Xăng của xe F1 khác xăng thường như thế nào?

Xe công thức 1 sử dụng loại nhiên liệu riêng cho động cơ của chúng. Hầu hết các đội đua đều được cấp nhiên liệu miễn phí bởi các đối tác kỹ thuật là những nhà sản xuất hàng đầu thế giới.

Nhiên liệu, cụ thể là xăng, là một chất lỏng được trộn với không khí trong xilanh động cơ để tạo ra quá trình cháy, và cung cấp năng lượng cho động cơ. Nhiên liệu tốt hơn nên được phân bố đều trong buồng cháy và cháy từng phần trên mỗi cm³, công suất sẽ được sinh ra nhiều hơn với một lượng nhiên liệu không đổi, hay tiết kiệm nhiên liệu hơn.

Sẽ thật dễ dàng nếu không có những hạn chế. Liên đoàn xe thể thao quốc tế (FIA - Fédération Internationale de l"Automobile) đã giới hạn giá trị của chỉ số octane, lượng oxi và ni tơ và cả tỷ trọng của nhiên liệu. Xăng của xe F1 không được chứa những hợp chất không có trong xăng thương mại. Những yêu cầu này dựa trên quyết định của Nghị Viện Châu Âu cho sản xuất xăng thương mại từ năm 2000. Nhờ những mô hình toán học để dự đoán công suất và đặc tính giới hạn của xăng, một loại nhiên liệu có thể được sẵn sàng để tăng công suất cho xe sẽ sẵn sàng trong lệnh giới hạn của FIA.

Các cuộc đua xe Công thức 1 là nơi thể hiện và thử nghiệm những công nghệ hàng đầu

Lịch sử

Trở lại những năm thành lập giải đua Công thức 1, hỗn hợp nhiên liệu được trộn bởi các nhà hóa học. Họ chế những hỗn hợp này từ những chất như benzene, methanol, acetone và nitrobenzene, chúng được rút hết ra khỏi động cơ ngay lập tức sau khi các cuộc thử nghiệm hay đua. Nếu không thực hiện những cảnh báo trước này, động cơ sẽ bị hỏng chỉ sau một đêm. Sau đó, kerosene đã được sử dụng đến cuối thập niên 60, trước khi danh sách những chất cho phép được thêm vào đã làm hẹp thêm bởi FIA, để bảo vệ các tay đua và thợ cơ khí.

Đến cuối thập niên 70, những điều chỉnh mới cho phép sử dụng loại xăng có chỉ số octane cao, được bán tại Pháp, Ý, Đức và cả Anh. Xăng RON 101 đã được bán trên các trạm xăng tại Châu Âu, với dung sai cho phép lên đến RON 102. Khi loại xăng này không được phép bán nữa, thì các nhà cung cấp đã được cho phép chuẩn bị một loại xăng đặc biệt cho xe đua F1. Vì thế, trở thành loại xăng phức tạp hơn và khác biệt so với loại xăng thương mại thông thường.

Đến cuối những năm 80, xăng RON 102 tiếp tục bị hạn chế, và giới hạn cả hàm lượng oxi và nitơ (dưới 2%). Tiếp sau đó, những hạn chế mới tiếp tục được ban hành, như áp suất hơi, tỷ trọng, hàm lượng benzene và chì, cũng đã được thêm vào. Các công ty dầu lửa cũng đã thử nghiệm hơn 300 hỗn hợp cho đến đầu thập niên 90.

Năm 1992, FIA quyết định sẽ là bất hợp pháp nếu sử dụng bất kỳ chất nào trong nhiên liệu mà không tìm thấy trong xăng thương mại. Từ năm 1993 đến nay, chỉ có loại "siêu" xăng không chì phù hợp với tiêu chuẩn Châu Âu là được chấp nhận, loại xăng tương tự cũng có tại các trạm xăng tại nhiều nơi trên thế giới.

Các tay đua cạnh tranh đến từng giây nên nhiên liệu là một trong những yếu tố vô cùng quan trọng

Sản xuất

Việc sản xuất bắt đầu với mục tiêu thu được nhiều công suất nhất từ động cơ có thể và không tính đến độ bền và chú trọng tiết kiệm nhiên liệu.

Giai đoạn đầu tiên là sử dụng một mô hình máy tính để dự đoán, dữ liệu được lấy từ hơn 100 vật liệu thô để thu được loại xăng thử nghiệm. Những nghiên cứu để cho hỗn hợp nhiên liệu tốt nhất và cho công suất cao để quyết định đến từng giây cho xe đua, các kỹ sư có thể trộn và đốt xăng ảo, mà không cần có một quy trình sản xuất thực. Một vài đội đua đã phát triển công nghệ máy tính của họ, nên xăng ảo có thể được thử nghiệm trên một động cơ ảo. Những mô hình toán học này đã được sử dụng cho động cơ của xe Công thức 1 với rất nhiều loại nhiên liệu khác nhau và các đặc tính của các loại nguyên liệu thô.

Giai đoạn thứ hai là chuẩn bị một phần nhỏ của các loại nhiên liệu khác nhau và thử nghiệm chúng trong phỏng thí nghiệm để xác định chúng có đạt các tiêu chuẩn không, và sau đó được thử với động cơ để đo công suất và tiêu thụ. Sau khi chọn được vài mẫu có thể thành công với các động cơ, động cơ được thử nghiệm bền trên băng thử và trên đường thử. Một khi hỗn hợp xăng được xác định, một mẫu được gửi đến phong thí nghiệm FIA tại Anh để chứng nhận.

Với dầu nhờn, các công ty dầu lửa sản xuất theo từng đợt, với Elf họ sản xuất mỗi đợt với số lượng 40 m3 tại trung tâm nghiên cứu Solaize của Elf và được vận chuyển trong nhiều thùng 50 lít.

Một đội đua hàng đầu cần khoảng 3.600 lít nhiên liệu và 200 lít dầu động cơ, 180 lít dầu hộp số, 80 lít dầu thủy lực, 20 lít dầu làm mát và hàng kilo gram mỡ cho một chặng đua. Luôn có một kỹ sư đại diện của hãng dầu lửa tại mỗi chặng đua trong 5 ngày để kiểm tra trước nếu tất cả nhiên liệu đã được đưa đến để điều điều chỉnh các máy sắc ký và quang phổ để cho phép phân tích và chuẩn đoán động cơ. Tại cuối chặng đua, tất cả dầu không sử dụng được đưa trở lại cho nhà sản xuất.

Pha chế hỗn hợp xăng trong phòng thí nghiệm

Cấu tạo

Như đã đề cập ở trên, nhiên liệu cho xe đua công thức 1 có thành phần tương tự như các loại xăng thương mại khác. Nó chỉ khác ở tỷ lệ các thành phần cấu tạo nên xăng. Do những giới hạn, lượng hydrocarbon có thể được phân loại thành hai loại chính:

Và thử nghiệm

+ Hydrocarbon no: Trong trường hợp này, phân tử chứa đủ nguyên tử hydro

Paraffin (mạch thẳng, liên kết đơn giản): Cao phân tử lượng thuộc loại alkan hydrocarbon với công thức hóa học chung là C_nH_2n+2, trong đó n nằm giữa 22 và 27.

Naphthenic (mạch vòng với liên kết đơn giản): Có đặc tính nhiệt độ vô cùng thấp, chủ yếu sử dụng để bôi trơn

+ Hydrocarbon không no: phân tử không chứa đủ nguyên tử hydrocarbon.

Aromatic (mạch vòng, với liên kết kép và các liên kết đơn giản khác, đó là nhân benzene): chúng được gọi là họ hydrocarbon thơm. Thành phần chủ yếu của aromatic là benzene, tuoluene và xylene.

Diolefin hay Diene (mạch thẳng với liên kết kép)

Acetylene (mạch thẳng với liên kết ba): Acetylene là một phần của alkyne

Bình nhiên liệu

Xe F1 sử dụng bình loại bình nhiên liệu có thể biến sạng được làm từ vật liệu Kevlar. Loại bình nhiên liệu này giảm được tối đa nguy hiểm trong những trường hợp xảy ra tai nạn. Bình nhiên liệu sẽ tự biến dạng tại vùng áp suất đặt vào. Tất cả các đường nhiên liệu sẽ tự ngắt để đề phòng các đường nhiên liệu bị dò nứt. Còn có một nơi dập lửa trong vùng nhạy cảm của xe sẽ tự động mở khi xảy ra va chạm.

Kích thước của bình nhiên liệu còn khá quan trọng đối với những thiết kế chassis. Kích thước của bình xăng có thể ảnh hưởng đến tiêu thụ nhiên liệu của xe, sự hạn chế chiều dài trung bình, động lực học… Do đó, bình xăng được đặt ngay dưới ghế lái, nó chiếm không gian được xác định giữa lái xe và động cơ.

Những chiếc xe đua Công thức 1 gần đây, lượng tiêu thụ nhiên liệu có thể từ 180 đến 200 lít trong trên 300 km đường đua. Các tay đua có thể điều chỉnh được một chút con số này tùy theo cách lái xe của họ hay lái trong điều kiện không ưu tiên vận hành như chạy sau một chiếc safety car.

Nạp nhiên liệu

Từ năm 1994, nạp nhiên liệu tại pit stop trở lại với các giải đua Công thức 1, nó mang lại sự phấn khích cho khán giả chứng kiến cuộc đua. Các đội đua luôn có ba người để nạp nhiên liệu cho xe. Người thứ nhất gọi là “hoseman” thường đưa ông vào xe và kéo nó ra khi đã đủ nhiên liệu cho xe. Một thành viên thứ hai giữ ống nhiên liệu đúng vị trí sau hoseman để giúp đẩy ống nhiên liệu ra nhanh chóng khi quá trình bơm nhiên liệu kết thúc, người thứ ba giúp tránh hơi nóng từ khí xả khỏi khỏi những người nạp nhiên liệu, chỉ làm công tác an toàn.

Do một chiếc xe có thể phải nạp nhiên liệu với tần suất 11 lít/giây, đã có rất nhiều hoài nghi về độ an toàn trong năm 1994. Tuy nhiên trong những năm sau đó, nap nhiên liệu đã lại được chấp nhận trong F1 và là một phần không thể thiếu ở pit stop. Các tai nạn đã xảy ra trong những năm đó, nhưng để giữ an toàn đến mức có thể, FIA đã yêu cầu một công ty của Pháp tạo các thiết đặt như mong muốn của từng đội. Mỗi một đội phải trả 30.000 Euro. Bất cứ khi nào có vấn đề xảy ra, đường nhiên liệu sẽ bị cắt tự động để giảm thiểu những nguy cơ an toàn cháy nổ.

Tuy nhiên vận hành là cả một vấn đề, hiện nay, các đội đua dùng các trang bị vật liệu phi kim loại để tránh nhiên liệu bị nóng lên. Nhiệt độ thấp, mật độ sẽ cao hơn, do đó sẽ sinh ra công suất nhiều hơn với mỗi lượng nhiên liệu phun như nhau trong xilanh. Nhiên liệu thường chỉ được giữ quanh 10^oC.

Nạp nhiên liệu tại Pit Stop

Một vụ tai nạn xảy ra trong quá trình nạp nhiên liệu

Long Thành