Топливная система Формулы 1

Топливный отсек ATL

Топливный отсек ATL

Топливная система является ключевой системой в автомобиле Формулы 1, ответственность за разработку которой возлагается на две отдельные команды инженеров: инженеры, ответственные за разработку шасси занимаются проектированием и доводкой топливных ячеек, из которых состоит бак в целом, вспомогательных насосов и топливного коллектора; инженеры, работающие с двигателем, ответственны за основной топливный насос, топливные фильтры и инжекторы.

Задачей топливной системы двигателя является забор топлива из топливного бака и доставка этого топлива в двигатель, где оно распыляется в трубах, смешиваясь с воздухом на пути в цилиндр, где смесь из воздуха и топлива воспламеняется, генерируя крутящий момент. Топливо должно быть доставлено в форсунки под строго определенным давлением, для точной дозировки количества топлива в цилиндре. Топливная система спроектирована таким образом, что она позволяет извлекать топливо из бака, при этом увеличивая и контролируя давление с помощью сложного механического насоса.

Топливная система начинается с топливной ячейки (бак), которая располагается внутри монокока позади гонщика, но перед двигателем. Расположенная в Милтон-Кийнсе (Англия), компания ATL снабжает большинство команд топливными отсеками. Это большой герметичный эластичный баллон, созданный с использованием материалов, применяемых в военном производстве, вмещающий все топливо, необходимое для одной гонки (примерно 160 кг. или 230 литров).

Шланги, обеспечивающие доставку топлива в двигатель, снабжены специальными муфтами, которые, в случае отделения двигателя от шасси во время инцидента, препятствуют утечке топлива из поврежденных шлангов, исключая возможность пожара, которые зрители часто могли наблюдать в 70-х.

Топливо внутри бака постоянно подвергается боковым и продольным перегрузкам во время прохождения поворотов, ускорений и торможений. Топливо плещется в баке, быстро перемещаясь вперед и назад, влево и вправо. В результате этого возникают сложности с извлечением топлива, особенно при низких уровнях наполненности. Поэтому в баке расположены несколько электрифицированных вспомогательных насосов низкого давления, установленных таким образом, что бы иметь возможность вытягивать топливо из труднодоступных углов в топливном отсеке. На насосах установлены фильтры, препятствующие попаданию в него примесей, если таковые окажутся по каким-либо причинам в топливной ячейке. Вспомогательные насосы доставляют топливо к так называемым «коллекторам», сосудам внутри топливного бака, емкостью 2,5 кг. или 3 литра.

Вспомогательными насосами в коллекторе создается давление и он содержит достаточно топлива, что бы непрерывно снабжать топливом основной насос, даже если из вспомогательного насоса топливо поступает прерывисто на низком уровне топлива. Внешне коллектор выглядит как перевернутая бутылка с минеральной водой — высокая и узкая, обеспечивая с помощью такой конструкции постоянную подачу топлива.

Следующий этап — доставить топливо из коллектора в основной топливный насос, который в свою очередь снабжает топливом инжекторы. Топливный насос полностью механический и защищен на вход фильтрами высокой очистки. Насос обеспечивает подачу топлива, пропорциональную количеству оборотов двигателя. Количество потребляемого двигателем топлива, так же, примерно пропорционально количеству оборотов на полном газу. При закрытой заслонке двигатель не использует топливо. Что бы количество доставляемого топлива соответствовало фактически необходимому в главном насосе установлен сложный механизм, контролирующий этот процесс.

После прохождения через насос и фильтр высокой очистки в распределителе, топливо доставляется в инжекторы под высоким давлением (95 бар). Технический регламент допускает давление не выше 100 бар.

Инжекторы управляются «Стандартным электронным блоком управления» (SECU — Standart Electronic Control Unit). Блок управления и программное обеспечение едино для всех двигателей Формулы 1, но допускает настройку в пределах, разрешенных FIA. Топливо подается под высоким давлением в воздухозаборник, где смешивается с воздухом и, в нужный момент в цикле двигателя, подается в цилиндр, для достижения оптимального наполнения цилиндров смесью и обеспечения более эффективного сгорания и производительности двигателя.

Разработка и ограничения

С введением 8-цилиндровых двигателей, объемом 2,4 литра, были установлены различные ограничения на разработку в топливной системы. Кроме обычных изменений, связанных с ежегодным развитием машин, общая схема топливной системы практически не изменилась, кроме увеличения топливного бака из-за запрета на дозаправки в 2010 году. Ранее баки были меньше. Они вмещали топливо, необходимое для максимального отрезка между пит-стопами (скажем, 70 кг.). Теперь бак должен быть достаточно вместительным, что бы вместить топливо на всю гонку.

Чем больше бак, тем сложнее из него извлекать топливо:

  • Больший объем отсека усложняет работу вспомогательных топливных насосов
  • Температура топлива так же является важным моментом. Топливо нагревается за счет теплопроводности всех материалов и различных излучений внутри машины — выхлоп, работа двигателя и т д. С повышением температуры топлива снижается производительность двигателя и его еще труднее извлечь вспомогательным насосом.

Для решения этих проблем были определенные разработки, в том числе работа с дизайном машины, что бы снизить передачу тепла от машины топливу; работа над конструкцией топливной ячейки и насосов. Возможно, в этой области было бы больше разработок, если бы не было заморожен регламент на двигатели. Хотя, развитие было больше ограничено техническими правила, чем заморозкой регламента — давление в инжекторах ограничено 100 бар (что в сто раз больше нормального атмосферного давления на уровне моря), во впускном тракте должен быть расположен лишь один инжектор на цилиндр. Эти ограничения исключили использование систем впрыска сверхвысокого давления и прямого впрыска топлива непосредственно в камеру сгорания.

Если бы у инженеров было больше технической свободы, вероятно могли быть разработаны более сложные системы впрыска, например с несколькими инжекторами на цилиндр, с давлением около 500 бар (давление равное давлению на глубине в 5 км. или давление слона, балансируещего на площади, равной почтовой марке).

Результатом этих разработок могли стать увеличение мощности, управляемость и снижение расхода топлива.

Интересные факты о топливной системе Формулы 1:

— При максимальных 18,000 об/мин, до того как двигатель упрется в лимитатор, форсунка срабатывает каждые 6,6 милисекунды. На полном газу — 2,7 милисекунды. 
— Объем каждого впрыска топлива равен 0,049 куб/см. Этот объем примерно равен объему яда, выделяемого при укусе змеи.
— В зависимости от атмосферных условий, на полном газу используется от 3.5 до 4 л./мин.. Это примерно половина обычного напора воды, используемого при принятии душа. 
Реклама

Добавить комментарий

Заполните поля или щелкните по значку, чтобы оставить свой комментарий:

Логотип WordPress.com

Для комментария используется ваша учётная запись WordPress.com. Выход / Изменить )

Фотография Twitter

Для комментария используется ваша учётная запись Twitter. Выход / Изменить )

Фотография Facebook

Для комментария используется ваша учётная запись Facebook. Выход / Изменить )

Google+ photo

Для комментария используется ваша учётная запись Google+. Выход / Изменить )

Connecting to %s