53454
МОТОГОНКИ.РУ, 9 марта 2021 - Продолжение истории: Все секреты Yamaha YZR-M1 на МОТОГОНКИ.РУ
В MotoGP каждый заводской проект развивается по своей траектории. У одних она плавная и ясная, у других нарисована пунктиром и не имеет четкого вектора. Для всего есть свои причины.
Yamaha и Ducati - главное противостояние 2007 года
Например, завод Ducati вступил в игру в 2003, сразу взял несколько подиумов и побед, но до прихода Стоунера не претендовал на титул. Ducati всегда лихорадило изнутри, что сказывалось на результативности сильнее, чем нехватка технологий - их, как раз, у завода хватало. Но до 2015 года в Борго-Панигале царил творческий хаос, и только Луиджи Даль′Иньи принес порядок в их хозяйство. Итог? С 2016 года Team Ducati крепла от сезона к сезону, и мы увидели, как порядок стал трансформироваться в результат. Затем, инновационные решения посыпались, как из рога изобилия. Возможно, 2021 год - это год Ducati, потому что их время пришло.
Yamaha и Honda - главное противостояние 2006 года
У Honda в 2004 году был прототип, с которым завод выиграл два титула. В какой-то момент в HRC царила эйфория: у нас - лучшая машина, любой станет чемпионом! На пару лет это затормозило весь проект RC211V. С инженерной точки зрения он сдвинулся лишь с приходом нового лидера - Сухея Накамото, ранее работавшего в Формуле-1. Накамото вернул R&D в нужное русло и подобрал прекрасный состав пилотов. Итог работы Сухея - возвращение Honda на Олимп в 2011. Стоунер легко бы возглавил новую эру доминирования Honda, если бы не покинул сцену из-за внутреннего разочарования. У HRC уже был RC213V с 1000-кубовым двигателем, осталось только найти адекватную замену для Кейси. Поэтому, неотъемлемой частью успеха миссии Накамото в MotoGP необходимо назвать подписание контракта с Марком Маркесом. Комбинация RC213V и Маркеса принесла Honda то самое доминирование, которое могла бы нарушить только сама Honda, либо сам Маркес.
Успех Хорхе Лоренцо привел Yamaha к легкой стогнации, но YZR-M1 хуже от этого не стал
В Yamaha после ухода Фурусавы и Росси в 2010 началась легкая стагнация. Куити Тсудзи, шедший плечом к плечу с Масао Фурусавой в Mission One с 2002 года, стал новым лидером проекта в MotoGP. Однако, Хорхе Лоренцо демонстрировал превосходные результаты, и мотоцикл в целом не нуждался в доработке до самого конца эры 800-кубовых двигателей. Подход нового лидера был прост: работает - не трогай, но и новых требований к прототипу, созданного Росси, Лоренцо не предъявлял. Такой подход сохранялся до 2013 года, и во многом остался и после. И то, что многие идеи, заложенные в нем еще Фурусавой, продолжали работать, говорит ситуация 2015 года. Когда Honda допустила промах с двигателем, и Маркес весь год затруднялся с реализацией потенциала: в отсутствие Марка не было иной альтернативы, кроме доминирования Росси и Лоренцо - и Yamaha записала на свой еще очередную «тройную корону».
Заводская Yamaha взяла очередной Triple Crown в 2015 году с Росси и Лоренцо
Победа в 2015 году была предсказана Куити Тсудзи еще в феврале. В последний день тестов IRTA Тсудзи заявил следующее: «Чемпионом MotoGP в этом году будет один из пилотов Yamaha - либо Росси, либо Лоренцо, у меня больше нет сомнений». Лоренцо и Росси завершили сезон-2015 на 1-2 месте в чемпионате, их разделили 5 очков, судьба титула решилась в самой последней гонке, и до Валенсии пилоты Yamaha шли вровень. Даже если бы Маркес получил "правильный" двигатель, тот сезон стал бы противостоянием Маркеса и Yamaha, а для завода нет большой разницы, какой именно из их пилотов становится чемпионом в MotoGP. То есть проект Yamaha Mission One на протяжении многих лет оставался на высшем уровне, не меня своих принципов.
Философия Yamaha YZR-M1, заложенная в 2004 году Масао Фурусавой, соблюдается и по сей день: ее основа - точная инженерия в помощь пилоту, чтобы тот мог раскрыть потенциал двигателя полностью
Итак, после 2010 года мотоцикл с двигателем 800 куб.см. практически не менялся. Тсудзи переложил большую часть ответственности за совершенствование на плечи новой группы разработчиков во главе с Куити Тсуя, а сам занялся стратегическим планированием и глобальными планами развития Mission One. До 2013 года в двигатель было внесено множество детальных улучшений и только одно значимое. Сам Тсудзи сконцентрировался на работе над новым YZR-M1, в основе которого должен был заложен мотор куда более мощный, чем у первого поколения 990 куб.см. У Yamaha было полтора года для этой разработки: 1000-кубовый мотор был создан с нуля, но все же по образу и подобию существующего.
Сбалансированный crossplane crankshaft на примере Yamaha YZF-R1
Если самая первая версия дизайна коленчатого вала «crossplane» позволила в 2004 году нивелировать избыточную инерцию в 990-кубовой версии M1 и облегчила езду на прототипе, Тсудзи оснастил коленчатый вал балансирными валами, что еще больше сгладило характеристики мотора и помогло уменьшить тягу к wheelie. Но хотя Yamaha затем использовала эту технологию в серийных спортбайках YZF-R1 с 2009, в MotoGP точка в вопросе баланса не поставлена по сей день.
Почему идеальная плавность - не панацея
Куити Тсудзи хорошо помнит все детали тех исследований: «Прежде всего, когда мы думали о внедрении crossplane [в 2004], мы понятия не имели, будет ли это вообще работать. Это было решение Масао - взять и попробовать. Мы создали прототип и загнали его на стенд, ожидая, что двигатель может разнести. Но вместо этого, мы увидели четкие показатели, которые напомнили нам V4. И когда мы стали исследовать crossplane, меняя его конструкцию, углы, все больше и больше убеждались, что это хорошее решение для MotoGP» - рассказывает он.
«Обычно, если речь идет о flatplane [ровном коленвале с парным разносом и инициацией цилиндров - 1-4, 2-3], по сравнению с crossplane он позволяет получить больший пик момента и мощности, примерно на 10%. Но мы поняли, что если сможем использовать crossplane в M1, то у нас появится и возможность играть с порядком зажигания, как на V4. Первые тесты на диностенде M1 с crossplane мы провели в начале декабря 2003 года, а незадолго до Рождества вывели байк на трековые испытания в Японии. Всего через месяц с небольшим после этого в Сепанге этот же байк передали Валентино Росси, и он был в восторге».
Золотой принцип инженерии: работает - не трогай!
Принципиальным изменением в работе мотора по сравнению с версией 2003 года без crossplane Росси обозначил четкую обратную связь между ручкой газа и двигателем, управление мотоциклом стало происходить «естественным образом» - подсознательно.
С crossplane пилот ощущает только четкий крутящий момент от преобразования энергии сгорания смеси в камере, без инерции, возникающей при работе пар цилиндров и других массивных элементов ЦПГ. Только полезный крутящий момент и ничего лишнего!
Скорость вращения коленчатого вала неравномерна: при движении поршня к верхней и нижней мертвым точкам она становится выше, а ближе к середине вращение замедляется. И если естественный крутящий момент равномерен, а его амплитуда невелика, то инерциальный момент имеет гораздо более широкую амплитуду, почти вдвое выше «чистого» момента. Суммарный момент, который чувствовал гонщик, имел неприятный побочный эффект...
Тсудзи объяснил это так: «Взять какой-нибудь затяжной поворот, вроде последнего правого в Эшториле. С обычным коленвалом пилоты жаловались на ощущение, что при открытии ручки мотор будто пытался обогнать мотоцикл. Закрывая ручку, они продолжали чувствовать это некоторое время. Это потому, что пилот воспринимал лишние вибрации и инерцию работы двигателя. С crossplane появилось ощущение прямой связи правой руки и двигателя. А когда пилот чувствует мощность, которую хочет извлечь, он может использовать ее целиком».
Внедрение дополнительных балансирных валов должно стать панацеей от всего - идеально ровный, плавный и гладкий мотор. Разве нет?
Нет. Создание абсолютно сбалансированной системы ЦПГ и валов не очень хорошо именно для мотоспорта: «Большинство производителей используют массивные балансирные валы, что делает работу очень мягкой, без вибраций. Но сама балансировка мотора - дело сомнительное. Так, когда мотор имеет легкий дисбаланс, пилот может чувствовать вибрации двигателя, что существенно улучшает обратную связь. Поэтому, мы делаем несколько вариантов балансиров, дающих, например, 30%, 50% - и так далее - до 100% баланс в работе мотора - и даем их пробовать пилотам во время тестов. Обычно, консенсус лежит на уровне 50-60%».
Почему же рядная четверка?
Использование двигателя L4 Yamaha всегда было своеобразным фетишем, от него плясали десятилетиями. Почему в Yamaha выбрали именно этот путь?
Мотоцикл по природе своей поворачивает с переднего колеса, и поэтому развесовка так явно сказывается на управляемости! Короткая база и основная нагрузка на front-end - вот святой Грааль Yamaha YZR-M1
«Разница между V4 и L4 не только в том, как двигатель создает крутящий момент и передает его на колесо. Поскольку двигатель типа V4 расположен продольно, он занимает в раме больше места, его приходится сдвигать чуть назад - дальше от вилки; и V4 имеет более низкий центр тяжести, что вкупе с первым фактором делает центр масс мотоцикла чуть более отстраненным от переднего колеса - назад. И колесная база от этого зависит: все прототипы с двигателями V4 на 40-55 мм длиннее [чем Yamaha]» - объяснил Тсудзи.
Технические характеристики Yamaha YZR-M1 (2020)
Перед вами двигатель Yamaha M1 образца 2017 года. Внешне он не сильно изменился с тех пор, и даже если открыть крышку, только детальное изучение изменений даст понятия, что именно меняли мотористы Yamaha от года к году:
Двигатель Yamaha YZR-M1 1000 куб.см. (модель 2017 года)
Двигатель: тип - рядный, 4-цилиндровый, жидкостного охлаждения
Рабочий объем: 999.7 куб.см.
Размер цилиндра x рабочий ход: 81 x 48.5 мм
Максимальная мощность: более 260 л.с.
Степень сжатия: 18:1
Используемое топливо: 102 RON/90 MON
Максимальные обороты: 18500 об./мин.
Управляющая электроника: Magneti Marelli AGO 340
Управляющее ПО: Unified MotoGP Software by Dorna
В поиске идеального дизайна для MotoGP
В 2013 году вступил в действие новый технический регламент, созданный группой инженеров высочайшего уровня, многие из которых провели десятки лет в Мото Гран-При, другие - в Формуле-1. На основании собственного опыта они вывели оптимальную формулу размера цилиндра и ограничили диаметр поршня 81 мм. Производители могли играть соотношением диаметра поршня (делать его меньше) и его хода (делая его больше), но формула 81 x 48.5 мм оказалась оптимальной, и ее придерживаются сегодня все: это оптимальный ход не только с точки зрения баланса и инерции, но и процессов в камере сгорания.
«Мы провели сотни часов, исследуя, как сгорает топливная смесь в камере и придумали тысячи идей, как добиться большей эффективности. В Формуле-1 с этим проще, чем в MotoGP: они используют турбированные моторы, которые "оживают" только на самых высоких оборотах - их проще контролировать в узком рабочем диапазоне. Двигатель MotoGP начинает "работать" уже с 4000 и может раскрутиться свыше 18000 об./мин. - это очень широкий диапазон».
Применение высокооктанового спортивного бензина двойной очистки, предписанное Регламентом, позволяет поддерживать стабильные показатели работы ДВС и стабильные показали сгорания. Но даже это не позволяет добиться идеальной чистоты и предсказуемости процесса.
«Размерность 81 x 48.5 мм является оптимальной для MotoGP, потому что на 15000-16000 об./мин. двигатель работает превосходно с близким к 100% показателем сгорания смеси, - уточняет Тсудзи. - Но как только мы отклоняемся от этих показателей, давление в цилиндрах становится неравномерным. Мы используем для стабилизации по 2 инжектора на цилиндр, они устанавливаются предельно близко к камере, и смесь подается в форме вихря. Мы уже несколько лет работаем над тем, чтобы электронным путем менять форму и плотность этого вихря для лучшей стабилизации давления в разных цилиндрах, но еще далеки от совершенства».
Разработка дизайна ЦПГ и клапанного механизма не прекращалась до 2020 года: «Каждые несколько лет мы пересматриваем дизайн клапанов и седел, их геометрию. Речь идет об 1-2 градусах, но даже это дает результат. Например, нам теперь нужно, чтобы каждый двигатель мог пройти по 2400-2500 км. Требуется более плавная геометрия клапанного механизма, еще более легкий ход поршней. Это решается незначительной доработки короны [поршня], применения каких-то новых, более совершенных покрытий - исследования постоянно продолжаются. Но уже несколько лет в ходе сервисных работ мы отмечаем, что поршни в превосходном состоянии даже при превышении регламентного срока работы, а в масле нет ни капли бензина».
Сегодняшняя формула двигателя MotoGP - пик технологии
1000-кубовые прототипы MotoGP уже приблизились к пику своих возможностей, как в плане скорости, так и в плане пиковой мощности. Тсудзи считает, что потенциал для роста еще есть. Формула-1 всегда была на шаг впереди в плане технологий, и она может приоткрыть завесу тайны - где же пределы?
Двигатель Формулы-1 (Honda RA806e) в разрезе
Двигатели Формулы-1 типа V8 достигают 20000 об./мин., производя 315 л.с. на 1 литр рабочего объема. Если пересчитать скорость движения поршней в цилиндре (MPS), то для двигателя V8 Формулы-1 на 20000 об./мин. этот показатель равен 26.5 м/с. В случае с Yamaha YZR-M1 - 28.98 м/с на 18000 об./мин. Тсудзи уверен, что предел безопасного ускорения - где-то на границе 30 м/с. Так что показатель в 300 л.с. для прототипа MotoGP может быть достижим в теории. Говорят, что Honda и Ducati уже достигли его во время стендовых испытаний.
Однако, конвертировать эту мощность в более высокую скорость уже сегодня практически нереально. Вот зачем нужны изыскания в плане аэродинамики и других «примочек» для улучшения тормозной динамики, а также прижимных усилий. Железо и покрышки, наверное, могли бы, работать с отдачей 300+ л.с., но управлять этим человек без массы вспомогательной электроники уже не способен. Даже Маркес.
В механике есть и другие моменты. Например, гармонизация работы двигателя, КПП, сцепления и цепи при передаче мощности с коленчатого вала на заднее колесо.
«В работе всех вращающихся механизмов есть гармоники. И если гармоника плохая, мы сталкиваемся с поломкой КПП. Чаще всего летят шестерни, потому что самые незначительные вибрации на этих оборотах имеют грандиозную разрушающую способность. И когда мы можем снизить гармоники, мы сразу получаем большую отдачу по мощности. Использование демпфирующих валов - одно из решений, и в Формуле-1 оно применяется повсеместно» - говорит Тсудзи.
Почему введение единого управляющего ПО Dorna имело печальные последствия для Yamaha
Что понять ответ, Куити Тсудзи подробно объяснил схему реализации системы контроля мощности Yamaha YZR-M1 на электронном уровне:
«Поскольку для достижения лучшей динамики прототипа передачи в КПП очень короткие, открытие дросселя каждый раз могло бы запустить пилота в космос - почти буквально: никакая, даже самая мягкая резина не может обеспечить контакт с асфальтом при мгновенном росте мощности на 100 л.с. в секунду. Мы применяем карты (riding maps) к каждому автодрому и прописываем их для каждого поворота в отдельности, чтобы обеспечить пилотам оптимальный уровень отдачи».
Работают эти карты примерно так: «При выходе из поворота пилот может открыть газ на 100%, но дроссельная заслонка не откроется больше, чем на 50%. Также работает система контроля на низких передачах - открытие заслонки ограничено не более чем 50%, тогда как на 5-й передаче она может открываться на 80-90%».
«До введения унифицированного ПО мы вели очень детальную прописку трека в каждой карте, подбирая оптимальные пиковые значения для разных режимов - "полной мощности" для начальной стадии гонки, "экономичной" для завершающей. Эту работу вел многочисленный штат программистов. Унифицированное ПО в значительной мере ограничило точность прописки карт, и с последствиями этого мы столкнулись уже в 2017 году».
Однако управляющая электроника Magneti Marelli, 32-битный ECU серии AGO 340 остался тем же, как до введения единых прошивок и управляющего ПО. Все функции, которые использовали заводы ранее, сохранились. И конечно же, разработчики оставили достаточно «запасных входов» в систему. Охота за этими разработчиками в заводских командах MotoGP велась с 2016 года. Двух «отцов» AGO 340 из Marelli перекупили Ducati Corse и Honda Racing, поэтому мы сегодня наблюдаем именно схватку между Desmosedici и RC213V. Но в 2019 году Yamaha удалось перекупить Марко Фриджерио у Ducati, который дал японской компании исчерпывающую информацию, как преуспеть в условиях ограниченности функционала ПО Dorna Sports. И к 2020 году Yamaha Racing уже была готова вернуть себе Triple Crown.
Провал поджидал там, где никто не предполагал: новый подрядчик по производству клапанов для YZR-M1 допустил незначительное отклонение от технологии, из-за чего практически вся серия клапанов двигателя 2020 года была забракована. Но выяснилось это только в июле, когда чемпионат MotoGP перезапустили в Хересе. Кроме того, разночтения в толковании Регламента FIM привели к штрафу в 50 очков, которые Дирекция Dorna изъяла из зачета Yamaha в Кубке производителей. Явный фаворит сезона, коим был завод Yamaha до того, переместился на 3-ю позицию, а за Кубок стали биться между собой Ducati и Suzuki.
Сегодня у Yamaha Factory Racing есть 100% чемпионский package, чтобы вернуться после катастрофы 2020 года и реабилитироваться с Виньялесом, Куартараро, Росси и Морбиделли.
Но... что такое «package» и с чем его едят?
В работе над материалом использовались собственные архивы МОТОГОНКИ.РУ, журналов Racemag и Race Engine Technology. Фотографии: автора, а также Yamaha Racing
1905338
246440
5835