Formula One engines : F1 रेसिंग इंजनों ने अपना कुछ आकर्षण खो दिया है जो तब हुआ करता था जब नियमों ने अधिक स्वतंत्रता की अनुमति दी थी, वर्तमान में उपयोग में आने वाला प्रत्येक डिज़ाइन अभी भी इंजीनियरिंग का एक अत्यधिक उन्नत नमूना है जिसके लिए बहुत समय और विचार की आवश्यकता होती है।
एक इंजन फॉर्मूला वन कार का एकमात्र शक्ति स्रोत है – 2009 में केईआरएस सिस्टम के अलावा जो इंजन द्वारा उत्पन्न शक्ति द्वारा अप्रत्यक्ष रूप से चार्ज किया जाता है – और चेसिस का एक संरचनात्मक हिस्सा है।
Formula One engines के तथ्य और आंकड़े
टोयोटा आरवीएक्स-09नियमों और इंजीनियरिंग अनुकूलन के कारण, सभी मौजूदा इंजन एक समान प्रकार के हैं, और इनमें निम्नलिखित समानताएं हैं:
- सभी F1 इंजन 2400cc के नैचुरली एस्पिरेटेड V8 हैं।
- इंजन 18,000rpm तक सीमित हैं।
- वजन ठीक 95 किलोग्राम है (प्रत्येक निर्माता आसानी से इस विनियमित न्यूनतम वजन तक पहुँच जाता है)
- इंजन ब्लॉक जाली एल्यूमीनियम मिश्र धातु से निर्मित होते हैं, क्योंकि यह स्टील की तुलना में वजन में लाभ देता है। अन्य सामग्रियां शायद कुछ अतिरिक्त लाभ देंगी, लेकिन लागत को सीमित करने के लिए, एफआईए ने सभी गैर-लौह सामग्रियों पर प्रतिबंध लगा दिया है।
- क्रैंकशाफ्ट और पिस्टन रॉड मजबूती के लिए आयरन आधारित हैं।
- अपनी अधिकतम गति पर वर्तमान V8 इंजन 100 किमी की दौड़ के लिए लगभग 60 लीटर पेट्रोल की खपत करते हैं।
- यह बिल्कुल ज्ञात नहीं है कि ऐसे शीर्ष इंजन में कितना तेल होता है, लेकिन यह तेल इंजन में 70% होता है, जबकि अन्य 30% ड्राई-सम्प स्नेहन प्रणाली में होता है जो इंजन के भीतर एक मिनट में तीन से चार बार तेल बदलता है।
- इसके पहले ट्रैक समय से पहले और प्रत्येक दौड़ के बाद, प्रत्येक इंजन का उसके प्रदर्शन को मान्य करने और समस्याओं की पहचान करने के लिए इंजन डायनो पर परीक्षण किया जाता है। डायनो पर रेनॉल्ट के RS24 की एक वीडियो क्लिप यहां पाई जा सकती है।
Formula One engines के डिज़ाइन का विकास
प्रतिस्पर्धी F1 टीमों द्वारा चलाए जाने वाले सभी मौजूदा इंजन बहुत कड़े नियमों के कारण बहुत समान हैं जो 2006 के बाद से तेजी से चलन में आ गए हैं। उस समय तक, F1 में शामिल सभी कार निर्माता प्रभावी रूप से खर्च की दौड़ में एक-दूसरे से आगे निकल रहे थे। यह दावा करना झूठ नहीं है कि 1995 के बाद के वर्षों में, जिस निर्माता ने सबसे अधिक निवेश किया और जो अधिकांश लोगों को काम पर रख सकता था, वह सबसे अच्छा इंजन बना सकता था।
1997 में, फोर्ड कॉसवर्थ ने वजन घटाने के लिए एक उग्र लड़ाई शुरू की क्योंकि उस समय उनका सीआर1 किसी भी अन्य की तुलना में कम से कम 25 किलोग्राम हल्का था। हालाँकि पूरे सीज़न में उन्हें विश्वसनीयता की कुछ समस्याओं का सामना करना पड़ा, इंजन दूसरों के लिए एक उदाहरण था, क्योंकि इसने टीम को कार की हैंडलिंग में लाभ के लिए कार में गिट्टी स्थानांतरित करने की अनुमति दी थी।
इस वजन घटाने की प्रतिक्रिया के रूप में, 1998 मर्सिडीज-बेंज इंजन संभवतः अब तक बनाए गए सबसे क्रांतिकारी इंजनों में से एक था, जिसने एक ही समय में प्रदर्शन में वृद्धि और वजन में भारी कटौती की। यह जल्द ही इतना अच्छा साबित हुआ कि मैकलारेन मर्सिडीज के साथ मिका हक्किनेन के लगातार दो विश्व खिताबों का आधार बन गया। जब 2000 में, एफआईए ने बेरिलियम मिश्र धातुओं के उपयोग को अधिकतम 5 द्रव्यमान प्रतिशत तक सीमित करने का निर्णय लिया – उच्च मात्रा में जहरीला होने के कारण, मर्सिडीज ने उस झटके से उबरने के लिए वर्षों तक संघर्ष किया – वे किसी भी शक्ति से मेल नहीं खा सकते थे उस समय के शक्तिशाली फ़ेरारी और बीएमडब्ल्यू इंजन।
सड़क इंजनों से अंतर
- उच्च वॉल्यूमेट्रिक दक्षता. वीई का उपयोग नियमित वायुमंडलीय वायु के संबंध में सिलेंडर में ईंधन/वायु की मात्रा का वर्णन करने के लिए किया जाता है। यदि सिलेंडर वायुमंडलीय दबाव पर ईंधन/वायु से भरा है, तो कहा जाता है कि इंजन की वॉल्यूमेट्रिक दक्षता 100% है। उदाहरण के लिए, टर्बो चार्जर वीई को 100% से ऊपर तक बढ़ा सकते हैं जबकि सामान्य रूप से एस्पिरेटेड इंजन आमतौर पर 80% और 100% के बीच कहीं भी चलते हैं। हालाँकि, इस क्षेत्र में, फॉर्मूला वन इंजन आमतौर पर अपने अत्यधिक अनुकूलित इनटेक मैनिफोल्ड के कारण सामान्य सड़क इंजनों की तुलना में उच्च वीई प्राप्त कर सकता है।
- Formula One engines :दुर्भाग्य से, सिलेंडरों में डाली गई कुल ईंधन ऊर्जा में से, औसतन 1/3 से भी कम उपयोग योग्य अश्वशक्ति के रूप में समाप्त होती है। इग्निशन टाइमिंग, थर्मल कोटिंग्स, प्लग स्थान और चैम्बर डिजाइन सभी थर्मल दक्षता (टीई) को प्रभावित करते हैं। कम संपीड़न वाले स्ट्रीट इंजन का टीई लगभग 0.26 हो सकता है, एक रेसिंग इंजन लगभग 0.34 तक पहुंच सकता है। यह प्रतीत होता है कि छोटा अंतर पहले की तुलना में लगभग 30% (0.34 – 0.26 / 0.26) अधिक अश्वशक्ति का अंतर उत्पन्न करता है।
- उत्पन्न होने वाली सारी शक्ति में से, उसका कुछ भाग इंजन द्वारा स्वयं चलाने के लिए उपयोग किया जाता है। बची हुई शक्ति वह है जिसे आप डायनेमोमीटर पर मापेंगे। डायनो पर आप जो मापेंगे और सिलेंडर में काम करने योग्य शक्ति के बीच का अंतर यांत्रिक दक्षता (एमई) है। यांत्रिक दक्षता रॉकर घर्षण, बेयरिंग घर्षण, पिस्टन स्कर्ट क्षेत्र और अन्य चलती भागों से प्रभावित होती है, लेकिन यह इंजन के आरपीएम पर भी निर्भर होती है। RPM जितना अधिक होगा, इंजन को चालू करने में उतनी ही अधिक शक्ति लगेगी। इसका मतलब है कि आंतरिक इंजन घर्षण को सीमित करने से बिजली उत्पादन में एक बड़ा अधिशेष उत्पन्न हो सकता है, और जहां एफ1 में तनाव बिजली पर है, वहीं सड़क पर यह ईंधन की खपत पर भी है।
ये मुख्य अनुकूलन आवश्यकताएँ फ़ॉर्मूला वन इंजन डिज़ाइन को कठिन बनाती हैं। लाइन के अंत में, एक F1 इंजन सड़क इकाइयों की तुलना में बहुत अधिक गति करता है, इसलिए ऐसे शक्ति स्रोत का जीवनकाल सीमित हो जाता है। यह विशेष रूप से यांत्रिक दक्षता ही है जिसके कारण फ़ॉर्मूला वन इंजन विभिन्न सामग्रियों से बने होते हैं। ये आंतरिक घर्षण और इंजन के समग्र वजन को कम करने के लिए आवश्यक हैं, लेकिन अधिक महत्वपूर्ण बात यह है कि आंतरिक भागों के वजन को सीमित करें, जैसे। वाल्व, जो जितना संभव हो उतना हल्का होना चाहिए ताकि एक सेकंड में ऊपर और नीचे 300 से अधिक आंदोलनों की अविश्वसनीय रूप से तेज़ गति की अनुमति मिल सके (यह 18.000 आरपीएम पर)।
इंजन से अधिकतम शक्ति प्राप्त करने का प्रयास करने वाला एक अन्य निर्णायक बिंदु निकास है। निकास की लंबाई या रूप में मामूली परिवर्तन अश्वशक्ति को काफी प्रभावित कर सकता है। हालाँकि वैरिएबल आउटलेट सिस्टम की अनुमति नहीं है, रेस कार के एग्जॉस्ट सिस्टम में मफलर की सुविधा नहीं होती है, कैटलिसेटर की कमी होती है और इसे विशेष रूप से 1200 डिग्री सेल्सियस तक के तापमान का सामना करने के लिए बनाया जाता है, जो एक नियमित सड़क इंजन के साथ हासिल की गई तुलना में बहुत अधिक है।
इंजन डिज़ाइन दर्शन
Formula One engines : आंतरिक दहन इंजनों को ध्यान में रखते हुए (इस प्रकार दोलनशील और वेंकेल रोटरी दहन इंजनों को छोड़कर), इंजन बनाने के मूल रूप से तीन अलग-अलग तरीके हैं। यहां अंतर यह है कि सिलेंडरों को एक-दूसरे की तुलना में कैसे रखा जाता है।
इनलाइन इंजन, जहां सभी सिलेंडरों को एक-दूसरे के बगल में (या बाद में) रखा जाता है, 60 के दशक से फॉर्मूला वन में उपयोग नहीं किया जाता है। जबकि इंजन छोटे होते हैं, वे लंबे होते हैं और इसलिए भारी क्रैंकशाफ्ट की आवश्यकता होती है।
यदि सभी बाहरी कारक इसकी अनुमति देते हैं तो बॉक्सर इंजन वास्तव में इंजन बनाने के सर्वोत्तम तरीकों में से एक है। दो सिलेंडर पंक्तियाँ एक दूसरे के विपरीत रखी गई हैं। आप एक बॉक्सर इंजन को 180° V-कोण इंजन डिज़ाइन के रूप में मान सकते हैं। गुरुत्वाकर्षण के निम्न केंद्र और औसत उत्पादन लागत के कारण ये इंजन F1 में लोकप्रिय हो गए, लेकिन बाद में तस्वीर से गायब हो गए क्योंकि इस प्रकार का इंजन कॉर्नरिंग स्थितियों में कार के जी-बलों का सामना करने के लिए पर्याप्त रूप से कठोर नहीं है। उदाहरण के लिए, फेरारी ने 120° वी-एंगल इंजन पर जाने से पहले 1970 से 1980 तक 12 सिलेंडर बॉक्सर इंजन चलाए हैं।
Formula One engines : V-प्रकार के इंजन, जैसा कि वर्तमान में सभी F1 कारों में उपयोग किया जाता है। V वास्तव में वह ज्यामितीय कोण है जो दो सिलेंडर बैंकों को एक दूसरे से अलग करता है जहां क्रैंकशाफ्ट को कोण का मूल माना जा सकता है। जाहिर है इस प्रकार के इंजन के लिए वी का आकार एक प्रमुख कारक है और इसे इंजन डिजाइन के पहले चरण में तय किया जाना चाहिए। पहले, इंजनों को 60° V12 या 72° V10 जैसे कोणों के साथ डिज़ाइन किया गया है। हालाँकि टीमों के इंजनों के बीच अंतर देखना ऐतिहासिक रूप से एक दिलचस्प विकास रहा है, एफआईए ने इंजन प्रकार को 90° V8 मॉडल पर तय किया है।
फोर्ड कॉसवर्थ डीएफवी की शुरुआत के बाद से, एफ1 कार में एक इंजन चेसिस का एक तनावग्रस्त सदस्य है, जिसका अर्थ है कि यह कार का एक अभिन्न अंग है। उस विचार से पहले, एक चेसिस को एक ट्यूब फ्रेम के रूप में बनाया जाता था जिसमें बाद में इंजन लगाया जाता था, जबकि अब यदि कोई इंजन नहीं लगाया गया तो चेसिस टूट जाएगी। मोनोकॉक के पिछले सिरे और गियरबॉक्स के सामने वाले हिस्से के बीच में एक चालू इंजन लगा होता है। उस समय तक, वी-प्रकार के इंजनों ने धीरे-धीरे किसी भी अन्य प्रकार के इंजन को बाहर कर दिया है क्योंकि वे कॉम्पैक्ट हैं और कठोरता सुनिश्चित करने के लिए चेसिस को और अधिक मजबूत करने की आवश्यकता के बिना बहुत कठोरता से बनाया जा सकता है।
बॉक्सर या फ्लैट इंजन के विपरीत, वी-कोण दहन इंजन एक अतिरिक्त डिज़ाइन समस्या पैदा करते हैं, क्योंकि इंजन के प्रदर्शन के लिए यह महत्वपूर्ण है कि वी-कोण को बुद्धिमानी से चुना जाए। यह कोण सही फायरिंग अनुक्रम सुनिश्चित करने के लिए महत्वपूर्ण है और इसलिए इसके प्राथमिक संतुलन को भी प्रभावित करता है।
सिलेंडरों की एक विशिष्ट संख्या के लिए संभावित वी कोणों की गणना करना सौभाग्य से कोई कठिन काम नहीं है। यदि आप मानते हैं कि प्रत्येक दहन चक्र क्रैंकशाफ्ट के 2 मोड़ – सेवन और दहन चरण – लेता है, और एक पूर्ण चक्र 360 डिग्री है, तो इंजन में शामिल वी-कोण x समान रूप से प्राप्त करने के लिए सिलेंडर की संख्या 720 का फ़ंक्शन होना चाहिए दूरी वाले सिलेंडर फायरिंग और प्राथमिक संतुलन।
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