A bude to formule taková, na kterou se velmi moc těším. Už si ani nepamatuji, kdy příjemně rozrušen tak moc jsem byl při těšení na začátek nové sezony. Poslední tři roky se staly velmi frustrujícími. S výjimkou loňského ročníku, ve kterém Red Bull a Sebastian Vettel konkurenci bez nadsázky rozprášili, to byly zajímavé boje až do konce. Ale bylo to jen o Pirelli, Pirelli, Pirelli… A to začalo být pěkně...
No... ale to nebyla chyba Pirelli. Pirelli zaslouží kredit za to, jak úspěšně se s náročným inženýrským úkolem vypořádalo. A to prakticky bez jakéhokoli testování. Klobouk dolů.
Bylo to vedení formule 1, které si takovou koncepci postavenou na uměle omezené životnosti pneumatik přálo. A pak v tom Pirelli nechalo zcela samotné, když se plácalo v mediálních bouřkách a týmy zaujaly pozici mrtvého brouka.
Problém byl v tom, že se nehovořilo o ničem jiném. Formule 1 má být daleko komplexnější, než aby vše záleželo na tom, jak se zrovna „pneumatika ten den vyspí“. Protože podle vyjádření mnohých, jejich výkonnost nešlo inženýrsky zacílit. Že to prostě byla jen jedna velká loterie.
A to se pro rok 2014 výrazně mění. Ano, ještě nějakou dobu bude silně slyšet hladina nevole k jinému zvuku nových šestiválců s turbem, ale to je jen věcí zvyku. Přes celou historii formule 1 byly zvuky motorů odlišné, a ty letošní motory nezní zas tak špatně. Určitě není za co se stydět.
Co se mi ale na zcela nové koncepci nových formulí líbí nejvíce, je zcela revoluční pojetí filozofického principu, na kterém bude postaven úspěch, tedy vítězství ve velké ceně formule 1. Rozdíl mezi vítězem a poraženým. A také podstatně větší nepředvídatelnost.
POHONNÁ JEDNOTKA - POWER UNIT
Spalovací motor, doposud tak důležitá část auta, bude hrát – s trochou nadsázky – už jen řadovou roli ve skupině dalších zdrojů potřebné energie. A celkový objem energie bude navíc omezen.
Vedle spalovacího motoru budou auta vybavena turbodmychadly, dvěma mechanismy jakýchsi lapačů zbytkové energie (kinetickým a tepelným) a úložištěm energie pro pozdější (či alternativní) využití. Tomu všemu se pak říká pohonná jednotka, neboli Power Unit (PU).
Kromě toho, že se jedná o systémy nové, jsou také náročné na provoz. A to nehovoříme o chvíli, kdy se pokusíme, aby to všechno pracovalo dohromady na stejně nepředvídatelně chovající se hardwarové a softwarové bázi.
Z ČEHO SE TO VŠECHNO SKLÁDÁ?
To vše je zastřešeno dvěma limity: omezením množství paliva na 100 kilogramů na celý závod (přibližně 125 litrů) a maximálním povoleným průtokem 100 kilogramů na hodinu.
Už z toho samotného vyplývá, že pilot nemůže využít maximálního potenciálu ve vztahu ke spalovacímu motoru a benzinu coby zdroji energie. Při závodech trvajících hodně přes hodinu a půl by do cíle prostě nedojel.
To ale neznamená, že by nemohl jet naopak rychleji, než na co by mu nominálně stačilo 100 kg paliva při maximálním povoleném průtoku. Pilot totiž bude moci využít dvou dalších, výrazně důležitých zdrojů (generátorů) energie:
Tepelný (MGU-H, neboli Motor Generator Unit – Hybrid, pro naše potřeby lehce zapamatovatelný jako ‚H’orký - nikoli bezdůvodně) a
Kinetický (MGU-K, neboli Motor Generator Unit – Kinetic)
A právě spolupráce spalovacího motoru, turbodmychadel, MGU-H a MGU-K s cílem kombinovaného využívání a ukládání energií je fascinujícím prvkem nové formule 1. A to Pirelli neztratilo svou důležitost. Naopak.
MOTOR A TURBO
Motory jsou šestiválce uspořádané do V, o celkovém objemu 1,6 litru a vybavené turbem. Chlubí se výkonem přibližně 600 koní. Ano, na silnici najdete auta se silnějším motorem. Ale tím to nekončí.
Letošní motory, byť se navenek vyznačují obdobnou architekturou jako loňské V8, jsou ale ve výsledku hodně odlišné. Kvůli turbu je úroveň tlaků ve spalovacích komorách dvojnásobná oproti V8 – přibližné dvěstěnásobek okolního atmosférického tlaku. Rázové efekty typické pro turbomotory navíc představují velmi obtížně kontrolovaný a předvídatelný fenomén, který má za následek destruktivní selhání motorů, jehož letos určitě budeme svědkem.
Turbodmychadla využívají výfukových plynů k navýšení hustoty vzduchu pro motor, a tím pádem navýšení výkonu motoru přes jeho nominální kapacitu. Tepelná energie výfukových plynů je konvertována do mechanické skrze turbínu a ta je pak dávána buď zpět do motoru, anebo předávána ‚horkému‘ MGU-H a následně uložena jako elektrická energie do energetických rezervoárů: v převážně většině jsou těmito energetickými úložišti akumulátory, ale pravidla povolují například setrvačníky. V této oblasti má například Williams již mnohaleté zkušenosti.
Turbína se podle informací magazínu Racecar Engineering může točit rychlostí až 100 000 ot./min. (1600 ot./sek.). Její rychlost se v průběhu jízdy hodně mění a jednou z dalších výzev je vypořádat se s efektem prodlení (takzvaný turbo lag). Tedy časové prodlevě mezi impulsem pilota přes ‚plynový‘ pedál a ziskem potřebného krouticího momentu poté, co chce například zase vyjet ze zatáčky, do které zrovna brzdil a tím pádem na moment dal turbu jakousi přestávku.
Systém je s ohledem na vysoké rychlosti některých komponent a vysoké teploty nutně vybaven také kontrolními a chladicími mechanismy, které brání katastrofálnímu selhání a tím pádem odstoupení ze závodu. Také kvůli tomu jsou aerodynamické radiátory na bocích auta přibližně dvakrát větší než vloni.
MGU-K
Kinetický generátor (MGU-K) je napojen na klikovou hřídel spalovacího motoru. Během brzdění MGU-K znovuobnovuje kinetickou energii ztracenou při brzdění jako odpad. Jedná se o stejný princip, jako loňské systémy KERS, jenom jsou dvakrát silnější: 120 kW, přibližně 160 koní. Při akceleraci je MGU-K poháněn energií před tím uloženou do akumulátorů (nebo jiných rezervoárů energie), případně od ‚horkého‘ MGU-H a funguje jako motor přidávající na výkonu auta.
Zatímco vloni ztráta KERS představovalo přibližně 0,3 sekundy na kolo ztráty, letos budou obdobné výpadky daleko závažnější.
MGU-H
Ten je napojen na turbodmychadlo. Funguje jako generátor absorbující energii z hřídele turbíny pro účely konverze tepelné energie z výfukových plynů. Získaná elektrická energie může být předána buď MGU-K, nebo opět uložena do akumulátorů. MGU-H je využíván také k řízení rychlosti turbodmychadla tak, aby odpovídala požadavkům motoru a jeho ochraně.
Zatímco MGU-H pracuje se střídavým, MGU-K se stejnoměrným proudem, tudíž je potřeba relativně komplexního převodníku.
KAPESNÉ
Když se auto rozjede, spaluje motor benzin z palivové nádrže. MGU-H bude využívat spalin a pomáhat motoru skrze MGU-K, nebo ukládat zásoby. MGU-K bude sbírat kinetickou energii z klikové hřídele, a bude opět pomáhat (a tím pádem šetřit palivo), nebo ukládat zásoby.
Vezmete-li v úvahu konkrétní kolo během velké ceny F1, spolupráce spalovací části motoru, turbodmychadla, MGU-H, MGU-K a systému pro uložení energie pro pozdější využití je jako jeden velký koncert Národní filharmonie. A musí spolupracovat, protože jen z benzinu se už vyžít nedá! Využití energie z benzinu bude stejně tak důležité, jako využití elektrické energie. Které bude složitější o to, že si ji auto bude muset – na rozdíl od benzinu – vyrábět samo.
Vznikne tak určitý energetický rozpočet pro konkrétní kolo. Něco jako kapesné na týden. A cílem inženýrů a jezdce bude s využitím daného ‚rozpočtu‘ zajet minimální čas v daném okruhu. A pomalý být určitě nechcete. A inženýři dokážou spočítat, jaká je úroveň času, pod který se lze v daném kole dostat.
Až tedy letos pilot sešlápne ‚plynový‘ pedál, vztah mezi ním a spalovacím motorem už není, co býval. Pilot pouze vydá signál celému systému Power Unit, který pak dostane za úkol s ohledem na množství dostupné energie z různých zdrojů zajet co nejrychlejší čas.
Doby, kdy se výrobci motorů snažili dosahovat maximálního výkonu bez ohledu na dostupné zdroje, se mění v řízení energetického managementu.
Přesně tak, jak vedení formule 1 chtělo ve své politice životního prostředí. A stále to bude formule 1.
Fakt, že se jedná o velmi složitý systém, jehož principy chlazení, řízení a kontroly není vůbec snadné ovládnout (a inženýři to během testů v Jerezu a Bahrajnu určitě potvrdí), slibuje zajímavou podívanou.
Lidově řečeno, v Melbourne za čtrnáct dní to bude mazec!