Budowa jednostki napędowej Renault RS27 – system paliwowy

Opublikowany przez 30 Apr 2013 | Komentarze: 16

Zbiornik paliwa stosowany w bolidach F1 (źródło: atlfuelcells.com / scarbsf1.com)

Firma Renault w związku ze zmianą jednostek napędowych, która czeka nas już w przyszłym roku, postanowiła nieco przybliżyć kibicom budowę oraz zasadę działania silnika RS27, używanego obecnie przez cztery zespoły. Pierwszy z serii artykułów został poświęcony układowi paliwowemu.

Zadaniem układu paliwowego jest wyciągnięcie paliwa ze zbiornika oraz dostarczenie go do silnika gdzie jest rozpryskiwane, mieszane z powietrzem, a następnie dostarczone do cylindra. Paliwo musi być dostarczone do wtrysków pod odpowiednim ciśnieniem, więc ilość paliwa musi być starannie odmierzona. System jest zaprojektowany, aby wydobyć paliwo ze zbiornika, zwiększyć ciśnienie oraz je kontrolować. Do tego celu wykorzystywana jest bardzo zaawansowana pompa mechaniczna.

Podstawą systemu paliwowego jest zbiornik, który znajduje się tuż za siedzeniem kierowcy, ale przed silnikiem. Jest to duży, elastyczny worek wykonany z materiału balistycznego klasy wojskowej, który w obecnej sytuacji musi pomieścić około 230 litrów paliwa. Węże dostarczające paliwo do silnika są wyposażone w specjalny system sprzęgieł zabezpieczający przed wyciekiem paliwa w przypadku zerwania.

Przekrój przez zbiornik paliwa (fot. Sauber Motorsport AG)

Paliwo w zbiorniku poddawane jest siłom, działającym na bolid podczas pokonywania zakrętów oraz przyspieszania i hamowania, co powoduje jego przemieszczanie się. Może to stanowić dużą przeszkodę w wydobyciu paliwa ze zbiornika, szczególnie przy niskim stanie. Przypomina to trochę próbę wypicia przez słomkę resztek napoju, z poruszającej się butelki.

Rozwiązaniem tego jest zastosowanie trzech lub czterech elektrycznych pomp paliwa, umieszczonych w zbiorniku, których zadaniem jest wyciągnięcie paliwa ze wszystkich zakamarków i zapewnienie odpowiedniego poziomu, potrzebnego do poprawnej pracy pompy mechanicznej. Wejście każdej z nich zostało zabezpieczone filtrem, który chroni serce bolidu przed zanieczyszczeniami. Pompy dystrybuują paliwo do kolektora, który mieści 3 litry paliwa. Taka ilość jest wystarczająca do zapewnienia stabilnej pracy silnika, nawet w sytuacji gdy pompy elektryczne chwilowo nie będą mogły zasilić kolektora. Element ten ma kształt odwróconej butelki. Ilość paliwa znajdującego się w kolektorze wystarcza na przejechanie mniej więcej połowy okrążenia.

Elektryczna pompa paliwa (fot. scarbsf1.com)

Dodatkowo w zbiorniku znajdują się starannie zaprojektowane przegrody, które przeciwdziałają zjawisku rozchlapywania się paliwa. Są one ważne nie tylko ze względu na zapewnienie odpowiedniego poziomu paliwa, ale ich zadaniem jest również utrzymanie środka ciężkości ładunku, tak nisko, jak to tylko możliwe. Willem Toet, w jednym z programów The Flying Lap, zasugerował, że paliwo przemieszczające się w zbiorniku nieposiadającym przegród mogłoby mieć wpływ na zachowanie bolidu na torze. Dodatkowo pomiędzy przegrodami znajdują się klapki umożliwiające przelewanie się paliwa tylko w jedną, konkretną stronę.

Pompę mechaniczną możemy porównać do domowej myjki wysokociśnieniowej, sterowanej przyciskiem. Pobiera wodę o niskim ciśnieniu, a podaje do lancy strumień o wysokim ciśnieniu, ale jedynie w sytuacji gdy przycisk jest naciśnięty. Pompa jest w całości mechaniczna i na wejściu posiada wysokiej klasy filtr. Ilość dostarczanego paliwa jest uzależniona od wysokości obrotów. Zużycie paliwa jest również uzależnione od obrotów, ale tylko w przypadku otwartej przepustnicy. Jeśli przepustnica jest zamknięta silnik nie zużywa paliwa. Aby ilość paliwa dostarczanego pasowała do aktualnego zapotrzebowania, główna pompa posiada zmienny mechanizm wypierania sterowany przez zaawansowany system regulacji ciśnienia.

Wtryski paliwa (źródło: Renault Sport F1 / f1news.autoroad.cz)

Po przejściu przez pompę oraz kolejny filtr umieszczony na szynie paliwowej, paliwo pod ciśnieniem 95 barów trafia do wtrysków. Regulamin techniczny nie pozwala na przekroczenie bariery 100 barów.

Wtryski to precyzyjne elektromechaniczne zawory sterowane elektromagnetycznie przez SECU. Standard Electronic Control Unit jest jednakowa dla wszystkich zespołów, ale dopuszczalne są modyfikacje w pewnych obszarach, szczególnie jeśli chodzi o ustawienia programowe. Paliwo jest dostarczone gdy cewka jest zasilona, a wszystko jest starannie zsynchronizowane z cyklem silnika, aby mieszanka o odpowiednich proporcjach mogła zostać zassana do cylindra. To jest gwarancją efektywnego spalania oraz dobrej pracy silnika.

W roku 2010, kiedy maszyny tankujące zniknęły z toru inżynierowie musieli stawić czoła kilku nowym wyzwaniom. Większy zbiornik oznacza zdecydowanie większe problemy z rozchlapywaniem paliwa, a co za tym idzie z jego wydobyciem. Kolejnym problemem było utrzymanie temperatury paliwa na odpowiednim poziomie, umożliwiającym efektywną pracę samego silnika oraz pomp elektrycznych.

Wtrysk podczas pracy (fot. Renault Sport F1 / f1news.autoroad.cz)

Wysoka temperatura paliwa niekorzystnie wpływa na moc silnika. Zbiornik, głównie z uwagi na bliskie sąsiedztwo radiatorów oraz układu wydechowego ma tendencję do nagrzewania się. W tym czasie podjęto szereg działań adaptacyjnych polegających na zmniejszeniu wpływu wysokiej temperatury na zbiornik, zmianie składu paliwa oraz przeprojektowaniu pomp elektrycznych, dostarczających paliwo do kolektora.

Gdyby rozwój silników nie został zamrożony oraz regulamin techniczny nie był uzupełniany kolejnymi limitami to dziś prawdopodobnie w użyciu byłyby ultra szybkie pompy paliwa pracujące z ciśnieniem 500 barów. Renault sugeruje również, że zastosowanie wielu wtrysków na cylinder zaowocowałoby poprawą wydajności oraz zmniejszyło zużycie paliwa.