Мотористы Renault рассказали об основных принципах работы топливной системы двигателя RS27.
Какова функция топливной системы?
Задача топливной системы двигателя заключается в том, чтобы доставить топливо из бака в двигатель, где оно распыляется во впускном тракте, смешиваясь с воздухом на пути в цилиндр. Там эта смесь воспламеняется, что в итоге приводит к созданию крутящего момента. Топливо должно быть доставлено к форсункам под определённым давлением, его количество необходимо точно дозировать, для чего используется механический насос.
Топливная система начинается с топливной ячейки (бака), которая находится внутри монокока между гонщиком и двигателем. Это большая герметичная эластичная емкость, изготовленная из материалов, аналогичных тем, что применяют в военной промышленности, в которой размещено всё топливо, необходимое для гонки (около 160 кг, или 230 л). На топливопроводах, по которым бензин подаётся в двигатель, установлены специальные муфты, препятствующие его утечке из бака, если при аварии двигатель оторвёт от шасси.
Топливо внутри ячейки испытывает боковые и продольные перегрузки в поворотах при ускорениях и торможениях и перемещается из стороны в сторону, что осложняет его подачу, особенно при низком уровне бензина. Поэтому внутри ячейки находятся 3 или 4 электронасоса низкого давления, которые выкачивают топливо из разных углов бака. Топливоприёмники этих насосов оборудованы фильтрами, защищающими двигатель от повреждений, которые могут быть вызваны посторонними примесями. Насосы подают топливо в емкость относительно небольшого размера, так называемый «коллектор», расположенный внутри топливного элемента и вмещающий 2,5 кг (или 3 литра).
Топливо в коллекторе находится под давлением, и его там достаточно, чтобы непрерывно обеспечивать основной насос, даже если электронасосы начинают работать с перебоями из-за низкого уровня топлива. При этом стоит учесть, что двигатель на полных оборотах потребляет до 3,5 литров топлива в минуту.
На следующем этапе топливо поступает из коллектора в насос, который в свою очередь подаёт его к форсункам. Насос полностью механический и защищён фильтром тонкой очистки. Этот насос подаёт топливо пропорционально оборотам двигателя. Но зависимость эта не линейная, и чтобы количество поставляемого топлива соответствовало требуемому количеству, основной насос снабжён специальным сложным устройством, регулирующим давление.
После прохождения насоса и фильтра тонкой очистки топливо поступает к форсункам под высоким давлением (95 бар). Технический регламент запрещает давление выше 100 бар. Форсунки - это высокоточные электромеханические соленоиды, которые управляются SECU (Standard Electronic Control Unit – стандартный электронный блок управления). Оборудование и контрольное программное обеспечение SECU – единое для всех двигателей Формулы 1, но его настройки допускаются в пределах, установленных FIA.
В момент включения соленоида топливо под высоким давлением впрыскивается в воздушную камеру. Для достижения оптимального наполнения цилиндров и подготовки смеси это происходит в определённый момент рабочего цикла двигателя, что в конечном счёте способствует эффективному сгоранию смеси и, следовательно, повышению эффективности мотора.
Как менялись топливные системы моторов V8?
За исключением усовершенствований, вызванных ежегодной доработкой машин, в целом схема работы системы осталась практически неизменной, разве что размер топливной ячейки был увеличен после запрета дозаправок. Ранее бак мог быть меньше, так как вмещал столько топлива, сколько машина тратила между пит-стопами (около 70 кг), но теперь ячейка должна быть достаточно большой, чтобы вместить всё топливо, необходимое для гонки.
Значительные размеры ячейки поставили перед инженерами новые задачи. В частности, при большом объёме ячейки осложнен процесс забора топлива при его низком уровне. Кроме того, отдельного внимания потребовала проблема температуры топлива. Оно нагревается из-за двигателя, системы выхлопа и так далее. Высокая температура топлива снижает эффективность двигателя, а кроме того осложняет подачу топлива в коллектор.
Все эти проблемы пришлось решать, в том числе путём изменения конструкции машины, а также за счет дополнительного ограничения химического состава топлива и улучшения конструкций топливной ячейки и насосов.
А если бы не было моратория на модернизацию двигателей?
На самом деле развитие топливных систем больше ограничено техническим регламентом, чем мораторием на модернизацию двигателей. Давление впрыска может быть максимум 100 бар (что в 100 раз выше нормального атмосферного давления на уровне моря), а на каждый цилиндр приходится только одна форсунка, расположенная во впускном тракте.
Эти правила поставили вне закона использование системы впрыска со сверхвысоким давлением, а также применение непосредственного впрыска в камеру сгорания. При большей технической свободе, вполне вероятно, были бы разработаны более сложные системы впрыска, с давлением в 500 бар. В результате моторы были бы более мощными, управляемыми и экономичными.
