U vremenu kada se motori ne smiju vrtjeti na više od 18 000 o/min i kada je njihov razvoj zamrznut, mi se prisjećamo bržih i romantičnijih dana i jednog od najboljih motora iz tog perioda - Toyotinog RVX-V10. Nije probio granicu od 1000 konja, ali bio joj je mnogo bliže nego što ste ikad mislili. 

pripremio: Milan Milić
F1Racing.rs | Beograd | Srbija
Ova e-mail adresa je zaštićena od spam robota, nije vidljiva ako ste isključili JavaScript

1000ks iz trolitrenog motora s 10 cilindara koji je morao izdržati 1500km u uvjetima koji vladaju na trkaćoj stazi.

"Bio je mnogo bliži granici od 1000ks nego što to neki ljudi misle." - otkriva izvršni potpredsjednik kompanije Toyota Motorsport, Yoshiaki Kinoshita.

Toyota je imala namjeru koristiti trolitarski V12 motor za pogon svog TF101 bolida, kada im je kasna promjena pravila o zabrani korištenja bilo koje druge konfiguracije motora osim V10 u cilju smanjenja troškova promijenila planove.

„Započeli smo s razvojem V10 motora 2000. godine i bio je spreman za dinamometar u kolovozu te godine,"  Kinoshita nastavlja.

Ova brzina u konstruiranju kao da je nagovijestila je krivulju razvoja motora koja je trajala tokom narednih pet godina. Rana verzija V10 motora je razvijala oko 800ks, dok je na kraju svog razvojnog puta imao 200ks više i pritom je imao duži životni vijek.

„Prva specifikacija motora izvana se nije toliko razlikovala od one za 2005. godinu. Ono što je u velikoj mjeri bilo različito je unutrašnjost, i to je područje u kojem je bilo puno posla. Tijekom, otprilike, pet do šest godina, imate drastično povećanje snage, što izgleda još impresivnije kada se uzme u obzir da je životni vijek motora također morao biti povećan u tom periodu. Prvobitno je konstruiran da izdrži 400km, pa je onda zahtjevano da motor izdrži cijeli vikend, da bi se onda ti zahtjevi povećali na cijele dvije utrke, tako da je to bio vrlo velik izazov,“ objašnjava Kinoshita.

„To je s jedne strane vrlo smiješno, jer je u prošlosti bilo moguće uočiti jasne razlike između motora - mogle su se vidjeti jasne razlike u konfiguraciji, koje su čak i laici mogli primjetiti. S druge strane, sada se uglavnom radi na detaljima, na stvarima koje se ne vide izvana, a čak nisu primjetne ni unutra. Ako bi postavili dvije specifikacije klipova na stol, s razmakom od jednog metram, ne bi mogli uočiti razliku između njih, ali kako dublje zalazite u detalje značajne razlike počinju izlaziti na površinu. Bilo je velike evolucije u tehnologijama proizvodnje, površinske zaštite, stvari koje nisu toliko vidljive, ali prave značajnu razliku. Na primjer, ranije nije bilo moguće izraditi klip mehaničkom obradom (glodanjem na obradnim centrima) odjednom, dok je sada to gotovo standardni  način izrade. Tako da bih ja rekao da je svaki mali dio u procesu proizvodnje unaprijeđen ili modificiran, samo što se to kod samih mehaničkih komponenti  ne može uočiti, jer u pitanju nisu neke ogromne promjene."

Jedno od područja u kojem se vršio takav, ’’neprimjetni’’,  razvoj je optimizacija svojstvenih frekvencija na kojem unutrašnji dijelovi motora osciliraju. Dizajnirati dio uz pomoć CAD softvera nije dovoljno, vlastite frekvencije su nešto što konstruktori motora nikako ne smiju ignorirati. Svaka komponenta motora ima određenu frekvenciju na kojoj dolazi do rezonancije. Ukoliko ta frekvencija bude dostignuta dolazi do katastrofalnih posljedica, što je naročito izraženo kod ogromnih brzina koje su prisutne u F1 motorima. Kako bi ovo spriječili, konstruktori dizajniraju svaku komponentu pojedinačno tako da njezina frekvencija osciliranja u radnom području motora bude daleko od rezonantne. Ovo je vrlo kompleksan zadatak, koji obavljaju specijalisti za tu oblast. Ukoliko ovdje dođe do greške, motor će se, doslovno, raspasti na komadiće.

„Moderni F1 motori se više ne proračunavaju uzimajući u obzir samo statičko opterećenje,“ objašnjava jedan Talijan iz Toyote.

„SUS motor je vrlo dinamična sredina, tako da se mi fokusiramo na izračunavanje opterećenja koja nastaju usljed te dinamičnosti, da bi potom rezultate koje dobijemo proračunom provjerili eksperimentalnim putem. Danas se motor kompletno proučava na ovaj način. Kod ventila se, na primjer, uzima u obzir njegova krutost kako bi se mogle izračunati njegove deformacije (produžavanje i skraćivanje), da bi se potom te deformacije uračunale u njegov hod. Potom se ovi rezultati kombiniraju s dinamikom fluida (CFD programi) kako bi se dobila odgovarajuća protočna površina ventila i mogla odrediti količina smjesa zraka i goriva koja u određenoj jedinici vremena ustrujava u cilindar. Na sličan način se mogu predvidjeti i ostale stvari vezane za njegovo funkcioniranje. Tako se točno može predvidjeti kako će se ventil ponašati u motoru. Tehnologija koja je napredovala prateći razvoj V10 motora nam je omogućila sve ovo.

Snaga je bila samo jedan od parametara na koji smo obraćali pažnju prilikom konstruiranja V10 motora. Baza razvoja je bila usmjerena na vrijeme po krugu i potrošnju goriva tj. ekonomičnost. Nekada je važnije da je motor štedljiv i da može više prijeći između pit stopova nego što je bitno da ima 10ks više, ali smo se uvijek trudili dostići oba zahtjeva."

Još jedno od područja koja je od krucijalnog značaja za unutrašnji razvoj motora jest tehnologija površinske zaštite materijala i Kinoshita naglašava da V10 ne bi mogaofunkcionirati bez presvlaćenja komponenti tankim filmovima od raznoraznih materijala:

“Mogu vam reći da se kod kontakta izmedju brijegova i podizača ventila koristi tehnologija s klackalicom na kojoj  su montirani maleni valjci kako bi se smanjilo trenje. Površinski pritisci koji se javljaju u kontaktu valjaka a ventilom i brijegom su ogromni i niti jedan materijal ih ne bi podnio da ne postoji tehnologija presvlačenja tankim antifrikcijskim filmovima. Ovi filmovi povećavaju tvdoću materijala i odlični su za primjenu kod dijelova koji trpe velika opterećenja usljed trenja, kao što su košuljica cilindra ili kompresijski prstenovi.”

Kinoshita također vjeruje da su antifrikcijske tehnologije poput DLC-a (Diamond Like Carbon coatings - http://www.azom.com/Details.asp?ArticleID=623) od izuzetnog značaja za razvoj automobilske industrije.

“Presvlačenje filmovima nije skupo, a F1 predstavlja odličan poligon za njihovo testiranje jer se motori moraju efikasno vrtjeti na 19000 o/min. Taj know-how se kasnije prenosi na cestovni program kako bi se poboljšala ekonomičnost,” obrazlaže on.

“Nekad nam kompanije same nude da isprobamo novu tehnologiju presvlačenja, a ponekad i mi sami razvijemo specifičnu tehnologiju za određenu primjenu, tako da se slobodno može reći da su materijali za presvlačenje V10 i V8 dolazili sa svih strana svijeta – neki iz Japana, neki iz Francuske. Ne postoje jedni specijalisti za presvlačenje svih komponenti. Tako su, na primjer, kod DLC tehnologije neke kompanije dobre za jednu vrstu primjene, a druge za neku sasvim drugu. To je pomalo čudna situacija, ali tako stoje stvari.”

Podmazivanje je direktno povezano s performansama motora i Toyota je blisko surađivala s partnerskom kompanijom ESSO po ovom pitanju tijekom razvoja V10 motora, a s kojom je je suradnju nastavila do danas.

“Razvoj motornog ulja je od krucijalnog značaja. To je najkritičniji fluid u motoru, jer na kraju dana, pouzdanost motora direktno ovisi o njegovim performansama."

To je posebno došlo do izražaja tijekom 2004. godine kada je tehničkim pravilima zahtjevano da motor traje jedan cijeli vikend, što odgovara kilometraži od oko 1500km. Zatim je 2005. radni vijek povećan na dva cijela trkaća vikenda.

“Ja ne mogu jednostavo promijeniti ulje i nadati se da će izdržati još 1200km. Ovo je zahtjevalo dodatne aktivnosti u pravcu procjene pouzdanosti i specifičnog razvoja ulja u smislu pouzdanosti i visokih performansi. Sada kada je razvoj motora zamrznut, motorno ulje je jedna od komponenti sa čijim je razvojem moguće unaprijediti motor.”

Iako je moguće razviti ulje koje će točno odgovarati zahtjevima određene staze, to nije smijer u kojem su se kretali u Toyoti.

“U principu je korišteno ulje iste specifikacije na svakoj trci. Razlog za to leži u velikim troškovima koji su potrebni da se ulje prilagođava uvjetima staze. Točno je da su neke staze manje zahtjevne po ovom pitanju i da je na njima moguće riskirati i koristiti ulje manje viskoznosti kako bi se dobilo više snage i ekonomičnosti, ali to po našem mišljenju ne opravdava troškove potrebne za njegov razvoj. Više preferiramo specifikaciju ulja koja će funkcionirati svuda i kod koje pouzdanost nije u domeni nade, već izvjesnosti.”

Pouzdanost je svakako bilo nešto čime se RVX V10 mogao ponositi, ne pretrpivši niti jedan ozbiljniji kvar tijekom pet godina koliko je bio u upotrebi. Ovo prema Kinoshiti nije bilo toliko do dizajna motora koliko do kontrole procesa u proizvodnji koje je Toyota provodila.

“Kada se u F1 dogodi kvar, mnogi kažu da je u pitanju problem u proizvodnji. To je točno. Nitko ne započinje sezonu s loše konstruiranim dijelom, ali kako se sve više dostižu limiti u konstruiranju i proizvodnji dijelova to sitni procesi u proizvodnji više dolaze do izražaja, tako da kada govorimo o pouzdanosti, govorimo o dugačkom lancu ljudi koji sudjeluju u svim tim procesima tokom nastanka dijelova i sklopova. Toyota ima timove inženjera koji su zaduženi dnadgledati sanduke pune dijelova kako bi se uvjerili da sve teče po planu. Zamislite da se, primjera radi, dogodi otkaz klipnjače usljed grešaka u samom materijalu. Zadatak ovih inženjera bi bio da pronađu iz kog je sanduka potekla ta odredjena klipnjača, kao i da izoliraju ostale klipnjače iz te grupe radi detaljnije kontrole. To je ogroman posao i nije nimalo lak – više policijski nego inženjerski – ali je to tajna pouzdanosti motora. Kod V10 motora je bilo prisutno mnogo ljudi koji su izvan očiju javnosti vrijedno radili svoj posao kako bi osigurali pouzdanost ovih motora.”

U eri trolitrenih motora, pouzdanost nije bila prioritet samo kod tzv. kvalifikacijskih motora (označavani sa Q, od qualifying). Ovi motori su konstruirani do krajnjih granica kako bi osigurali što je moguće bolje performanse tijekom jednog kruga, ali su promjenama u sportskom pravilniku, ipak poslani u dio  povijesti F1.

„Mi nikada nismo imali kvalifikacijske motore.“  otkriva Kinoshita.

„Pravila su dozvoljavala postojanje motora koji bi trajao 70 do 80km tokom kvalifikacija i drugi motor čiji bi radni vijek bio 300 do 400km. Ovi motori su bili mnogo ekstremniji, ali je moje mišljenje da oni nisu imali baš puno smisla. Ja sam mogao imati totalno drukčiji, lakši motor i nikoga nije bilo briga zbog toga, sve dok ne izlazim van okvira pravilnika. Većina timova je zadržavala istu platformu motora, ali su ugrađivali lakše dijelove ili agresivniju geometriju otvaranja ventila koji nisu mogli dugo izdržati u radu. Po meni je mnogo reprezentaivnije konstruirati motor koji se vrti na 19400 o/min s radnim vijekom od 700km, nego što je to slučaj s motorom na 20000 o/min i radnim vijekom od svega 50km. Drago mi je što su uklonjeni. Nismo to radili s projektom V10 iz budžetskih razloga – to bi značilo konstruiranje dva različita motora paralelno. Bolje je imati osnovnu verziju i nešto opterećeniju verziju tog istog motora za kvalifikacije.

Kada smo započeli s radom 2000 godine, nije bilo prethodnog iskustva iz F1, tako da smo morali objediniti sve raspoložive ljude i njihovo postojeće iskustvo. To je bila naša startna točka. Sada raspolažemo s velikom bazom podataka, tako da je moguće iskoristiti raspoložive parametre da odgovaraju onome što nam je potrebno.

Parametri, kao što je srednja brzina klipa, s kojima je tim radio postaju dio know-howa i daljnji sistemi se grade oko njih. U Toyoti su analize naponskog stanja i tehnologije površinske zaštite formirane na osnovu ovog koncepta.“

Ova nova saznanja iz Toyotinog motorskog odjela smještenog u tvornici u gradu Kelnu, u Njemačkoj, su primjenjena i na njegovom nasljedniku RVX V8 zapremine 2.4l koji se ugradjuje u ovogodišnje bolide Toyote TF 109 i Williamsa FW31.

„Kada je iskrsla potreba za prelaskom na V8 motore, morao sam se uvjeriti da se nalazim u granicama u kojima sam siguran šta se dešava kako bih mogao primjeniti iskustva sa V10. U osnovi, to je fizika, i ona se ne menja. Naravno, kada se značajnije mijenjakoncept motora, kao što bi to bio slučaj kod turbo motora, morali bi malo resetirati način razmišljanja. Kod Toyotinih motora se sve vrtilo oko povećanja efikasnosti na visokim obrtajima. Kada bi se V10 i V8 motori mogli pogledati iznutra, bilo bi očigledno da su ih konstruirali isti ljudi.“

McNish i ispušni sistem

Posjetiteljima Toyotine tvornice u Kelnu se često pokazuje deformirana hrpa skupe legure metala, uz objašnjenje da su u pitanju ostaci ispušnog sistema s bolida koji je uništen u nesreći 2002 godine. Priča je zaista istinita i ostaci se mogu vidjeti na priloženoj slici.

Ovaj ispušni sistem pripada bolidu TF102 Alana McNisha u kojem je on doživio nesreću 2002. godine na stazi Suzuka. Bio je to ogroman udarac, nakon kojeg je malo toga ostalo čitavo na zadnjem kraju bolida.

Ispušni sistem, koji se može vidjeti na videu dolje, kao i na slici lijevo, nije napukao niti na jednom mestu i niti jedan zavareni spoj nije popustio, već je samo došlo do deformacije metala izazvane masivnim udarom. Toyotini majstori ga čuvaju kao najbolji dokaz njihove vještine i visokih standarda po kojima izvršavaju svoj posao.

Adobe Flash Player not installed or older than 9.0.115!