Hur Mercedes gjorde F1:s bästa hybridmotor – och varför den ser fram emot 2016

Förra året dominerade Mercedes Formel 1. Silverpilarna vann 16 av 19 tävlingar, med förarna Lewis Hamilton och Nico Rosberg som avslutade säsongen på första och andra plats. Men hur har Mercedes dominerat Formel 1 i två år, och varför är den fortfarande favorit att vinna säsongen 2016? En del av svaret ligger hos dess förare i världsklass och sofistikerade chassi, men hybridmotorn som driver dem kan vara en av de största bidragsgivarna till lagets framgång.mercedes_engine_top_down

Den bästa motorn i F1 kom från Motorsport Valley

Mercedes Hybrid PU106A är designad som svar på förändringar i motorreglerna och är frukten av en koncentrerad period av forskning, utveckling och lärande. Drivs av en synergi av turbo, elmotor och förbränningsteknik, det är den mest komplexa, effektiva och kraftfulla motorn Mercedes någonsin har tillverkat.

Även om den är designad för att vara den bästa motorn i F1-världen drar PU106A nytta av kunskap från hela Daimlerstallet – från elbilar till diesellastbilar. Och lärdomarna från Mercedes är redan på väg till våra vägbilar. För att upptäcka det banbrytande kraftverket bakom två rekordår, satte jag mig ner med Andy Cowell, VD för Mercedes AMG High Performance Powertrains – och hjärnan bakom den bästa motorn i F1.mercedes_engine_and_cowell

PU106 är den kraftfulla Mercedes-motorn som någonsin tillverkats

Brixworth ligger bara en kort bilresa från Milton Keynes, och ligger i det område i Storbritannien som kallas Motorsport Valley, ett mycket koncentrerat område av små och medelstora företag som är dedikerade till racing. Och det är också hemmet för Mercedes AMG High Performance Powertrains.

Det är här i Storbritannien – inte Tyskland – som Mercedes först började arbeta på den mest avancerade kraftenheten som den någonsin har utvecklat.

Regeländringar och behovet av relevans

Formel 1 har länge haft ett rykte om sig att inte ha kontakt med ledande bilteknik, men 2014 ändrade den reglerna.Hur Mercedes gjorde F1:s bästa hybridmotor – och varför den ser fram emot 2016

F1:s styrande organ, Federation Internationale de l’Automobile (FIA), beslutade att göra sporten mer miljövänlig genom att lägga till två grundläggande men extremt effektiva regler: motorer kunde inte använda mer än 100 kg bränsle för en tävlingsdistans, och de var inte Det är inte tillåtet att förbruka mer än 100 kg i timmen. ”Konkurrensutmaningen är hur gör du [extract] mest energi av den bränslemängden och driva bilen vidare”, tillägger Cowell. F1 hade blivit ett effektivitetslopp.

F1 hade blivit en kapplöpning om effektivitet och kraft

Den största förändringen kom med storleken på motorn: 2,4-liters V8:or var ute, och mindre 1,6-liters V6-liters enheter var inne. För att kompensera för minskningen av motorkapaciteten gav FIA motortillverkarna tillgång till en ny låda med tricks .

”Teknik som tidigare inte var tillåten var tillåtna; så direktinsprutning, en turbokompressorenhet, [and] ett större hybridsystem [were allowed]”, förklarar Cowell. Motorer hade nu 120 kW elektrisk boost på kranen – dubbelt så mycket kraft som de gamla kinetiska energiåtervinningssystemen (KERS) som först sågs 2009, och de kunde också använda en elektrisk maskin för att återvinna spillvärmeenergi och öka turbon.

Även om detta innebar en ny uppsättning utmaningar för F1:s ingenjörer, innebar det också att F1:s mål för första gången på decennier anpassades till den bredare bilindustrin. För att producera den bästa motorn måste teamen driva på för effektivitet – precis vad vi vill ha av våra vägbilar.

En ny uppsättning regler och utmaningar

Trots minskningen av kapaciteten kunde Mercedes ta tillbaka en hel del hästkrafter tack vare tillägget av en turboladdare. Ett av de mest effektiva sätten att öka kraften och effektiviteten, turbos fungerar genom att fånga upp avgaser och använda dem för att vrida en kompressor som är ansluten till motorn. Resultatet? Mer luft pressas in i motorn, vilket ökar kraften – och effektiviteten.

Mercedes hade ingen erfarenhet av en turbo – förra gången de användes i F1 föregick teamet – så de förlitade sig på kunskap från andra håll i Daimler-företaget. Även om Mercedes använder turbo i sina vägbilar, var det Daimlers lastbilsdivision som visade sig vara mest användbar för Cowell och hans team: de enorma kraftmängderna i F1-motorn gjorde att de passade bättre.

mercedes_engine_front_on

”Luftflödet som går in i motorn och avgasluftflödet är väldigt lika, så kompressorn och turbinhjulen är av samma storlek”, förklarar Cowell. ”Om du tittar på ett kompressorhjul för en vägbil så sitter det i mitten av handen, en liten liten sak. Om du tittar på en lastbil, eller en F1, så hänger den över kanten på din hand. Och med det får du olika egenskaper, olika saker att utmanas.”

I jakten på mer kraft hade turbon vuxit i storlek, men det förvärrade ett grundläggande problem med tekniken: turbofördröjning. Orsakad av den tid det tar för avgaserna att snurra turbinen, är turbofördröjning närvarande i många vägbilar idag. ”Vi upplever det när du sitter vid trafikljusen och du trycker på pedalen och du kryper iväg”, säger Cowell. ”Och så kommer kraften plötsligt på ett särskilt okontrollerat sätt.”

Turbolag är ett potentiellt katastrofalt problem för en racerbil

Mercedes hade ett problem. Även om turbofördröjning kan vara bra för vägbilar, utgör det ett potentiellt katastrofalt problem för en racerbil. Förare förlitar sig på jämn, kontrollerad kraft för att få ut det mesta av en bil, och turbofördröjning skulle minska både förarens självförtroende och den totala varvtiden.

Men det fanns en lösning för det också: en elmotor kunde snurra upp turbon långt innan avgaserna kom. ”När du trycker på gaspedalen kan den elektriska maskinen med sin omedelbara respons och sin låga vridmomentkapacitet snurra upp kompressorn och mata motorn med luft innan avgassystemet aktiveras med avgaser”, förklarar Cowell. Och för att spara utrymme delade Mercedes-ingenjörer turbinen och kompressorn och integrerade snyggt motorgeneratorenheten i mitten av de två enheterna.

Att hantera hybridfaktorn

Även om 1.6L V6 och turbo är mer sofistikerade än något du skulle se på vägen, är det Energy Recovery System (ERS) systemet som representerar den mördande appen för F1:s nya motorer. Mercedes ERS-system, designat för att öka prestanda och effektivitet samtidigt, var ett av de bästa på nätet förra året – och det utvecklar teknologi som är direkt relaterad till dagens plug-in hybridfordon.

mercedes_motor_34

ERS är den mördande appen för F1:s nya motorer

ERS-systemet kan delas upp i flera delar – kraft, lagring och återvinning – och dessa fungerar som en för att få maximal energi tillgänglig.

Motorns batterier förvaras lågt i bilen av hanteringsskäl och kan lagra omkring fyra megajoule energi – tillräckligt för att tända 10 0000 20W glödlampor. Denna effekt matas sedan till en 120kW motor kopplad till bilens bakaxel, och bara det systemet är värt svindlande 160 hk – ungefär samma effekt som en familjebil. Och återhämtningen? När man saktar ner, fungerar bilens 120kW motor som en dynamo och lägger tillbaka oanvänd energi i bilens batterier. Elmotorn som används för att förhindra turbofördröjning kan också återvinna energi, vilket skapar en effektiv sammansättningsslinga.

Från legoklossar till racermotorer

Motorn var tvungen att passa in i ett chassi med specifika krav, och det innebar att Cowells ingenjörer var tvungna att arbeta med resten av Mercedes-teamet. ”[We] tänkte, vad vill vi egentligen ha av kraftenheten? Mycket kraft.”

”Och vad vill vi inte ha av kraftenheten? Vi vill inte att det ska vara överviktigt, för överviktiga bilar är långsamma bilar. Vi vill inte ha mycket värmeavstötning, eftersom mycket värmeavvisande kräver stora radiatorer, vilket bromsar aerodynamiken.”

”Om det ska göra bilen snabbare, jaga den, och om den inte gör det, gör det inte”

Dessa kompromisser kom att forma motorn, och ingenjörer från Brackley och Brixworth var tvungna att överväga varje avvägning. Cowell sammanfattar deras etos: ”Om det kommer att göra bilen snabbare, jaga den, och om den inte gör det, gör det inte.”

Testar ditt arbete

”Alla [initial] testning måste vara fabriksbaserad, vilket är något som vi är bekväma med”, medger Cowell. ”Under lång tid har det inte förekommit så mycket tester under säsongen och det har varit begränsade försäsongstester. Med ledtiderna för kraftenhetskomponenter kan du inte göra den första dagen av bantestning på vintern och återhämta dig om det finns några problem innan det första loppet. Om du hittar något den första dagen av vintertestningen är det dåligt – du kommer att få en dålig första halva av säsongen, bara på grund av ledtiderna.”

FORTSÄTTAR PÅ SIDAN 2: Ta reda på hur Mercedes satte sista handen på sin motor och vad den har planerat för nästa år.

Lämna en kommentar

Din e-postadress kommer inte publiceras.