Меню сайта
Поиск по сайту
Номера журнала
Рубрики журнала
Фотоальбомы
Разное
Пользователи
Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0


Яндекс.Метрика

Индекс цитирования.
Главная » Статьи » Номера журнала » №7 (02.1999)

Вечные тайны железного сердца

Вечные тайны железного сердца

 

При взгляде на современный гоночный автомобиль сравнение приходит само собой. Настоящий хищный зверь, стремительный и могучий. Воображение услужливо подсказывает: кузов - мускулистое и красивое тело, рама, как легкий, но прочный скелет, подвеска - это скорее всего лапы - упругие и выносливые. И, разумеется, сердце - неутомимый и мощный мотор.

Немудрено, что в первые же десятилетия существования автогонок создатели спортивной техники именно двигателю уделяли первостепенное внимание. Так что еще до Первой мировой войны все основные компоненты современного скоростного мотора были уже опробованы на практике! И если за полвека существования Формулы-1 понятия об аэродинамике, конструкции кузова или представление о роли подвески менялись порой кардинально, двигатель изменился не так уж значительно. Правда, все это время конструкторы спорили, какими должны быть число и расположение цилиндров. Но разногласия носили скорее субъективный характер, а предопределяли их в первую очередь довольно часто изменявшиеся технические требования.

Синьор Лампреди сражается с компрессорами

Когда в 1947 г. первые правила Формулы-1 ограничили рабочий объем мотора 4500 куб. см или 1500 куб. см с компрессором, последний вариант казался более приемлемой альтернативой. Наддув, то есть подача топливной смеси в камеру сгорания под давлением больше атмосферного, позволял заметно увеличить мощность. И действительно, лучшим двигателем Ф-1 стал 8-цилиндровый Alfa Romeo с компрессором типа Rootes. При рабочем объеме 1479 куб. см он развивал до 370 (в 1950 г.) и даже 425 л.с. (в 1951 г.) и выиграл 10 из 13 этапов чемпионата мира, в которых участвовал.

Однако «итальянец» не был самым мощным. Англичане Раймонд Мэйс и Пэйлин (Питер) Бертон из фирмы BRM (British Racing Motors), подняв давление наддува, получили прямо-таки устрашающую мощность - 525 л.с. Но конструкция требовала кропотливой доводки, на которую у небольшой мастерской не хватило ни времени, ни опыта. Поэтому BRM Р15 Mk1 лишь однажды появился на старте Гран При Ф-1. 14 июля 1951 г. в Сильверстоуне Рег Парнелл занял 5-е место, отстав от победителя на 5 кругов. День этот стал историческим. Но совсем по другой причине. Именно тогда у компрессорных Alfa Romeo выиграл, наконец, безнаддувный мотор объемом 4,5 л. Его создатель, итальянский инженер Аурелио Лампреди сумел убедить Энцо Феррари, что доводочный потенциал безнаддувных моторов объемом 4500 куб. см гораздо выше.

Разработанный им 12-цилиндровый V-образный Ferrari 375 объемом 4494 кто. см впервые «показал зубы» на Гран При Италии 1950 г. А через 10 месяцев, когда мотор «Альфетты», сконструированный еще в 1937 г., достиг в своей доводке максимума, что обернулось гигантским расходом топлива и низкой надежностью, опередил таки Alfa Romeo. И все же после трех побед подряд, на последнем этапе сезона Ferrari проиграли. И кто знает, как складывалась бы борьба наддувных и «атмосферных» двигателей, если бы Международная автофедерация (FIA) не изменила технические требования. Так что следующей победы наддувного мотора пришлось ждать почти 30 лет.

Четыре лучше, чем двенадцать.

В 1952-1953 гг. Формула-1 стала... Формулой-2. Рабочий объем ограничили 2 л. или 500 куб. см с компрессором, объявив, что с 1 января 1954 г. входит в действие новая Ф-1 - соответственно 2500 и 750 куб. см. Разумеется, никому и в голову не приходило вкладывать большие деньги в производство двигателя, срок жизни которого ограничен всего лишь двумя сезонами. А потому на трассах чемпионата мира сражались в основном проверенные 2-литровые конструкции, до сих пор участвовавшие в гонках Формулы-2.

У Ferrari такой двигатель - 12-цилиндровый, V-образный, модели 166 - был разработан еще в 1948 г. Однако Лампреди вновь решил поспорить с Коммендаторе Феррари, предложив простой и легкий 4-цилиндровый мотор. А ведь теория утверждала, что больший ход поршня «четверки» должен снизить число оборотов, а меньшая по сравнению с VI2 площадь клапанов должна ухудшить наполнение цилиндров горючей смесью. Но Лампреди здраво рассудил, что простой 4-цилиидровый блок будет легче, количество же движущихся деталей сократится на 65%. А значит - можно снизить механические потери. И точно - первый экземпляр этого двигателя на стенде превзошел своего 12-цилиндрового собрата - 170 против 155-160 л.с., а весил на 42 кг легче. Простой, легкий, надежный, относительно дешевый, с хорошей кривой крутящего момента на низких оборотах, мотор этот дебютировал в сентябре 1951 г. А в 1952-1953 гг. проиграл лишь один из 15 этапов чемпионата мира!

Впрочем, успехи «пятисотки» можно объяснить не только чутьем Лампреди, но и слабостью конкурентов. Английские Alta, HWM, Connaught, Bristol, AJB, разработанные зачастую на базе серийных моделей, оказались маломощными и тихоходными. Единственным, по сути, соперником Ferrari 500 остался Maserati A6GC. Судьба распорядилась так, что этому мотору суждено было отличиться лишь однажды - на последнем этапе сезона-53. Но вот что интересно: первые два Гран При новой 2,5- литровой Формулы-1 выиграл Maserati 250F. двигатель которого был дальнейшим развитием A6GC.

Двигатель снимается с места

Джулио Альфиери довел рабочий объем до 2493 куб. см. а мощность до 240 л.с. Так же поступили и в Ferrari, «раздув» чемпионскую «пятисотку» до 2,5 л - от добра добра не ищут. И прогадали: лидерство в новой Формуле-1 захватили специально разработанные конструкции. И прежде всего Mercedes-Benz M196. Немцы выбрали схему с 8 расположенными в ряд цилиндрами - даже по тем временам отнюдь не самую передовую. Длинный блок увеличивает базу машины, что может отрицательно сказаться на управляемости. Зато они оснастили свое детище впрыском топлива вместо карбюраторов и десмодромным клапанным механизмом. Первый призван был повысить мощность, увеличить степень сжатия, сделать мотор более «эластичным» и даже более компактным. С тех пор впрыск топлива получил повсеместное распространение, а вот вторая новинка - принудительное движение клапанов в обе стороны - хотя позволяла добиться хорошего наполнения цилиндров, из-за своей сложности так и не прижилась в Формуле-1.

Еще одной отличительной особенностью немецкого мотора было его расположение. Наклонив двигатель на 530 вправо, удалось не только снизить высоту, но и сместить карданный вал на 205 мм влево от продольной оси автомобиля. Это дало возможность опустить сиденье гонщика и понизить центр тяжести.

За два сезона Mercedes-Benz W196 выиграл 9 из 12 этапов чемпионата мира. Восхищение этой машиной было столь велико, что другая новинка тех лет несколько ушла в тень. Витторио Яно спроектировал для фирмы Lancia V-образную «восьмерку», служившую силовым элементом шасси: задним концом двигатель крепился к раме, а передний конец нес подвеску. Конструкция требовала необычайной точности при сборке, величайшей тщательности обработки, зато давала существенную экономию в весе. Увы, финансовые неурядицы вынудили Джанни Лянчу продать свою «конюшню» Энцо Феррари. И после ухода со сцены Mercedes-Benz творение Яно выиграло чемпионат мира. Но уже под чужим именем.

Между тем, при отсутствии интереса со стороны крупных автомобильных фирм, центр гоночного моторостроения медленно, но верно перемещался на Британские острова. Гай Энтони Вандервелл, директор крупнейшего тогда в мире мотоциклетного завода Norton, поручил поляку Лео Кузмицки построить двигатель для новой машины Ф-1. На картере из алюминиевого сплава тот разместил 4 «нортновских» цилиндра, добавив мотоциклетному блоку рубашку водяного охлаждения.

20 июля 1957 г. Тонн Брукс и Стирлинг Мосс за рулем Vanwall VW7/57 выиграли британский Гран При. А следующее слово в британской экспансии сказали инженеры фирмы Coventry Climax Уолтер Хассан и Харри Манди. Разработанный ими мотор FPF дважды - в 1959 и 1960 гг. - выигрывал чемпионат мира. Любопытно, что двигатель этот был гораздо менее мощным, нежели его немецкие и итальянские предшественники - 240 л.с. по сравнению с 290 л.с. Mercedes-Benz и 300 л.с. Ferrari. Но - легкий (132 кг), надежный, компактный, он обладал замечательным крутящим моментом на средних оборотах и - главное - был специально сконструирован для Cooper и Lotus, которые к тому времени разработали легкие и юркие гоночные автомобили с двигателем, расположенным за спиной пилота, что обеспечивало им гораздо лучшую управляемость.

Однако в FIA победы англичан никакого особенного энтузиазма не вызвали. И несмотря на энергичные протесты со стороны британских команд рабочий объем двигателей Формулы-1 с 1 января 1961 г. был ограничен 1500 куб. см.

Стая диких ос

Критики такого решения говорили о низведении гонок Гран При до уровня Формулы-3, о том, что желающих смотреть соревнования маленьких и не слишком быстрых машин появится немного. Действительно, новые формулы, чьи моторы поражали зрителей высоким осиным жужжанием, выглядели поначалу несколько субтильно. Зато сколько разных конструкций предложили моторостроители!

Рядные «четверки» Climax, Maserati и OSCA; V-образная «шестерка» Ferrari с двумя разными углами развала цилиндров - 65 и 1200; V-образные «восьмерки» BRM, Climax, ATS, Ferrari и оппозитная De Tomaso; 12-цилиндровые V-образные Ferrari, Maserati, Honda и даже (впервые в Ф-1) 4-цилиндровый горизонтально-оппозитный двигатель с воздушным охлаждением (как у «фольксвагеновского» «Жука») - разумеется, от Porsche. Вот что, к примеру, писал о последнем творении компании Porsche - «воздушной» оппозитной «восьмерке» (185 л.е. при 9200 об/мин) английский исследователь Даг Най: «Настоящий маленький бриллиант! Совершенный, замысловатый, миниатюрный и точный, как швейцарские часы». В целом, немецкие машины не могли похвастать надежностью и сильно отставали от «англичан» и «итальянцев» в конструкции шасси.

Лучшим же двигателем 1,5-литровой Ф-1 стал 8-цилиндровый V-образный Coventry Climax FWMV. Четырежды за пять лет конструкторы уменьшали ход поршня (с 57,4 до 45,4 мм) и увеличивали диаметр цилиндра (с 62,9 до 73,3 мм) этого мотора. Соответственно росли число оборотов - с 8500 до 10800 и мощность - со 183 до 213 л.с. Наконец, в 1965 г. FWMV получил 4 клапана на цилиндр и стал последним 1,5-литровым чемпионом мира.

Формула стабильности

Новые технические требования, вступившие в силу с 1 января 1966 г. (максимальный рабочий объем двигателя 3000 куб. см или 1500 куб. см с наддувом), все встретили с энтузиазмом. Тем не менее, на старт первого этапа чемпионата-66 вышли всего 7 машин с 3-литровыми моторами. И ни одна из них так и не сумела добраться до финиша! Пока команды использовали расточенные до 2 л прошлогодние моторы, инженеры вовсю трудились над доводкой новых агрегатов.

Фаворитом казался 12-цилиндровый V- образный Ferrari с рабочим объемом 2989 куб. см и мощностью 360 л.с. при 9800 об/мин. Ведь Honda и Харри Уэслейк, трудившийся для американца Дэна Гарни и его Eagle, провозились с новыми двигателями до сентября. В Maserati наш старый знакомый Альфиери по заказу Cooper всего лишь немного модифицировал 12-цилиндровый 2,5-литровый мотор 1957 г. Брюс Мак-Ларен никак не мог выбрать между маломощными и ненадежными «восьмерками» Ford и Serenissima. Так что единственным серьезным соперником Ferrari можно было считать BRM.

Его создатель Тони Радд решил, не мудрствуя лукаво, просто соединить вместе два имевшихся 1,5-литровых мотора. Для этого блок V-образной «восьмерки» BRM переделали в горизонтально-оппозитный, а потом один такой мотор положили на другой, словно двух сросшихся животами сиамских близнецов, соединив коленчатые валы шестернями. Но с самого начала H16 отличался большой массой и огромным числом движущихся деталей. BRM Р83, который весил на 190 кг больше разрешенной правилами полутонны, в 1966-1968 гг. 33 раза выходил на старт Гран При и лишь 9 из них завершил.

Правда, Lotus 43 с таким мотором однажды все-таки выиграл (Гран При США '66), принеся тем самым 16-цилиндровому мотору единственную победу в Ф-1.

Подлинной же примой первых двух сезонов 3-литровой Формулы стала малоизвестная австралийская компания Repco. А ведь на фоне специальных конструкций опытных моторостроительных фирм подготовленный ею мотор казался каким-то суррогатом. Фрэнк Халлам и Фил Эрвинг решили сэкономить время, оснастив алюминиевый блок серийного американского мотора Oldsmobile F85 новыми головками цилиндров с верхними распределительными валами и впрыском топлива Lucas.; 315-сильный Repco 620 (годом позже мощность довели до 360 л.с., а с введением в 1968 г. четырех клапанов на цилиндр - до 400 л.с.) дважды подряд выигрывал чемпионское звание, наглядно продемонстрировав преимущества простой, легкой и надежной конструкции. А 4 июня 1967 г. на старте Гран При Нидерландов появился Ford Cosworth DFV, который, пожалуй, можно назвать духовным наследником австралийского мотора. Построенный из двух серийных «фордовских» моторов, он, по сути, уже имел все черты современного мотора Ф-1: V-образное расположение цилиндров, 4-клапанные головки, шестеренчатый привод 4 распредвалов, а также, разумеется, впрыск топлива и систему смазки с сухим картером. Он был специально сконструирован, чтобы служить несущим элементом шасси, соединяя монокок кузова с задней подвеской.

Поначалу двигатель Cosworth не произвел большого впечатления на специалистов своими характеристиками. Ход поршня 64,8 мм и диаметр цилиндра 85,7 мм давали рабочий объем 2993 куб. см и позволяли развить 400 л.с. при 9000 об/мин. Немного, учитывая 110 л.с. Ferrari и 120-сильную Honda. Специалисты уверенно предсказывали скорую победу 12-цилиндровых моторов над «фордовской» «восьмеркой», в который уже раз вспоминая о лучших возможностях форсировки таких агрегатов.

Но сезон шел за сезоном, Фрэнк Костин и Кейт Дакуорт (из их фамилий составлено название Cosworth), не теряя надежности, жесткости и хорошей характеристики крутящего момента на средних оборотах, наращивали мощность своего детища (425 л.с. в 1969 г., 450 - в 1970 г., 480 - в 1977 г,). Между тем, соперники не спешили оправдывать возложенных на них надежд. Скажем, 12-цилиндровые Ferrari, Matra и BRM в 1970 г. располагали мощностью в 450-458 л.с., заметно превосходя Cosworth лишь в числе оборотов - 11500 против 10000. При этом DFV был легче, надежней и значительно дешевле. Нечего удивляться, что конкуренты один за другим выходили из игры, а Cosworth выиграл 7 чемпионатов мира подряд!

Теоретики вздохнули было облегченно в 1975 г., когда появившийся еще шестью годами раньше горизонтально-оппозитный двигатель Ferrari наконец серьезно (510 против 470 л.с.) обошел Cosworth в мощности. Но даже после чемпионских титулов в 1975, 1977 и 1979 гг. Ferrari так и не победила английскую «восьмерку». Больше того, именно в 1977 г. у итальянцев появился неожиданный и очень грозный соперник - турбонаддув.

Турбоэра

14 июля 1977 г. зрителей британского Гран При в Сильверстоуне немало позабавил желтый автомобиль под номером 15 - несколько неуклюжий, с курьезным раструбом воздухозаборника и время от времени курящимся дымком из-под капота постоянно ломающегося мотора. Ни дать, ни взять - желтый чайник!

С гораздо большим интересом отнеслись к машине специалисты. Ведь Renault - первый за последнюю четверть века автомобиль Формулы-1, оснащенный двигателем с наддувом. На смену механическим компрессорам теперь пришел турбонаддув - смесь подавалась в цилиндры при помощи турбины, раскручиваемой выхлопными газами мотора. Отсюда, кстати, и первый минус таких агрегатов - запаздывание турбины и невозможность получить максимальную мощность на старте и при разгоне на выходе из медленных поворотов. Турбомоторы были к тому же тяжелее, сложнее, более громоздкими (несмотря на вдвое меньший рабочий объем) и гораздо менее надежными.

Зрители потешались над «желтыми чайниками». пока 1 июля 1979 г. Жан-Пьер Жабуй на Renault RS10 не выиграл Гран При Франции. А в начале следующего сезона он и его товарищ по команде Рене Арну уже считались главными фаворитами первенства мира. Но, как ни странно, еще 3 чемпионата подряд выиграл «старый добрый» DFV, преподнеся конструкторам очередной урок на тему: «Мощность мотора - обстоятельство важное, но отнюдь не решающее». V-образные «турбошестерки» Ferrari 126С и Renault Е располагали в 1981 г. 550 л.с. по сравнению с 490 л.с. Cosworth. Но Ferrari сошли 16, а Renault 15 раз в 30 стартах. Мало того, когда в 1983 г. турбомоторы положили-таки своих «атмосферных» собратьев на лопатки, успех праздновали не итальянцы или французы, а немцы.

Первым «турбо-чемпионом» стал 4-цилиндровый двигатель BMW M12/13, развивавший от 557 л.с. в 1981 г. до 640 л.с. при 10500 об/мин в 1984 г. Подобно многим своим добившимся успеха предшественникам, таким, как Repco и DFV, баварский мотор, разработанный под руководством ветерана BMW Пауля Роше, базировался на серийном блоке.

Еще одной любопытной тенденцией тех лет стало стремление моторостроительных заводов работать со специализированными фирмами, производящими шасси. «Я уверен, - говорил шеф BMW Motorsport Дитер Стапперт, - что Brabham-BMW, McLaren-Porsche и Williams- Honda всегда будут работать эффективнее, чем завод, который все хочет делать сам, как Renault или Ferrari».

Именно в порядке, предсказанном Стаппертом, завоевали чемпионские титулы немецкие и японская фирмы. Практически все недостатки турбомоторов удалось устранить. С запаздыванием турбины справились введением второго агрегата наддува, надежность заметно улучшилась, повышенный расход топлива компенсировался просто чудовищной мощностью. В 1986 г. она составляла 850-920 л.с., а для квалификационных заездов использовались специальные версии с увеличенным давлением наддува, развивавшие до 1200 л.с.!

Такой рост мощности обеспокоил руководство FIA. Сначала его пытались сдерживать, урезая количество топлива или при помощи клапанов ограничения давления наддува. Но вскоре отказались от полумер, и с 1 января 1989 г. запретили наддув. А чтобы машины Ф-1 поначалу не казались зрителям медлительными, объем «атмосферных» двигателей увеличили до 3500 куб. см.

Секретное царство технологии

Одной из причин запрета турбонаддува называли стремление снизить стоимость силовых агрегатов. Но, как оказалось, новые двигатели стали еще дороже. Так Honda затратила на проектирование 10-цилиндрового RA109E в полтора раза больше средств, нежели на его турбопредшественника. Поэтому на рубеже 80-90-х годов небольшие фирмы, на свой страх и риск решившие строить агрегаты для Ф-1, не могли уже рассчитывать на успех, даже если получали определенную плату от автозаводов в качестве спонсорской поддержки. Достаточно вспомнить жалкие попытки итальянских Motori Moderni, Lamborghini или Life, английского Judd - ни 12-цилиндровый «оппозитник», «навеянный» специалистами маркетингового отдела Subaru, ни V-I2, созданный на «крайслеровские» - увы, небольшие - деньги, ни уникальный W-образный 12-цилиндровый мотор не принесли им лавров. Только огромные финансовые ресурсы больших компаний - как Honda, Renault, позднее Daimler-Benz - и их колоссальные возможности в области научных исследований могли обеспечить должный уровень конструирования и производства.

Причем теперь уже никто не хвастался количеством лошадиных сил или числом оборотов. С легкой руки инженеров Honda основные характеристики двигателей все более засекречивались. Самым любопытным конструкторы рассказывали о чудоматериалах, сверхсовременных технологиях и электронике, которая позволяет следить за работой всей этой супермашины.

Однако стоит чуть внимательнее приглядеться к нынешним двигателям Ф-1, как мы увидим своих старых знакомых - V-образные моторы (теперь не 8-, а 10-цилиндровые) с шестеренчатым приводом двух верхних распредвалов в каждой головке, 4 клапанами на цилиндр (5-клапанная конструкция, которую пропагандировали Yamaha и Ferrari, не прижилась - слишком сложна), впрыском и системой смазки с сухим картером. Правда, теперь 3-литровый мотор (в 1994 г., после смертельной аварии Айртона Сенны, FIA вновь решила вернуться к Формуле 1966 г., только без турбонаддува) развивает около 800 л.с., а коленчатый вал совершает до 17 тыс. об/мин.

За счет чего? Как считают инженеры Renault, чьи модели выиграли 5 из последних 7 чемпионатов мира, от 60 до 80% проблем, связанных с работой мотора, можно решить, выбирая прочные и легкие материалы. Алюминиевые сплавы используются для головки, блока и поршней, сплавы магния - для картера масляного насоса. Из стали делают коленчатый и распределительный валы, шестерни привода газораспределительного механизма, а из титана - шатуны и клапаны. Бор, хром, медь, молибден, никель, фосфор, свинец, кремний, бериллий и олово применяются из-за своих антифрикционных свойств там, где необходимо снизить потери на трение.

Повышенное внимание моторостроители уделяют углу наклона форсунки по отношению к впускному патрубку в системе впрыска топлива, что позволяет добиться образования однородной топливно-воздушной смеси. Тщательно подбирают форму и длину впускного и выпускного трубопроводов - это значительно улучшает наполнение (давление впуска можно увеличить на четверть) и очистку цилиндров от выхлопных газов.

Много также говорили в последние годы о пневматическом приводе клапанов, использовании рычагов вместо толкателей в газораспределительном механизме, облегчении всего мотора, что позволяет выгоднее разместить агрегаты автомобиля, улучшив его управляемость. Но какая из характерных черт того или иного двигателя определяет его преимущество? Есть ли здесь какие-то специфические секреты? Давайте послушаем главного конструктора фирмы Ilmor Марио Иллиена. Вот что сказал английский инженер, с помощью финансовых и технических ресурсов Daimler-Benz создавший чемпионский мотор-98, когда два года назад его спросили о причинах побед Renault: «На первый взгляд, я не вижу у французов ничего, что отсутствовало бы в нашем двигателе. Но мотор - это, как детская мозаика. Он хорошо работает, только когда все его детали удачно сочетаются. Кроме того, Renault многое заимствует у авиакосмической промышленности в использовании самых современных материалов. Очень важно к тому же, что инженеры фирмы давно работают вместе».

Так что никаких особенных секретов в конструировании мотора для Ф-1 нет. Конечно, хорошо, если он будет самым мощным, надежным, экономичным. Но главное все же, чтобы двигатель идеально сочетался с трансмиссией и шинами, кузовом и подвеской, аэродинамикой и тормозами. И то сказать - никому ведь не придет в голову сердце льва пересадить зебре...

Александр Мельник


Категория: №7 (02.1999) | Добавил: LiRiK3t (12.04.2012)
Просмотров: 1345 | Теги: техника, №7 (02.1999)
^Наверх
вход выход Created by LiRiK3t