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F1 Technique: Les éléments du groupe propulseur V6 turbo de 2014

F1 Technique: Les éléments du groupe propulseur V6 turbo de 2014

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Renault Sport F1 explique ici les différentes composantes du groupe propulseur V6 turbo à récupération d’énergie qui sera utilisé en Formule 1 à partir de la saison prochaine.

Rob White, directeur général adjoint déclare que la prochaine génération de F1 sera motorisée par un V6 1,6 litre turbo d’environ 600 chevaux, associé à un système de propulsion électrique développant environ 160 chevaux grâce à la récupération d’énergie. Cela signifie que le terme de ‘moteur’ ne sera plus suffisant pour décrire la façon dont la voiture est propulsée. Il sera plus adapté d’utiliser le terme de ‘Power Unit’, ou groupe propulseur, pour se référer au système complet.

F1 Renault V6 engine
Photo: Renault Sport F1

TURBOCOMPRESSEUR
Un turbocompresseur se compose d’une turbine alimentée par les gaz d’échappement, d’un compresseur qui permet d’augmenter la densité de l’air admis dans le moteur et enfin un arbre qui relie les 2. L’avantage d’un turbocompresseur est de pouvoir délivrer plus de puissance pour une même cylindrée.

L’énergie contenue sous forme de chaleur dans les gaz d’échappement issus de la combustion est convertie en énergie mécanique au travers de la turbine d’échappement. La puissance mécanique fournie par la turbine est utilisée pour entraîner le compresseur et le MGU-H (voir ci-dessous).

Dans la mesure où la vitesse du turbo doit varier pour s’adapter aux demandes du débit en air du moteur, il peut y avoir un délai dans la réponse en couple du moteur, souvent désigné comme le ‘temps de réponse’. Un des grands défis dans la conception du Power Unit consiste à réduire autant que possible ce phénomène, afin de délivrer le couple aussi rapidement que sur les V8 actuels.

WASTEGATE
La soupape de décharge (wastegate) est associée au turbo. Il s’agit d’un équipement de régulation, qui permet à une partie des gaz d’échappement de court-circuiter la turbine. Grâce à cela on peut régler avec précision la puissance fournie par la turbine au compresseur.

INJECTION DIRECTE
Avec ce type d’injection, le carburant est directement injecté dans la chambre de combustion, plutôt que dans le conduit avant des soupapes d’admission. Le mélange air-essence se formant dans le cylindre, nécessite une grande précision quant à la quantité injectée, la direction et la forme du jet depuis le nez de l’injecteur. Cette technologie est au cœur de l’optimisation du rendement du nouveau Power Unit.

F1 Renault V6 engine
Le groupe propulseur vu de haut. L'avant de la voiture se situe à gauche. (Photo: Renault Sport F1)

MGU
Le MGU (motor generator unit) est un équipement électrique. Lorsqu’il fonctionne comme un moteur, le MGU convertit l’énergie électrique qui lui est fournie en énergie mécanique. En mode générateur, le MGU convertit l’énergie mécanique qui lui est fournie en électricité.

Le Power Unit 2014 utilise deux MGU : un MGU-H (H pour ‘heat’, la chaleur récupérée via les gaz d’échappement) et un MGU-K (K pour ‘kinetic’, l’énergie cinétique de la voiture récupérée au freinage).

MGU-K
Relié au vilebrequin du moteur à combustion interne, le MGU-K est capable de récupérer et de délivrer une puissance (limitée à 120 kW / 160 chevaux par la réglementation). En phase de freinage, le MGU-K fonctionne comme un générateur pour ‘ralentir’ la voiture (d’où une réduction de la chaleur dissipée par les freins) et transforme une partie de l’énergie cinétique en électricité. Lors des accélérations, le MGU-K est alimenté (depuis la batterie et/ou depuis le MGU-H) et agit comme un moteur pour propulser la voiture.

MGU-H
Le MGU-H est relié à l’axe du turbocompresseur. Agissant comme un générateur, il absorbe sa puissance récupérée sur l’axe de la turbine via l’énergie contenue des gaz d’échappement. La puissance récupérée peut être dirigée directement vers le MGU-K ou vers les batteries pour un usage ultérieur. Le MGU-H est également utilisé pour contrôler la vitesse du turbo, afin de s’ajuster aux besoins en air du moteur (par exemple pour l’accélérer afin de diminuer le temps de réponse).

ERS
Le système de récupération d’énergie (ERS pour energy recovery system) du Power Unit réunit le MGU-H, le MGU-K, un Energy Store, et les différents boîtiers électroniques de contrôle et de puissance. La chaleur ou l’énergie cinétique récupérée peut être échangée directement entre le MGU, ou utilisée pour recharger la batterie.

L’énergie ainsi stockée peut ensuite être utilisée pour propulser la voiture via le MGU-K ou pour entraîner le turbo via le MGU-H. Par rapport au KERS utilisé en 2013, l’ERS du Power Unit 2014 délivrera 2 fois plus de puissance (120 kW contre 60 kW) et aura un impact sur le temps au tour 10 fois plus grand.