Двигатель Формулы 1: от настоящего к истокам

Двигатель внутреннего сгорания.

Поршневым двигателем внутреннего сгорания называют такую тепловую машину, в которой превращение химической энергии топлива в тепловую, а затем в механическую энергию, происходит внутри рабочего цилиндра. Превращение теплоты сгорания в работу в таких двигателях - процесс однозначный, но развитие технологий и современная инженерия произвели большое количество видов моторов с различными рабочими циклами, видами впрыска и конструктивными исполнениями.

Исходным признаком классификации принят род топлива, на котором работает двигатель:

• Газообразным топливом для ДВС служат природный, сжиженный и генераторный газы.
• Жидкое топливо представляет собой продукты переработки нефти: бензин, керосин, дизельное топливо и др.
• Газожидкостные двигатели работают на смеси газообразного и жидкого топлива, причем основным топливом является газообразное, а жидкое используется как запальное в небольшом количестве. Многотопливные двигатели способны длительно работать на разных топливах в диапазоне от сырой нефти до высокооктанового бензина.

Двигатели внутреннего сгорания классифицируют также по следующим признакам:

• по способу воспламенения рабочей смеси (type of inflammation) – с принудительным воспламенением и с воспламенением от сжатия;
• по способу осуществления рабочего цикла (type of operating cycle) – двухтактные и четырехтактные, с наддувом и без наддува;
• по способу смесеобразования (type of injection) – с внешним смесеобразованием (карбюраторные и газовые) и с внутренним смесеобразованием (дизельные и бензиновые с впрыском топлива в цилиндр);
• по способу охлаждения (type of cooling) – с жидкостным и воздушным охлаждением;
• по расположению цилиндров (type of location cylinders) – однорядные с вертикальным, c наклонным горизонтальным расположением; двухрядные с V-образным и оппозитным расположением.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания.

Преобразование химической энергии топлива, сжигаемого в цилиндре двигателя, в механическую работу совершается с помощью газообразного тела – продуктов сгорания жидкого или газообразного топлива. Под действием давления газов поршень совершает возвратно-поступательное движение, которое преобразуется во вращательное движение коленчатого вала с помощью кривошипно-шатунного механизма ДВС.

Прежде чем рассматривать рабочие процессы, остановимся на основных понятиях и определениях, принятых для двигателей внутреннего сгорания.

За один оборот коленчатого вала поршень дважды будет находиться в крайних положениях, где изменяется направление его движения.

Эти положения поршня принято называть мертвыми точками, так как усилие, приложенное к поршню в этот момент, не может вызвать вращательного движения коленчатого вала. Положение поршня в цилиндре, при котором расстояние его от оси вала двигателя достигает максимума, называется верхней мертвой точкой (ВМТ). Нижней мертвой точкой (НМТ) называют такое положение поршня в цилиндре, при котором расстояние его от оси вала двигателя достигает минимума.

Расстояние по оси цилиндра между мертвыми точками называют ходом поршня. Каждому ходу поршня соответствует поворот коленчатого вала на 180°.

Перемещение поршня в цилиндре вызывает изменение объема надпоршневого пространства. Объем внутренней полости цилиндра при положении поршня в ВМТ называют объемом камеры сгорания.

Объем цилиндра, образуемый поршнем при его перемещении между мертвыми точками, называется рабочим объемом цилиндра. Рабочий объем двигателя представляет собой произведение рабочего объема цилиндра на число цилиндров.

Рабочим циклом называют совокупность последовательных процессов, осуществляемых с целью превращения тепловой энергии топлива в механическую.

Достижение периодичности рабочих циклов обеспечивается с помощью специальных механизмов и систем двигателя. Рабочий цикл любого поршневого двигателя внутреннего сгорания может быть осуществлен по одной из двух схем.

Топливо и воздух в определенных соотношениях перемешиваются вне цилиндра двигателя и образуют горючую смесь. Полученная смесь поступает в цилиндр (впуск), после чего она подвергается сжатию. Сжатие смеси, необходимо для увеличения работы за цикл, так как при этом расширяются температурные пределы, в которых протекает рабочий процесс. Предварительное сжатие создает также лучшие условия для сгорания смеси воздуха с топливом.

Во время впуска и сжатия смеси в цилиндре происходит дополнительное перемешивание топлива с воздухом. Подготовленная горючая смесь воспламеняется в цилиндре при помощи электрической искры. Вследствие сгорания смеси в цилиндре резко повышается температура и, следовательно, давление, под воздействием которого происходит перемещение поршня от ВМТ к НМТ. В процессе расширения, нагретые до высокой температуры газы, совершают полезную работу. Давление, а вместе с ним и температура газов в цилиндре при этом понижаются. После расширения следует очистка цилиндра от продуктов сгорания (выпуск), и рабочий цикл повторяется.

В рассмотренной схеме подготовка смеси воздуха с топливом, т. е. процесс смесеобразования, происходит в основном вне цилиндра, и наполнение цилиндра производится готовой горючей смесью, поэтому двигатели, работающие по этой схеме, называются двигателями с внешним смесеобразованием. К числу таких двигателей относятся карбюраторные двигатели, работающие на бензине, газовые двигатели, а также двигатели с впрыском топлива во впускной трубопровод, т. е. двигатели, в которых применяется топливо, легко испаряющееся и хорошо перемешивающееся с воздухом при обычных условиях.

Сжатие смеси в цилиндре у двигателей с внешним смесеобразованием должно быть таким, чтобы давление и температура в конце сжатия не достигали значений, при которых могли бы произойти преждевременная вспышка или слишком быстрое (детонационное) сгорание. В зависимости от применяемого топлива, состава смеси, условий теплопередачи в стенки цилиндра и т. д. давление конца сжатия у двигателей с внешним смесеобразованием находится в пределах 1.0–2.0 МПа.

Если рабочий цикл двигателя происходит по схеме, описанной выше, то обеспечивается хорошее смесеобразование и использование рабочего объема цилиндра. Однако ограниченность степени сжатия смеси не позволяет улучшить экономичность двигателя, а необходимость в принудительном зажигании усложняет его конструкцию.

В случае осуществления рабочего цикла по другой схеме, процесс смесеобразования происходит только внутри цилиндра. Рабочий цилиндр в данном случае заполняется не смесью, а воздухом (впуск), который и подвергается сжатию. В конце процесса сжатия в цилиндр через форсунку под большим давлением впрыскивается топливо. При впрыскивании оно мелко распыляется и перемешивается с воздухом в цилиндре. Частицы топлива, соприкасаясь с горячим воздухом, испаряются, образуя топливовоздушную смесь. Воспламенение смеси при работе двигателя по этой схеме происходит в результате разогрева воздуха до температур, превышающих самовоспламенение топлива вследствие сжатия. Впрыск топлива во избежание преждевременной вспышки начинается только в конце такта сжатия.

К моменту воспламенения обычно впрыск топлива еще не заканчивается. Топливовоздушная смесь, образующаяся в процессе впрыска, получается неоднородной, вследствие чего полное сгорание топлива возможно лишь при значительном избытке воздуха. В результате более высокой степени сжатия, допустимой при работе двигателя по данной схеме, обеспечивается и более высокий КПД. После сгорания топлива следует процесс расширения и очистка цилиндра от продуктов сгорания (выпуск). Таким образом, в двигателях, работающих по второй схеме, весь процесс смесеобразования и подготовка горючей смеси к сгоранию происходят внутри цилиндра. Такие двигатели называются двигателями с внутренним смесеобразованием. Двигатели, в которых воспламенение топлива происходит в результате высокого сжатия, называются двигателями с воспламенением от сжатия, или дизелями.

В огромном мире двигателей внутреннего сгорания бесспорное лидерство принадлежит четырехтактникам, которые массово вовлечены в нашу повседневную деятельность. Основные особенности рабочих циклов ДВС, мы опишем именно на примере четырехтактника.

Схема устройства поршневого двигателя внутреннего сгорания:а) продольный вид, б) поперечный вид; 1-головка цилиндра, 2-кольцо, 3-палец,4-поршень,5 - цилиндр,6 - картер,7 - маховик, 8 - коленчатый вал,9 - поддон,10 - щека,11 - шатунная шейка,12 - кореннойподшипник,13 - коренная шейка,14 - шатун,15,17- клапаны,16 - форсунка.

Рабочий цикл четырехтактного ДВС

Двигатель, рабочий цикл которого осуществляется за четыре такта, или за два оборота коленчатого вала, называется четырехтактным. Рабочий цикл в таком двигателе происходит следующим образом.

Первый такт – впуск.

В начале первого такта поршень находится в положении, близком к ВМТ. Впуск начинается с момента открытия впускного отверстия, за 10–30° до ВМТ.

Камера сгорания заполнена продуктами сгорания от предыдущего процесса, давление которых несколько больше атмосферного. На индикаторной диаграмме начальному положению поршня соответствует точка r. При вращении коленчатого вала (в направлении стрелки) шатун перемещает поршень к НМТ, а распределительный механизм полностью открывает впускной клапан и соединяет надпоршневое пространство цилиндра двигателя с впускным трубопроводом. В начальный момент впуска клапан только начинает подниматься и впускное отверстие представляет собой круглую узкую щель высотой в несколько десятых долей миллиметра. Поэтому в этот момент впуска горючая смесь (или воздух) в цилиндр почти не проходит. Однако опережение открытия впускного отверстия необходимо для того, чтобы к моменту начала опускания поршня после прохода им ВМТ оно было бы открыто как можно больше и не затрудняло бы поступления воздуха или смеси в цилиндр. В результате движения поршня к НМТ цилиндр заполняется свежим зарядом (воздухом или горючей смесью).

При этом вследствие сопротивления впускной системы и впускных клапанов давление в цилиндре становится на 0.01–0.03 МПа меньше давления во впускном трубопроводе. На индикаторной диаграмме такту впуска соответствует линия rа.

Такт впуска состоит из впуска газов, происходящего при ускорении движения опускающегося поршня, и впуска при замедлении его движения.

Впуск при ускорении движения поршня начинается в момент начала опускания поршня и заканчивается в момент достижения поршнем максимальной скорости приблизительно при 80° поворота вала после ВМТ. В начале опускания поршня вследствие малого открытия впускного отверстия в цилиндр проходит мало воздуха или смеси, а поэтому остаточные газы, оставшиеся в камере сгорания от предшествующего цикла, расширяются и давление в цилиндре падает. При опускании поршня горючая смесь или воздух, находившаяся в покое во впускном трубопроводе или двигавшаяся в нем с небольшой скоростью, начинает проходить в цилиндр с постепенно увеличивающейся скоростью, заполняя объем, освобождаемый поршнем. По мере опускания поршня его скорость постепенно увеличивается и достигает максимума при повороте коленчатого вала примерно на 80°. При этом впускное отверстие открывается все больше и больше и горючая смесь (или воздух) в цилиндр проходит в больших количествах.

Впуск при замедленном движении поршня начинается с момента достижения поршнем наибольшей скорости и оканчивается НМТ, когда скорость его равна нулю. По мере уменьшения скорости поршня скорость смеси (или воздуха), проходящей в цилиндр, несколько уменьшается, однако в НМТ она не равна нулю. При замедленном движении поршня горючая смесь (или воздух) поступает в цилиндр за счет увеличения объема цилиндра, освобождаемого поршнем, а также за счет своей силы инерции. При этом давление в цилиндре постепенно повышается и в НМТ может даже превышать давление во впускном трубопроводе.

Давление во впускном трубопроводе может быть близким к атмосферному в двигателях без наддува или выше него в зависимости от степени наддува (0.13–0.45 МПа) в двигателях с наддувом.

Впуск окончится в момент закрытия впускного отверстия (40–60°) после НМТ. Задержка закрытия впускного клапана происходит при постепенно поднимающемся поршне, т.е. уменьшающемся объеме газов в цилиндре. Следовательно, смесь (или воздух) поступает в цилиндр за счет ранее созданного разрежения или инерции потока газа, накопленной в процессе течения струи в цилиндр.

При малых числах оборотов вала, например при пуске двигателя, сила инерции газов во впускном трубопроводе почти полностью отсутствует, поэтому во время задержки впуска будет идти обратный выброс смеси (или воздуха), поступившей в цилиндр ранее во время основного впуска.

При средних числах оборотов инерция газов больше, поэтому в самом начале подъема поршня происходит дозарядка. Однако по мере подъема поршня давление газов в цилиндре увеличится и начавшаяся дозарядка может перейти в обратный выброс.

При больших числах оборотов сила инерции газов во впускном трубопроводе близка к максимуму, поэтому происходит интенсивная дозарядка цилиндра, а обратный выброс не наступает.

Второй такт – сжатие.

При движении поршня от НМТ к ВМТ производится сжатие поступившего в цилиндр заряда.

Давление и температура газов при этом повышаются, и при некотором перемещении поршня от НМТ давление в цилиндре становится одинаковым с давлением впуска (точка т на индикаторной диаграмме). После закрытия клапана при дальнейшем перемещении поршня давление и температура в цилиндре продолжают повышаться. Значение давления в конце сжатия (точка с) будет зависеть от степени сжатия, герметичности рабочей полости, теплоотдачи в стенки, а также от величины начального давления сжатия.

На воспламенение и процесс сгорания топлива как при внешнем, так и при внутреннем смесеобразовании требуется некоторое время, хотя и очень незначительное. Для наилучшего использования теплоты, выделяющейся при сгорании, необходимо, чтобы сгорание топлива заканчивалось при положении поршня, возможно близком к ВМТ. Поэтому воспламенение рабочей смеси от электрической искры в двигателях с внешним смесеобразованием и впрыск топлива в цилиндр двигателей с внутренним смесеобразованием обычно производятся до прихода поршня в ВМТ.

Таким образом, во время второго такта в цилиндре в основном производится сжатие заряда. Кроме того, в начале такта продолжается зарядка цилиндра, а в конце начинается сгорание топлива. На индикаторной диаграмме второму такту соответствует линия ас.

Третий такт – сгорание и расширение.

Третий такт происходит при ходе поршня от ВМТ к НМТ. В начале такта интенсивно сгорает топливо, поступившее в цилиндр и подготовленное к этому в конце второго такта.

Вследствие выделения большого количества теплоты температура и давление в цилиндре резко повышаются, несмотря на некоторое увеличение внутри цилиндрового объема (участок сz на индикаторной диаграмме).

Под действием давления происходит дальнейшее перемещение поршня к НМТ и расширение газов. Во время расширения газы совершают полезную работу, поэтому третий такт называют также рабочим ходом. На индикаторной диаграмме третьему такту соответствует линия сzb.

Четвертый такт – выпуск.

Во время четвертого такта происходит очистка цилиндра от выпускных газов. Поршень, перемещаясь от НМТ к ВМТ, вытесняет газы из цилиндра через открытый выпускной клапан. В четырехтактных двигателях открывают выпускное отверстие на 40–80° до прихода поршня в НМТ (точка b) и закрывают его через 20-40° после прохода поршнем ВМТ. Таким образом, продолжительность очистки цилиндра от отработавших газов составляет в разных двигателях от 240 до 300° угла поворота коленчатого вала.

Процесс выпуска можно разделить на предварение выпуска, происходящее при опускающемся поршне от момента открытия выпускного отверстия (точка b) до НМТ, т. е. в течение 40–80°, и основной выпуск, происходящий при перемещении поршня от НМТ до закрытия выпускного отверстия, т. е. в течение 200–220° поворота коленчатого вала.

Схема рабочего процесса четырехтактного дизеля: а) впуск; б) сжатие; в) рабочий ход; г) выпуск.

Во время предварения выпуска поршень опускается, и удалять из цилиндра отработавшие газы не может.

Однако в начале предварения выпуска давление в цилиндре значительно выше, чем в выпускном коллекторе. Поэтому отработавшие газы за счет собственного избыточного давления с критическими скоростями выбрасываются из цилиндра. Истечение газов с такими большими скоростями сопровождается звуковым эффектом, для поглощения которого устанавливают глушители. Критическая скорость истечения отработавших газов при температурах 800 –1200 К составляет 500–600 м/сек.

При подходе поршня к НМТ давление и температура газа в цилиндре понижаются и скорость истечения отработавших газов падает. Когда поршень подойдет к НМТ, давление в цилиндре понизится. При этом критическое истечение окончится и начнется основной выпуск. Истечение газов во время основного выпуска происходит с меньшими скоростями, достигающими в конце выпуска 60–160 м/сек. Таким образом, предварение выпуска менее продолжительно, скорости газов очень велики, а основной выпуск примерно в три раза продолжительнее, но газы в это время выводят из цилиндра с меньшими скоростями. Поэтому количества газов, выходящих из цилиндра во время предварения выпуска и основного выпуска, примерно одинаковы.

По мере уменьшения частоты вращения двигателя уменьшаются все давления цикла, а следовательно, и давления в момент открытия выпускного отверстия. Поэтому при средних частотах вращения сокращается, а при некоторых режимах (при малых оборотах) совершенно пропадает истечение газов с критическими скоростями, характерными для предварения выпуска.

Температура газов в трубопроводе по углу поворота кривошипа меняется от максимальной в начале выпуска до минимальной в конце. Предварение открытия выпускного отверстия несколько уменьшает полезную площадь индикаторной диаграммы. Однако более позднее открытие этого отверстия вызовет задержку газов с высоким давлением в цилиндре и на их удаление при перемещении поршня придется затратить дополнительную работу.

Небольшая задержка закрытия выпускного отверстия создает возможность использования инерции выпускных газов, ранее вышедших из цилиндра, для лучшей очистки цилиндра от сгоревших газов. Несмотря на это, часть продуктов сгорания неизбежно остается в головке цилиндра, переходя от каждого данного цикла к последующему в виде остаточных газов. На индикаторной диаграмме четвертому такту соответствует линия zb.

Четвертым тактом заканчивается рабочий цикл. При дальнейшем движении поршня в той же последовательности повторяются все процессы цикла. Только такт сгорания и расширения является рабочим, остальные три такта осуществляются за счет кинетической энергии вращающегося коленчатого вала с маховиком и работы других цилиндров. Чем полнее будет очищен цилиндр от выпускных газов и чем больше поступит в него свежего заряда, тем больше, следовательно, можно будет получить полезной работы за цикл.

Для улучшения очистки и наполнения цилиндра выпускной клапан закрывается не в конце такта выпуска (ВМТ), а несколько позднее (при повороте коленчатого вала на 5–30° после ВМТ), т. е. в начале первого такта. По этой же причине и впускной клапан открывается с некоторым опережением (за 10–30° до ВМТ, т. е. в конце четвертого такта). Таким образом, в конце четвертого такта в течение некоторого периода могут быть открыты оба клапана. Такое положение клапанов называется перекрытием клапанов. Оно способствует улучшению наполнения в результате эжектирующего действия потока газов в выпускном трубопроводе.

Схема работы четырехтактного двигателя, цикл Отто: 1. Впуск; 2. Сжатие; 3. Рабочий ход; 4. выпуск.

Из рассмотрения четырехтактного цикла работы следует, что четырехтактный двигатель только половину времени, затраченного на цикл, работает как тепловой двигатель (такты сжатия и расширения). Вторую половину времени (такты впуска и выпуска) двигатель работает как воздушный насос.

В нынешнее время может показаться, что ДВС уходят понемногу в прошлое, их все больше затемняет электродвигатель со своими «зелеными» технологиями. Электрическая розетка стала символом прогресса. Стенды большинства автокомпаний на прошедшем в январе Детройтском автосалоне буквально били током, а любое упоминание о старом добром ДВС звучало дурным тоном. Так что же – двигатель внутреннего сгорания вскоре прекратит свое существование? По-крайней мере там же, в Детройте, представитель Toyota Коеи Сага на вопрос репортеров о том, когда ДВС, наконец, выйдет из игры, простодушно ответил: «Никогда! Когда кончится нефть, человечество будет заправлять его водородом».

Один из самых сложных составных блоков болида Формулы 1 – это двигатель. В силовой установке приблизительно насчитывается до 5000 деталей, из которых около 1500 – это движущиеся элементы. Сборка двигателя занимает около двух недель. Мотор формулы 1 может развивать мощность более 750 лошадиных сил и свыше 20 000 оборотов в минуту. При максимальном темпе гонки двигатель V8 потребляет около 60 литров топлива на 100 километров.

Прежде чем перейти непосредственно к его особенностям давайте определимся с некоторыми основными терминами:

1. «Формула 1» (от англ. FIA Formula One World Championship) – это чемпионат мира по кольцевым автогонкам на автомобилях с открытыми колёсами. Формула-1 - самый популярный, дорогой и высокотехнологичный вид автогонок;
2. «Регламент Формулы 1» - это установленный свод обязанностей и правил (эти правила накладываются в том числе и на изготовление двигателей), который должны соблюдать все участники чемпионата. Чемпионат является собственностью FIA. 

В современном понимании двигатель Формулы 1 это поистине великое произведение искусства. Над созданием одного агрегата перед чемпионатом мира трудится огромный штат инженеров и не одна техническая лаборатория. И это не просто так, в «гонке вооружений» между командами технические эксперты вынуждены решать возникающие перед ними проблемы быстро и оперативно. А проблем более чем достаточно…

Одна из основных задач, которую решают конструкторы, это победить резонансные частоты в моторе. Каждый из элементов в силовом агрегате имеет свою собственную резонансную частоту, и на очень высоких оборотах, они в какой-то момент накладываются, и мотор может взорваться от собственного резонанса. Сегодня инженеры добились такой конструкции, при которой собственный резонанс не разрывает двигатель на куски.

При проектировании конструкторам необходимо отрабатывать и учитывать огромное количество характеристик и параметров: сейчас двигатель Формулы 1 проектируется не в статической среде, как это было раньше, а в динамической. Проектирование происходит с учётом всех процессов происходящих в моторе. Например, при очень высоких оборотах, что бы понять как будет вести себя клапан при открытии, важно знать не только механические характеристики пружины, распредвала, но и просчитать гидродинамикой, какое влияние окажут воздушные потоки на открытие клапана.

Современный силовой агрегат Формулы 1 не сможет проработать и треть дистанции, если многие из его компонентов не будут покрыты специальными антифрикционными покрытиями (никель, кобальт, титан и др.). Эти покрытия необходимы потому, что при очень высоких оборотах (порядка 20000 об./мин.), нагрузки которые приходятся на отдельные компоненты, столь высоки, что детали без специальных покрытий не смогут выдержать и начнут быстро разрушаться. Стоит отметить, что даже эти покрытия не надолго предохраняют двигатель от износа – сейчас силовой установки хватает на четыре, максимум шесть часов работы в гоночном режиме (от одного до трех этапов).

Ещё один важнейший компонент для современного двигателя, который должны правильно учесть инженеры – смазочные материалы. Моторное масло обеспечивает работу силовой установки и предохраняет трущиеся поверхности от преждевременного износа. Сегодня в моторах применяют масла с низкой вязкостью. Нефтяные компании специально разрабатывают эти моторные масла для болидов Формулы 1. Разработка масел для каждой отдельной трассы очень дорогое удовольствие и несмотря на то, что для скоростных трасс, и трасс типа Монако, Венгрии применение различного моторного масла может дать свой результат, но затраты будут огромны, и команды используют одинаковое моторное масло по ходу сезона на различных трасах. Точно неизвестно, какое количество масла вмещается в двигатель Формулы 1. В то время как 70% его находится в моторе, остальные 30% - в маслосборнике. Масло в маслосборнике меняется в пределах трех или четырех раз в минуту.

На завершительной стадии перед технологами предстает две важные задачи:

1. Первая это создание оптимального двигателя: в конце прямой число оборотов двигателя формулы 1 намного выше, чем у обычного дорожного мотора. В угоду высокой мощности приходится идти на ограниченный срок службы спортивного двигателя. Для максимально возможного увеличения срока эксплуатации мотора, его составные делают из различных материалов. Это делается для того, чтобы уменьшить внутреннее трение и излишний вес двигателя, но наиболее важным является уменьшение веса внутренних частей мотора. Например, клапан должен быть настолько легким, насколько это возможно, чтобы двигаться неимоверно быстро набирал обороты и совершал более 300 рабочих циклов за определенный отрезок времени (при 18000 об/мин);
2. Другой важной задачей является достижение максимальной мощности двигателя при помощи оптимизации выхлопной системы. Незначительное изменение длины или формы выхлопа может повлиять коренным образом на количество лошадиных сил на выходе.

Проблемы и задачи, которые решают конструкторы, накладывает прямой отпечаток и на основные технические отличия двигателя формулы 1 от дорожного.

Технические отличия от дорожных двигателей:

• Полнота наполнения цилиндров. Она характеризует степень заполнения топливной смесью цилиндров при условиях нормального атмосферного давления. Если цилиндр полностью наполнен топливной смесью при нормальном атмосферном давлении, то это означает, что полнота наполнения цилиндров равна 100%. Обычно дорожный двигатель имеет показатель наполнения цилиндров равный 80%. Силовой же агрегат Формулы 1, собранный за две недели, при испытаниях имеет показатель наполнения цилиндров равный 95% - это высший показатель и высшая мощность, которую двигатель может производить;
• Термический КПД. Термический КПД определяется как отношение полезной работы цикла к подведенному теплу. В двигателях Формулы 1 получаемая энергия от возгорания топлива, выше, чем в обычных автомобилях – следовательно, выполняемая полезная работа (мощность) гоночных моторов также в разы больше, чем у дорожников. Но при более высоких энергиях возгорания нагрев рабочих элементов также значительно выше, и, следовательно, выше коэффициент тепловых потерь. Это приводит к потере в мощности до 30% от получаемых лошадиных сил двигателя. Но всё же, прирост в мощности в конечном итоге существует. Синхронность воспламенения, термослой (специальное покрытие трущихся поверхностей силового агрегата служащее для увеличения износостойкости и уменьшения теплоотвода), положение свечей и конфигурация камеры впуска – это элементы влияющие на термический КПД. При низкой степени сжатия дорожные двигатели имеют термический КПД приблизительно равный 0.26. Гоночные двигатели могут иметь термический КПД приблизительно равный 0.34. Казалось бы, маленькое отличие показателей дает спортивному мотору прибавку мощности в 35 - 40% (0.34-0.26/0.26);
• Механический КПД. Часть мощности, вырабатываемой двигателем, затрачивается на вращение инерционных масс деталей в конструкции самого же двигателя. Избыток мощности можно считать за показатель силы тяги. Отличие между показателем силы тяги и рабочей мощностью цилиндров - это механический КПД. На механический КПД влияет трение в посадочных местах клапанов, трение в подшипниках, потери на обтюрацию в системе «поршень-кольца-стенки цилиндра» и другие трущиеся пары. Также механический КПД зависит и от оборотов двигателя. Увеличение оборотов разгоняет двигатель, при этом снижается внутреннее трение в двигателе за счёт нормализации слоёв масляных плёнок и достигается излишек в лошадиных силах. Показатель механического КПД мотора F1 больше, чем у обычного. Те конструктивные решения, которые приводят к увеличению мощности в двигателях Формулы 1, в обычных двигателях ведут к перерасходу топлива. 

Что касается главных характеристик, которыми должен обладать высокотехнологический агрегат – здесь история наложила свой отпечаток, сместив чашу весов немного в сторону. Мощность сама по себе осталась важным фактором, но не только один этот параметр важен. Нельзя сказать, что для мотористов, достижение максимальной мощности является главной задачей. Очень важен расход топлива. Сейчас в связи с запретом дозаправок, важно иметь оптимальное количество топлива в баке необходимое для прохождения гоночной программы. Имея на финише меньший вес всего болида за счёт выигрыша в виде веса остаточного топлива можно получить дополнительное преимущество. А прибавка в мощности на 10-20 л/сил. даст плюс в весе болида за счёт дополнительного запаса топлива.

С момента возникновения, в 1947 году в Формуле 1 применялись различные двигатели. Огромные возможности со стороны конструкторских новинок, хорошее финансирование и безостановочная «гонка вооружений» среди команд участников способствовала постоянному и все нарастающему прогрессу в развитии технических характеристик двигателей. А вместе с тем со все увеличивающимися скоростями и мощностями болидов Формулы 1- увеличилось количество смертей среди гонщиков… Поэтому FIA в 70-х годах вводит различные ограничения на двигатели болидов, которые с каждым годом становятся все более жесткими. И наконец, в сезоне 2010 года ограничения достигли таких узких рамок, что почти все существующие двигатели обладают схожими характеристиками и отличаются лишь небольшими преимуществами. В основном конструкторы работают над повышением надёжности и совершенствуют мелочи, которые не ограничили в доработках.

Согласно техническому регламенту Формулы 1, в 2010 году на двигатели болидов накладываются следующие ограничения:

• в Формуле 1 используются четырёхтактные V-образные восьмицилиндровые двигатели без наддува с углом развала цилиндров 90°;
• объём двигателя не должен превышать 2.4 литра;
• максимальный диаметр цилиндра - 98 мм, что подразумевает минимальный ход поршня в 39.7 мм;
• в каждом цилиндре используется по два впускных и два выпускных клапана;
• минимальная масса двигателя составляет 95 кг;
• системы предварительного охлаждения воздуха запрещены;
• запрещено подавать в двигатель что-либо, кроме воздуха и горючего;
• впуск и выпуск изменяемой геометрии также запрещены;
• каждый цилиндр может иметь только одну форсунку для впрыска топлива и только одну свечу зажигания;
• блок цилиндров и картер двигателя должны быть выполнены из сплавов алюминия;
• коленвал и распредвалы должны быть сделаны из стали или чугуна;
• толкатели клапанов должны быть выполнены из сплавов алюминия, а сами клапаны - из сплавов на основе железа, никеля, кобальта или титана;
• использование карбона и композитных материалов при производстве блока цилиндров, головки блока и клапанов запрещено;
• для запуска двигателя на пит-лейн и на стартовой решётке используется внешний стартёр (отдельное переносное устройство, не устанавливаемое на машину).

В настоящее время также налагаются ограничения на смену моторов каждым гонщиком на своём болиде, эти ограничения называются: «Штраф за вторую замену мотора»: если кто-то превышает лимит в восемь моторов, отпущенных на сезон, то за каждый новый двигатель пилот получит штраф в 10 позиций на стартовом поле. Если вышло так, что сразу два дополнительных мотора использованы по ходу одного гран-при – то за второй из них придется "расплачиваться" на следующем этапе.

Но так было не всегда… В основном к ситуации которую мы имеем на данный момент можно выделить две оценки:

1. Современная Формула утратила свою былую «романтику». Раньше Формула 1 имела свою неповторимость в конструкторских новинках и открытиях, большее количество сходов и обгонов за счет огромной разницы в показателях двигателей различного производства.
2. Сейчас Формула 1 стал намного безопаснее и «зеленей» (меньшее загрязнение среды). А это высшие приоритеты современного человечества.

Чтобы для себя ответить на этот вопрос, необходимо пройтись вместе с редакцией Engine-Market по увлекательной и богатой событиями истории развития двигателей Формулы 1 и составить свое собственное впечатление: о самых легендарных и титулованых мотористах всех времен в Формуле 1 и об откровенных неудачниках; об огромном технологическом прыжке вперед и большоми количестве мелких шагов назад; о триумфах и катастрофах; о покорении человеком скорости и покорении человека скоростью.

Ни один механизм не аккумулирует в таком ограниченном пространстве столь высокую мощность, как болид Формулы 1. Силовой агрегат Формулы 1 можно назвать воплощением эталона для любого двигателя внутреннего сгорания (ДВС)- «вершиной айсберга» автомобильной инженерии. Примером того, сколь непростые задачи решают разработчики гоночной техники может послужить следующий факт: 2.4-литровый мотор развивает около 750 л.с. - более 300 л.с. на литр. Даже лучшие легковые автомобили развивают не более 100 л.с. на литр.

Двигатель крепится к монококу и работает как часть несущей конструкции болида. Соединенный в один блок с трансмиссией и задней подвеской, двигатель должен обладать большой прочностью, но не слишком увеличивать вес и габариты гоночной машины. Также очень важно, чтобы его центр масс находился как можно ближе к земле - благодаря этому центр тяжести автомобиля будет расположен ниже, а задняя часть получится предельно компактной.

Возможно, как мы выяснили в первой части, из-за действующих ограничений регламента, новые V8 не столь мощны, как их предшественники, но силенок и у них предостаточно. На то чтобы разогнаться до 250 км/ч, а потом остановиться, гоночному болиду требуется меньше времени (порядка 4 секунд), чем дорожному автомобилю для того, чтобы достичь вышеуказанной скорости. В такие моменты пилота вжимает в сиденье с перегрузкой в 1.4g - и эти нагрузки обеспечивает именно ДВС.

Но у всего вышесказанного есть обратная сторона медали, история двигателестроения во все времена существования Формулы 1 явно свидетельствует о том, что для побед одной мощности мало. Чтобы финишировать первым, сначала надо финишировать, а для этого главным образом нужна надежность. Моторы должны выдерживать более одного гоночного уикенда, и это заставляет инженеров искать компромисс между мощностью и надежностью, а сейчас это особенно актуально из-за вступления в регламент ограничения на ДВС – пилоту разрешается использовать за весь сезон не более 8 моторов, иначе штрафы.

Двигатель Формулы 1 раскручиваются до 17000 об/мин - что в три раза больше, чем моторы легковых машин, при этом поршни совершают около 300 движений в секунду.

При взгляде на современный гоночный болид сравнение приходит само собой. Настоящий хищный зверь, стремительный и могучий. Воображение сразу же выдает ассоциации: монокок - мускулистое и красивое тело, рама, как легкий, но прочный скелет, подвеска - это скорее всего лапы – пружинистые, сильные и выносливые. И, разумеется, сердце - неутомимый и мощный мотор.

Естественно, что в первые же десятилетия существования автогонок конструкторы спортивной техники именно двигателю уделяли первостепенное внимание. Так что еще до первой мировой войны все основные компоненты современного мотора были уже опробованы на практике. И если за полвека существования Формулы 1 понятия об аэродинамике, конструкции монокока или представление о роли подвески менялись кардинально, то двигатель изменился не так уж и значительно.

Главным образом сейчас упор идет на применение легких и сверхпрочных материалов в его конструкции. Правда, на протяжении всей истории формульных гонок конструкторы спорили, какими должны быть число и расположение цилиндров. Но разногласия носили скорее локальный характер между отдельными производителями ДВС, а провоцировали их в первую очередь довольно часто изменявшиеся технические требования.

В недалеком 2006 году по настоянию FIA место моторов V10 заняли V8. Логика этого решения проста: снижение мощности, повышение надежности, сокращение затрат - но инженерам пришлось поломать голову. С изменением конфигурации рабочий объем уменьшился с 3 л до 2.4 л, что означало снижение мощности примерно на 200 л.с. - и потерю 1-3 секунд на круге на большинстве трасс. А как мы знаем 1-3 секунды с круга для Формулы 1 считается почти целой вечностью.

Но так было не всегда, дорогие читатели, редакция ENGINE-MARKET, предлагает вам обратится к истории двигателя внутреннего сгорания (ДВС) в Формуле 1.

За всю историю гонок традиционно применялись три различных типа ДВС, отличающихся своей конструкцией. Главное отличие между ними заключалось в расположении цилиндров относительно друг друга.

Типы двигателей в формуле 1.

Рядный двигатель. Это двигатель, в котором все цилиндры располагаются друг за другом в ряд. Но он не применяется в Формуле 1 с 60-х годов. При своих небольших размерах и компактности они были длинными, поэтому нуждались в тяжелом коленчатом вале, что, естественно, влияло на скоростные и аэродинамические свойства гоночного болида и давало меньше возможностей для «конструкторского» творчества инженеров.

ДВС Ф1 Maserati. Двигатели из Болоньи принесли своим пилотам одиннадцать побед. Девять из них пришлись на середину 50-х, когда за рулем славной 250F блистали Хуан-Мануэль Фанхио и Стирлинг Мосс. Рядная 2.5-литровая «шестерка», установленная на этой машине, выдавала 220 л.с. (1957 год).

Оппозитный двигатель. Его конструкция по праву считается лучшей в двигателестроении, и все внешние факторы говорят в его пользу. Два ряда цилиндров располагаются напротив друг друга. Эти двигатели стали популярны в Формуле 1 благодаря своему низкому центру тяжести и невысокой стоимости производства. Но в конечном итоге и от него отказались, так как он не удовлетворял оптимальным условиям перегрузок, действующих на болид во время поворотов.

ДВС Ф1: 16-цилиндровый H-образный от BRM (1966 год), представлял собой две оппозитные «восьмерки», расположенные друг над другом и работающие на один коленвал. Благодаря легкой цилиндро-поршневой группе и 64 клапанам двигатель раскручивался до немыслимых тогда 10500 об/мин, выдавая при этом рекордные 600 л.с

В настоящее время в болидах Формулы 1 используется V-образный двигатель. Название и внешний вид этого мотора говорят сами за себя: угол разделяет блок цилиндров надвое, в результате чего принято считать, что коленчатый вал является вершиной угла.

Все вышесказанные особенности конструкции моторов Формулы 1 прошли развитие с 1947 по настоящий 2010 год. Для удобства, мы разобьем этот период на этапы, выделяемые по техническим особенностям и требованиям регламента, к используемым в те времена двигателям на гоночных болидах.

Период 1947-1953 годов «Турбинники против атмосферников».

В это время на арене Формулы 1 сражались за чемпионство следующие ДВС:

• Alta Р4 1.5 л (с турбонагнетателем);
• Alfa-Romeo Р8 1.5 л (с турбонагнетателем);
• Bristol Р6 2.0 л;BRM V16 1.5 л (с турбонагнетателем);
• ERA Р6 1.5 л (с турбонагнетателем);
• Ferrari Р4 2.0 л (F2), V12 1.5 л (с турбонагнетателем), V12 2.0 л (F2) и V12 4.5 л;
• Lea-Francis Р4 2.0 л (F2);
• Maserati Р4 1.5 л (с турбонагнетателем) и Р6 2.0 л (F2);
• O.S.C.A. V12 4.5 л;
• Simca-Gordini Р4 1.5 л (с турбонагнетателем);
• Talbot-Lago Р6 4.5 л.

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 подходящей альтернативой. Наддув, то есть подача топливной смеси в камеру сгорания под давлением больше атмосферного, позволял заметно увеличить мощность. И действительно, лучшим двигателем Формулы 1 стал 8-цилиндровый Alfa Romeo с компрессором типа Rootes.

При рабочем объеме 1479 куб.см он развивал мощность 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 Питер Бертон из фирмы BRM (British Racing Motors), подняв давление наддува, получили на то время 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 P15 Мk1 лишь однажды появился на старте гран-при Формулы 1.

В исторический день 14 июля 1951 г. в Сильверстоуне 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. И как показала история, будущее покорилось атмосферникам.

Разработанный им 12-цилиндровый V-образный Ferrari 375 объемом 4494 куб.см впервые «показал зубы» на гран при Италии 1950 г. А через 10 месяцев, когда мотор Alfa Romeo, сконструированный еще в 1937 г., достиг в своем развитии 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.

В 1952–1953 гг. Формула 1 стала… Формулой 2. Рабочий объем ограничили до 2 л. или 500 куб.см с компрессором, объявив, что с 1 января 1954 г. входит в действие новая Формула 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 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 V12 площадь клапанов должна ухудшить наполнение цилиндров горючей смесью. Но Лампреди здраво рассудил, что простой 4-цилиндровый блок будет легче, количество же движущихся деталей сократится на 65%.

А значит - можно снизить механические потери. И точно - первый экземпляр этого двигателя 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. Этот мотор 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 1953 года. Но вот что интересно: первые два гран-при «новой» 2.5-литровой Формулы 1 выиграл Maserati 250F, двигатель которого был дальнейшим развитием A6GC.

Период 1954-1960 годов «Эпоха Mercedes-Benz и британской экспансии».

В этот период присутствовали такие двигатели:

• Alta Р4 2.5 л;
• Aston Martin Р6 2.5 л;
• BRM Р4 2.5 л;
• Coventry Climax Р4 2.0 л и Р4 2.5 л;
• Ferrari Р4 2.5 л и V6 2.5 л;
• Lancia V8 2.5 л (после ухода Lancia из Формулы 1 эти двигатели использовали в Ferrari);
• Maserati Р4 2.5 л,Р6 2.5 л и V12 2.5 л;
• Mercedes Р4 2.5 л;
• Offenhauser Р4 1.7 л;
• Scarab Р4 2.5 л (разработан Offenhauser);
• Vanwall Р4 2.5 л.

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 специальным 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 и 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 53° 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 Формулы 1. На картере из алюминиевого сплава тот разместил 4 «нортоновских» цилиндра, добавив мотоциклетному блоку рубашку водяного охлаждения.

20 июля 1957 г. Тони 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.

Период 1961-1965 годов «Жужащие пчелки».

В 1961 были вновь изменены требования к двигателям. Теперь можно было использовать только атмосферные двигатели объёмом 1.5 литра. Мощность колебалась от 150 до 225 л.с.

Атмосферные двигатели этого периода:

• ATS V8 1.5 л;
• BRM V8 1.5 л;
• Coventry Climax Р4 1.5 л, V8 1.5 л и H16 1.5 л (никогда не участвовал в гонках);
• Ford Р4 1.5 л;
• Ferrari V6 1.5 л, V8 1.5 л и H12 1.5 л;
• Honda V12 1.5 л;
• Porsche H4 1.5 л и H8 1.5 л (оба воздушного охлаждения);
• Maserati Р4 1.5 л и V12 1.5 л (никогда не участвовал в гонках).

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 несерьезно. Зато сколько разных конструкций предложили моторостроители

Рядные «четверки» Climax, Maserati и OSCA; V-образная «шестерка» Ferrari с двумя разными углами развала цилиндров - 65 и 120°; V-образные «восьмерки» BRM, Climax, ATS, Ferrari и оппозитная De Tomaso; 12-цилиндровые V-образные Ferrari, Maserati, Honda и даже (впервые в истории Формулы 1) 4-цилиндровый горизонтально-оппозитный двигатель с воздушным охлаждением (как у «фольксвагеновского» «Жука») - разумеется, от Porsche.

Лучшим же двигателем 1.5-литровой Формулы 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.

Период 1966-1986 годов «Доминирование Cosworth и новая турбоэра».

Двигатели этих лет в Формуле 1:

• Alfa Romeo V8 1.5 л Turbo, V8 3.0 л, оппозитный, и V12 3.0 л;
• BMW M12 Р4 1.5 л Turbo;
• BRM H16 3.0 л и V12 3.0 л;
• Coventry Climax V8 3.0 л;
• Ferrari V6 1.5 л Turbo, V12 3.0 л и H12 3.0 л;
• Ford V6 1.5 л Turbo и V8 3.0 л;
• Ford Cosworth DFV V8 3.0 л и DFY V8 3.0 л;
• Hart Р4 1.5 л Turbo;
• Honda V12 3.0 л, V8 3.0 л воздушного охлаждения и V6 1.5 л Turbo;
• Maserati V12 3.0 л;
• Matra V12 3.0 л;
• Motori Moderni V6 1.5 л Turbo;
• Repco V8 3.0 л;
• Renault Gordini V8 (никогда не участвовал в гонках) 3.0 л и Gordini V6 1.5 л Turbo;
• Serenissima V8 3.0 л;
• TAG-Porsche V6 1.5 л Turbo;
• Tecno H12 3.0 л;
• Weslake V12 3.0 л;
• Zakspeed Р4 1.5 л Turbo.

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 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 гений 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 соединил 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, соединив коленчатые валы шестернями. Но с самого начала H16 отличался большой массой и огромным числом движущихся деталей. BRM P83, 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 1966), принеся тем самым 16-цилиндровому мотору единственную победу в Формуле 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 легендарный 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 Формулы 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 410 л.с. Ferrari и 420-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 «давний» 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 126C и Renault E 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 команды. 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.! Подумать только!

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

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 Формулы 1, не могли уже рассчитывать на успех, даже если получали определенную плату от автозаводов в качестве спонсорской поддержки.