Двигатели Формулы-1

История двигателей Формулы-1 тесно связана с изменениями положений Технического регламента: именно он определял направление развития идей конструкторов^[2].

В начале своего пути Формула-1 использовала атмосферные двигатели внутреннего сгорания с объемом от 1,5 до 4,5 л. Эти двигатели были простыми и надёжными, но со временем стали уступать в производительности и технологичности. В 1960-х годах появились первые турбированные двигатели, которые значительно увеличили мощность и скорость болидов Формулы-1. Однако они требовали больших затрат на разработку и производство. В 1980-х годах турбированные двигатели были запрещены из-за их высокой мощности и опасности для гонщиков. Вместо них были введены атмосферные двигатели с ограниченным объёмом до 3,5 л. В последующие годы наблюдалась тенденция к уменьшению мощности двигателей^[2]. С 2014 года в Формуле-1 стали использовать гибридные двигатели, которые объединяют турбинные с электрическими системами. Данные двигатели более экологичные и эффективные, но требуют больших затрат на разработку и производство^[9].

В этот период команды могли использовать атмосферные двигатели объёмом 4,5 л либо двигатели с нагнетателем объёмом до 1,5 л. Мощность достигала 425 л. с. (317 кВт)^[2].

• Alta Р4 1,5 л (с механическим нагнетателем)
• Alfa-Romeo Р8 1,5 л (с механическим нагнетателем)
• Bristol Р6 2,0 L
• BRM V16 1,5 л (с механическим нагнетателем)
• ERA Р6 1,5 л (с турбонагнетателем)
• Ferrari Р4 2,0 л (F2), V12 1,5 л (с механическим нагнетателем), V12 2,0 л (F2) и V12 4,5 л
• Lea-Francis Р4 2,0 л (F2)
• Maserati Р4 1,5 л (с механическим нагнетателем) и Р6 2,0 л (F2)
• O.S.C.A. V12 4,5 л
• Simca-Gordini Р4 1,5 л (с механическим нагнетателем)
• Talbot-Lago Р6 4,5 л

Объём двигателей был понижен до 2,5 л для атмосферных и до 750 см³ — для компрессорных. Но ни одна из команд не стала использовать двигатели с нагнетателем. В Формуле-2 тогда использовались 2-литровые двигатели. Это давало возможность не проектировать новые двигатели, а просто увеличить объём старых моторов^[2].

• Alta Р4 2,5 л
• Aston Martin Р6 2,5 л
• BRM Р4 2,5 л
• Coventry Climax Р4 2,0 л и Р4 2,5 л
• Ferrari Р4 2,5 л и V6 2,5 л
• Lancia V8 2,5 л (после ухода Lancia из Формулы-1 эти двигатели использовали в Ferrari)
• Maserati Р4 2,5 л, Р6 2,5 л и V12 2,5 л
• Mercedes Р4 2,5 л
• Offenhauser Р4 1,7 л
• Scarab Р4 2,5 л (разработан Offenhauser)
• Vanwall Р4 2,5 л

В 1961 году были вновь изменены требования к двигателям. Теперь можно было использовать только атмосферные двигатели объёмом 1,5 л. Мощность варьировала в диапазоне 150–225 л. с.^[2]

• ATS V8 1,5 л
• BRM V8 1,5 л
• Coventry Climax Р4 1,5 л, V8 1,5 л и H16 1,5 л (не участвовал в гонках)
• Ford Р4 1,5 л
• Ferrari V6 1,5 л, V8 1,5 л и H12 1,5 л
• Honda V12 1,5 л
• Porsche H4 1,5 л и H8 1,5 л (оба воздушного охлаждения)
• Maserati Р4 1,5 л и V12 1,5 л (не участвовал в гонках)

В 1966 году вступили в силу новые положения Технического регламента. Объём двигателей увеличили до 3,0 л для атмосферных и 1,5 л для двигателей с нагнетателем. Это вызвало недовольство многих команд. В 1966 году Coventry Climax, чьи 1,5-литровые моторы использовали многие команды, была куплена компанией Jaguar. Поставки двигателей для команд Формулы-1 были прекращены. Командам пришлось искать новых поставщиков. Так, Cooper перешли на двигатели Maserati устаревшей конструкции. Brabham обратились к австралийской Repco, а Lotus заключили договор с BRM о поставках двигателя BRM-75. В 1967 году появился серийно выпускаемый Cosworth DFV, что позволило принять участие в чемпионате мира небольшим производителям. В 1977 году появился турбированный двигатель Renault-Gordini V6 Turbo. Мощность двигателей составляла 390–500 л. с., а для турбированных — 500–900 л. с. в гонке и до 1 000 л. с. — во время квалификации. Также регламент 1966 года допускал роторно-поршневые и газотурбинные двигатели с любыми параметрами. Роторно-поршневые так и не появились, а газотурбинный турбовальный двигатель стоял на Lotus 56B, но показал свою несостоятельность из-за высокого расхода топлива и турболага^[2].

• Alfa Romeo V8 1,5 л Turbo, V8 3,0 л, Оппозитный-12 3,0 л и V12 3,0 л
• BMW M12 Р4 1,5 л Turbo
• BRM H16 3,0 л и V12 3,0 л
• Coventry Climax V8 3,0 л
• Ferrari V6 1,5 л Turbo, V12 3,0 л и H12 3,0 л
• Ford V6 1,5 л Turbo и V8 3,0 л
• Ford Cosworth DFV V8 3,0 л и DFY V8 3,0 л
• Hart Р4 1,5 л Turbo
• Honda V12 3,0 л, V8 3,0 л (воздушного охлаждения) и V6 1,5 л Turbo
• Maserati V12 3,0 л
• Matra V12 3,0 л
• Motori Moderni V6 1,5 л Turbo
• Repco V8 3,0 л
• Renault Gordini V8 (не участвовал в гонках) 3,0 л and Gordini V6 1,5 л Turbo
• Serenissima V8 3,0 л
• TAG-Porsche V6 1,5 л Turbo
• Tecno H12 3,0 л
• Weslake V12 3,0 л
• Zakspeed Р4 1,5 л Turbo

Мощности турбомоторов постоянно росли, снижая безопасность гонок. Поэтому Международная автомобильная федерация (FIA) приняла решение ограничить давление наддува до 4 атм в квалификации и увеличить максимальный объём атмосферных двигателей до 3,5 л. Команды March, Lola, Tyrrell, AGF и Coloni использовали атмосферный двигатель Ford Cosworth DFZ 3,5 L V8 мощностью 575 л. с. В 1988 году давление наддува снизили до 2,5 атм, но доминирование турбомоторов продолжилось^[2].

• Alfa-Romeo 890T V8 1,5 л Turbo 700 л. с., 415/85T V8 1,5 л Turbo
• BMW M12/13 Р4 Turbo 1,5 л 850 л. с.
• Ferrari V12
• FordCosworth TEC-F1 Ford GBA V6 1,5 л Turbo 850–1 000 л. с., DFZ V8 3,5 л 575 л. с. (1987) и 858 л. с. (1988), DFR V8 3,5 л 585 л. с.
• Honda RA 167 E V6 1,5 л Turbo 850–1 000 л. с., RA 168 E V6 1,5 л Turbo 650 л. с.
• Judd CV V8 3,5 л 600 л. с.
• Megatron M12/13 Р4 Turbo 1,5 л 920 л. с. (1987) и 650 л. с. (1988)
• Motori Moderni V6 1,5 л Turbo 800 л. с.
• TAG-Porsche TTE-P01 V6 1,5 л Turbo 850 л. с.
• Zakspeed Р4 Turbo 1,5 л 800 л. с.

В 1989 году турбированные двигатели полностью запретили. Конец турбоэры позволил прийти в Формулу-1 новым поставщикам двигателей, таким как Yamaha и Lamborghini. После двухлетнего перерыва вернулось Renault^[2].

• Ferrari 65° V12 620–715 л. с.
• Ford Cosworth DFR 90° V8 595 (1989) и 620 л. с. (1990), HB V8 615–730 л. с., Zetec-R ECA V8 750 л. с.
• Hart 1035 V10
• Honda RA 675–710 л. с.
• Ilmor 72° V10 680–765 л. с.
• Judd EV 72° V8 640 л. с. при 12 500 об/мин и GV 72° V10 750 л. с. при 13 500 об/мин
• Lamborghini L3512 80° V12 700 л. с.
• Life F35 60° W12 650 л. с. при 12 500 об/мин
• Mugen-Honda MF V10
• Peugeot V10 A4 700 л. с. и A6 760 л. с.
• Porsche V12 3,5 680 л. с. при 13 000 об/мин
• Renault RS V10 600–790 л. с.
• Subaru F12 (не участвовал в гонках)
• Yamaha OX V8 (1989), OX 99 72° V10 660 л. с. и OX 10A 72° V10 до 750 л. с.

С 1995 по 1997 год моторы Renault трижды выиграли Кубок конструкторов и чемпионат мира. В 1995 году максимальный объём двигателя сократили с 3,5 до 3,0 л. В 1998 и 1999 годах чемпионом мира стал Мика Хаккинен на McLaren с мотором Mercedes. С 1999 по 2004 год Кубок конструкторов завоёвывали только Ferrari. С 2000 года Williams перешли на двигатели BMW. После 2000 года в регламенте появился пункт, разрешающий использовать только моторы конфигурации V10, из-за чего на год отложился дебют команды Toyota, планировавшей дебютировать с двигателем V12^[2].

• Acer 90° V10 800 л. с. при 16 200 об/мин
• Arrows C 72° V10 700 л. с. при 15 000 об/мин (1998), A20E 72° V10 715 л. с. при 15 000 об/мин (1999)
• Asiatech V10 001 (2001) и AT02 (2002) 800 л. с.
• BMW V10 800–900 л. с.
• European 72° V10 790 л. с. при 16 200 об/мин
• Ferrari 65°, Tipo V12 750 л. с.
• Ferrari Tipo V10 600–880 л. с.
• Fondmetal RV10 770 л. с. при 15 800 об/мин
• Ford Cosworth ED V8 630–705 л. с. (1995–1998), Zetec-R V10 790 л. с. (1996–1999), CR V10 700–840 л. с.
• Hart 830 V8 (1995–1996), 830 AV 7 680 л. с. при 13 100 об/мин (1997)
• Honda RA 675–710 л. с.
• Mecachrome GC37-01 (Renault RS9) 71° V10 775 л. с. при 15 600 об/мин (1998)
• Mercedes FO 110 690–870 л. с.
• Mugen-Honda MF-301 V10 600–770 л. с.
• Peugeot V10 760–800 л. с.
• Petronas V10 760–870 л. с.
• Playlife V10 750–780 л. с.
• Renault RS V10 750–820 л. с.
• Supertec V10 FB01 (1999) и FB02 (2000) 780 л. с.
• Toyota RVX 90° V10 830–880 л. с.
• Yamaha OX 10C 72° V10 680 л. с. (1995), OX 11A 72° V10 690 и 700 л. с. (1996 и 1997)

В 2005 году команды должны были использовать двигатели V10 объёмом 3 л, имеющие не более 5 клапанов на цилиндр^[2].

• BMW P84/5 935 л. с.
• Cosworth TJ 2005 900 л. с. при 18 300 об/мин
• Ferrari Tipo 053 880 л. с. и Tipo 055
• Honda RA 005 E 900 л. с. при 18 500 об/мин
• Mercedes FO 110R 920 л. с.
• Petronas 05A (Ferrari Tipo 053)
• Renault RS25 950 л. с.
• Toyota RVX-05 90° 900 л. с. при 19 000 об/мин

В 2006 году объём двигателя снизили до 2,4 л, а число цилиндров до 8. Диаметр цилиндра должен был быть не более 98 мм, а ход поршня — не менее 37 мм. Системы предварительного охлаждения воздуха запретили. Кроме того, было запрещено подавать в двигатель что-либо, кроме воздуха и горючего. Впуск и выпуск изменяемой геометрии также запрещены. Каждый цилиндр мог иметь только одну форсунку для впрыска топлива и только одну свечу зажигания. Двигатель должен был быть атмосферным и иметь вес не менее 95 кг. Также командам разрешили в 2006 и 2007 годах использовать старые двигатели V10 с ограничением числа оборотов. Были установлены требования к материалам: блок цилиндров и картер двигателя должны быть выполнены из алюминия; коленчатый и распределительные валы — из стали или чугуна; толкатели клапанов — из сплавов алюминия; клапаны — из сплавов на основе железа, никеля, кобальта или титана. Использование карбона и композитных материалов при производстве блока цилиндров, головки блока и клапанов запрещено. Это привело к снижению мощности, по сравнению с 3-литровыми двигателями, на 20 %^[2].

• BMW P86 760 л. с.
• Cosworth TJ 2006 V10 ограничение 16 700 об/мин и CA 2006 V8
• Ferrari Tipo 056 735 л. с.
• Honda RA 806 E 760 л. с. при 19 000 об/мин
• Mercedes FO 128S 760 л. с.
• Renault RS26 735 л. с. (750 л. с. в версии B)
• Toyota RVX-06 760 л. с. при 19 000 об/мин

Чтобы снизить затраты команд в 2007–2008 годах, регламент не стали менять. Было введено ограничение по числу оборотов — до 19 000^[2].

В 2009 году разрешено использовать такие же двигатели 2008 года с ограничением по числу оборотов до 18 000. Также командам разрешено использовать систему KERS^[2].

В 2010 в Формулу-1 вернулась компания Cosworth^[2].

• Cosworth CA2010 V8 (AT&T WilliamsF1, Lotus Racing, HRT F1 Team, Virgin Racing)
• Ferrari Tipo 056 (Scuderia Ferrari Marlboro, Scuderia Toro Rosso)
• Mercedes FO 108X (Vodafone McLaren Mercedes, Mercedes GP Petronas, Force India F1 Team)
• Renault RS27-2010 (Renault F1 Team, Red Bull Racing)

В 2011 году произошли небольшие изменения в поставщиках моторов для команд. От услуг Cosworth перед началом сезона отказался Lotus^[10][11]. Также со следующего сезона моторы Renault RS27 стали использовать и AT&T WilliamsF1^[12].

• Cosworth CA2011 V8 (AT&T WilliamsF1, HRT F1 Team, Virgin Racing)
• Ferrari Tipo 056 (Scuderia Ferrari Marlboro, Scuderia Toro Rosso, Sauber F1 Team)
• Mercedes FO 108Y (Vodafone McLaren Mercedes, Mercedes GP Petronas, Force India F1 Team)
• Renault RS27-2011 (Lotus Renault GP, Red Bull Racing, Team Lotus)

• Cosworth CA2012 V8 (HRT F1 Team, Marussia F1 Team)
• Ferrari Tipo 056 (Scuderia Ferrari Marlboro, Scuderia Toro Rosso, Sauber F1 Team)
• Mercedes FO 108Y (Vodafone McLaren Mercedes, Mercedes GP Petronas, Force India F1 Team)
• Renault RS27-2012 2,4 V8 (Lotus F1 Team, Red Bull Racing, Caterham F1 Team, AT&T WilliamsF1)^[13]

• Cosworth CA2013 2,4 V8 (Marussia F1 Team)
• Ferrari 056 2,4 V8 (Scuderia Ferrari, Scuderia Toro Rosso, Sauber F1 Team)
• Mercedes FO 108F 2,4 V8 (Vodafone McLaren Mercedes, Mercedes AMG Petronas, Force India F1 Team)
• Renault RS27 V8 (Lotus F1 Team, Red Bull Racing, Caterham F1 Team, AT&T WilliamsF1)^[14]

2014 год стал первым сезоном, в котором начали использовать 1,6-литровые турбированные двигатели V6 до 15 000 об/мин. Мощность снижена до 600 л. с.^[15] Из-за этого изменилось и звучание болидов, что вызывало критику как болельщиков, так и пилотов^[3][16].

• Ferrari 059/3 1,6 V6T (Scuderia Ferrari, Sauber F1 Team, Marussia F1 Team)
• Mercedes Hybrid PU106A 1,6 V6T (McLaren Mercedes, Mercedes AMG Petronas, Sahara Force India F1 Team, Williams Martini Racing)
• Renault Energy F1 1,6 V6T (Lotus F1 Team, Infiniti Red Bull Racing, Caterham F1 Team, Scuderia Toro Rosso)

Период 2015–2021 годов характеризуется тенденцией к увеличению надёжности. В связи с этим постепенно сокращается число разрешённых двигателей на сезон: с 5 в 2015 году до 3 в 2018 году. В 2021 году использовали моторы прошлого сезона с небольшими изменениями в аэродинамике машин^[17].

С 2022 года двигатели «заморозили» в развитии до нового моторного регламента, который введут в 2026 году^[18]. В топливной системе появилось больше стандартизованных элементов. Увеличилось число дополнительных датчиков, позволяющих FIA более точно контролировать работу двигателей внутреннего сгорания. Ввели требование к топливу: оно должно содержать 10 % биокомпонентов. Это топливо получило маркировку E10, где литера E обозначает «этанол», который должен производиться из восполняемого биосырья^[19].

В Фомуле-1 в разное время использовались следующие типы двигателей:

• рядный двигатель (до 1960-х годов) — двигатель, в котором все цилиндры располагаются друг за другом в ряд. При своих небольших размерах и компактности двигатели были длинными, поэтому нуждались в тяжёлом коленчатом вале, что влияло на скоростные и аэродинамические свойства гоночного болида и давало меньше возможностей конструкторам для творчества;

• оппозитный двигатель — двигатель, в котором два ряда цилиндров располагаются напротив друг друга. Считается лучшей конструкцией в двигателестроении. Эти двигатели стали популярны в Формуле-1 благодаря своему низкому центру тяжести и невысокой стоимости производства. Но в конечном итоге и от него отказались, так как он не удовлетворял оптимальным условиям перегрузок, действующих на болид во время поворотов;

• V-образный двигатель — двигатель, в котором угол разделяет блок цилиндров надвое, в результате чего принято считать, что коленчатый вал является вершиной угла. Используется в настоящее время в болидах Формулы-1^[20].