F1: 160PS από ανάκτηση ενέργειας!

Πρόκειται για μια καινούργια διάταξη αρκετά πιο ισχυρή από το KERS (Kinetic Energy Recovery System) που θα αποδίδει περί τους 160 ίππους στο μεγαλύτερο μέρος ενός γύρου.
Έχουν περάσει ήδη 14 χρόνια από την παρουσίαση του Prius 1ης γενιάς από την Toyota και η αλήθεια είναι πως τα υβριδικά αυτοκίνητα έχουν μπει με τον ένα ή τον άλλο τρόπο στη ζωή μας. Το KERS που εμφανίστηκε ως διάταξη για πρώτη φορά στη F1, το 2009 ήταν ίδιας φιλοσοφίας με το υβριδικό σύστημα της Toyota. Μετέτρεπε μέρος της κινητικής ενέργειας του μονοθεσίου κατά τη διάρκεια του φρεναρίσματος σε ηλεκτρική η οποία αποθηκεύονταν σε μπαταρίες. Αυτό γινόταν μέσω μιας γεννήτριας που ήταν συνδεδεμένη με τον πίσω άξονα. Όταν ο οδηγός ήθελε επιπλέον ισχύ η γεννήτρια αλλάζοντας πολικότητα γίνονταν ηλεκτροκινητήρας που απέδιδε 80PS για 6.7sec. Στην πράξη οι οδηγοί χρησιμοποιούσαν τμηματικά αυτή τη δύναμη στην έξοδο των αργών στροφών εκτός κι αν έδιναν μάχη για θέση. Η εντολή δίνονταν μέσω ενός κουμπιού στο τιμόνι ενώ ο οδηγός έβλεπε στην οθόνη μέσω μια φωτεινής ένδειξης πόσα δευτερόλεπτα ισχύς είχε ακόμη διαθέσιμα. Δεν είχαν όλες οι ομάδες KERS το 2009 και την επόμενη χρονιά το 2010 υπήρξε ομόφωνη απόφαση να μην χρησιμοποιηθεί για λόγους οικονομίας. Επανήλθε το 2011 σε περισσότερες ομάδες και φτάσαμε πέρυσι να το χρησιμοποιούν όλες οι ομάδες. Μάλιστα η Mercedes υιοθέτησε ένα σύστημα παρόμοιας φιλοσοφίας στην S Class 400 hybrid. Η εξέλιξη του συστήματος βελτίωσε το βαθμό ανάκτησης ενέργειας και το βάρος. Το KERS που χρησιμοποιούσαν οι ομάδες το 2013 δε ζύγιζε πάνω από 25kg ενώ η προσδιδόμενη ενέργεια αντιστοιχούσε στο 80% της ανακτώμενης. Η αξιοπιστία ήταν ένα θέμα για κάποιες ομάδες όπως η Red Bull που είχε υιοθετήσει μια ακραία τοποθέτηση των μπαταριών κάτω από τα ψυγεία. Παρότι το software ήταν διαφορετικό σε κάθε ομάδα, το hardware ήταν κατασκευής της Magnetti Marelli και οι μπαταρίες της Saft ή της Α123.




Φέτος τα πράγματα αλλάζουν. Το νέο ERS (Energy Recovery System) θα είναι σαφώς πιο ισχυρό σε ανάκτηση και παροχή ενέργειας. Θα παίζει έτσι πολύ πιο σημαντικό ρόλο στην απόδοση του μονοθεσίου κατά τη διάρκεια ενός γύρου. Σε μια τεχνική παρουσίαση για λογαριασμό της Ferrari, ο επικεφαλής του τμήματος κινητήρων της Ιταλικής ομάδας, Λούκα Μαρμορίνι, τόνισε πως πλέον δε μιλάμε για «κινητήρα, αλλά για μονάδα παραγωγής ισχύος». Ο Ιταλός μηχανικός αναφέρεται προφανώς στο συνδυασμό του κινητήρα εσωτερικής καύσεως και στους δυο ηλεκτροκινητήρες MGU – K και MGU – H.
Ο πρώτος ηλεκτροκινητήρας MGU –K (Motor Generator Unit - Kinetic) θα παράγει διπλάσια ισχύ από το KERS και θα έχει τη δυνατότητα αποθήκευσης πενταπλάσιας ποσότητας ηλεκτρικής ενέργειας. Ο δεύτερος ηλεκτροκινητήρας MGU – H (Motor Generator Unit – Heat) είναι επίσης συνδυασμός γεννήτριας ηλεκτροκινητήρα και συνδέεται στον άξονα του υπερτροφοδότη.  Το MGU – H μπορεί να δώσει ενέργεια στο σύστημα μέσω του MGU –K ή να περιστρέψει μόνο του άμεσα την πτερωτή του turbo. Αυτό μειώνει την υστέρηση (lag) στις χαμηλές στροφές και στις υψηλές στροφές δεν απαιτείται βαλβίδα ανακούφισης καθώς λειτουργώντας ως γεννήτρια ο ηλεκτροκινητήρας φρενάρει τον άξονα της πτερωτής. Η βαλδίδα ανακούφισης υπάρχει πλέον μόνο για λόγους ασφαλείας. Το MGU – Κ βάσει κανονισμών θα βρίσκεται πίσω – κάτω από το τεπόζιτο, μπροστά από τον κινητήρα και κάτω από την πολλαπλή εξαγωγής. Αυτό απαιτεί τροποποιήσεις και μετατόπιση της αντλίας ψυκτικού υγρού, του δυναμό και των υδραυλικών αντλιών που βρίσκονταν εκεί.

Αντίθετα το MGU – H συνδέεται στην πτερωτή του turbo. Όταν η πτερωτή του turbo περιστρέφεται θα περιστρέφεται και η γεννήτρια στον ίδιο ρυθμό σε ταχύτητες 100.000 rpm πρόκειται μια δυσεπίλυτη μηχανολογική πρόκληση όσον αφορά στην ψύξη, στις τριβές, στους κραδασμούς και στις φθορές. Τόσο το MGU – K όσο και το MGU – H θα συνδέονται με μια κεντρική μονάδα ελέγχου ECU αλλά και με την μπαταρία που πλέον ονομάζεται «χώρος αποθήκευσης ενέργειας». Πενταπλάσια ποσά ενέργειας απαιτούν μεγαλύτερο χώρο αποθήκευσης και έχουν μεγαλύτερες ανάγκες ψύξης. Όπως και τα MGU – K, MGU –H. Αυτό οδηγεί σε αύξηση των ψυγείων. Η ισχύς των 160PS σε συνδυασμό με τα 600PS του turbo βενζιονοκινητήρα των 1.6lt θα δώσει απόδοση εφάμιλλη με των περσινών κινητήρων 2.4lt.  Όμως οι ηλεκτροκινητήρες παράγουν και σημαντικά ποσοστά ροπής η οποία είναι σταθερή σ’ όλο το φάσμα λειτουργίας τους από τις μηδέν στροφές. Αυτή η ροπή θα χρειαστεί διαχείριση.



Πλέον δε θα υπάρχει κουμπί στο τιμόνι για την επιπλέον ισχύ, οι οδηγοί απλά θα πατούν το γκάζι και η ηλεκτρονική χαρτογράφηση θα κάνει τον ενδεδειγμένο συνδυασμό κινητήρων ανά περίπτωση. Σίγουρα ο οδηγός θα έχει μέσω των διακοπτών του τιμονιού αρκετές επιλογές «χαρτών» ώστε να μπορεί να εκμεταλλευτεί όλες τις δυνατότητες του κινητήρα και των ERS όταν το χρειάζεται.

Κλειδί στην απόδοση του μονοθεσίου αναμένεται ν’ αποδειχτεί το ποσοστό ανάκτησης ενέργειας ώστε να μην επηρεάζεται ο ρυθμός από τον περιορισμό του καυσίμου στα 100kg.
Μείζον θέμα θα είναι και η αξιοπιστία, τυχόν αστοχία του ERS θα συνεπάγεται τουλάχιστον 1 sec στο γύρο καθότι οι απώλειες σε σχέση με το KERS είναι σημαντικά μεγαλύτερες. Ο οδηγός θα βρίσκεται σε μια τέτοια περίπτωση να μάχεται μόνο με το 75% της συνολικής ισχύος. Επιπλέον το καύσιμο δεν θα επαρκεί για να τερματίσει τον αγώνα. Το πώς θα διαχειρίζεται ένας οδηγός τους ηλεκτρονικούς χάρτες της μονάδας παροχής ισχύος το 2014 συνδυάζοντας την ηλεκτρική με τη χημική ενέργεια πιθανόν θα αποδειχτεί το σημείο κλειδί για τη νίκη στους περισσότερους αγώνες.

Επιπλέον είναι εντυπωσιακό ότι 160PS θα προέρχονται από ανάκτηση ενέργειας. Μένει να δούμε πως θα περάσουν μελλοντικά όσα μαθαίνουν οι κορυφαίοι μηχανικοί κινητήρων, λογισμικού και ηλεκτρονικών στα αυτοκίνητα ευρείας παραγωγής μέσω των εμπλεκόμενων κατασκευαστών (Ferrari, Mercedes, Renault) αλλά και της Honda από το 2015.