Benzinháború dúl a Forma-1-ben

2016.03.08. 14:52

2014 óta ismét a turbómotoroké a főszerep az F1-ben, és ez újabb benzinháborút indított el. A Forma-1-es csapatok és az olajcégek szoros kapcsolata évtizedek óta magától értetődő, miközben a szabályok és a technológia folyamatos változása néhány korszakban az átlagosnál is nagyobb teret adott az üzemanyagok egyedi fejlesztésének.

A II. Világháború előtti Grand Prix-korszakban és az F1 kezdeti éveiben a hatalmas teljesítményű kompresszoros motorok elképesztő termikus problémákkal küzdöttek. Mivel akkoriban nem szabályozták a benzinhasználatot, ezért a legtöbb esetben kellő mennyiségű alkoholt is kevertek a motorok hűtésének javítására. 

Az ötvenes évek közepén a motorszabály-változásokkal az üzemanyagok is változtak, a Mercedes korszakalkotó 2,5 literes, közvetlen befecskendezésű benzinmotorja például az alábbi recept szerinti üzemanyaggal állt rajthoz: 45% benzin, 25% metil-alkohol, 23% repülőgépbenzin, 3% aceton, 2% nitrobenzol és további 2%, máig titkos összetevő. Az elegy annyira agresszív volt, hogy minden egyes versenynap végén le kell szívni, és normál benzinnel átöblíteni a nyolchengeres motort, különben másnapra kikezdte volna az üzemanyag. A 2,5 literes éra második felében, 1958 és 1960 között a csapatok teljesen áttértek a 130 oktános repülőgépbenzinre, ám ezt követően az olajtársaságok nyomására a hétköznapihoz sokkal közelebb álló üzemanyagok felé billent a mérleg nyelve.

A '80-as évek és az első turbókorszak hozta a következő komoly változást, amikor is különböző egzotikus üzemanyagok készültek, melyek javarészt tömve voltak toluollal és egyéb lobbanékony, aromás összetevővel. Az 1000 lóerő feletti csúcsteljesítmény kergetése mellett a turbókorszak előrehaladtával egyre fontosabbá vált az üzemanyaghatékonyság kérdése, hogy az egyre csökkenő maximálisan tankolható üzemanyagmennyiségbe minél több energiát zsúfoljanak bele. Az 1989-es szívókorszak beköszöntével aztán néhány éven belül megint változott a helyzet, a kisebb nyomáson, de sokkal magasabb fordulatszámon dolgozó atmoszférikus motorépítés a pneumatikus szelepvezérlés bevezetésével lépte át addigi határait, és hozta magával az addigi legextrémebb, rakétaüzemanyaghoz hasonlított benzinverziókat.

Az addigi prímet a Shell vitte, a V10-es korszak hajnalán azonban az Elf keveréke volt a non plus ultra, és akkoriban nem volt ritka az évi 300 különböző keverék elkészítése sem a benzinlaborok boszorkánykonyháin. Az extra lóerőkhöz extra veszélyesség is társult, a versenybenzinnel dolgozó csapattagok védőruhában, gázmasszkkal dolgoztak az egészségre különösen ártalmas benzingőzök között.

Éppen ezért nem is tartott sokáig a használatuk, az FIA még a '90-es évek közepe előtt kitiltotta az alkoholt, a különböző nitrogéntartalmú vegyületeket (pl. dinitrogén-tetroxid, dinitrogén-oxid, vagy nitrometán azaz „nitro”) és egyéb gyors égésű, vagy égést elősegítő komponenseket. Minimális eltérésekkel ekkor már a mai is érvényben lévő szabályozás lépett életbe, ami az összes EU-s egészségügyi és biztonsági előírás szerinti, benzinkutakon kapható üzemanyagokra épül. A jelenlegi versenybenzinek összetételüket tekintve szinte teljesen megegyeznek a kereskedelmi forgalomban kapható legjobb üzemanyagokkal, mindössze összetevőik aránya más.

Ennek ellenére a 2014-es hibridkorszak beköszöntével újra elkezdődött a benzinháború, míg ugyanis a V8-as éra befagyasztott motorszabályai és a majd két évtized alatt maximálisra járatott szívómotor-koncepció teljesen elérte a határait üzemanyag fejlesztési szempontból, addig a kisebb, turbós, közvetlen befecskendezésű motorok, és turbóról energiát skalpoló MGU-H megjelenése teljesen új területeket szabadított fel a vegyészek szempontjából. Nem véletlen, hogy egy tankolási és átfolyási mennyiség vezérelte szabályrendszerben az üzemanyag jelentősége a sokszorosára nőtt. Mivel a tüzelőanyag közel 200, különféle szerkezetű szénhidrogén-molekula összessége, így ezeknek a molekuláknak a szerkezete, nagysága döntő mértékben befolyásolja az versenybenzin tulajdonságait.

2014-ben, a jelenlegi korszak első évében akár 30-40 lóerős fejlődés sem volt elképzelhetetlen az üzemanyag segítségével, és azóta is folyamatos a kifejezetten a 266,6 cm³-es, közvetlen befecskendezéses égésterekre szabott benzinvariácók tökéletesítése, ráadásul már a motortervezés legelső fázisától. Sőt, ma már ott tartunk, hogy egy adott motorból csakis a hozzá tervezett üzemanyaggal hozható ki a legtöbb. Jó példa erre a Mercedes tavaly ősszel, Monzában bevetett új motorja, amellyel már az idei erőforrás fejlesztéseinek ágyaztak meg, és összesen 42 különböző Petronas üzemanyagverzióból került ki a végső, az égéstérhez legjobban illő változat, a hozzá tökéletesen passzoló gyújtási térképpel.

A V8-as érához képest az egyik legnagyobb különbség a közvetlen befecskendezés, amivel az üzemanyagtöltet 500 baros nyomáson közvetlenül az égéstérbe érkezik, nem pedig a szívócsőbe, ahogy korábban. Ennek következtében rendkívül gyorsan, szinte molekulákra hullva kell porladnia az égéstérbe préselt levegőben, hogy a leghatékonyabb keveréket képezhesse a turbófeltöltés jelentette légfeleslegben. Ehhez elsősorban a versenybenzin felületi feszültségét kell csökkenteni, hogy minél gyorsabban menjen végbe a szétporladás. A 27,7 gramm/mp átfolyási szabály (100 kg/óra) értelmében pedig egységnyi idő alatt nem juthat több üzemanyag az égéstérbe, tehát kizárólag a hatékonyság növelésével lehet extra lóerőkre szert tenni.

Mindeközben meg kell oldani a nagyobb nyomás és magasabb hőmérséklet jelentette extra hűtési problémákat is (20%-kal nőtt a kenőanyagok hőterhelése a V8-asokhoz képest), és a turbómotorok visszatérésével újra problémát jelentő kopogásos égés kiküszöbölését is. A Renault egyik fő gondja is ez utóbbi, a nagy kompressziójú, alacsonyabb fordulaton dolgozó turbós V6-osai közül több veszett oda a kopogás okozta dugattyúproblémák miatt. Éppen ezért a Total olajcéggel karöltve kiemelten dolgoznak a kopogás megszüntetésén mind a versenybenzin, mind az égéstér változtatásával.

A Renault 2015-ös szezonban használt motorja
A Renault 2015-ös szezonban használt motorja

Pusztán az üzemanyagok szempontjából a kopogás veszélye oktánszámnöveléssel csökkenthető lenne, azonban a maximális teljesítmény eléréséhez nem a legmagasabb oktánszámon keresztül vezet az út: ha túlságosan megnövelik, kevesebb lóerő lesz a végeredmény. A 100 kg/órás versenylimittel ráadásul minél több kalóriát kell egységnyi üzemanyagba sűríteni, ám minden olyan összetevő, ami növeli az oktánszámot, egyúttal csökkenti is a hajtóanyag energiasűrűségét. A siker itt is tökéletes arányok megtalálásán múlik, és pl. egy új fejlesztésű hengerfej és a hozzá tartozó rafinált motorvezérlés sokat segíthet az ily módon kiaknázható teljesítmény megtalálásában, amihez viszont érthető módon folyamatos egyeztetésre van szükség a motorgyártóval. Nem véletlen, hogy a gyári csapatok ilyen szempontból is előnyben vannak, az erőforrásaik a saját üzemanyagszállítójuk benzinjével működnek a leghatékonyabban.

A V6-os turbómotorok hatásfoka elképesztő fejlődésen ment keresztül az elmúlt 2-3 évben, hiszen a szívómotoros éra 30% körüli termikus hatásfoka tavaly már 45% környékén mozgott a Mercedes bevallása szerint, az idei fejlesztésekkel pedig már 47%-ról indul a licit. Mivel a benzin fűtőértéke, azaz átlagos energiatartalma 44,4 MJ/kg, a 100 kg-os átfolyási szabály értelmében az motorba érkező üzemanyagból kihozható össz-energiatartalom 4440 MJ, ami munkára átváltva 1233,33 kWh, közérthetőbben 1664 lóerő.

A Ferrari mozgó üzemanyaglaborja
A Ferrari mozgó üzemanyaglaborja

Vagyis 100 százalékos hatékonyság mellett ennyi lóerőt lehetne kipréselni a mai üzemanyag-átfolyási szabályok mellett a V6-osokból, ha minden benzincsepp munkára fogható lenne. Az elképesztő, 47%-os termikus hatásfok azt is elárulja, hogy nagyjából hol tart jelenleg a Mercedes a fejlesztésben: 790 lóerő környékén, amihez még hozzájön az energiavisszanyerő rendszerekből érkező, és a szabályok által maximalizált 163 LE (120 kW), így nagyságrendileg már 950 lóerő körül járnak a szezonkezdetkor, de az őket üldöző Ferrari is bőven átlépte már a 900 lóerős küszöböt.

Az égés hatékonyságának javítása ráadásul nemcsak a lóerőket, de a visszanyerhető energia mennyiségét is növeli, amiből további teljesítményelőny származik, így az üzemanyagok összetételének optimalizálásával több legyet üthetnek egy csapásra. A hibridkorszak előírásai tehát alapjaiban változtatták meg az eddigi motorépítési szokásokat és vele együtt az üzemanyag jelentőségét, és mindezek sosem látott fejlődést eredményeznek. A mostani V6-osok fejlesztése még jó néhány évig felfelé ívelő pályán mozog majd, így szabályváltoztatások nélkül is biztosan eljön az 1000 lóerős motorok ideje, amihez ráadásul páratlan hatékonyság és megbízhatóság is társul.

Hirdetésblokkolóval néznéd éppen a Totalcart, és ettől mi éhen halunk.

A TC olvasása ingyen van, de a működtetése nem: szerzőink és családjaik táplálkoznak, és ami fontosabb: rendszeresen tankolnak, pénzért.

Kérjük, engedélyezd a TC-n a hirdetések megjelenítését, vagy ellehetetleníted a működését annak, amit épp olvasni szeretnél.