Формула 1

Когда двигатель творит себе машину

Безусловно, сама история «Лижье-Альфа Ромео» состоит из нескольких слоев. Сверху – чисто спортивный. Под ним – концентрированная политика, приведшая к весьма интересным последствиям. А снизу – инженерная кухня, на которой мы сначала основательно подзаправимся, чтоб сил хватило разобрать все остальное.

Итак, разбор заметки из «АутоЭбдо» от 23 июля 1986 года (да,да, наша рубрика N-цать лет назад снова в деле).

Когда в паддоке объявляют о новом моторном контракте, большинство представляет себе довольно мирную сцену. Несколько джентльменов обмениваются рукопожатиями, бухгалтеры пересчитывают франки и лиры, фотографы пытаются убедить всех одновременно посмотреть в объектив, а пресс-служба сообщает о «начале новой захватывающей главы». После чего, кажется, инженерам остаётся открутить десяток болтов, вынуть один двигатель и вставить другой.

Если бы всё происходило именно так, конструкторы давно работали бы исключительно по вторникам.

На самом деле переход «Лижье» с двигателей «Рено» на моторы «Альфа Ромео» означал, что где-то в Виши инженерам предстояло заново проверить десятки уже принятых решений.

Переднюю часть машины 1987 года они успели серьёзно проработать. Но всё, что начиналось за топливным баком, зависело от силовой установки, окончательные размеры и компоновку которой команда ещё только должна была изучить.

В Формуле-1 двигатель - вовсе не агрегат, который устанавливают в готовый автомобиль. Очень часто именно он определяет, каким вообще получится этот автомобиль.

Здесь и начинается наша инженерная история.

Глава первая. Почему двигатель выбирают раньше, чем рисуют автомобиль

В интервью «АутоЭбдо» (23 июля 1986) Мишель Тетю почти между делом замечает, что работа над машиной «Лижье» 1987 года уже идёт полным ходом, хотя команда до последнего не знает, двигатель какой архитектуры ей предстоит использовать.

На первый взгляд - обычная организационная проблема. На самом деле - один из самых дорогих способов потерять время в автоспорте.

Пока руководители спорят о контрактах, конструкторы вынуждены проектировать машину, не зная окончательных размеров, точек крепления и расположения вспомогательных агрегатов её главного структурного узла.

Можно нарисовать нос. Можно определить положение гонщика. Можно начать проектировать кокпит и переднюю подвеску. Но рано или поздно карандаш доходит до топливного бака, и за ним возникает большая белая область, внутри которой пока неизвестно почти всё: где окажется турбокомпрессор, куда поставить масляные насосы, как провести впускные трубы, где разместить интеркулер, какой формы должна быть задняя стенка монокока и к чему, собственно, крепить коробку передач.

Изменение ширины или высоты двигателя всего на несколько сантиметров может заставить передвинуть радиаторы, изменить форму понтонов, переделать выпуск и пересчитать заднюю подвеску.

А затем инженеры-аэродинамики обнаружат, что поток теперь идёт не туда. И всё начинается сначала.

Глава вторая. Купить двигатель или получить моториста

Контракт с «Альфа Ромео» был интересен не только тем, что в задней части «Лижье» появлялся другой блок цилиндров. Итальянцы брали на себя развитие двигателя, его адаптацию к требованиям команды, обслуживание на трассах, переборки и техническое сопровождение. В «Лижье» отвечали за новое шасси ЖС29.

На бумаге разделение выглядит просто: одни строят мотор, другие - автомобиль. В реальности граница между ними проходит примерно там же, где проходит граница между супом и водой.

Моторист может попросить увеличить радиаторы. Конструктор шасси ответит, что большие радиаторы портят аэродинамику. Моторист потребует дополнительный масляный бак. Конструктор заметит, что бак имеет массу, занимает место и почему-то отказывается растворяться в воздухе. Моторист предложит перенести турбокомпрессор. Аэродинамист спросит, не проще ли перенести куда-нибудь самого моториста.

Именно поэтому существует огромная разница между отношениями «завод - клиент» и настоящим техническим партнёрством. Клиент получает двигатель и строит машину вокруг того, что ему выдали.

Партнёр может попросить изменить расположение насосов, патрубков, турбины или точек крепления, чтобы двигатель и шасси создавались как единая система.

Глава третья. Самый дорогой двигатель - вовсе не самый быстрый

Любопытно, что в исходной статье почти столько же говорится о деньгах, сколько о мощности. Какая связь между стоимостью двигателя и скоростью прохождения поворота?

Все просто, как штампованное колесо «Жигулей». Если мотор обходится дешевле, команда может потратить больше средств на продувки, испытания и изготовление новых деталей.

Сам Тетю немедленно называет одно из направлений, куда предполагается отправить сэкономленные деньги: «в аэродинамическую трубу».

По итогу, самым быстрым (в буквальном смысле, перемещающимся в пространстве вместе с машиной) может оказаться не двигатель, развивающий наибольшую мощность, а двигатель, после оплаты которого у команды ещё остались деньги на сам автомобиль.

Разница в несколько миллионов франков (или лир, помните такие бумажки?) превращается в дополнительные модели для трубы, новые варианты понтонов, исправленный диффузор и ещё одну попытку понять, почему машина теряет прижимную силу при торможении.

Сегодня это назвали бы перераспределением бюджета в пользу ВГД (вычислительной гидродинамики, CFD).

В 1986 году компьютер ещё не обещал самостоятельно спроектировать весь автомобиль, поэтому деньги приходилось по старинке тратить на инженеров.

Глава четвёртая. Почему четыре цилиндра напугали всех

Сегодня словосочетание «рядная четвёрка» звучит совершенно обыденно. Таким двигателем можно привести в движение бабуля-мобиль, фургон, трактор и при особенно удачном стечении обстоятельств – чемпионскую технику Формулы-1.

В «БМВ» уже доказали, что четыре цилиндра способны выигрывать гонки и принести чемпионский титул. Но затем почти все снова повернулись к V6.

Почему?

Автор статьи окончательного ответа не даёт. Он лишь осторожно фиксирует сомнения инженеров. И правильно делает. Это оставляет нам место для размышлений: четырёхцилиндровый двигатель действительно хуже или просто требует больше компромиссов вокруг себя?

У рядной «четвёрки» короткий и сравнительно узкий блок. Это хорошо. Но она сильнее вибрирует. Это уже хуже.

Один крупный турбокомпрессор может быть проще двух маленьких. Но он требует собственного места, длинных труб и очень серьёзного диалога с выпускной системой на счет того, как ее правильно упаковать под кузовом.

Сам двигатель может быть легче, однако если для работы в качестве несущего элемента его приходится усиливать (а без этого никуда, в силу особенностей «узкого» блока), часть преимущества исчезает.

V6 шире, но позволяет сравнительно симметрично распределить агрегаты. Рядная «четвёрка» уже самим своим существованием напоминает, что левая и правая половины автомобиля вовсе не обязаны быть одинаковыми. И это было ясно задолго до «Сивиков» и «Прелюдов» в нынешнем ГТ500.

Глава пятая. Двигатель творит себе форму автомобиля

Тетю говорит, что главная проблема любого четырёхцилиндрового двигателя - его размещение. Это важная оговорка. Проблемой оказывается не сам двигатель, а всё, что требуется разместить рядом с ним.

Турбокомпрессор нужно соединить с выпуском, от компрессора воздух следует отправить в интеркулер, после интеркулера его необходимо вернуть к двигателю. Где-то рядом находятся масляные и водяные насосы, трубопроводы, радиаторы, электроника, коробка передач и элементы задней подвески. Каждый из них хочет занимать наиболее удобное место.

Чем длиннее тракт от компрессора до цилиндров, тем больше его внутренний объём и тем ленивее может становиться реакция двигателя. Чем крупнее интеркулер, тем лучше он охлаждает воздух - и тем больший понтон приходится строить вокруг него. Чем больше отверстие для охлаждения, тем счастливее моторист и тем печальнее аэродинамист.

Поэтому двигатель определяет не только размеры моторного отсека. Он определяет форму боковых понтонов, расположение воздухозаборников, направление внутренних каналов и даже то, сколько чистого воздуха доберётся до заднего антикрыла.

Глава шестая. Рядный двигатель делает машину асимметричной

В конце интервью Тетю произносит, возможно, самую важную техническую фразу всего материала. V6 требует симметричного размещения агрегатов. Рядный четырёхцилиндровый двигатель - асимметричного.

Эта разница начинается с простой геометрии. У V6 два ряда цилиндров. Выпуск, турбокомпрессоры и вспомогательные устройства можно распределить по двум сторонам относительно равномерно.

У рядного двигателя выпуск находится с одной стороны, впуск - с другой. Туда же необходимо добавить крупный турбокомпрессор, патрубки и раскалённые выпускные трубы.

В результате один борт автомобиля может оказаться горячее другого. Один понтон – шире, один радиатор - крупнее. Даже обслуживание левой и правой сторон превращается в две совершенно разные задачи. В наше время, естественно, наняли бы две разные бригады механиков, каждая из которых справляется с работой на 0,2 секунды быстрее, но понятия не имеет, что делать с другой половиной машины.

Теоретически инженеры могут восстановить развесовку, разместив некоторые агрегаты на противоположной стороне. Но тогда удлиняются трубопроводы, растут потери и появляется ещё больше деталей, которым необходимо где-то пройти.

Так рядная «четвёрка» заставляет проектировать левую и правую половины машины.

Глава седьмая. Двигатель - силовой элемент или тяжёлый пассажир?

Самое интересное признание Тетю делает почти вскользь, пряча его за политическими мотивами больших шишек и банковскими вопросами.

Он объясняет, что новый двигатель «Альфа Ромео» получил специальный двойной картер (с двойными стенками), благодаря которому способен работать как несущий элемент шасси.

В этот момент большинство читателей обычно пожимает плечами и углубляется в изучение финансовых деталей сделки. И совершенно напрасно, потому что двигатель перестаёт быть просто источником мощности. Он становится частью рамы автомобиля.

Монокок заканчивается за спиной гонщика. К нему (к монококу, а не к гонщику пока что) крепится двигатель. К двигателю - коробка передач. К коробке и окружающим конструкциям - задняя подвеска.

Получается цепочка, по которой проходят нагрузки от задних колёс к передней части машины.

Если двигатель недостаточно жёсткий, вся эта цепочка начинает немного изгибаться и скручиваться. Совсем немного - по меркам обычного человека с линейкой, и очень много - по меркам инженера, который пытается удержать развал заднего колеса в пределах долей градуса.

Представьте себе мост, одна из секций которого одновременно является котельной. Именно такой фокус конструкторы проделывают с несущим двигателем.

Глава восьмая. Когда двигатель становится частью подвески

У несущего двигателя есть ещё одна особенность. Если блок деформируется под нагрузкой, вместе с ним меняется положение коробки передач, а значит - и точек крепления задней подвески.

Инженер предполагает, что колесо перемещается только благодаря пружине, амортизатору и упругости шины. Но иногда небольшую часть движения добавляет сам автомобиль, который решил слегка прогнуться под этот мир.

Тогда расчётная кинематика расходится с фактической, изменяются развал и схождение, аэродинамическая платформа становится менее стабильной. Гонщик 80х сообщает, что задняя часть машины «плывёт», а инженеры несколько часов ищут проблему в амортизаторах, хотя виноват узел, внутри которого происходят ритмичные взрывы топлива.

Глава девятая. Почему «Лижье» не захотела повторять «Брэбэм» БТ55

Журналист не удержался и спросил:

- А не положить ли двигатель набок?

Вопрос вполне понятный. В памяти ещё свеж «Брэбэм» БТ55 – низкая машина, необычная и выглядевшая так, будто автомобиль Формулы-1 попытались пропустить под закрывающимися гаражными воротами.

Сильный наклон двигателя обещал немало преимуществ: понизить центр тяжести, уменьшить высоту моторного кожуха, освободить поток к заднему антикрылу, сделать заднюю часть автомобиля компактнее.

Ответ Тетю получился емким:

- Нет. Слишком рискованно.

Такое «нет» говорит больше десятка страниц объяснений. За ним скрываются проблемы смазки, охлаждения, трансмиссии, углов полуосей, выпускной системы и доступа к агрегатам.

Главная опасность заключалась даже не в каком-то одном недостатке. «Лижье» пришлось бы одновременно доводить новый двигатель, новое шасси и радикально новую компоновочную концепцию.

То есть сразу выяснять, какая из трёх неизвестных доломала четвёртую.

Глава десятая. «Бош», KKK и двигатель, который строит не только «Альфа»

В статье отдельно упоминаются два поставщика: «Бош» в области электроники и KKK в области турбокомпрессоров. Это важное напоминание о том, что двигатель редко создаёт только та компания, название которой написано на его крышке.

Характер турбомотора определяется не одним блоком цилиндров. Он зависит от формы компрессора, размеров турбины, работы перепускного клапана, точности впрыска, алгоритмов зажигания, датчиков и способности электроники удерживать двигатель возле границы детонации, не позволяя ему эту границу перейти и немедленно превратиться в исторический экспонат.

Особенно важными все эти системы становились при ограничении количества топлива. Мало было получить высокую мощность. Требовалось получить её из строго отмеренного количества бензина и желательно сохранить немного топлива до финиша.

Глава одиннадцатая. Почему первый сезон нового двигателя почти всегда тяжёлый

Автор статьи довольно трезво предупреждает: 1987 год станет для «Альфа Ромео» и «Лижье» сезоном доводки. Это нормальный жизненный цикл нового двигателя. Сначала мотор работает на стенде. Затем его устанавливают в испытательное шасси.

Потом выясняется, что на стенде не было боковых ускорений, торможений, дорожных неровностей, горячего моторного отсека и механика, случайно поставившего трубопровод чуть ближе к выпуску, чем предполагал чертёж.

После этого приходится заново проверять смазку, охлаждение, вибрации, электронику, коробку передач и другие области. И только затем можно осторожно увеличивать мощность.

Новый двигатель в первом сезоне часто проигрывает не потому, что он принципиально плох. Он проигрывает потому, что у старого двигателя список известных проблем, а у нового - список неизвестных.

Глава двенадцатая. Масляный бак, способный разрушить партнёрство

В статье вспоминается прежний союз «Альфа Ромео» и «Брэбема». Одной из причин конфликта стали требования установить дополнительный масляный бак и переделать систему охлаждения.

Со стороны это звучит почти комично. Две гоночные компании поссорились из-за ёмкости с маслом. Но именно такие споры лучше всего показывают разницу между мотористом и конструктором шасси.

Для моториста дополнительный бак означает стабильное давление масла и живой двигатель. Для конструктора - дополнительную массу, испорченную развесовку, новые трубопроводы и ещё один предмет, который почему-то необходимо разместить именно там, где уже находится что-нибудь важное.

Оба могут быть совершенно правы, из-за чего конфликт становится особенно опасным.

Вместо заключения

Чем дольше читаешь этот материал, тем сильнее понимаешь, что перед нами вовсе не статья о смене поставщика двигателей. Это рассказ о том, что машина Формулы-1 рождается не только в аэродинамической трубе и не только на моторном стенде.

Она начинает приобретать форму в тот момент, когда инженеры наконец получают ответ на вопрос: какой двигатель нам предстоит строить вокруг?

Контракт между «Лижье» и «Альфа Ромео» оказывается лишь дверью, за которой скрывается целая библиотека инженерных тем:

- как рано нужно выбирать моториста;

- чем партнёрство отличается от клиентской поставки;

- почему цена двигателя влияет на аэродинамику;

- зачем рядной «четвёрке» двойной картер;

- как жёсткость блока меняет подвеску;

- почему двигатель делает машину асимметричной;

- как турбина и интеркулер определяют форму понтонов;

- почему «Бош» и KKK оказываются почти такими же важными, как сама «Альфа Ромео»;

- зачем моторист требует дополнительный масляный бак;

- почему первый год новой программы обычно уходит не на победы, а на составление полного перечня вещей, которые ещё могут сломаться.

Статья, написанная как репортаж о событиях 1986 года, спустя десятилетия читается как приглашение разобраться в устройстве гоночного автомобиля. Если просматривать заметку взглядом здорового человека, то получается довольно интересный набор новостей из прошлого (назовем их старостей). А наш больной взор углядел тем на целую книжку. Будем разбираться.

• Вперёд >