ESTOS EXQUISITOS ELEMENTOS COMPONEN EL MOTOR COSWORTH CA F1 V8 QUE PUEDE ALCANZAR 20,000 RPM
En 1906 el primer gran premio de la historia se realizó en las afueras de Le Mans, ganado por Ferenc Szisz a una velocidad promedio apenas por debajo de 101 kph, en un auto que producía 110 caballos a 2,000 rpm, inaugurando una despiadada era de la velocidad. En los 100 años siguientes, la búsqueda por construir máquinas cada vez más rápidas llevó las carreras de gran premio a alturas inimaginables. Para fines de 2005, los V10 de 3.0 litros zumbaban a 19,500rpm y producían 950 caballos. Pero no duraría. Para 2006, se introdujeron cambios significativos a las reglas: los más pequeños V8 de 2.4 litros llegaron con una moratoria al desarrollo; las revoluciones se limitaron y hoy permanecen en 18,000rpm.
La nueva fórmula de motor para 2014 (1.6 litros, turbos de V6) enfatizarán la eficiencia de combustible sobre el desempeño directo. Las unidades de poder que se usaron entre 2006 y 2013 son las últimas de una generación dorada. El Cosworth CA V8 de 2.4 litros y aspiración normal de 2006 (cuyo derivado aún se usan en el Marussia este año) fue el primer motor de F1 en alcanzar 20,000 rpm en la pista. Ningún otro fabricante ha podido llegar a esas alturas, y con la nueva fórmula para 2014, ninguno podrá.
Velocidad de motor
La velocidad operativa y los caballos de fuerza se incrementaron consistentemente durante la era de los V10 que precedió
el cambio a V8s en 2006. BMW alcanzó 19,000 rpm en 2002; para 2005 todos los V10 en la F1 excedían los 900 caballos,
y para el final del año Honda ya había alcanzado 950 caballos.
Cosworth tomó el objetivo de alcanzar 20,000 rpm con su V8 de 2.4 litros para 2006. El CA tuvo la proporción más extrema de diámetro a carrera que Cosworth había usado en su historia y una velocidad de pistón de 26.4 metros por segundo a 20,000 rpm. La aceleración máxima de pistón del CA era de 10,616 g a 20,000rpm.
En cuanto la proporción de diámetro a carrera decrece, se hace más difícil obtener un radio de compresión adecuado. El viaje de la flama se alarga, y además el tiempo de combustión se reduce mientras las revoluciones se elevan, por lo que Cosworth necesitaba explotar la siempre ascendente presión del combustible. Al elevarse la velocidad del motor, también lo hacen las vibraciones y cuando los V8 remplazaron a los V10, la mayoría de los proveedores de motor en la F1 batallaron porque el V8 no estaba tan bien balanceado. La ayuda llegó gracias a los remaches Multiphase, los más fuertes del mundo.
Cosworth numera los cilindros del V8 de uno a cuatro en el lado derecho, y de cinco a ocho en el izquierdo. De esta forma solían usar el orden de encendido 1-8-3-6-4-5- 2-7, que data de 1967 con el pionero V8 de 3.0 litros en F1, el DFV. Luego, a finales de los 90s, cambiaron a 1-5-2-6-4-8-3-7. Eso se halló benéfico en términos de desempeño con el costo de torsiones más severas del cigüeñal.
Además, el diseño del pistón del CA fue instrumental para permitirle alcanzar 20,000 rpm. Los fabricantes rivales descubrieron que el principal obstáculo para alcanzar esa velocidad era el diámetro de 98mm del pistón, que bajo las nuevas reglas de 2006 tenía que ser de aleación de aluminio. Corrían un motor y luego serruchaban la parte de arriba del pistón para analizarlo y establecer qué tan caliente había estado cada parte del mismo. Este entendimiento detallado e investigación de las condiciones térmicas a las que estaban sujetos los pistones, permitió a Cosworth alcanzar la meta mágica de las 20,000 rpm.
Arquitectura
El CA tenía una arquitectura sorprendentemente tradicional, con un monobloque convencional. El CA era todo acerca de velocidad, así que tomaron el peso adicional e hicieron todo más rígido.
Dado su objetivo de alcanzar 20,000 rpm, todas las partes dinámicas y los rodamientos necesitaban ser lo más rígido posible, de lo contrario cuando vas muy rápido las partes terminan flexionándose y moviéndose inesperadamente, y es ahí cuando las cosas se rompen. El TJ pesaba 93 kg a pesar de tener dos cilindros menos, mientras que el CA estaba en el mínimo permitido de 95 kg. Sin esa regla de 2006, habría pesado menos de 85 kg.
Operación del motor
La Unidad Central de Motor Estándar (SECU) fue traída por la FIA con el propósito de eliminar las ayudas para los pilotos. Las reglas hoy están de tal forma que el piloto no solo puede pisar el acelerador y esperar que todo se resuelva por sí solo. En 2006, Cosworth sistemáticamente encendía el CA en los ochos cilindros en la sobrecarga para asistir con el balance de frenado, pero desde que las recargas de combustible fueron prohibidas en 2010, esa estrategia se eliminó. Pero Cosworth siguió usando cuatro cilindros en la sobrecarga, alternando un lado con el otro cada vez que el piloto soltaba el pie del acelerador.
Y luego el difusor soplado apareció en 2010. Esa temporada, y en 2011, Williams usó “soplado frío” donde el acelerador
se dejaba abierto en la sobrecarga, pero no había ignición asociada. El llamado “soplado caliente”, la estrategia para
crear gases de ignición del escape en la sobrecarga, sin crear torque en el motor a través de la manipulación del tiempo de la ignición, no se introdujo en el Cosworth sino hasta 2013, cuando se introdujo con una SECU revisada.
El énfasis en el desempeño aerodinámico a menudo tiene un efecto comprometedor en la operación del motor. El punto de ebullición del enfriador del motor es una función de su presión, y aumenta con la misma, por lo que el enfriador puede correr más caliente reduciendo el requerimiento del radiador del auto, lo que ayuda al desempeño aerodinámico. Esto llevó a una situación en los días del V10 en la que los sistemas eran llevados hasta seis unidades de presión (bar), permitiendo que el enfriador corriera hasta a 140oC sin ebullición.
La FIA ordenó un límite de 4.75 bar en la válvula de presión en la cabeza del tanque. El CA comenzó su vida corriendo a 120o C, pero para 2013 ya andaba a 130o C. Pierdes desempeño al correr el motor más caliente, pero a los equipos les gusta la ganancia aerodinámica. Si corres con el agua más caliente sin cambiar el aceite, entonces cambias la cantidad del flujo de calor en los diferentes fluidos. Tener el agua más caliente no es bueno para el desempeño; tener el aceite más caliente sí lo es aunque no ayuda a la durabilidad. Un incremento así no provocará que el CA falle, pero sí le provocará más desgaste –probablemente los sellos de la válvula de aire no durarán tanto.
Desarrollo
Desde 2010 la mayor ganancia en potencia ha venido del combustible y el aceite. Desde 2010 el CA ha corrido exclusivamente con gasolina BP y aceite BP/Castrol. Durante 2011, se encontraron alrededor de 5 caballos a través del desarrollo del combustible y otros 2.5 más al trabajar con el aceite. Un CA pierde 9 caballos a lo largo de su vida de 2,200 km. Mucho es gracias a mantener la cámara de combustión y el pistón limpios. Los detergentes en el combustible y los componentes en el aceite ayudan, lo que es una ventaja de tener el mismo proveedor para ambos.
Cosworth ha encontrado otros 40 caballos adicionales desde 2010 trabajando en la toma de la caja de aire y en el escape, que están fuera de la zona homologada. La moratoria en el desarrollo del motor ha ocasionado que la potencia bruta no sea el principal factor de diferenciación entre los rivales. Los equipos sacrificarán desempeño al correr enfriadores más calientes para explotar la descarga de los gases del escape para tener ganancia aerodinámica. La guerra de motores ha estado durmiente estos últimos siete años mientras la aerodinámica se ha vuelto la nueva reina de la F1.
El desarrollo del motor podría ser el diferenciador clave en la F1 el año próximo, pero las nuevas unidades abordarán primero el tema de la eficiencia de energía. Así que el Cosworth CA de 20,000 rpm vivirá como lo más extremo en la libertad de velocidad desencadenada y explotada para llevar los motores a una nueva frontera.
