانب من العمود المرفقي لتقليل الاهتزاز.

محركات V6 توربو:

الكثير يعود تاريخ أول V6s إلى عام 1950، التي قدمتها لانسيا. تم تصنيع بعض محركات V6 بزوايا 90 درجة مع الاستفادة من خطوط الإنتاج الموجودة بالفعل لمحركات V8s. لكن هذا ليس هو الأكثر كفاءة ، لأن أفضل زاوية لتقليل الاهتزازات هي 60 درجة.

بالعودة إلى F1 ، يعد الصوت ميزة أخرى تم تقليلها مع وصول V6. على الرغم من استعادة بعض الصوت هذا العام ، إلا أنه ليس كما هو الحال في عصر V8. على الرغم من ذلك ، من حيث الأداء ، فإن V6 Turbo Hybrids لهذا العام موجودة بالفعل في وضع يمكنها من تحسين أوقات آخر V8. وستستمر في التطور لبضع سنوات أخرى حتى تستقر ، كما يحدث مع جميع التقنيات الجديدة.

إذا تحققت طلبات وصول توربو مع 1000 سيرة ذاتية من الطاقة ، سيحطم F1 الأرقام القياسية بمحركات أكثر قوة وسيكون هذا بلا شك حافزا لمواصلة مشاهدة هذه الرياضة وفرحة للطيارين. حسنًا ، دعنا ننتقل إلى التقنية ...

لم يقم محرك V6 Turbos بإزالة الأشياء فحسب ، لقد جلبوا أيضًا عزم دوران متزايدًا إلى F1. شيء أحبه بعض الطيارين ولكن ليس آخرين يجدون صعوبة في التحكم في إيصال القوة. لقد كان أيضًا صداعًا للمهندسين لتصميم البرامج أو خرائط توصيل الطاقة المناسبة لتجنب المشكلات التي تظهر من الزوايا (خاصة في المناطق الرطبة).

في V6 ، يحدث انفجار كل 120 درجة من دوران العمود المرفقي.، أفضل من أربع أسطوانات (180 درجة) ، لكنها أسوأ إلى حد ما مما كانت عليه في حالة V8. هذا يجعلها أقل سلاسة من محركات V8 وعناصرها عرضة لإرهاق أكبر ، مما يؤدي إلى نقص معين في الأداء وموثوقية أقل مقارنة بمحرك V8 (كل الأشياء متساوية).

لكن حتى الآن تجاهلنا أنه ملف توربو وليس من محرك يعمل بسحب الهواء الطبيعي عند مقارنته بمحرك V8s. من خلال إدخال الشاحن التوربيني (Turbo) ، من الممكن ضغط الهواء لحقن المزيد منه بنفس الحجم (الشحن الفائق). هذا يسمح للمحرك ، على الرغم من وجود إزاحة أصغر ، أن يحقق قوة أكبر من تلك الموجودة في الغلاف الجوي المكافئ.

حسنًا ، هذا صحيح يضيف Turbo وزنًا وأجزاءًا أكبر للمحرك، وهو شيء لا يكاد يتم تعويضه عن امتلاك محرك أصغر مقارنة بالغلاف الجوي. هذه الأجزاء الجديدة هي: الضاغط (المسؤول عن ضغط الهواء للدخول) ، المبرد البيني (لمواجهة الزيادة في درجة الحرارة الناتجة في الضاغط عن طريق تبريد الهواء بحيث لا يتمدد وإلغاء تأثير الضغط) والتوربينات التي تجعل الضاغط يدور بفضل وجود غازات العادم على شفراته.

تسخير الطاقة العالية لغازات العادمتقوم شفرات التوربين بتدوير العمود المتصل ميكانيكياً بالضاغط. يعمل هذا على ضغط الهواء لحقنه في الأسطوانة وبدء الاحتراق ، بينما يبرد المبرد البيني قبل وصوله إلى وجهته لمنعه من تناول المزيد من الحجم. والنتيجة هي تسليم أكبر للقوة ، متأخرًا ، ولكن أكبر من ذلك الذي يتوافق مع إزاحتها.

حسنًا ، الفكرة لبضع سنوات هي الإنشاء توربو ثنائي يولد حوالي 1.000 سيرة ذاتية من الطاقة مع نفس الإزاحة وعدد الاسطوانات. يختلف التوربو المزدوج عن التوربو العادي من حيث أنه يحتوي على توربوين ، كما يوحي اسمه. أصغر يعمل في الثورات المنخفضة ينتج استجابة سريعة وأخرى أكبر تعمل فقط في الثورات العالية.

اليوم، يُطلب من الشركات المصنعة امتلاك توربو واحد فقط. كان هذا مصدر إزعاج للمصممين. على سبيل المثال ، واجهت فيراري الكثير من المشاكل في عام 2014 لأنهم اعتقدوا أنه إذا كان لديهم توربو أصغر ، فسوف يستجيب بشكل أفضل عند الدورات المنخفضة ، لكن ذلك حد بشكل كبير من قوتهم ومنعهم من منافسة سيارة مرسيدس القوية. مع توربو قليلا لن يكون هناك مثل هذه المشكلة ...

مصطلح آخر مهم عند الحديث عن المحركات التوربينية هو الزائدة ، فترة زمنية يزيد فيها الضاغط عن المعدل الطبيعي لزيادة عزم دوران المحرك. يمكن التحكم في هذا إلكترونيًا وفي F1 ، يستمر overboost حوالي 30 ثانية لكل لفة ، ويستخدم في مناطق التسارع بالطبع.