En 2014 la Formule 1 entrera dans une nouvelle ère. Après trois ans d’études et de développement, la rupture technologique la plus significative depuis plus de vingt ans est sur le point d’être introduite. La réglementation liée au moteur représente la majeure partie de la révolution à venir, avec l’introduction d’une nouvelle génération de Power Units. Ceux-ci combinent un moteur V6 1.6 turbo avec des systèmes de récupération d’énergie qui amélioreront radicalement l’efficacité énergétique en exploitant l’énergie dissipée par les échappements et les freins.

La puissance maximum du nouveau Power Unit sera supérieure à celle des V8 actuellement utilisés en F1. Toutefois, la consommation de carburant sera énormément réduite. Avec seulement 100 kg d’essence autorisés pour la course, les nouveaux groupes motopropulseurs utiliseront 35% de carburant en moins. [image_frame style= »framed_shadow » align= »center » alt= »Power-unit Energy F1-2014″ title= »Power-unit Energy F1-2014″ height= »400″ width= »600″]https://www.car-engineer.com/wp-content/uploads/2013/06/Energy-F1-2014-Power-unit.jpg[/image_frame]

« Dès 2014, les moteurs vont revenir au premier plan et redresser l’équilibre de la F1. Le moteur est le coeur de la voiture, et l’an prochain il redeviendra le coeur de notre sport. » A déclaré Alain Prost, ambassadeur Renault et quadruple Champion du Monde de Formule 1.

« A partir de l’année prochaine, un des grands challenges de la F1 sera de maximiser l’efficacité énergétique et les économies de carburant, tout en maintenant des niveaux de puissance et de performance attendus en Formule 1. Renault a été un pionnier de ces technologies sur ses voitures de série avec la gamme Energy. En nommant notre Power Unit « Energy F1″, nous créons une gamme complète, qui va de Clio jusqu’à notre département compétition. » A ajouté Jean-Michel Jalinier, Président Directeur général de Renault Sport F1.

Caractéristiques du Power unit Energy F1-2014

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Terminologie des composants du moteur Energy F1-2014

V6

Le V6 Renault a une cylindrée de 1,6 litre et délivrera autour de 600 ch, l’équivalent de trois fois la puissance d’une Clio R.S.

WASTEGATE

La wastegate (soupape de décharge) 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 au juste nécessaire 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 les 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.

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 qui dessine, 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 ch 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 comme 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 récupérées peuvent être échangées directement entre le MGU, ou utilisées 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 deux fois plus de puissance (120 kW contre 60 kW) et aura un impact sur le temps au tour dix fois plus grand. [image_frame style= »framed_shadow » align= »center » alt= »Composants du moteur Energy F1-2014″ title= »Composants du moteur Energy F1-2014″ height= »350″ width= »650″]https://www.car-engineer.com/fr/wp-content/uploads/sites/2/2013/06/Composants-du-moteur-Energy-F1-2014.jpg[/image_frame]

Gestion de l’énergie

« Il y a deux sources d’énergie; le carburant du réservoir et l’énergie électrique stockée dans une batterie. L’utilisation des deux sources nécessite une gestion très fine car le carburant est limité à 100 kilogrammes au départ de la course et la batterie a besoin d’être rechargée, » c’est ce qu’explique Naoki Tokunaga, Directeur Technique des Power Units de nouvelle génération.

« En 2014, le débit massique de carburant est limité à 100 kilogrammes par heure. Et la quantité de carburant pour une course est fixée à 100 kilogrammes. Si la voiture utilise son essence au maximum au taux de 100 kg/h, elle ne pourra donc le faire que pendant une heure. Les performances devraient être similaires à 2013, les courses devraient donc durer environ 1h30. Bien sûr, les circuits et les caractéristiques des monoplaces ne permettent pas aux pilotes d’utiliser toute la puissance disponible sur un tour. Sur chaque circuit, nous pensons que la limitation de la puissance du carburant nécessaire pour une course sera proche des 100 kilogrammes. Dans certains cas, ce sera un peu en-dessous, dans d’autres juste au-dessus. Si ça dépasse, il sera nécessaire de décider comment et quand déployer l’énergie disponible.

La monoplace de F1 en 2014 pourrait être classée en tant que véhicule hybride électrique (HEV), donc un moteur thermique traditionnel avec un propulseur électrique, plutôt qu’un véhicule électrique pur (EV). Comme d’autres HEV, la batterie du Power Unit est relativement petite, donc si la batterie déployait l’énergie maximum tout au long d’un tour, elle sera à plat au bout de deux tours. Pour pouvoir maintenir ‘en état de charge’ (state of charge – SOC) dans la batterie, la gestion de l’énergie électrique est aussi importante que la gestion du carburant.

Les systèmes de gestion de l’énergie décident du moment et de la quantité de carburant qui va être extraite du réservoir, et du moment et de la quantité d’énergie qui va être prélevée ou stockée dans les batteries.[image_frame style= »framed_shadow » align= »center » alt= »Installation du moteur Energy F1-2014″ title= »Installation du moteur Energy F1-2014″ height= »350″ width= »650″]https://www.car-engineer.com/wp-content/uploads/2013/06/Energy-F1-2014-Power-unit-installation-in-race-car.jpg[/image_frame]

L’objectif est de minimiser le temps au tour pour une quantité de carburant donnée. Ceci peut paraître décalé avec ‘ce qui se passe sur les voitures de « Monsieur tout le monde », mais en fait les voitures de série doivent faire face au même problème : comment minimiser la consommation d’essence pour pouvoir atteindre un objectif de temps et de distance (le cycle d’homologation Européen). C’est la même problématique, posée à l’envers. La question est ensuite de savoir à quel moment du tour il faudra restituer cette énergie. Cette saison, le KERS peut être utilisé quelques fois pendant le tour. Mais, à partir de 2014, l’énergie (du carburant ou de la batterie) sera si primordiale qu’il faut imaginer à quels endroits il sera le plus opportun de consommer cette énergie – nous appelons ce phénomène ‘power scheduling.’ Le déploiement de cette énergie sera décidé conjointement par le département de dynamique du véhicule travaillant sur le châssis ainsi que par Renault Sport F1 à Viry-Châtillon.

Choisir les meilleurs secteurs où utiliser l’énergie du moteur thermique et celle du moteur électrique reviendra à déterminer où chacune sera la plus efficace. Mais encore, la gestion du SOC présente un enjeu pour l’utilisation efficace de la propulsion électrique. Et ces données varieront considérablement d’un circuit à l’autre, selon le pourcentage de pleine charge du circuit, la vitesse en passage de courbes, l’usure des pneus et la configuration aérodynamique de la monoplace.

Il y a plusieurs composantes du Power Unit qui seront directement ou indirectement contrôlées par le système de récupération de l’énergie à tout moment : le moteur à combustion interne, le turbo, l’ERS-K, l’ERS-H, la batterie et le système de freinage. Ils ont chacun leurs propres besoins, comme une température d’exploitation spécifique. Il se peut avoir les échanges d’énergies d’un composant à l’autre. L’algorithme de contrôle sera donc particulièrement complexe à définir et à gérer.
Ce qui est certain, c’est qu’à tout moment, autant d’énergie que possible sera récupérée et restituée à la voiture. Ce n’est pas une exagération que de dire que les monoplaces que l’on verra en F1 l’année prochaine seront les véhicules terrestres les plus efficaces au niveau de la gestion de l’énergie et du carburant. »

[image_frame style= »framed_shadow » align= »center » alt= »Power Unit complète » title= »Power Unit complète » height= »350″ width= »650″]https://www.car-engineer.com/wp-content/uploads/2013/06/Energy-F1-2014-complete-Power-unit.jpg[/image_frame]

Source : Renault

[titled_box title= »L’avis de Romain : »]

Je pense qu’il y a un travail intéressant à faire sur le plan de gestion de l’énergie. Par définition, dans la formule 1, le cycle de conduite est connu à l’avance ce qui signifie qu’une stratégie prédictive est définie pour optimiser la consommation d’énergie. J’imagine qu’il y a une étude d’ingénierie intéressante à effectuer ici. Pensez-vous qu’en 2014, nous allons assister à des cas de panne d’essence ou « d’énergie » lors de certaines courses ?[/titled_box]