Động cơ Cosworth CA là một con quái vật, phát triển 20 vòng/phút

Cosworth, được thành lập vào năm 1958 bởi Mike Costin và Keith Duckworth, nhanh chóng nổi tiếng nhờ sản xuất động cơ đua đáng tin cậy với hiệu suất tốt và hỗ trợ kỹ thuật. Nền tảng là dòng xe DFV mang tính biểu tượng, đã giành được XNUMX chức vô địch cho tay đua.


Trong giai đoạn từ 1968 đến 1974, tất cả các giải vô địch thế giới cá nhân đều giành được nhờ sử dụng động cơ Cosworth. Từ năm 1969 đến năm 1973, động cơ Cosworth đã giành chiến thắng trong mọi cuộc đua Công thức 1. Những cái tên như Sir Jackie Stewart, Graham Hill và thậm chí cả Ayrton Senna và Michael Schumacher đều có được thành tích (một phần) nhờ động cơ Cosworth. Điều ấn tượng nữa là nhờ động cơ của Northampton, đã giành được 1 chiến thắng ở Công thức 176, 10 chức vô địch dành cho nhà xây dựng và 13 danh hiệu vô địch cá nhân!

Sự phát triển của tốc độ

Tốc độ vận hành và công suất tăng đều đặn trong hầu hết kỷ nguyên hút khí tự nhiên 2002 lít thứ hai. Năm 19, BMW là hãng đầu tiên đạt mốc 000 vòng/phút, nhưng yêu cầu về tuổi thọ động cơ liên tiếp tăng lên vào năm 2004 và 2005 đã khiến tốc độ trục khuỷu tăng trưởng bị trì trệ.


Năm 2005, một trong những chiếc xe nhanh nhất là Toyota, tăng tốc lên 19 vòng / phút. Cần lưu ý rằng mùa giải đó tất cả các động cơ V200 đều vượt mốc 10 mã lực, ngoại trừ BMW và Honda đều vượt quá 900, mặc dù vào cuối mùa giải.

Nhưng các kỹ sư đến từ Northampton lại phải mất khá nhiều thời gian để “tăng tốc” trên 18 vòng/phút. Vì vậy, với động cơ V000, Cosworth đã thực hiện một cách tiếp cận cực đoan ngay từ đầu, nhắm mục tiêu 20 vòng/phút. Đây là lần đầu tiên công ty sản xuất động cơ V000 có vòng tua cao như vậy - động cơ V8 nhanh nhất trước đó là XF, động cơ IndyCar có tốc độ 16 vòng/phút vào năm 250.

Cosworth CA

Động cơ Công thức 1 đầu tiên đạt tốc độ 20 vòng / phút trên đường đua là Cosworth CA 000, và người ta thường chấp nhận rằng chưa có đối thủ nào từng đứng đầu Cosworth. Dưới đây là đặc điểm kỹ thuật của nó:

✅ Tên – Cosworth CA2006
✅ Loại – 4 thì, hút khí
✅ Cấu hình – V8 90°
✅ Thể tích làm việc - 2.4 lít
✅ Đường kính xi lanh và hành trình piston – 98 x 39.75 mm.
✅ Tốc độ tối đa – 20 vòng/phút
✅ Trọng lượng – 95 kg
✅ Công suất – 755 mã lực

Động cơ có hình số tám, với khối và đầu bằng hợp kim nhôm, phun xăng điện tử đa điểm, bốn van trên mỗi xi-lanh dẫn động “khí nén”.

Sự kỳ diệu của những con số

Ở tốc độ 20 vòng / phút, gia tốc tối đa của piston CA là 000 G (mười nghìn sáu trăm “zhe”), và tải trọng lên mỗi trục khuỷu, từ piston và thanh nối tương ứng, đạt tới sáu tấn! Để so sánh những con số này: cơ động chống tên lửa của 10T600 ở mức 53 g, trong khi sáu tấn là khối lượng của ba chiếc Land Cruiser.


Sức mạnh do CA phát triển ngay từ đầu đã khiến các đối thủ cạnh tranh phải ghen tị, đạt 755 con ngựa, tức là 315 con mỗi lít. Ở tốc độ 20 vòng/phút, tốc độ trung bình của piston trong động cơ đạt 000 mét/giây, đồng thời piston di chuyển từ điểm chết trên xuống dưới 26.4 lần! Những con số ấn tượng đối với một động cơ nặng 300 kg.

X-Files

Không có ngân sách dành cho các nhà sản xuất ô tô, Cosworth đã không sử dụng hợp kim nhôm-beryllium làm vật liệu piston cho động cơ, thay vào đó sử dụng 2618A. Về cơ bản, nó là hợp kim RR58 được sử dụng trong động cơ máy bay Rolls Royce Merlin trong Thế chiến thứ hai. CA cũng không ngoại lệ, mặc dù vào năm 2005 Cosworth đã áp dụng lớp phủ DLC cho váy pít-tông, lặp lại thành tích của Renault mười năm trước.


Vì aluminua titan cũng bị cấm nên Cosworth đã chuyển sang sử dụng hợp kim titan phổ biến hơn để chế tạo các van, đổ đầy natri vào chúng để làm mát thêm. Giống như động cơ ZIL-130 của Liên Xô!

Vượt qua rào cản

Cuối năm 2005, Cosworth trở thành nhà sản xuất động cơ Công thức 1 đầu tiên trình diễn công khai động cơ V8 20 vòng/phút. Việc đạt được các chỉ số hiệu suất như vậy không phải là không có khó khăn, vì khi tốc độ động cơ tăng thì độ rung cũng tăng theo. Và việc chuyển đổi từ V000 sang V10, nghe có vẻ kỳ lạ, chỉ làm vấn đề trở nên tồi tệ hơn!

"Phẳng so với chéo"

Hãy cùng tạm dừng động cơ Cosworth để tìm hiểu xem những rung động đến từ đâu trong thiết kế V8 90° “cân bằng”. Tất cả đều liên quan đến thiết kế của trục khuỷu, trong đó, đối với sơ đồ như vậy, có hai: mặt phẳng chéo và mặt phẳng.


Trong trường hợp đầu tiên, các cổ tay quay được đặt ở các khoảng 90 độ. Khi nhìn loại trục khuỷu này dọc theo trục của nó, bạn sẽ thấy nó giống hình chữ thập. Trục khuỷu này khiến mỗi nửa khối xi lanh hoạt động không đều nhưng hai nửa “không bằng nhau” triệt tiêu lẫn nhau để tạo sự cân bằng giữa hai bờ.

Đặc điểm nổi bật của trục khuỷu "hình chữ thập" là các đối trọng cần thiết để cân bằng. Chúng làm giảm độ rung và thúc đẩy hoạt động trơn tru, nhưng lại tạo thêm mômen quán tính, khiến loại trục khuỷu này không được ưa chuộng đối với động cơ tốc độ cao.


Trục khuỷu phẳng có hai cặp tạp chí cách nhau 180 độ. Bất kể thứ tự bắn nào, các đèn flash sẽ luân phiên đều nhau giữa các nửa của khối trụ. Một đặc điểm khác giúp phân biệt trục khuỷu “phẳng” với trục khuỷu “hình chữ thập” là không có đối trọng. Nếu không có khối lượng bổ sung, máy bay phẳng nhẹ sẽ tăng tốc dễ dàng hơn máy bay chéo, khiến chúng phù hợp với hiệu suất ở vòng tua máy cao. Nhược điểm là trục khuỷu "phẳng" có xu hướng tạo ra nhiều rung động hơn.

Cosworth, chúng ta có vấn đề rồi!

Vấn đề mang tính khái niệm là làm thế nào để đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu không khí một cách hiệu quả với diện tích piston lớn như vậy. Rốt cuộc, rõ ràng là chiều dài của đường ngọn lửa tăng khi đường kính piston (khoảng cách đọc) tăng lên. Và điều này mặc dù thực tế là khi tốc độ tăng lên thì thời gian đốt cháy cũng giảm đi! Để giải quyết vấn đề này, Cosworth đã phải tăng áp suất phun nhiên liệu lên 100 bar.


– Bruce Wood, Giám đốc kỹ thuật Cosworth.

Một vấn đề khác gặp phải khi theo đuổi tốc độ là thanh kết nối và ổ trục chính, điều này thể hiện sự không hài lòng với “điều kiện làm việc” vốn có ở chặng thứ hai của Giải vô địch thế giới. Tại Sepang, động cơ trên chiếc Williams của Nico Rosberg phát nổ, phun khói!


Trong khi vấn đề đang được giải quyết tại nhà máy, một bộ giới hạn vòng quay đã phải được lắp vào động cơ. Trong quá trình điều tra, hóa ra các thanh nối titan hoạt động ở tốc độ 20 vòng/phút rất dễ bị biến dạng và có khả năng nén và giãn 000 mm trong một chu kỳ! Do áp suất không đồng đều trên ống lót, màng dầu bị vỡ, xét đến tốc độ đã dẫn đến động cơ chết máy nhanh chóng. Sự phát triển của thanh kết nối, vòng bi mới và lựa chọn dầu động cơ đã giúp nó có thể đạt mốc 0,6 vòng / phút một lần nữa trong mùa giải.

Đức vua vạn tuế!

Thật không may, chúng tôi không bao giờ có thể tìm ra sự phát triển tiếp theo theo hướng tăng số vòng quay sẽ dẫn đến điều gì: FIA đột ngột dừng tiến độ bằng cách đặt giới hạn 19 vòng / phút cho năm 000. Sau đó, Liên đoàn đã “bóp nghẹt” hoàn toàn động cơ ở tốc độ 2007 vòng / phút. Thời đại Tốc độ đã kết thúc và Cosworth CA vẫn là Vua - chiếc xe hút khí tự nhiên nhanh nhất trong Công thức 18. Có lẽ là mãi mãi...