2014-02-25
ERS, czyli mocniejszy KERS w F1
Sezon 2014 w Formule 1 stanowi pierwszą tak olbrzymią zmianę regulaminu technicznego od czasu wprowadzenie w Formule 1 silników V8 w 2006 roku.R E K L A M A
Pewnie wielu kibiców zauważy także duże zmiany przeprowadzone pod kątem sezonu 2009, kiedy to do F1 po raz pierwszy trafił system odzyskiwania energii kinetycznej, KERS, a bolidy przeszły znaczne zmiany w zakresie aerodynamiki.
KERS stanowił jednak tylko dodatek do serca bolidu, jakim od zawsze jest silnik. Jak mogliśmy przekonać się po pierwszych przedsezonowych testach F1 w sezonie 2014, nowe silniki, które teraz ze względu na ich stopień skomplikowania, lepiej określać mianem układów napędowych, mogą przysparzać ekipom wiele problemów.
W sezonie 2014 układ napędowy będzie składał się z turbodoładowanego silnika V6 o skromnej pojemności 1,6 litra i ograniczeniem obrotów do 15.000 na minutę oraz odgórnym limitem przepływu paliwa na poziomie 100 kg/h. Taka jednostka potrafi wyprodukować moc około 600 KM (V8 z sezonu 2013 dysponowało mocą około 750 KM). Gdyby zrezygnowano z ograniczenia przepływu paliwa, nowe silniki V6 turbo mogłyby rozwiać moce chwilowo dochodzące nawet do 2000 KM.
Żeby skompensować ten spadek a jednocześnie pójść w kierunku światowego trendu, mającego na celu podwyższyć efektywność silników, nowe jednostki zostały wyposażone w rozbudowany system KERS, który od sezonu 2014 będzie nazywał się po prostu ERS (ang. Energy Recovery System) i dysponował mocą 120kW (160 KM) przez około 33 sekundy na okrążeniu (KERS dysponował mocną 60kW przez niecałe 7 sekund).
To właśnie za tymi trzema literkami kryją się największe problemy zespołów podczas testów, które w krótkim czasie musiały rozwinąć bardzo złożony i pracujący z dużą wydajnością system odzyskiwania energii.
Zanim przejdziemy do dalszego omawiania systemu ERS każdy powinien zdać sobie sprawę z tego co to jest generator (generator/silnik). Generator jest to urządzenie elektryczne tzw. odwracalne, czyli może pracować jako prądnica lub jako silnik w zależności od kierunku przepływu energii. I tak jeżeli dostarczamy energię mechaniczną do jego wału, generator pracuje jako prądnica i produkuje energię elektryczną, którą możemy zgromadzić w akumulatorach. Jeżeli energia elektryczna jest dostarczana do zacisków generatora (z magazynu energii), to pracuje on jako silnik, a efektem tego jest pojawienie się momentu obrotowego na wale.
System ERS składa się z kilku podzespołów. MGU-K (ang. Motor Generator Unit – Kinetic, czyli generator/silnik do odzyskiwania energii kinetycznej podczas hamowania), MGU-H (ang. Motor Generator Unit – Heat, czyli generator/silnik do odzyskiwania „ciepła”, energii gazów wydechowych) oraz najcięższego elementu czyli ogniw akumulatorów stanowiących magazyn energii i oczywiście skomplikowanego układu sterowania.
Jak to wszystko działa? MGU-K pełni rolę uprzednio stosowanego KERS, tylko pięciokrotnie bardziej pojemnego i dwukrotnie mocniejszego. Połączony jest z wałem korbowym silnika spalinowego. W przypadku systemu KERS na jednym okrążeniu można było odzyskać jedynie 0,4 MJ energii, samo MGU-K może w sezonie 2014 odzyskać aż 2MJ energii (przy czym oddać z magazynu energii do MGU-K można jedynie 1 MJ energii na okrążenie- reszta przekazywana jest przez MGU-H, które nie ma ograniczeń w przpływie energii). Jego zasada działania jest dokładnie taka sama jak systemu KERS. Ze względu na duży wzrost osiągów tego podzespołu, ekipy w sezonie 2014 otrzymały możliwość zastosowania elektronicznego sterowania układem hamulcowym, tzw. brake by wire, o którym możecie przeczytać w naszym poprzednim artykule, a który ma za zadanie pomóc ustabilizować proces hamowania i maksymalizować efektywność odzyskiwania energii.
W związku z wprowadzeniem technologii turbo, postanowiono także wykorzystać drugi sposób odzyskiwania energii z bolidu, tj. odzyskiwać energię zgromadzoną w gazach wylotowych. Układ turbiny oprócz zasilania kompresora, który ma za zadanie zwiększyć gęstość powietrza docierającego do komory spalania silnika, zasila także MGU-H, czyli generator, który podobnie jak MGU-K ładuje magazyn energii lub bezpośrednio wspomaga system MGU-K, przy przyspieszaniu. MGU-H nie ma ograniczeń co do ilości ładownia magazynu energii jednak w akumulatorach nie może być przechowywane jej więcej niż 4 MJ (traktowane jako różnica pomiędzy maksymalnym i minimalnym poziomem energii w akumulatorach). Sam MGU-H nadwyżkę zebranej energii może bezpośrednio kierować na MGU-K.
MGU-H ma jeszcze jedną ważną funkcję, przejmuje część roli tzw. wastegate, czyli zaworu, który zabezpiecza turbinę i silnik poprzez umożliwienie odpływu gazów z pominięciem samej turbiny. Co więcej MGU-H może działać także w drugą stronę, niwelując praktycznie do zera zjawisko tzw. turbo-dziury. Gdy kompresor potrzebuje od turbiny dodatkowego doładowania, a ta nie ma możliwości jego dostarczenia elektronika kontrolująca MGU-H dostarcza potrzebną jej energię z magazynu energii.
Warto także pamiętać, że podczas startu wyścigu, system MGU-K dostarczy energię na koła bolidu dopiero po osiągnięciu przez niego prędkości 100 km/h.
Jak widać system ERS jest znacznie bardziej skomplikowany i sporo mocniejszy od KERS a to wymaga od producentów i zespołów rozwinięcia zupełnie nowych procedur. Abstrahując od możliwości pojawiania się problemów ze sprzętem, w nowych układach napędowych dużą rolę odgrywa jak widać wyrafinowana elektronika sterująca, która wymaga ciągłego ulepszania. Po testach w Bahrajnie Pat Fry, dyrektor techniczny Ferrari stwierdził, że za sprawą nowych, skomplikowanych jednostek napędowych ich sprzętowa naprawa zajmuje teraz około dwa razy więcej czasu niż poprzednio. Mechnicy także muszą przywyknąć do nowych procedur a to zajmuje trochę czasu. Adrian Newey, dyrektor techniczny Red Bulla, w jednym z wywiadów zdradził, że systemy chłodzenia w nowych bolidach są teraz blisko dwa razy większe niż poprzednio.
Wszystkie te systemy mają pomóc zespołom zmieścić się w restrykcyjnych ograniczeniach, jakie FIA zaproponowała odnośnie zużycia paliwa. W sezonie 2014 każdy bolid na starcie wyścigu będzie miał do dyspozycji tylko 100 kg paliwa (35 procent mniej niż w sezonie 2013). Co więcej maksymalny przepływ paliwa określono na 100 kg/godzinę (40 procent mniej niż w sezonie 2013, kiedy nie było ograniczeń, a parametr ten osiągał wartość nawet 170 kg/godzinę).
W kolejnym artykule tej serii postaramy się ogólnie podsumować wszystkie zmiany jakie FIA wprowadziła w F1 na sezon 2014.
Przeczytaj o pozostałych zmianach w F1 na sezon 2014:
Podsumowanie zmian w regulaminie technicznym F1 na sezon 2014
Podsumowanie zmian w regulaminie sportowym F1 na sezon 2014
Brake by wire w F1 - co to takiego?
KERS stanowił jednak tylko dodatek do serca bolidu, jakim od zawsze jest silnik. Jak mogliśmy przekonać się po pierwszych przedsezonowych testach F1 w sezonie 2014, nowe silniki, które teraz ze względu na ich stopień skomplikowania, lepiej określać mianem układów napędowych, mogą przysparzać ekipom wiele problemów.
W sezonie 2014 układ napędowy będzie składał się z turbodoładowanego silnika V6 o skromnej pojemności 1,6 litra i ograniczeniem obrotów do 15.000 na minutę oraz odgórnym limitem przepływu paliwa na poziomie 100 kg/h. Taka jednostka potrafi wyprodukować moc około 600 KM (V8 z sezonu 2013 dysponowało mocą około 750 KM). Gdyby zrezygnowano z ograniczenia przepływu paliwa, nowe silniki V6 turbo mogłyby rozwiać moce chwilowo dochodzące nawet do 2000 KM.
Żeby skompensować ten spadek a jednocześnie pójść w kierunku światowego trendu, mającego na celu podwyższyć efektywność silników, nowe jednostki zostały wyposażone w rozbudowany system KERS, który od sezonu 2014 będzie nazywał się po prostu ERS (ang. Energy Recovery System) i dysponował mocą 120kW (160 KM) przez około 33 sekundy na okrążeniu (KERS dysponował mocną 60kW przez niecałe 7 sekund).
To właśnie za tymi trzema literkami kryją się największe problemy zespołów podczas testów, które w krótkim czasie musiały rozwinąć bardzo złożony i pracujący z dużą wydajnością system odzyskiwania energii.
Zanim przejdziemy do dalszego omawiania systemu ERS każdy powinien zdać sobie sprawę z tego co to jest generator (generator/silnik). Generator jest to urządzenie elektryczne tzw. odwracalne, czyli może pracować jako prądnica lub jako silnik w zależności od kierunku przepływu energii. I tak jeżeli dostarczamy energię mechaniczną do jego wału, generator pracuje jako prądnica i produkuje energię elektryczną, którą możemy zgromadzić w akumulatorach. Jeżeli energia elektryczna jest dostarczana do zacisków generatora (z magazynu energii), to pracuje on jako silnik, a efektem tego jest pojawienie się momentu obrotowego na wale.
System ERS składa się z kilku podzespołów. MGU-K (ang. Motor Generator Unit – Kinetic, czyli generator/silnik do odzyskiwania energii kinetycznej podczas hamowania), MGU-H (ang. Motor Generator Unit – Heat, czyli generator/silnik do odzyskiwania „ciepła”, energii gazów wydechowych) oraz najcięższego elementu czyli ogniw akumulatorów stanowiących magazyn energii i oczywiście skomplikowanego układu sterowania.
Jak to wszystko działa? MGU-K pełni rolę uprzednio stosowanego KERS, tylko pięciokrotnie bardziej pojemnego i dwukrotnie mocniejszego. Połączony jest z wałem korbowym silnika spalinowego. W przypadku systemu KERS na jednym okrążeniu można było odzyskać jedynie 0,4 MJ energii, samo MGU-K może w sezonie 2014 odzyskać aż 2MJ energii (przy czym oddać z magazynu energii do MGU-K można jedynie 1 MJ energii na okrążenie- reszta przekazywana jest przez MGU-H, które nie ma ograniczeń w przpływie energii). Jego zasada działania jest dokładnie taka sama jak systemu KERS. Ze względu na duży wzrost osiągów tego podzespołu, ekipy w sezonie 2014 otrzymały możliwość zastosowania elektronicznego sterowania układem hamulcowym, tzw. brake by wire, o którym możecie przeczytać w naszym poprzednim artykule, a który ma za zadanie pomóc ustabilizować proces hamowania i maksymalizować efektywność odzyskiwania energii.
W związku z wprowadzeniem technologii turbo, postanowiono także wykorzystać drugi sposób odzyskiwania energii z bolidu, tj. odzyskiwać energię zgromadzoną w gazach wylotowych. Układ turbiny oprócz zasilania kompresora, który ma za zadanie zwiększyć gęstość powietrza docierającego do komory spalania silnika, zasila także MGU-H, czyli generator, który podobnie jak MGU-K ładuje magazyn energii lub bezpośrednio wspomaga system MGU-K, przy przyspieszaniu. MGU-H nie ma ograniczeń co do ilości ładownia magazynu energii jednak w akumulatorach nie może być przechowywane jej więcej niż 4 MJ (traktowane jako różnica pomiędzy maksymalnym i minimalnym poziomem energii w akumulatorach). Sam MGU-H nadwyżkę zebranej energii może bezpośrednio kierować na MGU-K.
MGU-H ma jeszcze jedną ważną funkcję, przejmuje część roli tzw. wastegate, czyli zaworu, który zabezpiecza turbinę i silnik poprzez umożliwienie odpływu gazów z pominięciem samej turbiny. Co więcej MGU-H może działać także w drugą stronę, niwelując praktycznie do zera zjawisko tzw. turbo-dziury. Gdy kompresor potrzebuje od turbiny dodatkowego doładowania, a ta nie ma możliwości jego dostarczenia elektronika kontrolująca MGU-H dostarcza potrzebną jej energię z magazynu energii.
Warto także pamiętać, że podczas startu wyścigu, system MGU-K dostarczy energię na koła bolidu dopiero po osiągnięciu przez niego prędkości 100 km/h.
Jak widać system ERS jest znacznie bardziej skomplikowany i sporo mocniejszy od KERS a to wymaga od producentów i zespołów rozwinięcia zupełnie nowych procedur. Abstrahując od możliwości pojawiania się problemów ze sprzętem, w nowych układach napędowych dużą rolę odgrywa jak widać wyrafinowana elektronika sterująca, która wymaga ciągłego ulepszania. Po testach w Bahrajnie Pat Fry, dyrektor techniczny Ferrari stwierdził, że za sprawą nowych, skomplikowanych jednostek napędowych ich sprzętowa naprawa zajmuje teraz około dwa razy więcej czasu niż poprzednio. Mechnicy także muszą przywyknąć do nowych procedur a to zajmuje trochę czasu. Adrian Newey, dyrektor techniczny Red Bulla, w jednym z wywiadów zdradził, że systemy chłodzenia w nowych bolidach są teraz blisko dwa razy większe niż poprzednio.
Wszystkie te systemy mają pomóc zespołom zmieścić się w restrykcyjnych ograniczeniach, jakie FIA zaproponowała odnośnie zużycia paliwa. W sezonie 2014 każdy bolid na starcie wyścigu będzie miał do dyspozycji tylko 100 kg paliwa (35 procent mniej niż w sezonie 2013). Co więcej maksymalny przepływ paliwa określono na 100 kg/godzinę (40 procent mniej niż w sezonie 2013, kiedy nie było ograniczeń, a parametr ten osiągał wartość nawet 170 kg/godzinę).
W kolejnym artykule tej serii postaramy się ogólnie podsumować wszystkie zmiany jakie FIA wprowadziła w F1 na sezon 2014.
Przeczytaj o pozostałych zmianach w F1 na sezon 2014:
Podsumowanie zmian w regulaminie technicznym F1 na sezon 2014
Podsumowanie zmian w regulaminie sportowym F1 na sezon 2014
Brake by wire w F1 - co to takiego?
komentarze
1. bartexar
Bardzo fajny i przydatny artykuł. Brawa dla Ciebie i podziw za wiedzę :).
"Generator pracuje jako generator" masło maślane :D
2. kempa007
niestety, ale chodziło o wyjaśnienie kwestii, która jest tutaj fundamentalna.
3. doa1996
Mnie też podobają się ostatnie artykuły, dobra robota! ;)
4. belzebub
Faktycznie takie artykuły pomagają powiększyć wiedzę, dzięki kempa007. A wracając do tematu, ERS może stać się kluczowym czynnikiem w tym sezonie dodatkowe 160 KM na okrążeniu i to przez ponad 30 sek. to dużo, myślę że da więcej, niż DRS i KERS razem wzięty w poprzednich sezonach. Ciekawe, czy znacząco ERS wpłynie na ilość wyprzedzeń?
5. kempa007
ERS nie będze w tym sezonie aktywowany przez kierowcę z tego co sie doczytalem, wiec pewniewiele będize zależało od ustawien i softu sterującego pracą... po paru wyścigach pewnie wszyscy wszystko rozpracują.
6. Michael Schumi
Dobry artykuł kempa007, chętnie się czyta. Zachęcam do kolejnego pisania takich rzeczy. Może stworzyłbyś coś na wzór osobnego działu, w którym będzie można przeczytać o wszystkich takich artykułach w jednym miejscu?
7. lukasz1
6. Michael Schumi Taki dział jest od dawna i nazywa się "technologia f1".
8. tasm.dis
Dla mnie to trochę dziwne podawać moc tych silników w KM. Standardowe silniki elektryczne mają w miarę stały moment obrotowy więc bardziej naturalne byłoby określenie maksymalnego momentu obrotowego jaki mogą produkować. W życiu normalnym było by to bez sensu ale w F1 możliwe jest przez to stworzenie silnika który przez cały zakres obrotów ma prawie tą samą moc co oznacza że moment obrotowy jest najwyższy w niskich zakresach obrotów i stopniowo maleje. Niby nic ale teoretycznie daje możliwość że silniki różnych ekip mogą mieć skrajnie różne osiągi przy tej samej mocy o co chyba włodarzom F1 nie chodziło.
9. fracky
Trochę baboli jest tym artykule:
1) Byłbym bardzo ostrożny co do szacunków mocy nowych silników. Po pierwsze, sami producenci nie wiedzą tego dokładnie. Po drugie moc maksymalna to pojęcie względne. Po trzecie przed sezonem Pirelli informowało ,że spodziewają maksymalnej mocy dochodzącej nawet do 860 KM.
2) Nigdzie w regulaminie technicznym nie ma napisane ,że ERS może zebrać tylko 4MJ na okrążenie. Może wykorzystać taką wartość a to spora różnica. Po za tym MGU-H nie ma żadnego limitu dotyczącego ilości produkowania energii.
3) Kierowca będzie mógł uruchamiać ERS z poziomu kokpitu na żądanie.
10. kempa007
9. fracky W regulaminie jest napisane , ze bedąc na troze magazyn energii nie moze przekroczyc roznicy 4 MJ miedzy minimalnym i maksymalnym poziomem, czyli te facto tyle moze zebrac, jedynie MGU-H dodatkowo moze zasilac nieograniczona iloscia energii zarowno magazyn energii, jak i MGU-K co jest opisane w artykule, co doaktywacji przyciskiem to jedynie w komentarzu napisalem, bo nie bylem w stanie tego sprawdzic. Poprotu gdzies wyczytalem... a dane dotyczac silników pochodza od producenta i tak jak w przypadku pozostalych silnikow sa to szacunki
11. kempa007
no i dalej smiem twierdzic, ze ers niebedzie aktywowany przyciskiem... ale w regulaminie nie moge tego odszukac.
12. kempa007
9. fracky wiec skoro juz tak podwazasz to prosze zacytuj punkty regulaminu...
13. kempa007
8. tasm.dis jezeli chodzi o moment, to nie moze on przekroczyc 200 Nm z MGU-K.
14. fracky
@kempa007
Czytanie ze zrozumieniem się kłania. Po co mam przywoływać pkt regulaminu skoro nie rozumiesz jego treści ?
Skoro mnie ganiasz o odniesienia do regulaminu, to po co zmieniasz treść artykułu ? W poprzedniej wersji twierdziłeś ,że MGU-H jednak ma ograniczenia. Mało konsekwencji w działaniu.
Przywołałeś odpowiednie ograniczenie na którym opieram swój zarzut i nadal go podtrzymuję. Jak widzę przy okazji dowiedziałeś się kilka nowych rzeczy. Przeczytaj sobie dokładnie ten punkt kilka razy, a na pewno zauważysz o co mi chodzi. W regulaminie jest mowa o RÓŻNICY między tymi STANAMI min i max energii. Trzeba pamiętać ,że obydwa generatory będą pobierać i produkować energię w sposób ciągły, a więc dopóki wartość różnicy energii nie osiągnie 4MJ nie ma złamania tego punktu regulaminu. Co więcej baterie nie muszą mieć wcale 4MJ pojemności, bo mogą mieć i będą miały mniej. Na prostej H będzie ładował baterię, a K ją pobierał, przy hamowaniach będzie odwrotnie.
15. fracky
cdn.
Energy Store może mieć pojemność 2MJ i spełniać swoją role oraz nigdy nie złamać ograniczenia Różnicy między min i max. Tutaj wyraźnie chodzi o wartość graniczną wielkości baterii.
Twoje szacunki dotyczące mocy przypominają wstępne przewidywania Renault. Gdzie jest ten producent obecnie, każdy widzi, więc jego wartości nie są żadnym odnośnikiem do tych realnych, tym bardziej ,że podawali je przed testami na torze.
16. frutek05941
Systemu ERS kierowca używa podobnie jak KERS? Czyli poprzez naciśnięcie danego przycisku na kierownicy w dowolnym miejscu na torze?
Jeśli tak to bardzo ważna będzie analiza torów, w których miejscach najlepiej używać systemu aby zyskać jak najwięcej. Do tego dochodzi skrzynia 8-biegowa, w której z tego co wiem nie będzie można regulować przełożeń, zgadza się?
17. spiro81
proszę kontynuujcie dyskusję jest jeszcze lepszą niż sam artykuł
(bez urazy kempa007)
18. kempa007
14. fracky zmienilem artykul aby doprecyzowac, bo troche za bardzo go uogolnilem i nie potrzebnie zasugerowalem ograniczenia 2MJ dla MGU-H gdyz korzystalem miedzy innymi z informacji prasowej Renault piszac ten artykul. Nie wiem po co od razu wyskakujesz z tekstami "klania sie czytanie ze zrozumieniem"... nieco to bucowate, ale spoko. Jak widac wybiorczo wszystko traktuejsz i mylisz artykul z komentarzami. Poprosilem Cie abys zacytowal regulamin regulamin, ktory mowi, ze ERS aktywuje sie przyciskiem...
19. kempa007
a porownywanie formy Renault do informacji dotyczacych osiagow silnika to lekka przesada...
20. fracky
@kempa007
Jak Ci mam podać skoro regulamin nie jest doprecyzowany w tej materii ? Należy się domyślić ,że istnieję pewna dowolność oraz prawie na pewno kierowca będzie miał do dyspozycji, kilka przycisków do kontroli pracy ERS. Na f1technical był wywiad z jednym z inżynierów i z jego słów jasno wynikało ,że będzie taka możliwość.
Bucowate jest również, zmiana treści artykułu pod naporem krytyki, a następnie sugerowanie ,że wszystko było w porządku.
P.S. Porównanie jest jak najbardziej na miejscu, bo firmie dane i zakładane osiągi się nie sprawdziły, a więc nie należy ich traktować poważnie. Gołym okiem widać ,że jednostki Merca są mocniejsze, a to przed sezonem w kuluarach było nagłośnione.
21. kempa007
20. fracky nigdzie nie napisalem, ze bylo w porzadku, po prostu dopracowalem, zeby tacy jak Ty nie czepiali sie szczegółów. Artykul stał sie teraz mniej czytelny, ale trudno. Widzis w nim jeszcze jakies bledy. Zamiast podejsc normlanie dotematu Ty zaczynasz dyskusje od obrazania innych i jak widze nietylko w moim kierunku... Nie mozna z Toba nromalnie podyskutowac. EOT z mojej strony.
22. kempa007
Zeby nie wprowadzac w bląd uzytkownikow, za oficjalnym przewodnikiem FIA podaje:
"W rzeczywistości, w sezonie 2014 układ napędowy powinien być mniej skomplikowany dla kierowcy niż obecne silniki [V8], gdyż dla przykładu ERS-K [MGU-K] będzie automatyczny, w przeciwieństwie do KERS."
23. pd_81
Ludzie to nie jest miejsce na stawianie zarzutów!
24. pd_81
kempa007 - dzięki za artykuł - trochę mi wyjaśnił.
Technologia połączenia turbiny ze sprężarką przepływową i generatorem nie jest nowa. Pierwszy artykuł nt czytałem ok 10 lat temu i dziwię się, że firmy bawią się w regulowane łopatki kierownic turbiny zamiast wprowadzić mały system hybrydowy. Już w 2007 roku można było kupić takie zestawy w USA ale działało tylko na prądzie.
25. Miki42
W sezonie 2014 każdy bolid na starcie wyścigu będzie miał do dyspozycji tylko 100 kg paliwa (35 procent mniej niż w sezonie 2013). Co więcej maksymalny przepływ paliwa określono na 100 kg/godzinę
kempa007 coś mi tu nie pasuje 100 Kg/h i 100Kg w zbiorniku na starcie jak wyścig trwa przeszło godzinę to nie możliwe by im paliwa nie brakło na cały wyścig coś tu pokręciłeś
Skomentuj artykuł
Jeśli nie masz jeszcze konta, dołącz do społeczności Formula 1 - Dziel Pasję!
Zarejestruj się już teraz