100 miljoonan paukku – F1-sarjan 1,6-litraiset moottorit

15.01.2014 | Michael Schmidt / AMS

Vuodesta 2014 alkaen Formula 1:ssä ajetaan 1,6-litraisilla turbomoottoreilla. Renaultin V6 tuottaa 750 hevosvoimaa, mutta kuluttaa polttoainetta 30 prosenttia vähemmän kuin ennen käytössä ollut V8.

Nykypäivänä autonvalmistajat joutuvat painimaan downsizingin, turboahtamisen sekä hybridien parissa – kaudesta 2014 alkaen kyseiset teknologiat ovat myös osa Formula 1 -sarjaa. Moottorivalmistajat Ferrari, Mercedes ja Renault ovat massiivisen haasteen edessä. Tarkoituksena on saada yhtä paljon tehoa kuin aikaisemminkin, mutta samalla vähentää kulutusta kolmasosalla. Kokonainen kilpailumitta on noin 300 kilometriä ja siitä on selvittävä 100 kilogrammalla bensiiniä. Aikaisemmin tankin koko on ollut 150 kg.

V6-turbojen kehitystyö maksaa arviolta 100 miljoonaa euroa ja erityisen kalliiksi tämä tulee talleille. Vuosimaksu oikeudesta käyttää uusia moottoreita liikkuu 20–25 miljoonassa eurossa.

1,6-litrainen turbokone toimii yhteistyössä kahden sähköisen generaattorin kanssa. Ensimmäinen näistä generaattoreista on nimeltään MGU-K (Kinetic Motor Generator Unit) ja saa energiansa auton jarruttaessa KERS-järjestelmästä. Toinen sähkömoottori kantaa nimeä MGU-H (Heat Motor Generator Unit).

Tässä järjestelmässä energiaa kerätään kuumista pakokaasuista. Turbiinilla on kaksi tärkeää tehtävää: se antaa lisähappea moottorille sekä pyörittää samalla generaattoria, joka tuottaa lisävirtaa. Siksi vuodesta 2014 eteenpäin KERS:iä kutsutaan ERS:iksi. Energian talteenotto ei siis enää perustu pelkästään kineettiseen energiaan ja sähkömoottorit saavat täysin uuden merkityksen. FIA:n kisajohtaja Charlie Whiting mukaan vanha KERS-järjestelmä toi parannusta kierrosaikaan vain noin kolme kymmenystä, mutta uusi ERS tuo parannusta 3 sekuntia.

Insinöörit pääsevät pelaamaan nyt aivan uusilla pelinappuloilla. Sähkömoottoreista on tulossa ns. yleiskoneita, jotka luovuttavat lisätehoa, auttavat säästämään polttoainetta ja vähentävät turboviivettä. Järjestelmien yhteispelin säätäminen on oma taiteenlajinsa.

”Meidän täytyy lähestyä kohdetta huolella”, sanoo Renaultin moottorijohtaja Rob White.

Uudet säännöt on tehty keinotekoisesti vaikeiksi insinööreille. V6-mootorin ideaali ahtamistapa olisi kaksoisturbot. Säännöissä pakotetaan kuitenkin käyttämään vain yhtä ahdinta.

”Turbiinin suuren koon ja siihen liitetyn generaattorin takia turboviive olisi useita sekunteja. Nykyään kuskit ovat jo vihaisia, jos eivät saa voimaa käyttöönsä alle kymmenesosasekunnissa siitä, kun kaasua on painettu", White selittää tästä johtuvia haittoja.

"Käytämme tämän vuoksi sähkömoottoria, jotta voisimme hallita ahtopaineita sekä paikata turboviivettä. Vaikeus piilee siinä, että tuleeko lisävoima MGU-K:lta vai MGU-H:lta. Lisäksi kaikkea mahdollista, mitä kuvitella saattaa, on rajoitettu – maksimaalisesta polttoaineen virtausmäärästä aina käytössä olevaan sähkömoottorien tuottamaan tehoon asti."

Polttomoottori antaisi tehoa yksinään vain noin 550–600 hevosvoimaa. Ensi vuonna energiaa saa kuitenkin ottaa talteen ja käyttää kymmenkertaisesti aiempaan verrattuna. Aika-ajoissa lisäenergiaa on käytettävissä 160 hevosvoimaa ja 32 sekuntia per kierros. Energian lataaminen on myös oma tieteenlajinsa. Ennen kaikkea radoilla, joilla tapahtuu vähän moottorijarrutusta, kuten Silverstonessa.

JUTTU JATKUU MAINOKSEN JÄLKEEN

”Uusi kineettisen energian talteenottojärjestelmä on tuplasti edeltäjäänsä vahvempi. Myös ladattaessa päästään tietyillä radoilla lähelle suurinta sallittua kahta megajoulea. Lopun energian keruu on jätettävä MGU-H:n harteille, ja se saa luoda virtaa loputtomasti”, White sanoo.

Suurimman sallitun bensiinimäärän lisäksi myös virtausmääriä tullaan rajoittamaan 100 kilogrammaan tunnissa. Sillä pyritään estämään ei toivottuja sivuvaikutuksia, kuten äärimmäistä polttoaineen säästämistä kisan aikana.

”Se pakottaa meidän myös hyödyntämään suurinta tehoa siellä, missä moottori toimii parhaalla hyötysuhteella”, selittää White.

Haussa on alhaisin mahdollinen kulutus.

”Jos käytössä olisi vain polttoaineen määrän rajoittaminen, yrittäisi jokainen moottorivalmistaja saada mahdollisimman paljon tehoa alimmalla mahdollisella kierrosluvulla, jotta pääsisivät 100 kilogrammalla bensiiniä maaliin asti”, jatkaa White.

”Kierrokset laskisivat paljon alemmas, mitä läpivirtausmäärät antaisivat odottaa. Tämä vaikuttaisi puolestaan moottorin ääniin.”

Formula 1 pohatta Bernie Ecclestone on ollut myös huolissaan tulevien moottoreiden äänimaailmasta ja olisi siksi halunnut pitää vanhat moottorit radalla. Korkealle kiertävien V8-moottorien soundit ovat olleet yksi lajin kulmakivistä.

”Ääni on kumeampi, mutta vähintäänkin yhtä aggressiivinen", Renaultin urheilujohtaja Jean-Michael Jalinier tyynnyttää huolestuneita.

Rob White on keskustelusta kuitenkin surullinen: ”Vain korkealle kiertävä V8 kuulostaa korkealle kiertävältä V8:lta.”

Vaikka moottoritehot pysyvät lähes samana, heikkenevät kierrosajat 2014 kolmesta viiteen sekuntiin. Tämä johtuu suuremmasta painosta ja rajoitetusta aerodynamiikasta. Autojen paino nousee 40 kilolla 685 kilogrammaan. Pelkästään se tekee kierrosajalle hallaa 1,7 sekuntia. Autojen downforcea lasketaan myös 30 prosentilla. Etusiipeä kavennetaan 15 senttimetrillä ja takasiipi menettää alemman osansa, joka myös vähentää diffuusorin vaikutusta. Pakokaasujen ulostulo on rajoitettu vain yhteen, joten sekään ei tuota enää läheskään niin paljon maahan painavaa voimaa. FIA:n täytyi kuitenkin hieman perääntyä suunnitelmissaan, sillä etusiiven päätylevyjen suunnittelu vapautettiin ja sivuponttooneihin saa taas asentaa siivekkeitä. Muutenhan F1:stä tulisi GP2.

Tuulilasin tallin ja automaailman tapahtumia Facebookissa

Kommentit

Kommentoi artikkelia

Sinun tulee kirjautua palveluun voidaksesi kommentoida.