En 2014 la Formule 1 entrera dans une nouvelle ère. Les monoplaces ne
pourront que recevoir un tout petit V6 d’une cylindrée de 1.6 litres
(comme sur des banales Mégane ou Clio) à injection directe et
turbocompresseur associé à un petit moteur électrique. Après trois ans
d’études et de développement, Renault présente son nouveau moteur pour
les monoplaces de Fomule 1, l’ENERGY F1.
Depuis plusieurs années, Renault utilise son expérience en compétition
pour développer des moteurs de série performants et à très faible
consommation de carburant, regroupés au sein de la gamme Energy. Les
objectifs sont ambitieux : maintenir ou même améliorer le plaisir de
conduite, le couple et les accélérations avec des moteurs plus petits,
qui consomment moins de carburant et émettent moins de CO2. Renault a
appliqué ces mêmes principes pour développer son Power Unit F1, en
créant un véritable cercle vertueux entre le travail effectué sur la
piste et celui sur la route.
Pour ces raisons, Renault a baptisé son Power Unit F1 « Energy F1 »,
illustrant clairement le partage de l’ADN entre le Power Unit F1 et ses
cousins utilisés sur les véhicules de série.
Le nouveau moteur RENAULT ENERGY F1- 2014 c’est un V6 1.6L turbo d’environ 600 ch, associé à un système de propulsion électrique délivrant environ 160 chevaux.
Le V6
V6 est l’abréviation utilisée pour désigner un moteur à combustion interne dont l’architecture est basée sur deux rangées de trois cylindres déposées en V et reliés par un même vilebrequin. 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.
Le moteur électrique 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.
L’ 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.
Qu’est-ce qui peut être modifié d’une écurie à l’autre ?
Globalement, les éléments externes du Power Unit peuvent être adaptés. Le choix en revient à l’écurie, en concertation avec les équipes de Renault Sport F1. Par exemple, les échappements, les tuyauteries, l’hydraulique, les entrées d’air, le passage des faisceaux électriques, la position des boitiers électroniques sont modifiables pour permettre une intégration optimale.
Le nouveau moteur RENAULT ENERGY F1- 2014 c’est un V6 1.6L turbo d’environ 600 ch, associé à un système de propulsion électrique délivrant environ 160 chevaux.
Le V6
V6 est l’abréviation utilisée pour désigner un moteur à combustion interne dont l’architecture est basée sur deux rangées de trois cylindres déposées en V et reliés par un même vilebrequin. 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.
Le moteur électrique 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.
L’ 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.
Qu’est-ce qui peut être modifié d’une écurie à l’autre ?
Globalement, les éléments externes du Power Unit peuvent être adaptés. Le choix en revient à l’écurie, en concertation avec les équipes de Renault Sport F1. Par exemple, les échappements, les tuyauteries, l’hydraulique, les entrées d’air, le passage des faisceaux électriques, la position des boitiers électroniques sont modifiables pour permettre une intégration optimale.
Description moteur RENAULT ENERGY F1 2014
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. L’objectif est de minimiser le temps au tour pour une quantité de carburant donnée. Ceci peut paraitre 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 problèmatique, 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. »
« 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. L’objectif est de minimiser le temps au tour pour une quantité de carburant donnée. Ceci peut paraitre 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 problèmatique, 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. »
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