A zöldebb autók élhar­co­sa lehet a Formula 1

A Formula 1 mindig is a sebességről szólt, ez az idén sem lesz másként, pedig a motorok hengerűrtartalma megegyezik egy utcai autóéval. Vajon hogyan csinálják?

A hétvégén Melbourne-ben elstartoló versenysorozat gyökeres változásokon ment át, melynek hatására a versenygépeknél alkalmazott technikáknak sokkal nagyobb jelentőségük lesz a jövő utcai autóinak fejlesztésében. Egy nap üzemanyag-hatékonyságuk és energia-visszatápláló megoldásaik az általunk vezetett autókban is vissza fognak köszönni.

A Formula 1-ben mindig is kulcsszerepe volt a motorok teljesítményének. 1989-ben a turbók betiltása után igen sokszínű volt a paletta, a V8, V10 és V12 mellett még 3,5 literes VV elrendezésű 12 hengeres motorral is találkozhattunk, majd 1995-től egységesen 3 literes V10-es szörnyetegek érkeztek. Ezt követték az egészen 2013-ig szereplő 2,4 literes V8-asok és az egyre inkább előtérbe kerülő aerodinamikai trükkök. Az idei 1,6 literes motorok azonban már egyértelműen a családi autókat idézik, legalábbis a hengerűrtartalom terén.


A Nemzetközi Motorsport Szövetség (FIA) elve egyszerű, szereljük fel a versenyautókat egy méretét tekintve utcai autónál is alkalmazható motorral, amit energia-visszanyerő rendszerekkel spékelünk meg, zöldebbé téve a sorozatot, ugyanakkor megőrizve azt a sebességet, amivel az F1 az együléses autók csúcsát képviseli. Sokan rendkívül szkeptikusan várták az idei idény rajtját, a korábbi világbajnok, Jenson Button azonban az optimisták táborát erősíti. "A motor ereje kitűnő, rendkívül nyomatékos" - utalt a McLaren versenyzője az új turbómotorok gyorsulási képességeire.

Az elmúlt évek a nagy autógyártók, mint a Ford, a Toyota és a BMW kivonulásáról szóltak, ma már csak három motorgyártó látja el a 11 csapatot. A Volkswagen csoport azzal utasította el a csatlakozás ötletét, hogy az F1 nem releváns az utcai autók fejlesztése szempontjából, ezért érthető az FIA és a sportban maradt három gyártó, a Ferrari, a Renault és a Mercedes törekvése, hogy a sorozat szabályait vonzóvá tegyék a többi gyártó számára. A Honda mindenesetre már megerősítette visszatérését, amihez idővel újabb nagy nevek csatlakozhatnak.

Az eddigiekkel összevetve az új szabályok igen drasztikusak. Az új motoroknak legalább 30 százalékkal kevesebbet kell fogyasztaniuk a tavalyiakhoz képest. Az üzemanyag-hatékonyságot jelenleg két mechanizmus biztosítja: a maximalizált üzemanyag átfolyási sebesség, ami óránként 100 kilogramm, ezzel limitálva a motorerőt; illetve a másik tényező, miszerint egy versenytávra csak 100 kilogramm üzemanyagot használhatnak fel a tavalyi 150 kilogrammal szemben, vagyis harmadával csökkentették a 305 kilométeres versenyeken felhasználható mennyiséget. Eközben persze a sebességet szinten kell tartani, hogy megőrizzék a sorozat szellemiségét, a szponzorokat és a nézőket.


Hogy mindezt egy 1,6 literes motorral elérjék, szükség volt néhány trükkre, különösen az amúgy veszendőbe menő energiák visszanyerése terén. Ez utóbbi olyan jelentős szerepet kapott, hogy már nem is egy klasszikus értelemben vett motorról, hanem egy erőforrás-egységről kell beszélni. Ennek az egységnek a lelke 2014-ben egy új, a korábbiaknál jóval kisebb méretű motor, melynek fordulatszámát 18 000 rpm-ről 15 000-re csökkentették a hatékonyság jegyében, ezt ellensúlyozzák azonban az energia-visszanyerési technikák.

2009 óta az F1 versenyautók a hibridekhez hasonló fékrendszert használnak, ami egy lítium-ion akkut tölt. Az akkuban felgyűlt energia kisüthető egy motorba, ami 7 másodpercnyi kinetikus energia löketet adott a versenygép hajtásláncának. Ez a kinetikus energia-visszanyerő rendszer, vagyis a KERS egy motorból és egy generátorból állt. Ezt az egységet fejlesztették tovább egy motor-generátor kinetikus egységgé (MGU-K), ami immár ötször annyi fékenergiát gyűjt össze, mint a KERS, körönként 2 MJ-t. A rendszer részét képző motor 4 MJ energiát képes az akkuból kinyerni és a hajtáslánchoz eljuttatni, 30 másodpercen keresztül 161 lóerő többletet adva a versenyautónak.

A következő energia-visszanyerési trükk egy újszerű turbófeltöltő. Maga a turbó - mint arra a cikk elején már utaltunk - nem új a Formula 1-ben, idén azonban egy egészen új adut is előhúztak az alkalmazásával. A hagyományos turbófeltöltőkben egy turbina helyezkedik el, ami energiát von ki a belsőégésű motorból, és ezt az energiát arra használja, hogy a motor levegő-bevitelét hűtött, sűrített levegővel fokozza, és ezzel a motor hatékonyságát, erejét vagy teljesítményét megnövelje. A teljesítménynövelés során a motor kipufogógázainak energiáját használják fel.


A motorból a kipufogógáz-vezetéken keresztül távozó nagy sebességű égéstermék hajtja a turbófeltöltő turbináját, így egyúttal a vele egy tengelyre csapágyazott kompresszort, ami a friss levegőt beszívja és a légkörinél magasabb nyomáson a hengerekhez juttatja. Az új turbófeltöltő esetében semmi nem megy kárba. Amint a kipufogógáz nyomása beindítja a kompresszort, a turbina többletenergiáját begyűjti egy motor-generátor hőegység (MGU-H). Ez szintén az akkut tölti további lóerőkkel látva el az autót, tovább csökkentve az üzemanyag fogyasztást.

A szezon előtti tesztek eredményei szerint több mint 30 százalékkal nagyobb teljesítményt sikerült elérni az elfogyasztott üzemanyagból energiaegységenként a tavalyi V8-as motorokhoz viszonyítva. A változások a versenyzők életét is megkönnyíthetik, mivel nem kell törődniük a kinetikus és hőenergia visszanyerő rendszerek (együttes nevükön ERS) manuális aktiválásával, ahogy azt a KERS-szel tették. Ezt egy okos elektronika végzi helyettük, biztosítva, hogy minden rendelkezésre álló energia - érkezzen az a motorból, vagy az akkumulátorból - kiférjen a csövön.

A fenti folyamatokhoz szükséges elektromos vezérlőegységet minden csapat számára a McLaren Applied Technologies (MAT) szállítja, amit a sportszerűség megtartása érdekében szigorúan különválasztottak a McLaren F1 csapattól. A vezérlőegység komponál meg minden mozzanatot a fojtószelep működtetésétől a sebességváltásig. A rendszer szoftverét teljesen újraírták az új energia-tápláló turbók miatt, nyilatkozott Peter van Manen, a MAT alelnöke. "Az utcai autók szempontjából is nagyon érdekes a teljes energia-visszanyerési koncepció, mivel a személygépjárművek energiájának fele hő formájában távozik a kipufogócsövön" - magyarázta van Manen. "Ennek egy részének visszanyerésével nagy hatást gyakorolhatunk a szénkibocsátásra és az üzemanyag gazdaságosságra."


A bonyolult turbómotorok és elektromos kiegészítőik megbízhatóságának igazi tesztjét már a hétvégén megízlelhettük (22 autóból csak 5 adta fel a küzdelmet műszaki probléma miatt), akárcsak az új hajtóművek hangját, amivel szemben sokan viseltetnek előítéletekkel, a V8-as motorok hangorkánja ugyanis végérvényesen a múlté, ugyanakkor a versenyzés látványosabbá válhat. "A kanyarokból történő kigyorsításokhoz rengeteg nyomaték áll a rendelkezésünkre, ami izgalmas" - mondta Button még a tesztek során. "Úgy vélem pozitív dolog, hogy rendelkezésünkre áll az ERS a teljesítménybeli rések kitöltéséhez. Elmondhatom, hogy ez már ebben a korai szakaszban is egy nagyon vezethető motor."

A Formula 1, ami korábban soha nem adott teret a zöld törekvéseknek, tehát végérvényesen a 21. századba lépett. Az idei szezon után mérnökeik talán mindenkinél többet fognak tudni arról, hogyan sajtolják ki a lehető legtöbbet a kinetikus energiából és egyetlen liter üzemanyagból.