Технический анализ: как Honda сделала свой мотор лучшим в Ф1

Всего за несколько лет японцы прошли путь от посмешища паддока до лидерства в Кубке конструкторов с Red Bull. Как им это удалось?

Технический анализ: как Honda сделала свой мотор лучшим в Ф1

Вернувшись в Ф1 в 2015-м, Honda сразу оказалась в роли догоняющей – соперники уже имели годичный опыт работы с гибридными турбомоторами, когда компания начала совместную программу с McLaren. Обе стороны до сих пор не любят вспоминать ту историю – настолько печальной она оказалась.

Начало сотрудничества с Red Bull коренным образом изменило ситуацию. Летом 2019-го Макс Ферстаппен принес японцам первую победу в Гран При, за которой в течение полутора сезонов последовали еще пять гонок, выигранных на моторах Honda самим голландцем и Пьером Гасли из AlphaTauri. 

В 2021 году компания сделала очередной шаг вперед – от отдельных успехов к борьбе за титулы. Победа Макса на этапе в Монако вывела Red Bull в лидеры общего зачета (командам, использующим моторы Honda, такого не удавалось с 1991 года). Ну а что было потом – отлично известно.

Айртон Сенна, McLaren MP4/6 Honda, 1991 год

Айртон Сенна, McLaren MP4/6 Honda, 1991 год

Фото: Sutton Images

Нельзя не признать, что в последние годы японцам удается очень здорово прогрессировать. Сейчас они как минимум не уступают другим производителям – а по многим оценкам даже превосходят Mercedes и Ferrari, не говоря уже о Renault. 

Что же позволило добиться такой эффективности? Мы собрали всю известную информацию об эволюции силовых установок Honda в последние сезоны. 

Начать стоит с сердца любого мотора – блока внутреннего сгорания. Он претерпел заметные изменения, у которых были две основные цели: во-первых, повысить эффективность сгорания топлива, а во-вторых – уменьшить геометрические размеры.

Заметно продвинуться вперед позволило новое внутреннее покрытие цилиндров. Его разработали в мотоциклетном подразделении Honda и назвали «покрытием Кумамото» по месту расположения лаборатории. 

Сама по себе идея не нова, но современные технологии дали возможность сделать еще один шаг вперед. Мотоциклетные моторы, как правило, работают на очень высоких оборотах, и эта специфика отлично подошла для Ф1. 

Новое покрытие позволило снизить потери на трение и улучшить теплоотвод. Инженерам Honda F1 это дало возможность повысить нагрузки на мотор без риска его отказа.

Изменение конфигурации цилиндров мотора Honda RA620H и RA621H

Изменение конфигурации цилиндров мотора Honda RA620H и RA621H

Иллюстрация: Мэттью Соммерфилд

Главным результатом стала возможность сделать блок цилиндров компактнее. Коленчатый вал сместили ниже, что позитивно сказалось на центре масс. Но едва ли не важнее, что удалось сократить расстояние между осями цилиндров. Прежде сделать это было невозможно из-за опасений за прочность блока.

На иллюстрации выше хорошо видно, как за счет сближения цилиндров уменьшились размеры всего двигателя. Здесь же наглядно показано еще одно изменение: этой зимой при переходе от модели RA620H к нынешней RA621H мотористы изменили расположение цилиндров. 

Само по себе это не принесло выигрыша, однако дало возможность более оптимальным образом расположить вспомогательные узлы, получив преимущество в компоновке.

Клапанные крышки Honda (прототип 2021 года / прежняя версия)

Клапанные крышки Honda (прототип 2021 года / прежняя версия)

Фото: Honda

Одновременно с уменьшением размеров была серьезно переработана клапанная крышка. В этом не может быть никаких сомнений, если сравнить эту деталь от «620-го» мотора (справа) с прототипом для 2021 года (он слева).

Примечательно, что этот кадр опубликовала сама компания Honda, потому в его подлинности сомневаться не приходится. При этом, разумеется, нам показали только то, что не позволит соперникам получить конкурентное преимущество. 

На самом деле, едва ли не единственное сходство между двумя крышками – это крепежные места, да и те жестко прописаны в регламенте. В остальном их можно смело назвать концептуально разными. 

На иллюстрации ниже мы попробовали смоделировать поперечный профиль обеих клапанных крышек. Видно, что распределительные валы у новой версии расположены ближе друг к другу, а V-образное пространство сверху более не является симметричным и получило совсем иную форму. 

Сравнение профиля клапанных крышек мотора Honda F1

Сравнение профиля клапанных крышек мотора Honda F1

Иллюстрация: Мэттью Соммерфилд

Сближение распредвалов неизбежно привело к изменению угла наклона клапанов. Невозможно утверждать наверняка, но с высокой вероятностью из-за этого также потребовались переделки самих клапанов, плюс впускных и выпускных каналов. 

Но самое главное, что в итоге двигатель получил более высокую степень сжатия. Это значит, что пришлось дорабатывать и форму головки поршня. 

Конфигурация клапанов в двигателе Honda F1 (старая / новая)

Конфигурация клапанов в двигателе Honda F1 (старая / новая)

Иллюстрация: Мэттью Соммерфилд

Важно помнить, что увеличение степени сжатия и эффективности сгорания топливной смеси имеет и негативную сторону: при этом снижается энергия отработанных газов.  Такой эффект, в свою очередь напрямую сказывается на тепловом мотор-генераторе MGU-H. Он тоже получает от выхлопа меньше энергии, что влияет на отдачу ERS. 

Чтобы компенсировать такой негативный эффект, Honda перепроектировала турбину – для этого потребовалась помощь другого подразделения компании.

Специалисты HondaJet уже приходили на выручку в 2017 году, когда решено было перейти на более крупные компрессор и турбину, разнесенные между собой. Сейчас задача была иной: внести нужные конструктивные изменения, исходя из сокращения потока выхлопа.

Вопрос направления

Мы уже достаточно подробно рассказали о тех изменениях, которые произошли с двигателем. Однако без ответа остается один весьма важный вопрос: зачем? Зачем японцам потребовались столь серьезные переделки, когда они и так почти догнали Mercedes? И зачем было тратить значительные средства, если компания все равно объявила о скором уходе из Ф1? 

Попробуем найти ответ. Первопричина здесь в том, что на протяжении нескольких лет в Honda делали основную ставку на рекуперацию и последующее использование электрической энергии. При этом собственно внутреннему сгоранию внимание уделяли по остаточному принципу. 

Однако технические директивы FIA, выпущенные перед началом и по ходу сезона-2020, сильно ограничили выигрыш от KERS и сделали по сути неэффективными последующие инвестиции в него. 

Так как Honda в любом случае планировала перейти с 2021 года на новый мотор – затем эти планы были отложены на год, но после возвращены в исходное состояние, – то пришло время действовать. 

Стоит добавить, что все производители Ф1 должны обязательно держать в голове запланированный переход с 2022 года на новое топливо E10. Все необходимые для этого работы требуется провести уже сейчас, так как после старта нового чемпионата любые работы с двигателем, как известно, будут полностью запрещены. 

Также важно помнить, что силовая установка является интегральной частью машины. И если она стала легче и компактней, это обещает возможность получить преимущество в плане шасси. 

Отдел аэродинамики сможет рассчитывать на более плотную компоновку в задней части машины и чуть менее строгие требования к охлаждению.

Макс Ферстаппен, Red Bull RB16B

Макс Ферстаппен, Red Bull RB16B

Фото: Чарльз Коатс / Motorsport Images

Разумеется, тут уместно провести параллели с историей 2015 года, когда Honda вернулась в Ф1 после перерыва. В тот момент их партнеры из McLaren решили использовать подход «нулевой размерности», сделав шасси максимально компактным.  

В прошлом году после объявления компании о скором расставании с чемпионатом многие ожидали, что японцы, вполне довольные достигнутыми на тот момент результатами, могут свернуть все дальнейшие доработки. Но в итоге получилось прямо наоборот – Honda продолжила упорное движение к своей цели, по пути опередив Ferrari и Renault.

Исторический фокус

За последние годы силовые установки Honda прошли через несколько последовательных – и весьма серьезных – трансформаций. 

Исходная RA615H имела разделенные турбину и нагнетатель – по образу и подобию чемпионской Mercedes, дебютировавшей в первом сезоне турбоэры годом ранее. При этом, чтобы силуэт двигателя был как можно меньше, оба элемента помещались в V-образном развале блока цилиндров.

Этой же цели служили и еще два решения: уменьшенная впускная камера для воздуха и единый выпускной тракт без длинных переплетающихся труб для каждого цилиндра. Все это должно было помочь McLaren в создании хорошо обтекаемой задней части шасси. 

Следующим шагом стала модель RA616H – по действующим правилам у Honda не было возможности радикально что-то переделать, при этом компания продолжала руководствоваться запросами McLaren.

Чтобы улучшить отдачу, решено было вернуться к традиционной конфигурации выхлопа с несколькими трубами. Впускную камеру также пришлось увеличить, остальные же характеристики остались практически прежними. Преимущественно борьба шла за увеличение надежности, которая не выдерживала никакой критики в дебютном сезоне.

Двигатели Honda для Ф1 в 2015-18 годах

Двигатели Honda для Ф1 в 2015-18 годах

Фото: Мэттью Соммерфилд

В 2017-м произошли первые серьезные изменения, призванные исправить серьезные просчеты изначальной конструкции.  

В Honda сохранили разнесенные компрессор и турбину, но теперь расположили из не просто в V-образном развале, а полностью скопировали подход Mercedes, разнеся их к разным фланцам блока цилиндров. 

Такой подход дал больше простора при конструировании турбины. хотя и принес новые проблемы. Из причиной стали соединительный вал т необходимость перепроектировать тепловой мотор-генератор MGU-H с учетом произошедших перемен. 

Одновременно модернизацию претерпели камеры сгорания и – в очередной раз – впускной канал и выхлоп. Несмотря на столь серьезные усилия. эффективность двигателя 2017 года в итоге оказалась даже хуже, чем у предыдущей версии. Это оказалось последней каплю и подвело черту под сотрудничеством с McLaren.

Сейчас надо признать, что те перемены в конструкции, хоть они и принесли временное ухудшение, были жизненно необходимыми. Прежняя конфигурация исчерпала свой потенциал, а новой был хороший потенциал. Но прежним партнерам надоело ждать – и плоды работы Honda пожимала уже команда Toro Rosso.

Мотор Honda на машине Toro Rosso STR13, 2018 год

Мотор Honda на машине Toro Rosso STR13, 2018 год

Фото: Джорджо Пиола

Модель RA618H стала следующим шагом на пути развития. Изменения вновь оказались довольно значительными. Едва ли кого-то удивит, что среди прочего они затронули впускную камеру и выхлоп.

Как известно, сотрудничество Honda и Toro Rosso предваряло начало работы японцев с Red Bull и было важным в плане выработки оптимальной компоновки силовой установки на шасси. Среди прочего также надо назвать радиатор в форме седла, который располагается поверх канала для воздуха – строго говоря, первыми эту идею внедрили в McLaren годом ранее, а в Фаэнце лишь доработали ее. 

Сезон 2019 года стал знаковым для Honda. Во-первых, двигатель с индексом RA619H использовали сразу две команды. а во вторых, Red Bull и Макс Ферстаппен принесли компании победы в трех Гран При.

Над конструкцией RA619H и нынешней RA620H инженеры Honda смогли работать, имея вдвое больше данных. Это повысило темпы роста как отдачи, так и надежности – чтобы к 2021 году сделать двигатель из Сакуры сильнейшим в Ф1.

Поделились
Комментарии
Экс-инженер Mercedes вспомнил о невероятной памяти Хэмилтона

Предыдущая новость

Экс-инженер Mercedes вспомнил о невероятной памяти Хэмилтона

Следующая новость

Хюлькенберг: Мазепин – вызов для характера Шумахера

Хюлькенберг: Мазепин – вызов для характера Шумахера
Загрузить комментарии