75 години Формула 1: автомобилите, двигателите и горивата (1950-1977 г.)

09 Nov 2025

Този материал е продължение на статиите „Преди, сега и утре: невероятната история на двигателите и горивата в Grand Prix и Формула 1“ и „Формула 1: автомобилната техника на границата между възможното и невъзможното“, но именно с него започва същинската история, свързана с Формула 1.

През Втората световна война компресорните машини, които са израз на екстремизма в моторните спортове, превземат и въздушното пространство, и макар след края й промяната в правилата на Gran Prix постепенно ги изтласква извън пистите, последните динозаври на „компресорната ера” не блестят с по-слаба светлина от най-великите си предци. През 1947 година например, Фери Порше Porsche и неговото Konstruktionsbüro GmbH, основано заедно със сестра му Луизе Пийх, проектира Porsche 360 Cisitalia и създава за нея сложен 12-цилиндров боксерен двигател с въздушно охлаждане, четири разпределителни вала и работен обем от 1500 куб. см., който благодарение на два двустъпални компресора достига мощност от 296 к. с., а при подходящи настройки може да отдаде и 400 к. с.

Окончателният край на тази технологична епоха идва четири години по-късно и е отбелязан с едно наистина умопомрачаващо творение на BRM (British Racing Motors), задвижвано от 1,5-литров V16 с два двустъпални центробежни компресора на Rolls-Royce, създаващи огромно налягане в цилиндрите и генериращо мощност от 440 к.с. при 11 000 об./мин. След него, механичните компресори си отиват завинаги от учредената през 1950 година Формула 1, за да мигрират постепенно в други екзотични моторни спортове и серийното автомобилостроене. По състезателните писти идва времето на атмосферните машини, а устройствата за принудително пълнене влизат в употреба едва през 70-те години под формата на един друг, отлично познат днес агрегат, чиито патент е регистриран още през далечната 1905 година... Турбокомпресорът.

Отвъд океана, нещата винаги са били безкрайно по-различни от тези на Стария континент и механичните компресори стоически запазват още дълго позициите си. В края на краищата обаче и те биват заменени от турбокомпресорите, а след средата на 50-те години откриването на механичен компресор под каквато и да било форма в бензинов двигател става все по-трудно. В голяма степен, това става възможно благодарение на използването в различните надпревари на високооктановия метанол, както и бензини с голямо количество тетраетил олово.

В първите две години на формулата 1950-1951 г. работният обем на двигателите все още запазва чудовищните си размери от 4,5 литра при атмосферно пълнене (1,5 литра при турбопълнене), но автомобилите все още носят генетиката на периода отпреди войната. Поради липса на автомобили през периода 1952-1953 година за Формула 1 се въвеждат правилата от Формула 2 – максимален работен обем от 2,0 литра и 0,5 литра с турбопълнене. От 1954 година разрешеният работен обем нараства до 2,5 литра с атмосферно и 0,75 литра за турбопълнене, през 1958 година базираните на алкохол „състезателни“ горивна са забранени. Странен по своя характер е периодът от 1961 до 1965 година с двигателите с работен обем от 1,5 литра и минимално тегло от 450 кг. Но, да не изпреварваме събитията.

Активният високотехнологичен подход

След като, още в началото на 50-те години до този момент, реално утвърденото и важно средство за повишаване на мощността е механичният компресор, а използването му на практика става безперспективно, в средите на конструкторите се налага логичния извод за търсене на по-активни и високотехнологични методи за повишаване на мощността. Състезателните автомобили трябва да тръгнат по друг еволюционен клон. Започват нови изследвания за пълненето на двигатели с горивна смес, подобряване на ефективността с повишаване на степента на сгъстяване и увеличаване на оборотните режими. Конструкторите се насочват към усъвършенстване на горивните процеси, нови клапанни механизми и теории за конструкциите на всмукателните колектори и динамиката на флуидите. По силата на същата логика започва изучаване на влиянието на конфигурацията на изпускателните колектори върху очистването от отработилите газове. Развитието на материалите спомага за олекотяване на движещите се детайли и повишаване на оборотните режими. През 1953 година, когато работният обем е увеличен до 2000 см³ Ferrari Type 553 постига мощност от 190 к.с. при 7500 об./мин използвайки смес от 90 процента високооктанов бензин и 10 процента метанол. Още през 50-те години конструкторите си дават сметка, че карбураторите са една от спънките в развитието на двигателите. Кардиналната промяна изисква преминаване към нови решения.

Карбураторът отстъпва място на системите за впръскване на гориво

В секцията „Анатомията на автомобила“ можете да откриете цяла поредица за създаването и еволюцията на системите за впръскване на гориво. Тук ще споменем само това, че те се появяват именно в състезателните автомобили, и са директен дериват на технологичните решения използвани при самолетите и дизеловите двигатели. За автомобили, подложени на изключително динамични натоварвания и ускорения в различни посоки дори механичните системи са много по-добро решение от карбураторите. Дори през 80-те години пилоти като Джеки Икс ги предпочитат като решение, за състезания като „24-те часа на Льо Ман“, заради надеждността и предсказуемостта на работата им, въпреки по-високия разход на гориво в сравнение с вариантите с електронни системи.

Експертният опит си казва думата – новатор в това отношение става Mercedes. Моделът W196 е с осемцилиндров редови (!) двигател, който при работен обем от 2,5 литра постига мощност от 290 к.с. Системата му за впръскване, чийто принципи използва и серийния 300 SL (W198) с шестцилиндров мотор е създадена съвместно с Bosch и е много близка, като конструкция до тази на дизеловите мотори. Горивото се впръсква под налягане от 100 бара по време на такта сгъстяване. Поставената в горния край на цилиндъра дюза се покрива от буталото при горна мъртва точка, което я предпазва от непосредственото действие на газовете в първите фази на процеса на горене, и е насочена към изпускателния клапан. Това води до по-бързо изпаряване на горивото, а самият процес на изпарение в цилиндъра снижава средната работна температура на работния процес и дава възможност за повишаване на степента на сгъстяване. Към това се добавя дезмодромно задвижване на клапаните и – в името на организацията на по-ефективно оформен горивен фронт – две свещи на цилиндър. По това време конструкторите не разполагат със средства за анализ на горивните процеси и макар че всички описани конструктивни решения на теория звучат чудесно по отделно и в своята съвкупност, в реалния живот се получават множество зони на разслояване и неравномерно движещ се горивен фронт.

Освен това, сама по себе си технологията не е достатъчна да намали нуждите от високооктаново гориво – при степен на сгъстяване от 12:1 (за версията M196 R за Формула 1) W196 се захранва от смес включваща 25% метанол, 45% бензол, 3% ацетон, 2% нитробензол и други подобни, които имат такъм корозивен ефект върху хранителната система, че то се използва само при състезания. През останалото време автомобилът се съхранява с обикновен бензин. Трябва да имаме предвид че през 50-те години, когато това се случва всички останали марки все още използват карбуратори.

Еволюцията на горивата

С въвеждането през 1961 година на нови правила, ограничаващи работния обем до 1,5 литра за атмосферни мотори и 0,5 литра за такива с принудително пълнене обаче, системите за впръскване се превръщат в първостепенна необходимост. През следващата година Coventry Climax за първи път използва механична система за впръскване във всмукателните колектори (разработена от Lucas), а Porsche оборудва двигателя на 804 със система на Kugelfischer. През 1963 година Ferrari също „снабдява“ двигателя си със система за директно впръскване много подобна на тази на Mercedes, а година по-късно Honda внедрява собствена система за двигателите си от Формула 1. Технологиите за впръскване на горивото постепенно, но окончателно се налагат във формулата през 60-те години, но всички те все още са механични. Първите електрони ще се повят едва през 1982 година, когато Bosch осигурява на двигателя на BMW за Brabham интегрална система, която освен впръскването управлява и турбото и запалването. Renault първоначално се насочва към Kugelfischer, а впоследствие съвместно с Bendix създава системата Renix с две дюзи на цилиндър. Ferrari се насочва към Weber-Marelli, Alfa Romeo и Porsche към Bosch, а Ford и Honda разчитат на своите собствени, съответно EEC и PGM-FI.

В ранните години на Формула 1 горивата за автомобилите на гореспоменатите машини с компресори включват алкилатна база (алкани и алкени), най-вече летливи фракции, които се изпаряват бързо в цилиндрите, значителна част високоотанови ароматни въглеводороди и малко количество метанол. Въпросната алкилатна база предлага добри характеристики по отношение на възможностите за възпламеняване на горивото, а по-тежките ароматни въглеводороди осигуряват необходимата мощност при голямо натоварване. Между другото, фракционен състав, включващ различни температури на изпарение и устойчивост на детонации и в момента е характерен за предлаганите бензини, като всяка една от тях има своите основни предназначения в зависимост от условията на работа на мотора. През зимата в бензините се увеличава делът на леки фракции (например, с увеличаване на количеството бутан), с цел по-лесното стартиране на мотора – въпреки, че модерните бензинови агрегати с впръскване под високо налягане в голяма степен компенсират този проблем. Преминаването от единия към други вид изисква известна промяна в настройките на рафинериите в рамките на, така нареченото компаундиране на бензина (съчетаването на съставките от различните процеси като изомеризация (превръщане на парафинови въглеводороди с права верига в изомери с разклолена), и алкилиране (химически процес на прибавяне на алкилна група (въглерод и водородна верига в молекулата чрез добавяне или чрез заместване), целящи създаване на устойчиви на детонация високооктанови компоненти.

Интересен феномен при горивата в ранните години на Формула 1 е нитробензолът, който се счита на „монопропелант“ и може да се възпламени при смеси в спектър от много бедни до много богати и дори при 100 процента гориво, без присъствие на въздух (поради наличието на кислород в молекулите). Според историческите анали, отборите често са прибягвали до използването му като компонент от няколко процента в горивата. Добавянето на алкохол, който отнема повече топлина от въздуха при изпарението си, снижава температурата на горивния процес и на изпускателните клапани. За известен период от време (1958-1960 година) стандартизацията на горивата във Формула 1 изисква използване на авиобензин, който включва по-леки фракции, като гореспоменатите алкилати и доста сериозни количества тетраетил-олово, с октаново число от 130 (RON).

Трилитровата формула – първо издание

Така, през 50-те години основните играчи в надпреварата на Формула 1 са отбори като Alfa Romeo, Ferrari. Mercedes, Maserati и Cooper-Climax. Гореспоменатата малка 1,5 литрова формула в началото на през 60-те години е създадена, за да се намали скоростта на автомобилите в интерес на сигурността, а изискванията към горивата вече са за стандартен бензин. По този начин не само работният обем, но и горивото с по-ниско октаново число ограничават скоростта на автомобилите. Историята, обаче вече показала че по-малките и следователно по-маломощни двигатели по никакъв начин не подобряват безопасността. Напротив – в опасни ситуации автомобилът с по-голям резерв от мощност е далеч по-сигурен.

В резултат от това, през 1966 година, след дълги спорове между автомобилните федерации, отбори, пилоти и конструктори е въведена нова формула, ограничаваща работния обем на 3,0 литра за двигатели с атмосферно и 1,5 литра за двигатели с компресорно пълнене. Разрешени са също и газови турбини и ротационни двигатели. По това време вече всички смятат че принудителното пълнене е оставено в миналото…

С развързани ръце, конструкторите се развихрят. След като е преминал през двигатели с шест и осем цилиндъра, Ferrari се завръща към своите 12-цилиндрови мотори – все пак доста по-удобен за тази конфигурация работен обем на фона на 12-цилиндровия Colombo двигател от 1951 година с работен обем от 1,5 литра (който като архитектура ще продължи да се развива и с серийните автомобили на марката до 1988 година, достигайки работен обем от 5,0 литра). Фирмата има значителен опит в конструирането на такива двигатели, и след въвеждането на трилитровата формула може изцяло да се посвети на този начин за изстискване на мощност.

Използвайки модерните технологични решения на 60-те BRM създава H-образен 16-цилиндров двигател със специфичната конструкция, като на практика поставя, буквално един върху друг два боксерни двигателя и използвайки блоковете на предишни V-образни агрегати. Двата отделни колянови вала се свързват със зъбни предавки. Когато, през 1968 година са монтирани четириклапанови глави, машината достига мощност от 480 к.с. За съжаление този уникален H16 двигател има съдбата на предшественика си V12 от края на 40-те години.

Honda, която през 1963 година създава изумителен V12 агрегат с работен обем от 1,5 литра следва тази концепция и тук – новата машина с работен обем от 3,0 литра и нестандартен ъгъл между редовете от 90 градуса разполага със собствена система за впръскване на горивото и има мощност от 360 к.с. През пролетта на 1966 година обаче е създаден

Най-успешният двигател в историята на Формула 1

V-образният осемцилиндров агрегат Ford Cosworth DFV (Double Four Valves). С този уникален агрегат различни автомобили и отбори печелят общо 155 първи места в периода между 1967 и 1983 година. DFV е дело на съсобственика на фирмата на състезателни двигатели Cosworth Кийт Дъкуърт. Когато новата трилитрова формула се явява на бял свят, шефът на Lotus Колин Чапман апелира към британската автомобилна индустрия и дори към правителството за подкрепа при създаването на подходящ двигател за състезателни автомобили. Това не само би осигурило бъдеще на спортната индустрия, но и нов имидж на Великобритания зад граница. Причината за това се крие във факта, че Чапман не е приятно впечатлен от двигателя на BRM. Идеята за нов, създаден от Cosworth мотор идва на едно епохално вечерно парти в къщата на Чапман, където той се среща с вицепрезидента на Ford Europe Уолтър Хайес.

Един месец по-късно Хайес получава от Детройт персонално разрешение от Хенри Форд II за конструиране на двигател, а на 1 март се подписва договорът, според който Cosworth трябва да конструира V8 агрегат с ъгъл между цилиндровите редове от 90 градуса, носещ името на Ford. Както се оказва, гениалното творение прави своя дебят на холандската Гран При в Цандворт, задвижвайки автомобила на Чапман Lotus 49. Още „прохождането“ се превръща в триумф – Джим Кларк печели първото място с първия вариант на DVF – изключително надежден агрегат с широка крива на въртящия момент и мощност от 400 к.с. Интересно е да се отбележи, че подобно многообещаващо начало има и първата газова турбина, задвижваща спортен автомобил. Агрегатът с мощност от 540 к.с., създаден от Pratt & Whitney е монтирана в болида STP-Paxton. Автомобилът повежда още в първото си състезание, но трансмисията му се поврежда три обиколки преди края му. Малко след това турбините практически загубват шанса си за конкурентно участие, тъй като новите правила ограничават диаметъра на отворите за засмукване на въздух със специални рестриктори, които буквално ги осакатяват. Проблемът на тези машини е трудната синхронизация с трансмисията предвид изключително високите им оборотни режими, респективно много широкия оборотен диапазон, но пък постоянния горивен процес в камерите е предпоставка за по-ниските изисквания по отношение на горивото.

Докато в Европа DFV „набира обороти“, зад океана Ford напредва стабилно в изследванията в областта на двигателите с вътрешно горене с принудително пълнене с турбокомпресор. 2,75-литровият прототипен агрегат, оборудван с такава система достига мощност от 700 к.с. – внушително постижение, което доказва способността на отдавна създадения, но наскоро актуализиран като тема, благодарение на по-модерните технологични решения в областта на металургията и материалите турбокомпресор. BMW, Saab и Porsche са пионери в системите за турбопълнене, но на практика първопроходците в тази област при серийните автомобили са General Motors с техните Chevrolet Corvair Monza и Oldsmobil Jetfire. Все пак през 70-те години работният обем на двигателите във Формула 1 с принудително пълнене е ограничен на едва 1,5 литра, с идеята да бъде по-скоро ограничаващ фактор.

В края на 60-те години Формула 1 е тотално монополизирана от DFV на Ford-Cosworth. Със своята V8 конфигурация машината се оказва чудесен баланс по отношение възможности за високи обороти, въртящ момент и звучене. Динамиката на флуидите е прецизно отчетена с главата с четири клапана на цилиндър, а здравият алуминиев блок е конструиран като носеща част на автомобила, като елементите на окачването се прикрепват директно към него и трансмисията. С това се опростява и намалява теглото на самата пространствена рама. Това осигурява възможност за лесна и удобна интеграция и обяснява факта че толкова производители на автомобили се насочват към него. Агрегатът е компактен и удобен за интеграция, всички механизми, като газоразпределителният, са задвижвани със зъбни предавки, гарантиращи здравина, надеждност и високи обороти. Към това се добавят прецизната изработка и висококачествените алуминиеви сплави използвани от производственото предприятие на Cosworth в Нортхемптън.

Ford Cosworth DFV се оказва чудесно съчетание в реалния живот, едновременно високотехнологичен (но не и свръхинженерен като агрегата на BRM), ефективен и надежден. Което не означава, през годините той няма да бъде усъвършенстван, за да бъдат излекувани и някои изначални недостатъци – все пак между първите и последните болиди които се задвижват от него има огромна функционална разлика.

Всичко това не означава и че не се появяват други заслужаващи място в пантеона на технологиите разработки. През 1970 година Ferrari създава страхотния Type 312 B – 12-цилиндров късоходов боксерен мотор с четири газоразпределителни вала, който при степен на сгъстяване от 11,8:1 има мощност от 464 к.с. при 11 600 об./мин, със система за впръскване на Lucas и запалване Marelli. За да намалят триенето при тези обороти, инженерите са ограничили оборотите на основните лагери от седем на четири, което в началото създава редица сериозни проблеми с надеждността, включително счупени колянови валове. Въпреки високооборотния характер на двигателя, при който се намалява склонността към детонации заради бързото движение на буталото спрямо факелния фронт, високата степен на сгъстяване естествено влече след себе си необходимост от по-висока стабилност на горивото срещу детонации, проблем който по това време все още се решава освен с високооктанови фракции и със значителни количества TEL.

Отговорът на Ford-Cosworth е агрегатът Super Cosworth, който има няколко конски сили в повече, с което започва една истинска надпревара между гъвкавия осмак и високооборотния 12-цилиндров агрегат на Ferrari. През 1975 година последният достига мощност от 500 к.с. при 12 500 об./мин, а година по-късно примерът му е последван от Alfa Romeo, която също създава 12-цилиндров боксерен мотор – в случая за отбора на Brabham. През това време обаче на далечния хоризонт се появява нов играч.

В основата на внедряването на турбокомпресорите в „кралицата на моторните спортове” обаче не са баварските инженери, а техните колеги от Renault. Всичко започва през 1977 година, когато френската компания поддържа усилена и широкоспектърна програма в областта на моторните спортове, включваща ралита, 24-те часа на Льо Ман, Формула 2 и Формула 1. Натрупаният опит е голям и очевидно довежда до качествена промяна в мисленето на двигателистите, които в даден момент решават да приложат нещо коренно ново и различно в опитите си за повишаване на мощността на моторите за Формула 1.

(следва)

Текст: Георги Колев

Кола мечта за мнозина от нас!