Široki kot
Široki kot
V zadnjih tednih so na dan spet prišle govorice o povratku Renaulta kot tovarniškega moštva. Povratek bi bil za Francoze nekaj povsem običajnega, saj so se v Formulo 1 vrnili že nekajkrat in po navadi zelo uspešno. K temu pa sta botrovala tehnična predrznost in razvojno tveganje - začnimo torej s pregledom tehničnih domislic preteklih let pri Renaultu.
Zadnji vstop Renaulta se je zgodil leta 2000, ko odkupijo moštvo Benettona in do konca sezone 2001 tudi nastopajo pod tem imenom. V sezono 2002 pa vstopijo kot Renault F1 Team v rumeno-modri barvni kombinaciji in s karizmatičnim Flaviom Briatorejem za komandnim pultom.
Bolj kot rumeno-modra podoba dirkalnikov pa je v teh sezonah s tehničnega vidika v oči bodla zasnova motorja oziroma postavitev valjev. Medtem, ko so ostala moštva in motorni dobavitelji prisegali na 72- ali 90-stopinjski kot med valji, so šli pri Renaultu dlje. Do kod pravzaprav ni natančno znano, a govorice so se takrat ustavile pri vrednostih 106° in 111° za njihov 10-valjnik. Kaj je takrat vodjo motornega oddelka Jean Jacquesa Hisa gnalo v koncept? Glavna ideja je bila čim bolj znižati težišče dirkalnika, kar pomeni, da je bil dirkalnik sposoben po zavitih stezah voziti hitreje skozi zavoje in se je v njih obnašal stabilnejše. Seveda natančnih podatkov o tem koliko je koncept prinesel k znižanju težišča ni, a po besedah Hisa vsaj 5cm. Ta ideja je delno obrodila sadove v sezoni 2003, ko je na drugi najpočasnejši dirki v koledarju - Madžarski, svojo prvo zmago v karieri slavil Fernando Alonso. Zavita in ozka steza je bila takratnemu dirkalniku pisana na kožo, a malokdo se spomni takratne živčnosti za komandnim pultom Renaulta, ko je celotno vodstvo do zadnjega zavoja trepetalo ali bo motor zdržal ali pa se bo za njim kot nemalokrat do tedaj dvignil bel dim. Ravno slaba vzdržljivost pa je bila največja težava motorja in je bila v veliki meri posledica širokokotne zasnove motorja, ki je povzročala prevelike vibracije. Kaj je torej največkrat vzrok za ''eksplozijo'' motorja in bel dim iz zadka dirkalnika, ki ga v zadnjih sezonah sicer bolj redko vidimo?
Pojem vibracije je strogo fizikalno in poenostavljeno povedano rezultat nihanja sistema okrog ravnovesne lege. V motorju z notranjim zgorevanjem je tak sistem bata v povezavi z ojnico in gredjo. V motorju so vir vibracij sile, ki so posledica treh dejavnikov:
- rotacija mas, saj so vpete na gred z določeno ročico
- izmeničnih sunkov sil zaradi spremembe smeri gibanja v gornji mrtvi točki (GMT) in spodnji mrtvi točki (SMT)
- sile zaradi vžiga zmesi goriva in zraka
V prvem primeru dobimo majhen delež vibracij zaradi dejstva, da ojnic na gred ne moremo vpeti v sredinski osi gredi, saj v nasprotnem primeru ne bi dobili potrebne ročice preko katere lahko gred motorja sploh zavrtimo. Te vibracije – če so problematične – izničujemo preko nasproti vrtečih gredi za uravnoteženje, ki pa svojo vlogo upravičijo tudi pri izničevanju ostalih dveh prej omenjenih dejavnikov vibracij.

V drugem primeru, ko so vibracije posledica sunkov sil, ko bat doseže obe skrajni legi (GMT in SMT)- Delimo jih na primarne in sekundarne sile. Primarna se pojavi enkrat glede na vsak vrtljaj ročične gredi, ko bat potuje po valju navzgor in navzdol. Če imamo 4-valjni motor, kjer npr. zunanja dva bata potujeta navzdol, notranja dva pa navzgor, se primarne sile lepo izničijo, malce več težav pa je, ko je motor 1-valjni, 3-valjni,... in je treba zato uporabljati dodatne uteži na glavni gredi, ki izničijo vertikalno komponento sile. Sekundarna sila, ki se pojavi dvakrat v vsakem zavrtljaju, pa nastane, ker bat iz gornje mrtve točke prvih 90 kotnih stopinj potuje hitreje kot naslednjih 180 stopinj. Zadnjih 90 stopinj proti GMT bat zopet potuje hitreje. Čemu je tako si poglejmo na sliki.

Recimo, da ima gred premer 1, ojnica pa dolžino 2 (pustimo brez enot). V GMT je torej dolžina sistema enaka 3. Ko se gred zavrti prvih 90 stopinj iz GMT, dobimo preko pitagorevega izreka pot novo višinsko točko, kjer se nahaj bat. To je približno 2,44, kar pomeni, da je bat v časi zasuka gredi od 0 do 90 stopinj pot velikosti 0,56. Ko se bo gred zasukala še za 90 stopinj, bo bat s tem dosegel spodnjo mrtvo točko. A ker ima ojnica dolžino 2, bo z višine 2,44 do višine 2 prepotoval samo še pot velikosti 0,44. Ker se zasuki dogajajo v enakem času, pomeni, da je hitrost bata pri prvih 90-ih stopinjah višja, da je bat lahko prepotoval daljšo pot. Enako se zgodi v drugi polovici zasuka – od 180 do 270 stopinj bat potuje počasneje kot od 270 do 360 stopinj oz. GMT. Posledica tega je, da bat v GMT sune z višjo silo kot v SMT, posledica pa je dinamična neuravnoteženost sistema oz. vibracije. Tudi tu se stvar lahko omili preko nasproti vrtečih izravnalnih gredi – nekaj takega je tudi uporabil Renault v svojem slavnem širokokotnem motorju in to v zadnji različici motorji, preden je ta koncept romal na smetišče tehnične zgodovine, saj so ga pokopale zahteve, da morajo od sezone 2004 motorji zdržati cel dirkaški vikend – torej tudi treninge in kvalifikacije. Druga možnost za izravnavo tresljajev je, da se uporabi 180 stopinjski kot med valji (bokser motor), a na to rešitev predvsem zaradi višjih stroškov izdelave motorja in nekoliko zahtevnejšega vzdrževanja v avtomobilskem svetu prisegata le še Porsche in Subaru (verjetno že vedo zakaj).
Tretji vir vibracij, ki je prav tako odvisen od kota med valji pa je posledica sil pri vžigu. V štiritaktnem motorju se vžig zmesi v valju zgodi vsakih 720 kotnih stopinj – torej na dva vrtljaja gredi. Če delimo to vrednost s številom valjev – na primer 4 za 4-valjni motor, dobimo optimalno vrednost zavrtljaja gredi med vžigi ostalih valjev – v našem primeru 180°. Ta kot se pri 4-valjnem motorju ujema z boksersko zasnovo, tako da zanjo velja, da pravzaprav izniči vse tri zgoraj opisane sile. Če preidemo s 4-valjnega na 8-valjni motor in delimo 720 stopinj z 8, dobimo 90 stopinj, kar je optimalni kot med valji pri osemvaljniku oziroma kot za katerega se zavrti glavna gred med posameznima vžigoma zmesi. Pri tem kotu se izniči tako sila pri vžigu kot tudi ostale sile.
Renaultova ideja o desetvaljniku s širokim kotom med valji v takmovalnem smislu ni obrodila veliko sadov, zato so jo Francozi leta 2004 opustili in se preselili na 72-stopinjski kot. Dirkalnik je v naslednjih dveh sezonah postal v navezi s Fernandom Alonsom zmagovita kombinacija, ki je pripeljala do dveh naslovov svetovnega prvaka med dirkači in med konstrukterji.


