Jak ciężarówki pomogły Mercedesowi zdominować Formułę 1

Gdy w 2014 roku wprowadzono do Formuły 1 hybrydowe silniki V6 Turbo, to najlepszy przygotował Mercedes. Niemiecki producent wprowadził wtedy kilka innowacji, a jedną z nich zaczerpnęli z silników do ciężarówek produkowanych przez inną spółkę koncernu.

To jest temat sprzed dziesięciu lat, który na blogu dawniej podejmowałem, ale nigdy nie przygotowałem o nim osobnego artykułu. Teraz postanowiłem to nadrobić, bo moim zdaniem jest to ciekawa kwestia w perspektywie sezonu 2026, gdy zostaną wprowadzone nowe regulacje silnikowe. Ruch Mercedesa z 2014 roku pokazuje jak jedna trafiona decyzja dotycząca architektury zapewnia przewagę na długo, a także jak ważne jest zaplecze całego koncernu.

Jak ciężarówki pomogły Mercedesowi zdominować Formułę 1

W 2014 roku wprowadzono do Formuły 1 hybrydowe silniki V6 Turbo, które były w tamtym czasie całkowitą rewolucją. Wcześniej w F1 takich silników nie robiono, z poprzednich konstrukcji mogli wykorzystać tylko system KERS (częściowo). Co również istotne w F1 od 1989 do 2013 roku nie korzystano w ogóle z turbosprężarek. Szef działu silnikowego Mercedesa Andy Cowell (w 2024 roku jest szefem całego Astona Martina) powiedział w wywiadzie w 2016 roku, że gdy zaczynali w 2011 roku prace nad nową jednostką napędową, to w fabryce Mercedesa były dwie osoby mające doświadczenie z turbosprężarkami. Doświadczenie jednego z nich polegało na tym, że wymieniał ją w swoim cywilnym Subaru, ale poniósł przy tym porażkę. Była to więc kompletnie inna technologia dla pracowników Mercedesa i na pewno także dla innych inżynierów zajmujących się wtedy silnikami w F1.

Dział silnikowy Mercedesa w F1 poprosił o pomoc dział koncernu Daimler zajmujący się silnikami do samochodów ciężarowych, bo tam stosowali turbosprężarki. Cowell mówił, że dostali wsparcie dotyczące wiedzy o obszarach termodynamicznych i niezawodności. Mercedes przeprowadził 600 symulacji CFD dotyczących wyboru podstawowej architektury jednostki napędowej. Wtedy dzięki pomocy działu od ciężarówek postanowili zastosować rozwiązanie „split turbo”, a więc rozdzielili turbinę i kompresor, które znalazły się w różnych miejscach jednostki napędowej, nie były ze sobą blisko połączone, jak w klasycznych konstrukcjach. Opracowanie takiego rozwiązania było bardzo trudne, niosło ze sobą wiele problemów, ale gdy je wyeliminowali, to okazało się, że daje realne korzyści i jest niezwykle trudne do skopiowania (na końcu artykułu o tym kiedy wdrożyli to rywale). Bez pomocy inżynierów od silników do ciężarówek, Mercedes mógł nie wpaść na taki pomysł.

Czym jest architektura „split turbo”?

W normalnym samochodzie turbina i kompresor są ze sobą blisko połączone tworząc turbosprężarkę. Mercedes w F1 rozdzielił te dwa elementy, co pozwoliło im przygotować zupełnie inną architekturę całego silnika. Silnik V6 oznacza, że jego cylindry są ze sobą połączone w kształt litery V. Zmieniona i wydłużona turbosprężarka zmieściła się we wnętrzu rozwidlenia cylindrów u góry, co pozwoliło zmniejszyć rozmiar silnika, a to dało spore zyski aerodynamiczne. Rozdzielenie turbiny i kompresora pozwoliło lepiej zarządzać temperaturą (turbina jest zasilana bardzo gorącymi gazami wydechowymi), a dzięki temu można było bardziej obciążać poszczególne podzespoły. Cały silnik miał dzięki temu więcej mocy, był bardziej niezawodny i można go było lepiej zainstalować w bolidzie.

Dokładny wygląd turbosprężarki w silnikach Mercedesa – film

W 2022 roku szef działu silnikowego Mercedesa Hywel Thomas omówił konstrukcję turbosprężarki na filmie zamieszczonym w serwisie YouTube. W 2022 roku nie musieli już ukrywać swoich tajemnic, możemy dokładnie zobaczyć jak rozdzielona jest turbina i kompresor, a między nimi zamontowany system MGU-H. Polecam przynajmniej przejrzeć ten film.

Trwała przewaga w poprzednich regulacjach, ale nowe są na to w teorii przygotowane

W latach 2014 – 2016 w F1 obowiązywał system tokenów (talonów), który ograniczał liczbę zmian jakie dany producent mógł wprowadzić do swojej jednostki napędowej w trakcie roku. W teorii ten system był dobry, bo pozwalał ograniczyć koszty. Ustalając go FIA wraz z zespołami nie przewidziała sytuacji, że jeden producent zrobi jednostkę napędową, która będzie znacznie lepsza od rywali i oparta o inną konstrukcję. Do 2016 roku rywale nie byli w stanie wprowadzić u siebie „split turbo”, bo to wymagało zmian w wielu obszarach jednostki napędowej i później dalszej optymalizacji.

Od 2026 roku regulacje będą zupełnie inne, są bardziej restrykcyjne, są mniejsze szanse na tak znaczące innowacje i różnice. Będzie także system pomagający w rozwoju producentom, których silniki odstają pod względem wydajności od czołówki. W teorii FIA jest zabezpieczona na tego typu sytuacje jak w 2014 roku. Natomiast pamiętajmy o tym, że jeśli ktoś wprowadzi w 2026 roku prawdziwą innowację do swojego silnika, to rywale najpierw muszą się o niej dowiedzieć, później zrozumieć i wprowadzić u siebie. Nawet jak regulamin pozwoli im na więcej testów czy na większe wydatki, to potrzebna jest wiedza i zaprojektowanie nowych rozwiązań.

Wdrożenie koncepcji split turbo przez innych producentów i wpływ na nowe regulacje od 2026 roku

Honda wprowadziła takie rozwiązanie do swojego silnika w 2017 roku, gdy całkowicie zmienili jego architekturę odchodząc od własnej koncepcji „size zero”, która przyniosła im mnóstwo problemów przez dwa pierwsze lata. Mogli dokonać takiej zmiany dopiero wtedy, bo od 2017 roku zlikwidowano system tokenów (talonów), o którym wcześniej wspominałem. Początkowo Honda miała problemy z zupełnie nowym silnikiem w 2017 roku, ale to było dla nich nowe otwarcie, które umożliwiło szybką poprawę. McLaren zrezygnował z silników Hondy po sezonie 2017, czyli akurat wtedy gdy Japończycy zaczęli się realnie poprawiać.

Renault długo wstrzymało się z taką zmianą, ostatecznie zmienili architekturę silnika i wprowadzili „split turbo” dopiero w 2022 roku, co zapewniło im spory zysk. Problem dla Francuzów był taki, że w 2022 roku został zamrożony rozwój jednostek napędowych, więc Renault miało ograniczone możliwości modyfikacji i wyciągnięcia z nowej architektury więcej osiągów. To jest jeden z powodów dlaczego do końca regulacji w 2025 roku ich silnik pozostał najsłabszym. Renault takie zmiany wprowadziłoby wcześniej, ale przeszkodziła im epidemia koronawirusa i związane z nią przestoje oraz niepewność.

Ferrari jest jedynym producentem, który nie zdecydowało się na taką zmianę u siebie. Udało im się rozwinąć silnik stosując konserwatywne rozwiązanie, a to pokazuje, że innowacja Mercedesa była kluczowa, ale tylko na początku regulacji. Później dało się notować podobne, a nawet lepsze osiągi stosując klasyczną architekturę. W przypadku Ferrari może to być bardzo ważna wiedza w kontekście nowych jednostek napędowych, które zadebiutują w 2026 roku. Nowy regulamin zakazuje rozdzielania turbiny i kompresora, a więc wszyscy będą musieli korzystać z koncepcji stosowanej przez Ferrari. Scuderia zna ją na wylot, a Mercedes takiego rozwiązania w aktualnej generacji silników w F1 nie wykorzystywał. Jeżeli ktoś śledzi dokładnie doniesienia dotyczące kolejnych jednostek napędowych, to ten fakt pojawiał się w niektórych analizach, gdy szacowano potencjał Ferrari.

P.S. Mercedes wielokrotnie podkreślał wsparcie jakie dostali z innych działów koncernu, w tym działu zajmującego się silnikami do ciężarówek. Honda natomiast podkreślała pomoc jaką dostała od działu zajmującego się silnikami do samolotów. Ferrari opracowuje silniki dla F1 w swoim szerokim dziale silnikowym, który robi je także dla samochodów drogowych. Duże koncerny produkują silniki różnego typu i ta wiedza pomaga im wprowadzać innowacje do silników stosowanych w Formule 1. Prawdziwie niezależni producenci bez zaplecza mają gorzej. Dlatego też Red Bull koniecznie chciał z kimś współpracować, gdy nie udało się z Porsche to dogadali się z Fordem.