Όλη η αλήθεια για την ισχύ στην F1

    Πολλά έχουν γραφτεί για το πόσους ίππους αποδίδουν οι νέοι κινητήρες, ας δούμε όμως τι ισχύει

    Η μεγαλύτερη αλλαγή της φετινής σεζόν στην F1 είναι αδιαμφισβήτητα οι υβριδικές μονάδες ισχύος. Ιδιαίτερα ο πρωτόγνωρος, για τα δεδομένα του motorsport, τρόπος περιορισμού της απόδοσης, που έχει να κάνει με το όριο παροχής καυσίμου και όχι με τον περιορισμό του αέρα εισαγωγής όπως συνηθιζόταν.

    Όλη η πολυπλοκότητα των συστημάτων και ιδιαίτερα ο περιορισμός παροχής καυσίμου έχει προκαλέσει ήδη από τα χειμερινά τεστ τόσο πονοκεφάλους στις ομάδες, όσο και αχαλίνωτη φημολογία, αλλά και ανακρίβειες από δημοσιογραφικές πηγές σχετικά με την ισχύ που μπορεί να αποδίδουν κάποιες μονάδες.

    Η αλήθεια είναι ότι έχοντας περιορισμό 100kg/hr στην παροχή καυσίμου τα πράγματα γίνονται εύκολα στο να υπολογισθεί η μέγιστη δυνατή θεωρητική απόδοση ισχύος, σε σχέση με το να υπήρχε ένας κλασσικός περιορισμός στον αέρα εισαγωγής.

    Αρχικά τα 100kg/hr είναι απλά μία έκφραση του περιορισμού, ο οποίος όμως σημαίνει ότι σε οποιαδήποτε μονάδα χρόνου υπάρχει όριο καυσίμου. Δηλαδή δεν σημαίνει ότι απλά ο μέσος όρος κατανάλωσης σε μία ώρα πρέπει να είναι μέχρι 100kg, αλλά μιλάμε για συνεχές όριο, που σε μονάδα δευτερολέπτου είναι 27,8gr/sec.

    Τώρα η μέγιστη δυνατή θεωρητική ισχύς ενός κινητήρα εσωτερικής καύσης μπορεί να δοθεί ως εξής:

    (Μέγιστη Ισχύς) = (Παροχή Καυσίμου)*(Πυκνότητα Ενέργειας Καυσίμου)*(Θερμικός Βαθμός Απόδοσης)

    Η βενζίνη, ακόμη και η αγωνιστική, έχει πυκνότητα ενέργειας 47-48 ΜJ/kg. Οπότε ήδη έχουμε ένα σταθερό γινόμενο (Παροχή Καυσίμου)*(Πυκνότητα Ενέργειας Καυσίμου).

    Με έναν διορθωτικό παράγοντα για να μας προκύπτει ιπποδύναμη σε ΗP έχουμε:

    (Μέγιστη Ισχύς) =  (1752)*(Θερμικός Βαθμός Απόδοσης)

    Τώρα αρχίζει η συζήτηση του Θερμικού Βαθμού Απόδοσης. Είναι μία μεγάλη ιστορία η αλήθεια είναι, που εδώ και δεκαετίες οποιοσδήποτε κατασκευαστής κινητήρων και ιδιαίτερα αυτοκινήτων δρόμου προσπαθεί να μεγιστοποιήσει.

    Σε γενικές γραμμές είναι ένα ποσοστό που περιγράφει πόσο μέρος της ενέργειας που προσφέρεις σε εναν θερμικό κινητήρα (μέσω του καυσίμου) μετατρέπεται σε ωφέλιμη ενέργεια (δύναμη/ροπή/ισχύ) στην έξοδο του κινητήρα.

    Στους κινητήρες εσωτερικής κάυσης το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας της καύσης χάνεται σε απαγόμενη θερμότητα είτε μέσω τριβών και άμεσης αγωγής στο κύκλωμα λίπανσης και ψύξης είτε μέσω των καυσαερίων στην ατμόσφαιρα. Συνολικά όλες αυτές οι απώλειες σε βενζινοκινητήρες κύκλου Otto είναι της τάξης του 60-70% ακόμη και στους σημερινούς κινητήρες, μέ όση πρόοδο έχει συντελεστεί.

    Στην συγκεκριμένη μας περίπτωση που έχουμε να κάνουμε με κινητήρες βενζίνης κύκλου Otto που στοχεύουν απόλυτα στις επιδόσεις, με δεδομένα επιτρεπόμενα υλικά και καμία μεταβλητότητα σε συμπίεση, ούτε καν σε χρονισμό βαλβίδων, ο θερμικός βαθμός απόδοσης είναι πρακτικά αδύνατον όχι να ξεπεράσει, αλλά ούτε καν να πλησιάσει το 40%, για όσα χρόνια και αν διαρκέσουν οι κανονισμοί αυτοί. Να τονιστεί σε αυτό το σημείο, ότι μιλάμε για τον βαθμό απόδοσης στις συνθήκες λειτουργίας (στροφές/φορτίο) που εμφανίζεται η μέγιστη ισχύς. Σε χαμηλές στροφές με μερικό πάτημα του γκαζιού, πάντα υπάρχει υψηλότερος βαθμός απόδοσης, αλλά αυτό δεν μας λέει κάτι αναφορικά με την μέγιστη ισχύ που μπορεί να πετύχει ένας κινητήρας.

    Με απλή αριθμητική από τον παραπάνω τύπο βλέπουμε ότι τα 700 HP είναι όνειρο θερινής νυκτός.

    Μπορείτε να ανοίξετε κομπιουτεράκια και να αρχίσετε πιθανά σενάρια βαθμών απόδοσης και αντίστοιχης μέγιστης δυνατής ισχύος.

    Η τεχνική πραγματικότητα πάντως είναι ότι πολύ δύσκολα με όλους τους περιορισμούς στους κανονισμούς, να μπορεί να ξεπεραστεί το 35-36%, που μας δίνει περί τα 630 HP. Βέβαια όλα τα παραπάνω μπορούν να αλλάξουν αν κάποια ομάδα «παίζει» με τον αισθητήρα παροχής…

    Άγγελος Τσιαπάρας

    Μηχανολόγος Μηχανικός Toyota Europe

    Σχόλια

    Σχόλια