Fórmula 1 chega com novidades em 2014

Em 2014, o regulamento técnico do Campeonato Mundial de F1 muda radicalmente a cara da categoria. Os monopostos serão motorizados por um propulsor extremamente sofisticado, que combina um motor a combustão interna turbocomprimido e dois potentes sistemas de recuperação de energia no nível dos escapamentos (Energia Térmica) e do virabrequim (Energia Mecânica). O combustível e a energia elétrica vão propulsionar os monopostos de forma combinada durante toda a corrida. Uma restrição em dose dupla vai ser aplicada em relação ao consumo instantâneo (vazão) e total (massa embarcada) do combustível em termos de consumo específico, os novos propulsores se posicionarão entre os mais econômicos do mundo. Desenvolvido na fábrica de motores de Viry-Châtillon na França, os propulsor Energy F1 2014, concebido pela Renault, está pronto para enfrentar o desafio. Batizado de Energy F1, o novo propulsor ilustra as sinergias existentes com a gama inovadora de motores energy que já equipa os carros de série Renault. Este último melhora o prazer de dirigir, a retomada e a aceleração, utilizando motores de cilindrada reduzida, mais econômicos em emissões de CO2 e que gastam menos combustível.

O regulamento técnico do Campeonato Mundialde de F 1 foi profundamente remanejado para a temporada 2014. Os monopostos serão propulsionados por um novo grupo motopropulsor na ponta da tecnologia. Este associa um motor a combustão interna superalimentado a sistemas de recuperação de energia inovadores.

Os rendimentos energéticos atingirão níveis jamais vistos na F1, e os monopostos utilizarão duas fontes de energia. O motor a combustão interna consumirá combustível clássico, enquanto que dois motores elétricos recuperarão a energia elétrica no nível dos escapamentos e do virabrequim (energia mecânica). Os dois sistemas funcionarão de maneira complementar durante todo o Grande Prêmio; por isso, as equipes e os pilotos deverão encontrar o equilíbrio certo entre as duas fontes de energia para gerenciar a corrida da melhor forma possível.

O advento de tal tecnologia produz também algumas mudanças no vocabulário da F1. Como a palavra « motor » não é mais suficiente, vamos agora falar de "Unidade de Potência" ou "Propulsor".

A Renault está pronta para abraçar esta revolução técnica e seu propulsor Energy F1-2014, concebido e desenvolvido em sua fábrica de motores de Viry-Châtillon, na França, que já está pronto para ser testado na pista.

“A Fórmula 1 continua sendo um esporte de inovação e progresso. Ela representa o auge da capacidade humana e dos avanços tecnológicos. Desde os motores traseiros dos anos 30 ao efeito de solo visto nos anos 80, a tecnologia desenvolvida na F1 sempre esteve bastante à frente de seu tempo. Em 2014, a categoria se mantém fiel ao seu prestigioso DNA, optando por sistemas de recuperação de energia de alta tecnologia e um motor turbo inovador. Neste ano, estamos realmente à frente da tecnologia em termos de motorização”, afirmou Jean-Michel Jalinier, Presidente de Renault Sport F1

O novo propulsor

ELEMENTOS CHAVE:
• Motor V6 1,6 litro turbocomprimido a combustão interna
• Injeção direta
• Rotação máxima do motor de 15.000 RPM
• Potentes sistemas de recuperação de energia compostos de dois motores elétricos: o MGU-H, que coleta a energia no nível dos escapamentos, e o MGU-K, que recupera a energia cinética na frenagem.
• A energia elétrica produzida é armazenada em uma bateria
• A potência máxima fornecida é de 760 cavalos, um número similar ao da geração anterior de V8.
• Dupla restrição em relação ao consumo de combustível: a quantidade de gasolina utilizada durante a corrida não pode ultrapassar 100 kg (ou seja, uma redução de 35% em relação a 2013) e a vazão de combustível injetado é limitada a 100 kg/h (ilimitada em 2013). Os monopostos deverão, portanto, utilizar os dois tipos de energia – combustível e eletricidade – em uma volta de circuito.
• O desenvolvimento dos motores está bloqueado durante toda a temporada. Apenas são autorizadas modificações para tratar problemas de confiabilidade ou para reduzir custos
• 5 Grupos propulsores são alocados para cada piloto no conjunto da temporada

Conheça os detalhes do motor V6

A abreviação V6 designa um motor a combustão interna cujos dois bancos de 3 cilindros formam um « V », sendo unidos a um mesmo virabrequim. O V6 Renault Energy F1 tem uma cilindrada de 1,6 litro e entrega 600 cavalos, ou seja, mais de três vezes a potência de um Clio RS.

O desafio

Ao contrário do que se poderia imaginar, o V6 não é a parte do propulsor mais simples de conceber. Sua arquitetura é na verdade muito diferente daquela do V8 que ele substitui. Com o turbocompressor, a pressão dentro da câmara de combustão é enorme, quase duas vezes mais elevada que no V8. O virabrequim e os pistões são submetidos a restrições extremas e a pressão na câmara de combustão pode atingir 200 bares, ou seja, 200 vezes a pressão ambiente.

Para saber mais

O turbocompressor aumenta a pressão do ar de admissão, o que favorece o aparecimento na câmara de combustão de um fenômeno destruidor chamado « estampido », muito difícil de prever e controlar. Quando o estampido acontece, o motor pode ser destruído muito rapidamente.

Injeção direta de gasolina

Os propulsores devem ser alimentados por injeção direta: o combustível é diretamente pulverizado na câmara de combustão sem passar pelo duto de admissão situado antes das válvulas de admissão. O mistura ar-combustível se forma no cilindro. Portanto, uma grande precisão é necessária no comando e a direção da injeção do combustível que sai do bico de injetor. Trata-se de um subsistema de vital importância para garantir o rendimento energético e a potência do propulsor.

O desafio

Durante a concepção do V6 turbo, um dos principais dilemas dizia respeito à posição do injetor. Deveria ele ser montado em posição central na câmara de combustão - o combustível chega pela parte de cima, próximo da vela de ignição - ou em posição lateral (mais abaixo na câmara)?

Para saber mais

É possível cortar a injeção em um ou vários cilindros para melhorar o rendimento e a reatividade do motor nas curvas.

Turbo 

Um turbocompressor aproveita a energia liberada pelos gases de escape para aumentar a densidade do ar que entra no motor e produzir assim mais potência. Assim como nos carros de produção em série, o turbocompressor permite que um pequeno motor entregue uma potência bem superior ao que sua cilindrada lhe permitiria normalmente. Uma turbina converte a energia térmica recuperada nos gases de escape em energia mecânica. A potência obtida permite mover o compressor assim como o MGU-H (ver abaixo).

O desafio

Em plena rotação, o turbocompressor gira a 100.000 rotações por minuto, ou seja, mais de 1.500 rotações por segundo. As restrições e as temperaturas geradas no nível da turbina são enormes. Uma parte da energia recuperada nos gases de escape é transmitida ao MGU-H e convertida em energia elétrica. Esta última é em seguida armazenada e pode ser novamente utilizada para impedir que o turbo desacelere muito durante uma fase de frenagem.

Para saber mais

A velocidade do turbo deve imperativamente variar em função das necessidades do motor. Consequentemente, pode ocorrer um atraso na determinação do torque, chamado de « tempo de resposta do turbo », quando um piloto pisa no acelerador após um período de frenagem contínua. Um dos grandes desafios do novo propulsor consiste em eliminar totalmente este tempo de latência para igualar a resposta instantânea do torque oferecida pelo V8 atmosférico.

Válvula de descarga

Nos motores turbo convencionais, uma wastegate é acoplada ao turbocompressor a fim de controlar as velocidades de rotações elevadas do sistema. Este dispositivo permite que a excesso de gases de escape contornem a turbina para que a potência fornecida por esta última corresponda àquela necessária pelo compressor para fornecer a pressão de superalimentação necessária ao circuito de admissão de ar. 

No Renault Energy F1 2014, a velocidade de rotação do turbo é essencialmente controlada pelo MGU-H (ver abaixo). Entretanto, uma wastegate é necessária para manter o controle em qualquer circunstância (transitórias rápidas ou desativação do MGU-H, por exemplo).

O desafio

A wastegate é ligada ao turbocompressor, mas em um ambiente muito saturado, o que torna a integração deste acessório complicado. É preciso, portanto, que a wastegate seja suficientemente robusta para resistir a pressões importantes, além de suficientemente compacta para ser inserida em um espaço reduzido.

Para saber mais

Em um avião, algumas peças são classificadas como críticas em caso de pane. Por analogia, a wastegate se beneficia do mesmo status: em caso de problema, as consequências podem ser graves.

MGU-K

O MGU-K é ligado ao virabrequim do motor a combustão interna. Durante a frenagem, o MGU-K funciona em modo gerador recuperando uma parte da energia cinética do carro. Ele a converte em energia elétrica que será armazenada na bateria aguardando para ser restituída (no limite de 120 kW ou 160 cv). Em fase de aceleração, o MGU-K passa para o modo motor, alimentado pela bateria e/ou o MGU-H, para fornecer um aumento de aceleração ao monoposto.

O desafio

Em 2013, uma pane de KERS causou uma perda de 3/10º de segundo por volta em aproximadamente metade dos circuitos do calendário. Em 2014, uma pane do MGU-K se revelou muito mais penalizante, e o monoposto só era propulsionado pelo motor a combustão interna, o que o colocava, naquelas condições, para fora da corrida.

Para saber mais 

O comportamento térmico do MGU-K será um assunto « quente » nesta temporada: na verdade, o sistema libera três vezes mais calor que o KERS do V8!

MGU-H

O MGU-H é ligado ao turbocompressor. Em modo gerador, ele converte parte da potência de origem térmica fornecida pela turbina em corrente elétrica. A energia elétrica pode em seguida ser dirigida para o MGU-K ou armazenada na bateria e utilizada posteriormente. O MGU-H serve igualmente para controlar a velocidade do turbo e fazer com que ele responda às necessidades de ar do motor (ou seja, freando o turbo para absorver o excedente de energia que seria, em um sistema tradicional, perdido na wastegate, ou seja, acelerando para eliminar seu tempo de resposta).

O desafio

O MGU-H produz uma corrente alternada enquanto que a bateria funciona em corrente contínua. Portanto, é necessário um transformador muito sofisticado para assegurar o correto funcionamento do conjunto.

Para saber mais

As velocidades de rotação muito elevadas são um quebra-cabeça, pois o MGU-H está diretamente acoplado ao turbocompressor, que pode chegar a 100.000 RPM.

Bateria

A energia recuperada, seja ela térmica ou cinética, pode ser utilizada imediatamente se necessário. Ela pode igualmente ser armazenada na bateria para ser em seguida reutilizada para propulsionar o monoposto através do MGU-K, ou acelerar o turbocompressor graças ao MGU-H. Comparado ao KERS do ano passado, o sistema de recuperação de energia do propulsor de 2014 dispõe do dobro de potência (120 kW contra 60 kW) e a energia que contribui para a performance é multiplicada por dez.

O desafio

A bateria pesa no mínimo 20 quilos e alimenta um motor que produz 120 kW. Cada quilo produz, portanto, 6 kW (ou seja, uma potência específica muito alta), o que produzirá importantes forças eletromagnéticas.

Para saber mais

As forças eletromagnéticas podem ter um impacto em relação à precisão dos sensores, particularmente sensíveis. Equilibrar estas forças corresponde a tentar construir um castelo de areia em plena tempestade: uma operação arriscada e delicada.

Trocador

O trocador serve para resfriar o ar que entra no motor após ter sido comprimido pelo turbo.

O desafio

A presença deste trocador (ausente no V8 atmosférico da geração anterior), acoplado ao aumento da potência dos sistemas de recuperação de energia, complica a integração do sistema de resfriamento no carro, cuja superfície total dos radiadores aumenta significativamente em relação a 2013.

Para saber mais

Integrar o trocador e outros radiadores representa uma etapa importante. O verdadeiro desafio consiste, entretanto, em obter um resfriamento otimizado, que permita manter a confiabilidade do propulsor ao mesmo tempo em que limita ao máximo o tamanho dos radiadores. O sucesso desta tarefa é um fator de performance considerável.

Treinos classificatórios em 2014

Em 2014, os treinos classificatórios do sábado acontecerão em potência máxima, o que significa que o carro mais rápido estará efetivamente na pole no dia seguinte. A restrição na vazão de alimentação de combustível de 100 kg/h vai ser aplicada, é verdade, mas a de 100 quilos em relação à quantidade de gasolina embarcada não terá nenhum impacto, pois os monopostos consomem muito pouco em uma volta. 
Em um volta iniciada, o piloto poderá utilizar a totalidade da vazão de combustível autorizada assim como a integralidade da energia elétrica contida na bateria. Se, entretanto, ele decidir utilizar toda sua energia em uma volta, ele não poderá fazer uma segunda volta em velocidade máxima. Este fator deve ter como resultado treinos ainda mais intensos, com estratégias diferenciadas entre as diferentes escuderias.