Renault Sport F1 a dévoilé certains détails très intéressants de son nouveau moteur V6 turbo électrifié destiné à la saison 2014 du Championnat du monde de Formule 1. Les informations qui suivent ont été fournies par Renault.
Dès 2014, la réglementation FIA de la F1 va changer dramatiquement. Son objectif est de rapprocher la recherche et les développements issus de la F1 des préoccupations des automobilistes et des nouveaux enjeux économiques et environnementaux tout en maintenant le spectacle et la compétition.
Les motoristes conçoivent un moteur 1,6 litre turbo électrifié, c’est à dire un moteur thermique fortement downsizé (à la cylindrée réduite), accouplé à un système de récupération d’énergie alimentant deux moteurs électriques. On parle maintenant de power-unit.
Réduction de carburant
Pour 2014, le but est de maintenir les performances et la puissance, à savoir environ 750 chevaux, tout en consommant près de 40% de carburant en moins sur un Grand Prix.
- Passage d’une architecture V8 à V6;
- Réduction d’1/3 de la cylindrée, de 2,4 litres à 1,6 litre;
- Suralimentation par turbocompresseur unique, régime maximum limité à 15 000 tr/min.
La quantité de carburant maximale embarquée en course passe à 140 litres. La gestion de l’énergie devient donc une composante majeure de la stratégie de course. De plus, le débit instantané maximum autorisé sera de 140 litres par heure. Il faudra donc optimiser l’utilisation de chaque goutte de carburant pour aller le plus vite possible avec une quantité de carburant donnée.
Il y aura aussi une limitation des coûts de développement et du nombre de moteurs par saison. Ainsi, cinq moteurs par pilote en 2014 puis, quatre à partir de 2015 (contre 8 aujourd’hui). Les technologies et matériaux utilisés doivent se rapprocher de ce qui se fait en série.
Récupération des pertes
Le rendement d'un moteur classique thermique est de l'ordre de 25-30% sur son point de fonctionnement optimal. Ce qui signifie que 70% de l’énergie introduite par le carburant est perdue dans la nature sous forme de chaleur soit via les radiateurs (échange thermique entre les parois du moteur et les fluides de refroidissement), soit – et c’est la majorité – au travers des gaz d’échappement.
Système inédit de récupération d’énergie des gaz d’échappement ERS-H (Energy Recovery System - Heat)
L’énergie présente dans les gaz d’échappement à la sortie du moteur est considérable et représente près de 55% de l’énergie introduite par le carburant. Sur le Power-Unit 2014, la connexion d’un moteur générateur (MGU-H) sur la turbine va permettre de récupérer une partie de cette énergie thermique habituellement « by-passée » par la waste-gate (soupape de décharge) et de la transformer en énergie électrique.
Cette énergie électrique sera ou stockée dans la batterie ou utilisée par le moteur générateur MGU-K pour propulser la voiture sans limitation. Cela permettra donc l’utilisation du MGU-K sur la quasi-totalité du tour. Une deuxième utilisation importante du MGU-H est de pouvoir entraîner le gros turbocompresseur après une phase de freinage évitant un temps de réponse de plusieurs secondes avant que le couple du moteur V6 demandé par le pilote lui soit délivré (« phénomène turbolag »).
Un ERS-K (Energy Recovery System – Kinetic), deux fois plus puissant que le KERS actuel
Lors des phases de freinage, l’énergie cinétique d’une monoplace est dissipée en chaleur dans les freins. La réglementation permet de transformer une partie de cette énergie sous forme électrique. via le moteur générateur MGU-K couplé au vilebrequin du moteur thermique.
Ce moteur générateur sera capable de récupérer 2 Méga Joules (MJ) et de restituer 4 MJ sur un tour ce qui correspond à une utilisation d’à peu près 34 secondes sur un tour (contre 6,5 secondes pour le KERS aujourd’hui). Le MGU-K sera capable de fournir une puissance maximale de 120 kilowatts soit plus de 160 chevaux. Ce système est baptisé ERS-K (Energy Recovery System – Kinetic). L’énergie thermique et cinétique récupérées ne générera aucune surconsommation de carburant. Ce sera réellement de la fourniture d’énergie gratuite.
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| (Photo: Renault Sport F1) |
Dès 2014, la réglementation FIA de la F1 va changer dramatiquement. Son objectif est de rapprocher la recherche et les développements issus de la F1 des préoccupations des automobilistes et des nouveaux enjeux économiques et environnementaux tout en maintenant le spectacle et la compétition.
Les motoristes conçoivent un moteur 1,6 litre turbo électrifié, c’est à dire un moteur thermique fortement downsizé (à la cylindrée réduite), accouplé à un système de récupération d’énergie alimentant deux moteurs électriques. On parle maintenant de power-unit.
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| (Photo: Renault Sport F1) |
Réduction de carburant
Pour 2014, le but est de maintenir les performances et la puissance, à savoir environ 750 chevaux, tout en consommant près de 40% de carburant en moins sur un Grand Prix.
- Passage d’une architecture V8 à V6;
- Réduction d’1/3 de la cylindrée, de 2,4 litres à 1,6 litre;
- Suralimentation par turbocompresseur unique, régime maximum limité à 15 000 tr/min.
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| Injection directe the carburant. (Photo: Renault Sport F1) |
La quantité de carburant maximale embarquée en course passe à 140 litres. La gestion de l’énergie devient donc une composante majeure de la stratégie de course. De plus, le débit instantané maximum autorisé sera de 140 litres par heure. Il faudra donc optimiser l’utilisation de chaque goutte de carburant pour aller le plus vite possible avec une quantité de carburant donnée.
Il y aura aussi une limitation des coûts de développement et du nombre de moteurs par saison. Ainsi, cinq moteurs par pilote en 2014 puis, quatre à partir de 2015 (contre 8 aujourd’hui). Les technologies et matériaux utilisés doivent se rapprocher de ce qui se fait en série.
Récupération des pertes
Le rendement d'un moteur classique thermique est de l'ordre de 25-30% sur son point de fonctionnement optimal. Ce qui signifie que 70% de l’énergie introduite par le carburant est perdue dans la nature sous forme de chaleur soit via les radiateurs (échange thermique entre les parois du moteur et les fluides de refroidissement), soit – et c’est la majorité – au travers des gaz d’échappement.
Système inédit de récupération d’énergie des gaz d’échappement ERS-H (Energy Recovery System - Heat)
L’énergie présente dans les gaz d’échappement à la sortie du moteur est considérable et représente près de 55% de l’énergie introduite par le carburant. Sur le Power-Unit 2014, la connexion d’un moteur générateur (MGU-H) sur la turbine va permettre de récupérer une partie de cette énergie thermique habituellement « by-passée » par la waste-gate (soupape de décharge) et de la transformer en énergie électrique.
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| (Photo: Renault Sport F1) |
Cette énergie électrique sera ou stockée dans la batterie ou utilisée par le moteur générateur MGU-K pour propulser la voiture sans limitation. Cela permettra donc l’utilisation du MGU-K sur la quasi-totalité du tour. Une deuxième utilisation importante du MGU-H est de pouvoir entraîner le gros turbocompresseur après une phase de freinage évitant un temps de réponse de plusieurs secondes avant que le couple du moteur V6 demandé par le pilote lui soit délivré (« phénomène turbolag »).
Un ERS-K (Energy Recovery System – Kinetic), deux fois plus puissant que le KERS actuel
Lors des phases de freinage, l’énergie cinétique d’une monoplace est dissipée en chaleur dans les freins. La réglementation permet de transformer une partie de cette énergie sous forme électrique. via le moteur générateur MGU-K couplé au vilebrequin du moteur thermique.
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| (Photo: Renault Sport F1) |
Ce moteur générateur sera capable de récupérer 2 Méga Joules (MJ) et de restituer 4 MJ sur un tour ce qui correspond à une utilisation d’à peu près 34 secondes sur un tour (contre 6,5 secondes pour le KERS aujourd’hui). Le MGU-K sera capable de fournir une puissance maximale de 120 kilowatts soit plus de 160 chevaux. Ce système est baptisé ERS-K (Energy Recovery System – Kinetic). L’énergie thermique et cinétique récupérées ne générera aucune surconsommation de carburant. Ce sera réellement de la fourniture d’énergie gratuite.
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| (Photo: Renault Sport F1) |