Niechciane dziecko „downsizingu”
Gdy w grudniu 2010 roku dyskutowano nad zmianami w F1, głównym tematem rozmów „na górze” były właśnie kwestie silnikowe. Mało znanym faktem jest, że początkowo planowano wprowadzić nową formułę silnikową już w 2013 roku. Szef FIA, Jean Todt, uchwalił wtedy decyzję o wprowadzeniu czterocylindrowych, turbodoładowanych jednostek o pojemności 1,6 litra. Głównym przeciwnikiem tego rozwiązania był Bernie Ecclestone, który nie mógł się pogodzić z tak drastycznymi zmianami.
Ostatecznie, specjalnie powołana Komisja F1 porozumiała się z FIA w czerwcu 2011 roku. Ustalono, że nowe jednostki napędowe pojawią się nie w 2013, ale dopiero w 2014 roku. Zdecydowano, że planowana pojemność silników się nie zmieni, gdyż nadal będzie to 1,6 litra. Postawiono jednak na układ V6. Dodatkowo jednostki miały być wspomagane turbosprężarką.
Aby przekonać FIA do swojego rozwiązania, Bernie Ecclestone musiał zgodzić się na zwiększenie roli systemu KERS w nowych silnikach. Jean Todt od momentu objęcia stanowiska prezydenta FIA w 2009 roku kładł spory nacisk na wykorzystywanie tego systemu. Miało to utwierdzać widzów w tym, że Formuła 1 jest serią wspierającą ekologię. W ten sposób, w 2014 roku doczekaliśmy się pierwszych, w pełni hybrydowych silników w historii królowej motorsportu.
Mimo, iż Ecclestone’owi udało się „przepchnąć” swój pomysł to nie był on zadowolony z nadciągających zmian. Wtórowało mu w tym Ferrari i część innych zespołów. Choć udało się wypracować kompromis to zmiana ciągle była drastyczna. Dotychczas używano w F1 wolnossących silników V8 o pojemości 2,4 litra. Wprowadzenie silników hybrydowych, o mniejszej pojemności i większym ograniczeniom dotyczącym spalania oznaczało, że Formuła 1 wkracza w erę „downsizingu”.
Z czego składa się silnik w F1?
Obecnie silnik w F1 składa się z:
- Silnika spalinowego – jednostka napędowa w konfiguracji V6 o pojemności 1,6 litra i z bezpośrednim wtryskiem paliwa.
- Turbosprężarki – zasilana spalinami wtłacza dodatkowe powietrze do komory spalania.
- Układu odzyskiwania energii cieplnej (MGU-H – „Motor Generating Unit-Heat”) – układ używający obrotów turbosprężarki do wytwarzania energii elektrycznej. Może również oddawać energię do turbosprężarki, eliminując w ten sposób tzw. „turbo lag” – opóźnienie wynikające z konieczności wytworzenia przez silnik odpowiedniej ilości spalin, żeby turbosprężarka zaczęła pracować i zwiększyć moc silnika.
- Układu odzyskiwania energii kinetycznej (MGU-K – „Motor Generating Unit-Kinetic”) – układ odzyskujący energię podczas hamowania. Najprościej rzecz ujmując jest to bardziej wydajny odpowiednik systemu KERS, obecnego w latach 2009-2013.
- Baterii – najczęściej akumulator, który przetrzymuje energię zgromadzoną przez MGU-H i MGU-K.
- Elektroniki sterującej – układy elektroniczne sterujące pracą silnika (mapowaniem) i tym, kiedy i jak ma zostać użyta energia zgromadzona w baterii.
Silnik w F1: Dostawcy, moc, spalanie
Gdy wprowadzano nowe silniki w 2014 roku, dostawcami jednostek napędowych byli: Mercedes, Ferrari oraz Renault. Od sezonu 2015 dołączyła do nich Honda. Japoński koncern wycofał się jednak ze zmagań w królowej motorsportu z końcem sezonu 2021, przekazując swoją własność intelektualną filii Red Bull Powertrains Limited. Od sezonu 2022, zespół z Milton Keynes samodzielnie odpowiada za przygotowanie swoich jednostek napędowych. Przynajmniej oficjalnie, bo „za kulisami”, Honda przekazała Red Bullowi znaczne grono swoich dotychczasowych pracowników i zaoferowała pomoc w przystosowaniu silnika pod nowe paliwo z zawartością 10% bioetanolu.
Minimalna waga silnika F1 wynosi 145 kg.
Obecnie jednostki napędowe mogą kręcić się do 15 tys. obr./min., jednak ze względu na ograniczenie dotyczące spalania paliwa silniki kręcą się maksymalnie na poziomie 12 tys. obr./min.
Początkowo silniki hybrydowe oferowały moc zbliżoną do poprzednich jednostek napędowych – ok. 760 KM. Na tą wartość składało się 600 KM z silnika spalinowego i 160 KM z systemu elektrycznego. Obecnie silniki wszystkich producentów oferują moc na poziomie ok. 1000 KM.
Współczesne samochody F1 spalają około 40 l/100 km, co choć wydaje się kolosalną liczbą, jest znacznie lepszym wynikiem niż w przeszłości. W początkowych latach królowej motorsportu, samochody spalały prawie 190 l/100 km.
Silnik w F1 wydziela ok. 1758 kJ ciepła, które musi być odprowadzone do atmosfery poprzez chłodnice umieszczone po bokach samochodu. W trakcie jazdy, przepływa przez nie ok. 650 litrów powietrza na minutę.
Wykorzystanie elementów silnika
Regulamin techniczny F1 zobowiązuje zespoły do przestrzegania limitów zużycia elementów jednostek napędowych. Od początku ery hybrydowej w 2014 roku, obserwujemy zaostrzanie tych przepisów w celu zmniejszenia kosztów. To sprawia, że z roku na rok elementy silników w F1 stają się coraz bardziej wytrzymałe, a różnice pomiędzy producentami zmniejszają się.
W 2022 roku limity zużycia wynoszą:
- Silnik spalinowy – 3 szt.
- Turbosprężarka – 3 szt.
- MGU-H – 3 szt.
- MGU-K- 3 szt.
- Bateria – 2 szt.
- Elektronika sterująca – 2 szt.
Obecne przepisy w dużej mierze ukształtowały się w 2018 roku. Od tamtej pory jedyna zmiana dotyczyła podniesienia limitu zużycia MGU-K z dwóch, do trzech sztuk na sezon (począwszy od 2020 roku). Związane to było z wysoką awaryjnością tego elementu w sezonie 2019.
Nadprogramowe zużycie elementów silnika jest obostrzone karami. Za pierwszy pozaregulaminowy element danego rodzaju, bolid jest cofnięty na starcie wyścigu o 10 miejsc. Za każdy kolejny element tego samego rodzaju kara wynosi 5 miejsc do tyłu. Dotyczy to wszystkich komponentów silnika. Jeżeli łączna kara za wymianę elementów wynosi 15 miejsc lub więcej to bolid jest z automatu cofnięty na koniec stawki.
Elementy jednostki napędowej są przypisane do danego bolidu. Jeśli w trakcie sezonu dojdzie do zmiany kierowcy, to nowy zawodnik musi korzystać z tych samych elementów co jego poprzednik.
Zamrożenie silników w 2022 roku
1 marca 2022 roku doszło do tzw. zamrożenia silników w F1. Oznacza to, że do momentu wprowadzenia nowych jednostek napędowych, dostawcy nie mogą rozwijać swojej konstrukcji poza obszarami: bezpieczeństwa, ograniczenia kosztów produkcji lub niezawodności. Mimo to, każda taka zmiana będzie musiała zostać najpierw zaakceptowana przez FIA. Więcej na ten temat znajdziecie w artykule poniżej.
Planowo, nowe jednostki napędowe mają zadebiutować w 2026 roku. W grudniu 2021 roku, FIA ogłosiła, że pozostaną one hybrydowymi V6 1,6 Turbo. Zrezygnowano jednak z systemu MGU-H. To właśnie ten element stanowi główną przeszkodę dla wejścia nowych producentów jednostek napędowych. Wszystko ze względu na jego koszty produkcji i poziom skomplikowania, który nie znajduje odzwierciedlenia w technologii wykorzystywanej w hybrydach drogowych. Tym samym, nowe regulacje mają być przystępniejsze dla koncernów, takich jak Audi, czy Porsche, które wyraziły wstępną chęć angażu w F1 w przyszłości.
Zmiany dotkną także systemu MGU-K, który pozostanie jedynym elementem hybrydowym w silniku F1. Ma on być odpowiedzialny za wytwarzanie, aż 350 kW energii elektrycznej. Aktualnie taką mocą nie dysponują nawet połączone systemy MGU-H i MGU-K.
Co więcej, od 2026 roku jednostki napędowe w F1 mają być w pełni zasilane paliwami syntetycznymi.
Silnik w F1: Ile kosztuje?
Silnik jest najdroższym elementem współczesnego bolidu F1. Jego średni koszt produkcji waha się pomiędzy 10,5 miliona dolarów, a 11 milionów. Jest to jednak niewielka kwota w porównaniu do kosztów rozwoju jednostki napędowej.
Z raportów finansowych Mercedesa opublikowanych pod koniec 2018 roku wynika, że od momentu wprowadzenia turbodoładowanego V6 do F1, dział silnikowy zespołu z Brackley wydał na rozwój swojej jednostki napędowej ponad 1,2 miliarda dolarów. Znaczną część tej kwoty z pewnością stanowi rozwój MGU-H i MGU-K, które uległy największemu postępowi od 2014 roku.