پیشرانه‌های فرمول یک چه تفاوت‌هایی با موتور خودروهای جاده‌ای دارند؟

هرچند خودروهای فرمول یک از پیشرانه‌های V6 درون‌سوز استفاده می‌کنند ولی این موتورها با پیشرانه‌هایی که در خودروهای جاده‌ای می‌بینیم تفاوت‌های بزرگی دارند.

خودروسازانی که در مسابقاتی مثل فرمول یک شرکت می‌کنند، همواره از انتقال تکنولوژی خودروهای مسابقه‌ای خود به خودروهای جاده‌ای حرف می‌زنند تا از این طریق برای خودروهای جاده‌ای خود تبلیغ کنند و سرمایه‌ای که در مسابقات خرج کرده‌اند را از طریق فروش خودرو جبران کنند. بااین‌حال، این لزوماً بدان معنا نیست که خودروهای جاده‌ای شرکت‌هایی مثل فراری و مرسدس از قطعات یکسانی با خودروهای فرمول یک آن‌ها استفاده می‌کنند زیرا بین این خودروها تفاوت‌های بسیار زیادی وجود دارد. البته در سال ۲۰۲۶ تغییر بزرگی در قوانین فرمول یک صورت خواهند گرفت که باعث می‌شود این خودروهای مسابقه‌ای اشتراکات بیشتری با خودروهای جاده‌ای پیدا کنند ولی در حال حاضر هنوز تفاوت‌های بسیار زیادی وجود دارد.

دقت ساخت بالاتر

طبق مقررات کنونی فرمول یک، تمام تیم‌ها باید از پیشرانه‌های ۱.۶ لیتری V6 توربو با سیستم هیبریدی استفاده کنند. پیشرانهٔ فرمول یک مثل تمام موتورهای درون‌سوز، با همان چهار مرحلهٔ اصلی یعنی مکش، تراکم، انفجار و تخلیه کار می‌کنند ولی شباهت بین موتورهای فرمول یک با موتورهای جاده‌ای در همین‌جا به پایان می‌رسد. موتورهای فرمول یک با وجود حجم کم، حدود ۸۰۰ اسب بخار قدرت تولید می‌کنند درحالی‌که قوی‌ترین موتورهای V6 جاده‌ای مثل پیشرانهٔ فراری ۲۹۶ با ۳ لیتر حجم و دو توربوشارژر تنها حدود ۶۶۰ اسب بخار قدرت تولید می‌کنند. با کمک سیستم هیبریدی نیز مجموع خروجی پاوریونیت فرمول یک به حدود ۱۰۰۰ اسب بخار میرسد.

علاوه بر این، موتورهای فرمول یک بسیار دقیق‌تر کار می‌کنند. به‌عنوان‌مثال، این موتورها نسبت تراکم بسیار بالایی در حدود ۱۸ دارند درحالی‌که این عدد برای موتورهای توربوشارژ جاده‌ای معمولاً زیر ۱۰ است. این یعنی در موتورهای فرمول یک به لطف تراکم بالاتر، انفجار بزرگ‌تری صورت می‌گیرد که منجر به تولید قدرت بیشتری می‌شود ولی از سوی دیگر، فشار بیشتری هم به اجزا و قطعات داخلی موتور وارد می‌کند. به همین دلیل، قطعاتی مثل شمع‌ها و پیستون‌ها از متریالی مثل آلومینیوم ساخته می‌شوند و در عین مقاومت بالا، تا حد امکان سبک هستند. توسعهٔ چنین قطعاتی اما زمان و هزینهٔ زیادی می‌طلبد و به همین دلیل، در خودروهای جاده‌ای مورداستفاده قرار نمی‌گیرند.

همچنین قطعات موتور خودروهای فرمول یک ازآنجایی‌که تحت‌فشار بسیار زیادی کار می‌کنند، دوام خیلی بالایی ندارند و معمولاً تنها برای حدود شش مسابقه کار می‌کنند درحالی‌که پیشرانه‌های خودروهای جاده‌ای باید چندین سال استفاده و چند صد هزار کیلومتر پیمایش را دوام بیاورند. به همین دلیل است که تیم‌ها برای هر فصل از مسابقات فرمول یک اجازهٔ استفاده از چهار موتور را دارند و با توجه به اینکه در تقویم مسابقات ۲۴ گرند پری داریم، هر موتور فقط حدود ۱۵۰۰ کیلومتر دوام می‌آورد.

مرحلهٔ پیش احتراق

هرچند فرایند کلی موتورهای فرمول یک مثل پیشرانه‌های درون‌سوز معمولی است ولی این موتورها یک مرحلهٔ اضافی دارند که باعث تولید قدرت بیشتر و مصرف سوخت کمتر می‌شود. طبق قوانین فرمول یک، خودروها اجازهٔ استفاده از ۱۰۵ کیلوگرم بنزین را در هر مسابقه دارند و بنابراین، تیم‌های می‌خواهند از هر قطرهٔ این سوخت حداکثر استفاده را ببرند؛ بنابراین، تولیدکنندگان موتورهای فرمول یک زمان زیادی را صرف یافتن راه‌هایی برای افزایش راندمان این موتورها کرده‌اند که مهم‌ترین آن‌ها پیش احتراق است. این مرحله شامل یک محفظهٔ احتراق کوچک در بالای هر سیلندر می‌شود که ۳ درصد از کل سوخت تزریقی به هر سیلندر را به خود اختصاصی می‌دهد. این سوخت در محفظهٔ مذکور، محترق می‌شود و سپس به محفظهٔ احتراق اصلی سیلندر انتقال پیدا می‌کند و باعث شکل‌گیری احتراق قوی‌تری می‌شود. به لطف سیستم پیش احتراق، موتورهای فرمول یک به بازدهی حدود ۵۰ درصدی دست پیدا کرده‌اند درحالی‌که بازدهی موتورهای جاده‌ای تنها ۳۰ درصد است.

دور بالاتر

درحالی‌که حداکثر دور موتور خودروهای جاده‌ای معمولاً حدود ۷ تا ۹ هزار rpm است، موتورهای فرمول یک می‌توانند به دور ۱۵ هزار rpm برسند. هرچقدر موتور دور بیشتری داشته باشد، تعداد دفعات احتراق بیشتر خواهد بود و درنتیجه قدرت بیشتری تولید می‌کند.

سوخت مخصوص

موتورهای فرمول یک از سوخت بسیار قوی‌تری نسبت به پیشرانه‌های جاده‌ای استفاده می‌کنند. سوخت موتورهای فرمول یک از حدود ۹۰ درصد بنزین و ۱۰ درصد اتانول تشکیل شده است. این ترکیب ساعت‌های بی‌شماری توسط شرکت‌های سازندهٔ سوخت از طریق همکاری نزدیک با سازندگان موتور آزمایش و بررسی می‌شود تا قوی‌ترین سوخت ممکن را فراهم کند. با استفاده از این سوخت، موتورهای فرمول یک می‌توانند حداکثر قدرت ممکن را تولید کنند. ترکیب همهٔ این عناصر، منجر به ساخت پیشرانه‌های ۱.۶ لیتری V6 کوچکی شده که برای استفاده در خودروهای جاده‌ای هرگز مناسب نیستند و به همین دلیل، توسعهٔ مرسدس AMG One برای مهندسان به چالش بسیار بزرگی تبدیل شد. تا به امروز، این تنها خودروی جاده‌ای است که از یک موتور واقعی فرمول یک استفاده می‌کند.

سیستم هیبریدی

همان‌طور که در ابتدا گفته شد، پاوریونیت فرمول یک علاوه بر پیشرانهٔ درون‌سوز، یک سیستم هیبریدی هم دارد که حدود ۱۶۰ اسب بخار به قدرت اضافه می‌کند. این سیستم از دو موتور الکتریکی و یک باطری تشکیل شده است. بااین‌حال، درحالی‌که باطری سیستم هیبریدی در خودروهای جاده‌ای توسط پیشرانهٔ بنزینی و سیستم احیای انرژی ترمزها شارژ می‌شود، در خودروهای فرمول یک این کار توسط دو منبع مختلف صورت می‌گیرد. یکی از این منابع، MGU-K نام دارد که از انرژی جنبشی ترمزها برای شارژ باطری استفاده می‌کند درحالی‌که منبع دیگر با نام MGU-H، انرژی حاصل از گازهای خروجی اگزوز و توربوشارژر را بازیابی کرده و از این طریق باطری را شارژ می‌کند. این فرایند، قدرت کل پاوریونیت را حدود ۲۰ درصد فزایش می‌دهد. این در حالی است که در خودروهای جاده‌ای از سیستم هیبریدی معمولاََ برای کاهش مصرف سوخت استفاده می‌شود.

قوانین جدید ۲۰۲۶

در سال ۲۰۲۶ پاوریونیت فرمول یک تغییر بزرگی را تجربه خواهد کرد و قرار است سهم پیشرانهٔ درون‌سوز و سیستم هیبریدی در تولید نیرو ۵۰-۵۰ باشد. طبق این قوانین، موتور درون‌سوز هرچند همچنان ۱.۶ لیتری V6 توربو خواهد بود ولی قدرت آن به حدود ۵۴۰ اسب بخار کاهش پیدا خواهد کرد. از سوی دیگر، هرچند MGU-H حذف می‌شود ولی در عوض MGU-K بسیار قوی‌تر خواهد شد و حدود ۴۷۰ اسب بخار قدرت تولید خواهد کرد. این یعنی با اینکه مجموع توان پاوریونیت همچنان بیش از ۱۰۰۰ اسب بخار خواهد بود ولی قدرت تولیدی سیستم هیبریدی تقریباً سه برابر خواهد شد. به همین دلیل است که چندین خودروساز مثل آئودی، فورد و جنرال موتورز قصد دارند به این ورزش وارد شوند تا استراتژی یکشنبه برنده شو دوشنبه بفروش دوباره زنده شود.