Двигатель Cosworth CA – монстр, развивающий 20 000 оборотов

Cosworth – компания, основанная в 1958 году Майком Костином и Китом Даквортом, довольно быстро завоевала репутацию производителя надежных гоночных двигателей, с хорошей производительностью и инженерной поддержкой. Краеугольным камнем стала культовая линейка DFV, на счету которой двенадцать чемпионских титулов в зачете пилотов.


В период с 1968 по 1974 год на двигателях Cosworth выиграны все чемпионаты мира в личном зачете. Между 1969 и 1973 годами, двигатели Cosworth победили во всех гонках Формулы-1. Такие имена, как: сэр Джеки Стюарт, Грэм Хилл и даже Айртон Сенна с Михаэлем Шумахером обязаны (отчасти) своими достижениям двигателям Cosworth. Впечатляет и то, что благодаря моторам из Нортгемптона в Формуле-1 одержано 176 побед, завоевано 10 кубков конструкторов и 13 титулов в личном зачете чемпионата!

Эволюция скорости

Рабочие обороты и мощность неуклонно росли на протяжении большей части Второй трехлитровой атмосферной эры. В 2002 году BMW первыми достигли отметки 19 000 об-мин, однако требования к ресурсу двигателя, последовательно увеличенные в 2004 и 2005 годах, привели к стагнации роста частоты вращения коленвала.


В 2005 одной из наиболее скоростных «десяток» была Toyota, разгоняющаяся до 19 200 об-мин. Нужно отметить, что в том сезоне все V10 превышали отметку 900 лошадиных сил, за исключением BMW и Honda, переваливших за 950, правда в конце сезона.

А вот инженерам из Нортгемптона потребовалось довольно много времени, чтобы «разогнаться» свыше 18 000 об-мин. Поэтому в отношении «восьмерки», Cosworth с самого начала придерживались экстремального подхода, ориентируясь на 20 000 об-мин. Впервые компания производила такой высокооборотистый двигатель V8 – предыдущим самой скоростной «восьмеркой» был XF – двигатель для IndyCar, развивавший 16 250 об-мин в 2002 году.

Cosworth CA

Первым двигателем Формулы-1, достигшим 20 000 об-мин на трассе, стал Cosworth CA 2006 года, и общепризнано, что ни один соперник так и не превзошел Косворт. Вот его технические характеристики:

✅ Название – Cosworth CA2006
✅ Тип – четырехтактный, атмосферник
✅ Конфигурация – V8 90°
✅ Рабочий объем – 2.4 литра
✅ Диаметр цилиндра и ход поршня – 98 х 39.75 мм.
✅ Максимальные обороты – 20 000 об-мин
✅ Масса – 95 килограмм
✅ Мощность – 755 лошадиных сил

Двигатель представлял собой «восьмерку», с блоком и головками из алюминиевого сплава, многоточечным электронным впрыском топлива, четырьмя клапанами на цилиндр c «пневматическим» приводом.

Магия чисел

При 20 000 об-мин максимальное ускорение поршня CA составляло 10 600 G (десять тысяч шестьсот «же»), а нагрузка на каждую шатунную шейку коленвала, от соответствующих поршня и шатуна, достигала шести тонн! Чтобы лучше представить эти числа: противоракета 53Т6 маневрирует с перегрузкой 200g, в то время как шесть тонн – масса трех Land Cruiser.


Мощность, развиваемая CA, с самого начала вызывала зависть конкурентов, достигая отметки в 755 лошадей, то есть – 315 на литр. При 20 000 об-мин, средняя скорость поршня в моторе достигала 26.4 метра в секунду, и за это же время поршень перемещался из верхней, в нижнюю мертвую точку 300 раз! Впечатляющие цифры для двигателя весящего 95 кг.

Секретные материалы

Не имея бюджета, доступного автопроизводителям, Cosworth не использовали в моторах алюминиево-бериллиевый сплав в качестве материала для поршней, вместо этого применяя 2618A. По сути, представлявший собой сплав RR58, используемый в авиадвигателях Rolls Royce Merlin, времен Второй Мировой. Не стал исключением и CA, правда в 2005 году Cosworth применили DLC-покрытие для юбки поршня, повторив достижение Renault десятилетней давности.


Поскольку алюминид титана также запретили, для изготовления клапанов Cosworth прибегла к более распространенному титановому сплаву, заполнив их натрием для дополнительного охлаждения. Как в советских моторах ЗИЛ-130!

Преодоление барьера

В конце 2005 года Cosworth стал первым производителем двигателей Формулы-1, публично продемонстрировавший V8, развивающий 20 000 об-мин. Достижение таких показателей по форсировке и так то не обходится без сложностей, ведь по мере роста оборотов двигателя, увеличивается и вибрация. И переход от V10 к V8, как ни странно прозвучит, только усугубил проблему!

«Плоские против крестообразных»

Давайте отвлечемся от двигателя Cosworth, чтобы выяснить: откуда в «уравновешенной» схеме V8 90° возникают вибрации. Все дело в конструкции коленвала, коих, для подобной схемы, существует два: crossplane и flatplane.


В первом случае, шейки кривошипа расположены с интервалом в 90 градусов. Когда вы посмотрите на этот тип коленвала вдоль его оси, то увидите что он напоминает крест. Такой коленвал обеспечивает неравномерную работу каждой половины блока цилиндров, но эти две «неравномерные» половинки компенсируют друг друга, обеспечивая баланс между двумя рядами.

Отличительной чертой «крестообразного» коленвала являются противовесы, необходимые для балансировки. Они снижают вибрацию и способствуют плавной работе, однако добавляют моменты инерции, что делает такой тип коленвала нежелательным для высокооборотных двигателей.


Плоский коленвал имеет две пары шеек, отстоящих друг от друга на 180 градусов. Независимо от порядка воспламенения, вспышки будут равномерно чередоваться между половинками блока цилиндров. Еще одна вещь, которая отличает «плоский» коленвал от «крестообразного» – отсутствие противовесов. Без дополнительной массы, легкие flatplane раскручиваются легче чем crossplane, что делает их подходящими для достижения больших оборотов. Недостатком считается то, что «плоские» коленвалы имеют тенденцию создавать большую вибрацию.

Cosworth, у нас проблемы!

Концептуальная проблема заключалась в том, чтобы при такой большой площади поршня эффективно сжечь топливно-воздушную смесь. Ведь очевидно, что длина пути пламени с увеличением диаметра поршня (читайте – расстояния), увеличивается. И это при том, что по мере увеличения оборотов время сгорания также сокращается! Для решения этой проблемы Cosworth пришлось увеличить давление впрыска топлива до 100 Бар.


– Брюс Вуд, технический директор Cosworth.

Еще одной проблемой, с которой столкнулись при погоне за оборотами, стали шатуны и коренные подшипники, продемонстрировавшие недовольство «условиями труда» уже на втором этапе Чемпионата мира. В Сепанге, двигатель на Williams Нико Росберга взорвался, извергая клубы дыма!


Пока проблема решалась на заводе, на мотор пришлось установить ограничитель оборотов. В ходе расследования оказалось что титановые шатуны, работающие при 20 000 об-мин, подвержены деформации и способны сжиматься и растягиваться на 0,6 мм, за один цикл! В результате неравномерного давления на вкладыш разрывалась масляная пленка, что, с учетом оборотов, приводило к стремительной смерти двигателя. Разработка новых шатунов, вкладышей и подбор моторного масла, позволил по ходу сезона вновь выйти на отметку 20 000 оборотов в минуту.

Да здравствует Король!

К сожалению нам так не удалось узнать, к чему привела бы дальнейшая эволюция в направлении роста оборотов: FIA резко остановили ход прогресса, установив предел 19 000 об-мин на 2007 год. Впоследствии Федерация и вовсе «придушила» моторы до удручающих 18 000 об-мин. Век Скорости закончился, и Cosworth CA остался Королем – самым оборотистым «атмосферником» Формулы-1. Вероятно, навсегда...