Рассказывая о технических проблемах с двигателем на машине Себастьяна Феттеля, с которыми Ferrari столкнулась в Бахрейне, мы упоминали, что в Маранелло работают над новой системой зажигания с использованием технологии компрессионного воспламенения (HCCI). Однако, как пишет британское издание Motor Sport, выяснилось, что на самом деле в силовых установках Ferrari применяется не эта технология, а несколько иная, хотя между ними есть определённое сходство, и направлены они на достижение одного и того же эффекта.
Теперь подтвердилось, что Скудерия как минимум с прошлогоднего Гран При Канады использует в своих двигателях технологию Turbulent Jet Ignition (TJI), разработанную компанией Mahle Powertrain.
Mahle Powertrain - один из поставщиков Скудерии, и в её недавнем годовом отчёте приводятся слова Фреда Тёрка, руководителя гоночного подразделения Mahle Motorsport: «Наши инженеры нашли для Ferrari подходящее решение. После пяти с лишним лет исследований мы позвонили в Маранелло и сказали, что у нас есть интересное новое решение. Называется инновационная технология Mahle Jet Ignition, и благодаря ей удалось повысить эффективность двигателей из Маранелло.
Весной 2015 года мы адаптировали наше решение к требованиям Формулы 1, что позволило Ferrari впервые применить его в Гран При Канады».
Вполне естественно, что команды Формулы 1 строго охраняют свои секреты, и в максимальной степени это относится к сфере моторостроения. Если говорить о современных гибридных силовых установках, то их эффективность всего за два года выросла с 40 до 47%, тогда как в автоиндустрии в целом за предыдущие 117 лет этот показатель с 17% улучшился примерно до 30.
Процесс сгорания топлива в двигателе в значительной степени был усовершенствован за счёт научных разработок в топливной сфере. Существенный рост эффективности был достигнут благодаря тому, что моторостроители научились замедлять и лучше контролировать этот процесс, что позволяет отодвинуть порог, за которым начинается такое явление, как детонация.
Компания Mahle поставляет Ferrari поршни, а раньше также снабжала ими и Mercedes, хотя в последнее время в Штутгарте и Бриксуорте изготавливают их самостоятельно. Судя по всему, и Скудерия, и Mercedes в полной мере пользуются преимуществами технологии TJI.
Система TJI, разработанная Mahle, включает небольшую форкамеру, в которой находятся инжектор и свеча зажигания. Впрыск происходит заранее, примерно за 60 градусов до того, как поршень достигнет верхней мёртвой точки. 97% топлива при этом направляется в основную камеру сгорания, а 3% остаются в форкамере.
Между ней и основной камерой сгорания находится форсунка с множеством маленьких отверстий, через которые топливная смесь поступает в основную камеру серией коротких впрысков под высоким давлением. Примерно за 22 градуса до того, как поршень достигнет верхней мёртвой точки (ВМТ), в форкамеру подаётся искра, и воспламенившаяся смесь уходит в основную камеру между 12 и 15 градусами перед ВМТ, воспламеняя топливо и там.
Топливная смесь в форкамере должна быть более богатой, чем в основной камере, где она воспламеняется за счёт топлива, которое уже горит и поступает из форкамеры. При этом смесь в основной камере может быть намного, примерно на 20% беднее, чем должна быть при традиционном подходе к процессу сгорания топлива, чтобы избежать детонации. Чем дальше вам удаётся отодвинуть порог детонации, тем более эффективным будет этот процесс, и тем выше будет мощность двигателя.
Есть и дополнительные преимущества. Когда топливная смесь поступает в камеру сгорания маленькими порциями под высоким давлением, их можно более точно направлять, придавая форму вихрей, что улучшает процесс сгорания. Кроме того, вспышка происходит на некотором расстоянии от стенок цилиндра, при этом выделяемое тепло распределяется более рационально, что тоже повышает эффективность работы двигателя.
Основная хитрость новой технологии в том, что топливная смесь воспламеняется в форкамере заранее – за счёт искры от свечи зажигания. В результате образовавшаяся плазма устремляется в основную камеру, воспламеняя остальное топливо. Если при традиционной технологии вспышка происходит в центре цилиндра, то при TJI процесс направлен от стенок цилиндра к центру – при этом смесь сгорает лучше и полнее.
Таким образом технология, разработанная Mahle, отвечает сути технического регламента Формулы 1: достичь максимальной эффективности при ограниченном количестве топлива.
