Воздухозаборник двигателя формулы один airbox
Для чего нужен воздухозаборник болиду формулы один
Впуск горячего воздуха в цилиндры двигателя является отличным способом, чтоб прилично уменьшить его мощность. В начале эры формулы один, на болиды не устанавливали отдельных воздухозаборников и впуск производился из подкапотного пространства. Хотя инженеры конструкторы болидов уже тогда знали, что чем воздух более холоден, тем выше его плотность и тем больше в нем кислорода. Больше кислорода, значит можно сжечь больше топлива и значит двигатель сможет выдать большую мощность, во всем диапазоне рабочих оборотов. Хотя непосредственных воздухозаборников не делали, все же старались расположить впускной тракт в наиболее холодном месте, подальше от выпускных коллекторов хотя и не всегда.
Воздухозаборник airbox современного болида формулы один, помимо функции забора холодного воздуха, помогает создать подпор давления, который создается на высоких скоростях движения, таким образом на скоростях свыше 200 км/час атмосферный двигатель получает своего рода наддув воздуха перед впускным трактом.
Использование воздухозаборника, плюс иннерционного эффекта наддува и продувки цилиндров двигателя, при использовании при этом очень высоких оборотов вращения коленчатого вала, использовавшихся до 2014 года, позволяло на 18000 об/мин и 250-300 км/час получать эквивалент наполнения цилиндров равным 175 % от имеющегося рабочего объема двигателя. Это говорит о том, что двигатель например 2012 года, с объемом цилиндров в 2.4 литра, имел наполнение эквивалентное 4.2 литра рабочего объема. Притом, что в дорожных автомобилях, продувка и инерционный наддув практически отсутствует и коэффициент наполнения редко дотягивает до 90 % на современных авто, не говоря уже о устаревших двигателях.
Воздухозаборник сам по себе может дать лишь 5 процентное повышение мощности, если его использовать на обычном двигателе и двигаться с 250-300 км/час что само по себе невозможно. В двигателе ф1 5 процентное повышение давления перед впускными патрубками мотора, повышает плотность воздуха поступающего во впускные патрубки, усиливая инерционный наддув при этом. Дополнительные пять процентов мощности для формулы один, это уже очень много, но не стоит забывать, что это не весь вклад в повышение наполнения, а лишь дополнительный подпор давления улучшаюший наполнение за счет инерционного наддува.
Инерционный наддув
В двигателе ф1 нет впускного коллектора, а есть только впускные трубы, на каждой из которых установлено по дросселю или золотнику и форсунке впрыска топлива. Вся эта система имеет минимально возможное сопротивление при движении воздуха с максимальными скоростями. Представте, что воздушно топливная смесь, движется по впускной трубе к открытому впускному клапану при полностью открытой дроссельной или золотниковой заслонке. Цилиндр постепенно наполнился и впускной клапан закрылся. Так как воздух имеет массу, он не может резко остановиться и продолжает двигаться по трубе, сжимаясь все больше возле тарелки клапана. При последующем открытии клапана топливовоздушная смесь устремляется в цилиндры не только за счет втягивания, а за счет существующего подпора волны избыточного давления. Таким нехитрым образом и происходит инерционный наддув в двигателях формулы один. Система волновых процессов во впускном коллекторе на самом деле немного сложнее но суть одна, масса воздуха движущаяся с высокими скоростями обладает большой инерцией и при грамотной настройке помогает затолкнуть больше топливовоздушной смеси в цилиндры двигателя.
Так как воздухозаборник на больших скоростях, дополнительно сжимает воздух, перед впускными трубами, то масса топливовоздушной смеси внутри них будет тоже на 5 процентов выше. Если масса инерционной смеси выше на 5 процентов, а инерционный наддув добавляет 162 % к наполнению, то получаем дополнительные 8 % (5 % от 162%)
В итоге воздухозаборник добавляет 8% + 5% = 13% мощности двигателю болида Ф1 на высоких скоростях и практически ничего не добавляет на скоростях меньше 100-150 км/час.
Цифры в пояснении работы воздухозаборника (airbox) даны примерные, но отражают действительность его работы в связке с инерционным наддувом двигателя Ф1.
