Silnik F1. Tysiąc koni, miliony dolarów i zero miejsca na błędy

Przez ponad 70 lat silniki Formuły 1 przeszły liczne metamorfozy. Królowa motorsportu nie tylko nadążała za trendami motoryzacyjnymi, ale często sama je wyznaczała. Tak było również w przypadku rewolucji hybrydowej wprowadzonej w 2014 roku — a już wkrótce czeka nas kolejna zmiana. W tym artykule przybliżymy wszystko, co warto wiedzieć o sercu bolidu F1.

Silnik F1 – niechciany owoc downsizingu

Już w sierpniu 2010 roku rozpoczęto dyskusję o koniecznych zmianach w Formule 1. Głównym tematem rozmów była przyszłość jednostek napędowych. Wstępnie ustalono, że nowa formuła silnikowa wejdzie w życie w sezonie 2013. Ówczesny prezydent FIA, Jean Todt, zaproponował wprowadzenie 4-cylindrowych turbodoładowanych silników o pojemności 1.6 litra. Decyzja ta wywołała ogromne kontrowersje — głównym przeciwnikiem był Bernie Ecclestone, który przyłączył się do głosów kibiców twierdzących, że tak radykalne zmiany nie przystoją szczytowej kategorii motorsportu.

W czerwcu 2011 roku powołano Komisję F1, która przesunęła rewolucję technologiczną na sezon 2014. Choć pojemność miała pozostać na poziomie 1.6 litra, zrezygnowano z pierwotnej koncepcji czterech cylindrów na rzecz układu V6. Oczywiście jednostki miały być turbodoładowane. Aby przekonać FIA do tego rozwiązania, Bernie Ecclestone oraz CVC, ówcześni właściciele F1, zaproponowali rozszerzenie roli systemu KERS. Tak narodziła się koncepcja znacznie bardziej zaawansowanego ERS — systemu, który miał generować nie 30–40 KM, jak wcześniejszy KERS, ale nawet 250 KM.

Przypomnijmy, że już od sezonu 2009 duży nacisk kładziono na rozwój KERS-u, choć nie wszystkie zespoły dostrzegały w nim korzyści. F1 musiała jednak promować ekologiczne rozwiązania. W 2010 roku zespoły zawarły porozumienie o całkowitym zaniechaniu użycia tego systemu. Powrócono do niego dopiero w 2011 roku, kiedy został znacząco udoskonalony. Nikt wtedy nie spodziewał się, że już trzy lata później silnik spalinowy będzie tak mocno wspomagany przez układy elektryczne. Ferrari oraz część producentów była sceptyczna wobec tej drogi rozwoju, jednak Renault i Mercedes aktywnie ją wspierały.

Kibice również nie byli zachwyceni wizją odejścia od wolnossących jednostek V8 o pojemności 2.4 litra. Były one uznawane za kompromis po zakończeniu ery legendarnych V10 w 2005 roku. Chodziło przecież o emocje, dźwięk i charakter, które przyciągały fanów na trybuny. Niestety, Formuła 1 nie mogła dłużej ignorować globalnych trendów związanych z ekologią i efektywnością energetyczną.

Z czego składa się silnik w F1?

Współczesna jednostka napędowa w Formule 1 to niezwykle złożony system hybrydowy, składający się z wielu precyzyjnie współpracujących elementów.

Oto jego podstawowe komponenty:

• silnik spalinowy – jednostka V6 o pojemności 1,6 litra z bezpośrednim wtryskiem paliwa. To podstawowy element napędzający bolid, pracujący z ograniczeniem do 15 000 obr./min;

• turbosprężarka – napędzana spalinami, spręża powietrze doprowadzane do komory spalania, zwiększając tym samym efektywność silnika;

• MGU-H (Motor Generator Unit – Heat) – układ odzyskiwania energii cieplnej. Wykorzystuje obrót turbosprężarki do generowania energii elektrycznej, którą może przekazywać bezpośrednio do baterii lub do turbosprężarki, eliminując tzw. turbo lag (opóźnienie w reakcji turbosprężarki wynikające z niskiego przepływu spalin);

• MGU-K (Motor Generator Unit – Kinetic) – układ odzyskiwania energii kinetycznej. Działa podczas hamowania, zamieniając energię mechaniczną na elektryczną. Jest rozwiniętą wersją systemu KERS, stosowanego w latach 2009–2013.

• bateria (ES – Energy Store) – magazynuje energię elektryczną wytwarzaną przez MGU-H i MGU-K. Może być wykorzystywana do zwiększania mocy w określonych momentach wyścigu;

• jednostka sterująca (ECU) – odpowiada za zarządzanie pracą całego układu napędowego, w tym mapowaniem silnika oraz kontrolą poboru i oddawania energii przez podsystemy hybrydowe.

Silniki F1 dzisiaj.

Wraz z wprowadzeniem nowych silników w 2014 roku dostawcami byli jedynie Ferrari, Mercedes i Renault. Cosworth nie utrzymał się w F1 i nawet nie podjął dużych prób. Dopiero rok później do wspomnianej trójki dołączyła Honda. Japończycy rozwijali swój układ będąc poza F1 i wielu obawiało się, że będą lepiej przygotowani. Okazało się jednak, że mieli ogromne problemy przez brak możliwości testowania na torze, podczas gdy rywale przejechali cały sezon i mogli poprawić swoje układy. 

Honda walczyła o poprawę i starała się utrzymać w McLarenie. Stajnia z Woking straciła jednak cierpliwość i już po 2017 roku japońskiemu producentowi groziło wycofanie się z F1. Sytuację uratował Red Bull, który nie dogadywał się z Renault i postanowił dać Hondzie szansę w Toro Rosso. Okazało się, że progres był bardzo widoczny, co zaowocowało wejściem w partnerstwo z głównym zespołem już od 2019 roku. Niestety we wrześniu 2020 roku samuraje zdecydowali się wycofać po kolejnym sezonie. Red Bull przekonał ich do kontynuowania współpracy i wziął na siebie część ich kosztów oraz obsługę.

Ile waży silnik F1? Jego minimalna waga wynosi 145 kg.

Obecne jednostki napędowe mogą kręcić się do 15 tys. obr./min. Tak się jednak nie dzieje ze względu na ograniczenia dotyczące spalania i przepływu paliwa. Dlatego też zespoły maksymalnie pilnują wartości do 12 tys. obr./min.

Na samym początku producenci trzymali się tego, aby układ hybrydowy generował maksymalnie ok. 760 KM. Aż 600 KM pochodziło ze “spalinówki”, a 160 KM z systemu elektrycznego. Obecnie można mówić o wzroście mocy do 1100 KM, co tylko pokazało potencjał rozwoju, który zamrożono dopiero w trakcie 2022 roku.

Ile paliwa zużywa bolid F1?

Współczesny bolid Formuły 1 zużywa średnio około 40 litrów paliwa na 100 kilometrów. Choć może się to wydawać dużą wartością, warto pamiętać, że w przeszłości spalanie sięgało nawet 190 litrów na 100 km – szczególnie w czasach wolnossących silników V12 i V10.

Obecne jednostki napędowe są znacznie bardziej wydajne, nie tylko dzięki mniejszej pojemności i turbodoładowaniu, ale przede wszystkim dzięki zastosowaniu zaawansowanych systemów odzyskiwania energii. Każdy silnik generuje jednak ogromne ilości ciepła – około 1758 kJ na sekundę (czyli niemal 2 megawaty energii cieplnej), które musi zostać skutecznie odprowadzone. Odbywa się to za pomocą układu chłodzenia – powietrze przepływające przez boczne wloty i chłodnice bolidu osiąga natężenie nawet 650 litrów na minutę podczas jazdy.

Eksploatacja jednostki napędowej i jej elementów

Formuła 1 zaczęła wprowadzać limity zużycia komponentów jednostki napędowej już w erze silników V8. Wówczas zespoły mogły korzystać z ośmiu silników na sezon. Wraz z nadejściem ery hybrydowej liczba ta została ograniczona do czterech, a następnie – w kolejnych latach – zredukowana do zaledwie trzech.

Początkowo zespoły i producenci wyrażali sprzeciw wobec tak rygorystycznych ograniczeń, jednak z czasem zaakceptowali nowe zasady. Już w sezonie 2023 przypadki kar za nadprogramowe elementy napędu należały do rzadkości, co najlepiej świadczy o ogromnym postępie w zakresie niezawodności współczesnych układów hybrydowych.

Aktualne limity komponentów jednostki napędowej na sezon:

• Silnik spalinowy (ICE) – 3 sztuki

• Turbosprężarka (TC) – 3 sztuki

• MGU-H – 3 sztuki

• MGU-K – 3 sztuki

• Bateria (ES) – 2 sztuki

• Jednostka sterująca (CE) – 2 sztuki

Ile kosztuje silnik F1?

Choć bolid F1 to niezwykle zaawansowana technologicznie maszyna, jego najdroższym elementem pozostaje jednostka napędowa. Trudno się temu dziwić, biorąc pod uwagę jej skomplikowaną budowę oraz precyzję wykonania. Średni koszt jednej jednostki napędowej wynosi obecnie od 10 do 11 milionów dolarów. Co ciekawe, gdyby uwzględnić także koszty rozwoju technologii, ta cena wcale nie wydaje się przesadzona.

Według raportów finansowych Mercedesa z 2018 roku, od momentu wprowadzenia turbodoładowanych silników V6 do F1 dział silnikowy w Brixworth przeznaczył na badania i rozwój ponad 1,2 miliarda dolarów. To właśnie dzięki tak ogromnym inwestycjom niemiecki producent zdominował początek ery hybrydowej, zmuszając rywali do poniesienia porównywalnych, a nierzadko jeszcze większych, wydatków, by nadążyć za jego tempem.

Od sezonu 2026 jednostki napędowe mają być tańsze i prostsze, głównie dzięki rezygnacji z MGU-H – elementu, który generował duże koszty i był najbardziej skomplikowanym podzespołem układu hybrydowego. Nowe układy ERS będą bardziej przypominać rozbudowaną wersję systemu KERS znanego z lat 2009–2013. Wyzwaniem pozostaje osiągnięcie porównywalnej mocy przy ograniczonych komponentach elektrycznych. Mimo uproszczeń, zespoły mają utrzymać łączną moc bolidów na poziomie 1000–1100 KM.

Formula Drive – u nas poczujesz moc kultowego V8!

Nasze bolidy F1 – Williams FW29 – wyposażone są w legendarne silniki Cosworth V8 2.4 l oraz Judd V8, dzięki czemu możesz poczuć prawdziwe emocje jazdy bez konieczności obsługi skomplikowanych systemów hybrydowych. To czysta, mechaniczna Formuła 1 – taka, jak pamiętają ją fani!

Wejdź na www.formula-drive.pl i zapisz się na wydarzenie „Formula Drive – Poprowadź Bolid F1”. Liczba miejsc ograniczona.