آشنایی با تکنولوژی های هیبریدی و توربوشارژ در خودروهای فرمول وان

برخلاف حرکات افت و خیزی بخش‌های اقتصادی، فرمول وان به دلیل توسعه‌ی تکنولوژی مسابقه‌ای که راه خود را به بخش مصرف‌کنندگان یافته است، مشهور می‌باشد. خودروی بدنه‌ی فیبرکربنی مک لارن البته با یک نوآوری طراحی گران قیمت، از نتایج مستقیم نشات گرفته از مهندسی فرمول وان است. برای فصل جدید، تکنولوژی‌ها و متعلقات هیبریدی جدیدی جهت پرتکاپوتر کردن و طبیعت دوست کردن رقابت‌های فرمول وان معرفی شده است.

واحد حرارتی MGU-H

برای سال جدید، نه تنها سیستم‌های فناوری و بازیافت انرژی نقش اساسی را در ساخت قدرت یک خودرو بازی می‌کنند، بلکه اندازه‌ی موتور نیز به طور قابل توجهی دستخوش کاهش شده است. در سال ۲۰۱۳، گروه‌ها و تیم‌های مسابقات فرمول وان دارای موتورهای ۲٫۴ لیتری طبیعی V8 با قدرت ۷۵۰ اسب‌بخار بوده‌اند، اما در مسابقات فصل جدید، این موتورها با کاهش دو سیلندر و ظرفیت تقریبا یک لیتر روبه‌رو شده‌اند. موتورهای جدید توربوشارژ شش سیلندر با ظرفیت ۱٫۶ لیتر، قادر به ارائه‌ی قدرت ۶۰۰ اسب‌بخار هستند که نسبت به خودروهای فصل گذشته ۱۵۰ اسب‌بخار کاهش یافته است. با این حال، فقدان این قدرت از طریق سیستم قدرت گازی اکنون با سیستم‌های جدید بازیابی انرژی (ERS) جبران خواهد شد.

با سیستم ERS جدید 2014، رانندگان نه تنها به زمان طولانی‌تر 33 ثانیه از احتراق قدرت دسترسی دارند، بلکه این قدرت به دوبرابر میزان اولیه یعنی 120 کیلووات (160 اسب‌بخار) می‌رسد.

سیستم جدید ERS برای F1 نوسازی نسل بعدی بر روی سیستم بازیابی انرژی جنبشی قبلی (KERS) می‌باشد. برای کسانی که با KERS آشنا نیستند، باید گفت که این سیستم شامل ضبط انرژی بیمصرف در حین ترمز بوده است که سپس به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود. پس از فعالسازی، این انرژی در یک دستگاه کوچک خازن مانند ذخیره می‌شود و نوعی از انرژی اکسید نیتروژن الکتریکی را به میزان ۶۰ کیلووات (۸۰ اسب‌بخار) برای مدت زمان ۶٫۶۷ ثانیه در یک دور تامین می‌نماید. با سیستم ERS جدید ، رانندگان نه تنها به زمان طولانی‌تر ۳۳ ثانیه از احتراق قدرت دسترسی دارند، بلکه این قدرت به دوبرابر میزان اولیه یعنی ۱۲۰ کیلووات (۱۶۰ اسب‌بخار) می‌رسد. یک سیستم الکترونیک کنترل ترمز عقب نیز برای تمامی خودروها به منظور رسیدگی به قدرت تولیدی اضافی توسط سیستم ERS در طول عملیات ترمز، معرفی خواهد شد.

سیستم ERS همچنین نه تنها از یک بلکه از دو منبع بازیافت انرژی بهره می‌برد. فناوری ترمز احیا کننده برای این فصل با برخی از به روز رسانی‌های جزئی همراه شده، اما به طور کلی یکسان با فناوری گذشته مانده است. واحد انرژی جنبشی ژنراتور موتور (MGU-K) در همکاری با سیستم ذخیره انرژی (ES)، انرژی حرارتی و ترمز را از روتورهای ترمز در طول مسابقه خواهد گرفت، سپس آن را به درون سیستم به شکل نیروی الکتریکی ۱۶۰ اسب‌بخار از طریق واحد ژنراتور باز می‌گرداند. یکی از اشکالات اصلی این بازگشت انرژی در این سیستم این است که در حین این عمل، تیم‌های شرکت کننده بخش قابل توجهی از قدرت موجود خود را از دست می‌دهند. برخلاف سیستم‌های هشت سیلندر سال گذشته، که تیم‌ها دارای قدرت قابل قبولی جهت ادامه‌‌ی مسیر و ماندن در شرایط رقابتی بودند، فقدان KERS و قدرت ۱۶۰ اسب‌بخار در مدل‌های جدید به احتمال زیاد منجر به عدم اتمام مسیر مسابقات خواهد شد.

اما هنوز همه چیز از دست نرفته است، به طوری که یکی دیگر از دستگاه‌های ERS موجود است که برای تکمیل رژیم مصرف قدرت ایجاد شده است. دومین خبر افزایشی سال ، معرفی یک دستگاه ربایش گرما است. یک واحد حرارتی ژنراتور موتور (MGU-H) که به طور مستقیم به شفت توربوشارژر متصل است، گرمای خروجی را به منظور انباشت قدرت در سیستم بنا بر تقاضا و یا ذخیره‌ی آن در بخش ذخیره‌ی انرژی برای مصارف بعدی، حفظ می‌نماید. پس از فعالسازی، MGU-H در اختیار رانندگان، قدرت الکتریکی دیگر را جهت راندن چرخ‌ها از طریق واحد ژنراتور اختصاصی قرار می‌دهد. و برخلاف واحد MGU-K، بخش بازیابی حرارتی قادر به تولید قدرت تکمیلی نامحدود در طول مسابقات است. برای سال ۲۰۱۴، فرمول وان از بخش MGU-K با دریافت انرژی بازیافتی محدودی به میزان ۲ مگاژول در هر دور به همراه توانایی آزادسازی انرژی‌های ذخیره شده تا حداکثر ۴ مگاژول در هر دور، مواجه است.

از دیگر ترفندهای جالب مدیریت قدرت شیوه‌ای می‌باشد که در آن واحد حرارتی MGU-H به مدیریت سرعت توربو می‌پردازد. برخلاف سیستم توربوشارژ معمولی که در آن دریچه‌ی هدررفت به منظور محلی برای بیرون رفتن فشار اضافی موتور منتج شده از توربوشارژ بکار می‌رود، این واحد جدید درواقع به کنترل سرعت پروانه‌ی توربوشارژ اقدام می‌کند. توانایی کنترل سرعت توربو به گروه‌های شرکت‌کننده در رقابت‌های فرمول وان نه تنها اختیار مدیریت بهتر قدرت اضافی موتور را می‌دهد، بلکه تعداد چرخش توربوشارژ را در سیکل چرخش کم می‌کند.

از دیگر تغییرات و چالش‌های فنی پیش‌روی تیم‌های امسال شامل مصرف محدوده‌ی سوخت ۱۰۰ کیلوگرم در هر مسابقه می‌باشد. در سال ۲۰۱۳، تیم‌ها قادر به مصرف حدود ۱۶۰ کیلوگرم سوخت در طول یک مسابقه‌ی معمولی بوده‌اند. این محدودیت بدان معناست که گروه‌ها باید با دقت بر مکان و زمان بکار بردن سیستم‌های ERS نظارت نمایند. از آنجایی که این تکنولوژی هیبریدی به همراه خود، افزایش وزن را آورده است، تیم‌های فرمول وان اکنون قادر به افزایش وزن خودروهای خود از ۶۴۲ کیلوگرم به ۶۹۰ کیلوگرم خواهند بود. سیستم‌های بیرونی خودروها نیز دستخوش تغییر از تنظیمات دو لوله اگزوزی به یک لوله می‌شوند.

بنا به اعلام کمپانی رنو، یک مدل معمولی با استفاده از سیستم‌های ERS باید بدین گونه باشد:

” تحت شتاب موتور احتراق داخلی (ICE) باید از ذخیره‌ی سوخت آن بهره ببرید. توربوشارژر باید در حداکثر سرعت بچرخد (۱۰۰۰۰۰ دور بر دقیقه). MGU-H که به عنوان یک ژنراتور عمل می‌کند، باید به بازیابی انرژی از اگزوز و انتقال آن به MGU-K (یا باتری) اقدام کند. MGU-K، که به میل لنگ و یا ICE متصل است، به عنوان یک موتور عمل نموده و قدرت اضافی جهت کشش بیشتر و یا ذخیره‌ی سوخت بسته به نوع استراتژی انتخابی را تامین می‌نماید. در پایان هنگام عملیات ترمز در پیچ‌ها توسط راننده، واحد MGU-K به یک ژنراتور تبدیل شده و انرژی ناشی از ترمز را دریافت می‌نماید. در طول عملیات ترمز، سرعت چرخش توربو به دلیل فقدان انرژی در اگزوز با کاهش روبه‌رو می‌شود که منجر به تاخیر در عملیات توربو خواهد شد. برای اجتناب از این تاخیر، MGU-H در مدت زمان کوتاهی به عنوان یک موتور عمل می‌کند تا بلافاصله توربو را جهت رسیدن به سرعت مطلوب شتاب‌دار کرده و قابلیت رانندگی کاملی را در اختیار راننده قرار دهد.”

توسعه‌ی موتور نیز در طول فصل مسابقات پیش رو متوقف خواهد شد و تنها استفاده از پنج واحد قدرت در یک سال برای هر راننده مجاز خواهد بود.

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.