Автоспорт существует в том числе и для того, чтобы производители дорожных автомобилей и комплектующих могли испытывать в экстремальных условиях гонок технические новинки перед их внедрением в серийные машины. Но, похоже, у нас есть все шансы стать свидетелями уникального момента, когда дебютировавшее на моторах Формулы-1 решение окажется слишком сложным для гоночных болидов и продолжит свою жизнь только на дорожных автомобилях.
Речь идёт о таком элементе, как MGU-H (Motor-Generator Unit-Heat). За это аббревиатурой скрывается электрический генератор, установленный на валу турбины двигателя внутреннего сгорания. Этот электрогенератор, преобразующий энергию выхлопных газов, может использоваться как для зарядки батарей гибридной составляющей силовой установки, так и для раскрутки турбокомпрессора. Последнее и является самой важной функцией.
Фото: Mercedes
Чтобы повысить мощность двигателя, в цилиндры нужно подать больше топлива и больше воздуха. Чтобы подать больше воздуха, его нужно сжать. Чтобы сжать воздух, двигатель необходимо оснастить наддувом — компрессором (приводится в движение механически, обычно отдельным ремнём/валом/шестернёй и т.д. от двигателя, на которых установлен) или турбиной (приводится в движение потоком выхлопных газов от работающего двигателя), но у обоих решений есть недостаток.
Компрессор обеспечивает меньшую прибавку в мощности, зато вступает в работу с низких оборотов, а турбина, хоть и даёт больший прирост отдачи, имеет достаточно ощутимую пауза между нажатием на педаль газа и ускорением автомобиля, поскольку турбине необходим мощный поток выхлопных газов, которые появляются далеко не мгновенно (так называемая турбояма). Чтобы избавиться от проблемы, инженеры сначала прибегали даже к сочетанию компрессора и турбины на одном двигателе, но это усложняло конструкцию и повышало стоимость мотора. И тут на помощь пришло электричество.
Пять лет назад, в 2015 году, появились первые электрические турбины. Представляли они собой классическую турбину, но раскручивал её уже не выхлоп, а отдельный электромотор. Электрические двигатели отзываются на команду электроники мгновенно, развивая огромные обороты, что идеально подходит для привода турбины. Единственной проблемой было то, что мотор приходилось оснащать двумя турбинами — классической, включавшейся в дело на высоких оборотах, и электрической, которая работала на низких оборотах, ликвидируя турбояму. На многих серийных автомобилях такая система уже активно используется, но Mercedes-Benz решил пойти дальше.
Специалисты Mercedes-AMG обратили внимание на творение коллег из подразделения Mercedes AMG High Performance Powertrains, которое создало победоносные гибридные турбомоторы для Формулы-1. Интерес вызвала именно система MGU-H, которую решили в несколько упрощённом виде перенести на дорожные спорткары. Использовать генератор для зарядки батарей не стали, а наоборот — решили задействовать 48-вольтовую бортовую сеть для его привода.
Фото: Mercedes
Призвав на помощь компанию Garrett Motion, известную своими турбинами, немецкая марка довела перспективную идею до серийного воплощения и официально представила миру первый электрический турбонагнетатель с интегрированным в турбину компактным электромотором.
Блок электроники толщиной около 4 см расположен между колесом турбины и колесом компрессора и способен развивать до 170 000 об/мин, обеспечивая необходимое давление наддува в любом режиме работы двигателя внутреннего сгорания.
Таким образом удалось избавиться от турбоямы: электромотор, охлаждение которого завязано на систему охлаждения двигателя, способен мгновенно раскрутить турбину после нажатия на педаль газа, а кроме того электроника может поддерживать давление наддува при коротком сбросе газа. Новое решение снимает проблему провала тяги на низких оборотах двигателя внутреннего сгорания, обостряет отклик на нажатие педали газа и ускоряет выход турбонаддува в рабочий режим — на высоких оборотах электромотор отключается и в дело вступает классическая турбина на выхлопе.
Mercedes-AMG обещает, что инновационный наддув появится не только на серийных гиперкарах One, поставки которых отложили теперь уже до середины 2021 года, но и на других дорожных автомобилях бренда. Правда, не исключено, что к тому моменту на гоночных болидах заводской немецкой команды, если она ещё останется в Формуле-1, и её клиентов MGU-H уже не будет.
С 2025 года в чемпионате мира планируют отказаться от одной из составляющей гибридной силовой установки, и этим слабым звеном стал именно MGU-H. Элемент называют чуть ли не главным препятствием на пути прихода в Формулу-1 новых мотористов — мол, блок сложен и дорог, ошибки в нём могут дорого стоить с точки зрения общей эффективности агрегата (мощность блока в режиме как электромотора для раскрутки турбины, так и генератора для зарядки батарей не ограничена), поэтому проще отказаться от MGU-H и всё.
Несмотря на то, что официально упрощение двигателей Формулы-1 не подтверждено, похоже, что слухи всё-таки станут реальностью и сложится уникальная ситуация, когда техническое решение, рождённое в гонках топового уровня, оказалось для машин чемпионата мира слишком сложным. Но оптимальным для дорожных автомобилей.