RVX-V10 – команда Toyota раскрывает секреты своего двигателя
Только представьте себе эти цифры: 1000 лошадиных сил с 3-литрового V-образного 10-цилиндрового двигателя, который должен был выдержать 1500 км напряженной гоночной дистанции. «Его мощность была намного ближе к 1000 лошадиным силам, чем многие могут представить», – объясняет вице-президент подразделения Toyota Motorsport Йошиаки Киношита.
Команда Toyota планировала использовать свой 3-литровый двигатель V12 на новом шасси TF101, однако, последние изменения в регламенте тех лет, направленные на сокращение затрат, запретили использование всех моторов, кроме V10. «Мы приступили к работе над двигателем V10 в 2000-м году и в августе месяце того года уже обкатывали его на динамометрическом стенде», – продолжает Киношита.
Быстрое рождение нового двигателя ознаменовало собой новый период развития, который длился целых пять лет. Мощность первого мотора V10 составляла около 800 лошадиных сил, но в конце периода его развития инженерам Toyota удалось поднять мощность на 200 л.с. «Первый двигатель незначительно отличался от моторов спецификации 2005-го года. Но за этим скрывался огромный объем работ. Приблизительно через пять или шесть лет вам удается значительно увеличить мощность мотора, а изменения становятся еще более внушительными, когда вместе с мощностью вы повышаете надежность двигателя. Сначала мотор был рассчитан на 400 км, потом он мог проработать без поломок весь гоночный уик-энд, а позже мы продлили его жизненный цикл до двух этапов. Так что, задача была непростой», – объясняется Киношита.
«Забавно, потому что в прошлом различия между двигателями можно было увидеть невооруженным глазом, можно было увидеть различную архитектуру, различия в других вещах, которые могут заметить даже неопытные люди. В последние годы большинство инженеров работают над такими деталями, которые невозможно увидеть ни снаружи, ни внутри двигателя. Если положить на столе два похожих поршня и попросить вас посмотреть на них с расстояния одного метра, вы не сможете отличить один от другого. Но если разобраться в деталях, тогда можно увидеть огромные отличия. Большого прогресса удалось добиться в производственной технологии, в технологии нанесения покрытия. Увидеть эти вещи нельзя, но именно из-за них происходят такие перемены. В прошлом никто даже подумать не мог об обработке поршня на станке из специальной металлической заготовки, но теперь это стандартная процедура. Таким образом, я бы сказал, что изменилась или улучшилась каждая деталь, однако, эти перемены не видны обычным людям».
Одной из таких невидимых областей стала оптимизация естественной частоты внутренних компонентов двигателя. Именно этим сегодня занимаются все команды Формулы 1. Однако, недостаточно просто вывести на экран мониторов проект новых деталей, конструкторам двигателей Формулы 1 нельзя забывать о естественной частоте. Каждая деталь двигателя обладает свое собственной частотой колебаний. Если в какой-то момент на высоких оборотах возникнет эффект резонанса, может произойти катастрофическая поломка. Поэтому конструкторам приходится настраивать детали мотора таким образом, чтобы их частота лежала за пределами эксплуатационного диапазона двигателя. Это довольно сложная операция, требующая огромных профессиональных навыков. Одна ошибка может привести к тому, что весь двигатель распадется на части.
«Благодаря современным технологиям, инженерам уже не нужно обдумывать всю конструкцию двигателя в своей голове», – поясняет Киношита. – «Двигатель – это динамичная система, поэтому сейчас мы направляем все свои усилия на динамическое моделирование работы мотора. Все наши вычисления потом подтверждаются экспериментами. Таким образом, сегодня мы знаем все о двигателе. Например, если вы думаете о траектории движения клапана, вам нужно учитывать взаимодействие многих деталей. И тут нам на помощь приходит гидродинамика. Благодаря современным методам мы можем полностью описать поведение клапана в двигателе. Во время разработки моторов V10 инженерам удалось добиться значительного прогресса в работе над этой технологией, которая помогла нам достичь таких характеристик. Мощность двигателя была всего лишь одним параметром из огромного множества, над которыми мы работали во время развития моторов V10. В основном мы опирались на время прохождения круга и значение расхода топлива. Иногда лучше потратить меньше топлива и провести больше времени на трассе между пит-стопами, чем выжать из двигателя дополнительные 10 л.с., но очень часто нам удавалось добиться и того, и другого».
Еще одна важная область доработки моторов – это поверхностная обработка деталей. Как утверждает Киношита, моторы V10 могли бы оказаться неработоспособными, если бы некоторые их детали не обладали уникальным покрытием. «Я могу сказать вам, что в месте контакта кулачка и толкателя или штифта, большинство инженеров использует специальную технологию», – объясняет Киношита. – «Если бы там не было специального покрытия, конструкция бы оказалась нерабочей. Ни один металл не смог бы выдержать такого давления. К тому же благодаря этому покрытия уменьшается трение в зоне контакта многих деталей, например, как гильзы и кольца».
Киношита уверен в том, что покрытия, уменьшающие трение в зоне контакта деталей, наподобие технологии DLC (diamond-like carbon, особо прочные алмазоподобные материалы – прим. ред.), могут помочь развитию автомобильной отрасли. «Эти покрытия не так дороги, как может показаться, а двигатели Формулы 1 являются прекрасной платформой для их проверки, поскольку раскручиваются до 19000 об/мин. И это ноу-хау может найти применение в серийных автомобилях, что поможет снизить расход топлива», – говорит Киношита. – «Иногда компании, занимающиеся производством таких покрытий, приезжают к нам и просят опробовать ту или иную технологию, но иногда приходится разрабатывать свое покрытие для определенной детали. Поэтому для моторов V10 и V8 покрытия поступает со всех континентов: какие-то из Японии, какие-то из Франции.
Как мы поняли, нет какой-то одной фирмы, которая была бы уникальна своими продуктами. Так, например, есть фирмы, которые производят очень хорошие покрытия по технологии DLC для одной детали, в то время как другие компании производят хорошие покрытия для других компонентов двигателя. Выглядит странно, но в действительности все именно так».
Смазочные материалы играют очень важную роль в работе любого двигателя. Во время разработки моторов V10 Toyota очень тесно сотрудничала с компанией Esso (это сотрудничество продолжается и по сей день). «Развитие смазочных материалов – это один из самых важных факторов», – говорит Киношита. – «Масло – это самая критическая жидкость в двигателе, потому что от него зависит надежность мотора».
В 2004-м году надежность моторов обрела решающую роль, когда регламент потребовал от команд использование одного двигателя на протяжении всего гоночного уик-энда, другими словами, мотор должен был пройти дистанцию в 1500 км. Ранее команды меняли двигатели между сессиями по своему желанию. В 2005-м году жизненный цикл мотора был увеличен в два раза до двух полных уик-эндов.
«Я не могу просто взять и поменять масло в двигателе, надеясь, что благодаря этому он пройдет 1200 км. Такие изменения потребовали бы огромной работы над повышением надежности моторов и разработки специальных масел, гарантирующих стабильную работу двигателя и высокие характеристики. Сейчас действует запрет на доработку моторов, но зато с маслом мы можем делать все, что угодно».
Конечно, можно было разрабатывать специальные составы масел, которые бы удовлетворяли требованиям тех или иных условий или трасс, но команда Toyota пошла по другому пути. «В принципе мы использовали одно и то же масло в каждой гонке», – добавляет Киношита. – «Причина в том, что разработка специальных составов масел для каждой трассы – это очень дорогое удовольствие. Все правильно: есть такие автодромы, которые менее требовательны к двигателям, и теоретически, мы могли бы использовать там масла с более низким индексом вязкости. Но в нашем случае это бы не оправдало всех инвестиций в разработку таких продуктов, поэтому мы предпочитаем такое масло, которое было бы оптимальным на любой трассе. К тому же надежность должна быть не надеждой, а необходимостью».
Надежность была одной из отличительных черт моторов RVX-V10. За четыре года их использования отказов практически не было. И по мнению Киношиты, дело было вовсе не в конструкции двигателя, а в тех методах, которые использовала команда Toyota. «В Формуле 1 при отказе двигателя большинство команд ссылаются на производственные дефекты», – говорит Киношита. – «Все верно. Никто не станет начинать сезон с плохо сконструированной деталью. Но чем более высокие пределы вы устанавливаете для отдельных компонентов, тем больше вы чувствительны к небольшим производственным дефектам. Когда мы говорим о надежности, мы подразумеваем достаточно длинную цепочку сотрудников.
В команде Toyota есть группа инженеров, которая занимается постоянным контролем поступающих к нам деталей, чтобы убедиться в отсутствии дефектов. Например, представьте себе, что они получили большую партию шатунов, в которой они обнаружили одну бракованную единицу. Причем дефект был вызван свойствами самого материала. В этом случае они должны проверить все шатуны в этой производственной партии и отсеять все бракованные единицы.
Это очень трудная задача, во многом похожая на деятельность сыщиков, но в этом заключается секрет надежного двигателя. За моторами V10 стояла большая группа сотрудников, которые выполняли первоклассную работу, обеспечивающую такие высокие показатели надежности».
Для одного типа двигателя в эпоху трехлитровых моторов не устанавливали жестких требований по части его жизненного цикла. Этот двигатель, под кодовым обозначением Q, использовался в квалификации. Эти моторы обладали максимально возможными характеристиками, позволявшими болиду развить высокую скорость на быстром круге в квалификации. Но с годами такие двигатели стали анахронизмом.
«В команде Toyota никогда не было двигателей Q», – говорит Киношита. – «Регламент разрешал использовать один мотор в квалификации, рассчитанный на 70 или 80 км, и еще один для гонки, который должен был пройти 300 или 400 км. Двигатели Q были более мощными, но на мой взгляд, их использование было бессмысленным. Я мог создать совершенно другой более легкий двигатель, и никто бы не был против этого, пока регламент позволял использовать такие агрегаты. У многих команд эти моторы были практически одинаковыми, за исключением использования более легких деталей или иных клапанов, которые были рассчитаны на короткий срок службы. Для меня куда важнее создать такой двигатель, который мог достичь 19400 об/мин и проехать 700 км, чем построить мотор, раскручивающийся до 20000 об/мин и способный продержаться не более 50 км. Я рад, что двигатели Q исчезли из Формулы 1. Мы никогда не разрабатывали такие моторы из-за ограничений бюджета. В этом случае пришлось бы работать над двумя параллельными проектами, а значит, у нас было бы два разных мотора. Лучше использовать основной двигатель для гонки и чуть более мощную версию для квалификации. Когда мы пришли в Формулу 1 в 2000-м году, нам пришлось использовать опыт всех привлеченных в этот проект сотрудников. Это было отправной точкой. Теперь, когда мы разрабатываем новый двигатель, мы используем огромную базу данных. Таким образом, мы можем просмотреть большинство важных параметров, прежде чем выбрать определенную конфигурацию мотора. Такие показатели, как средняя скорость движения поршня, становятся частью ноу-хау нашей команды, и все системы разрабатываются вокруг этой концепции».
Опыт, накопленный инженерами команды Toyota в Кельне, до сих пор используется при создании моторов RVX-V8, которые приводят в движение болиды Toyota TF109 и Williams FW31. «Когда нам пришлось переключиться с моторов V10 на V8, нужно было удостовериться в том, что мы знали, в каком направлении вести разработку новых агрегатов», – заканчивает Киношита. – «В целом физические процессы в новом двигателе оставались прежними, и они никогда не изменятся. Другое дело, когда приходится работать над совершенно иными типами моторов, например, над двигателями с турбонаддувом. Тогда нужно менять свою концепцию. Toyota всегда стремилась повысить эффективность своих моторов на высоких оборотах. Если бы вы могли сравнить двигатели V10 и V8, вы бы сразу поняли, что они создавались одной и той же группой инженеров».
http://f1life.ru/press_center/news/show/274/7/
0
, 
и 
Малеха разгребусь и в личку отпишусь... Еще раз спасибо... 
