De helft van de brandstof, meer vermogen: de raceauto werd de zuinigste motor ter wereld.
2014·Mercedes PU106A: 1,6 L V6-turbo + MGU-K + MGU-H + accu·~750 pk gecombineerd (verbrandingsmotor ~600 + 160 elektrisch)·2014: 16 zeges in 19 races; beide titels (Hamilton)·>40% in 2014 — meer dan 50% bereikt in 2017
1· HET VERHAAL
Terugwinnen wat motoren weggooien
In 2014 herbouwde de Formule 1 de motor als ‘power unit’: een kleine turbo-V6, aangevuld met twee elektrische motor-generatoren — de ene oogst energie uit remmen, de andere uit de turbolader zelf — die samen een accu voeden. De Mercedes W05 beheerste die formule als eerste, en meteen volledig: energie die elke eerdere raceauto als warmte verspilde, komt nu terug als rondetijd, en deze motoren zetten brandstof efficiënter om in arbeid dan welke zuigermotor ooit gebouwd.
2· WAAROM HET ERTOE DEED
Remmen werd bijtanken
De MGU-K-motor op de krukas wordt bij het remmen een generator, die tot 120 kW in de accu spaart in plaats van de achterremschijven te verhitten — en geeft die energie op het volgende rechte stuk terug als elektrische duw. Zie in de demo hoe de stromen omkeren zodra de fase van de ronde verandert.
Motor-Generator Unit, Kinetic — gekoppeld aan de krukas
De MGU-H zit op de as van de turbo en melkt de uitlaatturbine leeg voor elektriciteit — energie terugwinnen zonder ook maar te hoeven remmen. Hij jaagt de compressor ook elektrisch aan, waardoor turbogat verdwijnt. Het is de les van de J58 uit de straalmotor-sectie van deze site — verspil nooit uitlaatenergie — in zijn meest volmaakte vorm.
Motor-Generator Unit, Heat — draait mee met de turbolader op 100.000+ tpm
Brandstof was beperkt tot 100 kg per race en een doorstroom van 100 kg/h, dus was de snelste auto per definitie ook de zuinigste. De regels van 2014 trokken het thermisch rendement van ~29% naar boven de 40% — sindsdien zelfs voorbij de 50% op de testbank — cijfers die geen wegmotor en geen eerdere racemotor ooit had gehaald.
Lithium-ionpakket onder de brandstofcel — de bankrekening van de power unit
Kies een fase van de ronde en volg de kilowatts. Op het rechte stuk duwen de accu en de motor samen; bij het remmen wordt de MGU-K een generator en laadt de achteras de accu weer op; en de hele tijd tapt de MGU-H stilletjes van de uitlaat. Dit stroomdiagram is het hele hybride tijdperk in één plaatje.
Uitlezing
Vermogen naar de wielen560 kW (751 pk)
Elektrische inzet120 kW
Teruggewonnen energie45 kW
Accutrend-75 kW
Brandstofstroomlimiet100 kg/h
Thermisch rendement (2014)>40%
Doorloop de drie fases en zie de blauwgroene pijlen omkeren: energie die elke vroegere F1-auto wegsmeet als remwarmte en uitlaatlawaai, stroomt nu via de accu terug als duwkracht. Met brandstof geplafonneerd op 100 kg per race was terugwinnen geen luxe — het was het hele spel.
Een accu van 25 kilo die elke ronde weer helemaal leeg- en volgeladen wordt.
Lithium-ion, 20–25 kg volgens het reglement·~4 MJ bruikbaar per ronde volgens het reglement·K-oogst 2 MJ/ronde in · inzet 4 MJ/ronde uit · H onbeperkt·Een volledige laad-ontlaadcyclus per ronde, ~60 ronden per race
1· WAT HET DOET
Lithium-ionpakket onder de brandstofcel — de bankrekening van de power unit
Onder de brandstoftank zit een lithium-ionaccu met ongeveer dezelfde celchemie als een laptop, maar met een belasting die niets met een laptop te maken heeft: elke ronde weer geladen en ontladen door megajoules heen, twee uur lang, tot 120 kW, en dat terwijl hij op 5 g wordt geschud. Het is de bankrekening van de power unit — de MGU-K en de MGU-H storten, inzetten trekt op, en race-engineers beheren het saldo bocht voor bocht.
2· WAAROM HET ERTOE DOET
Een budget, geen tank
Het reglement begrenst wat er per ronde omgaat: hoogstens 2 MJ naar binnen vanaf de MGU-K, hoogstens 4 MJ naar buiten. Geef vroeg uit, en je zit droog voor het langste rechte stuk — ‘clipping’, waarbij de elektrische duw midden op het rechte stuk wegvalt en de auto simpelweg stopt met winnen. De demo laat je dat budget voelen.
3· WAAROM HET ERTOE DOET
De MGU-H is het achterpoortje
Energie die via MGU-H → accu → MGU-K loopt, of rechtstreeks MGU-H → MGU-K, is onbeperkt. De teams die de H onder de knie kregen (Mercedes, als eerste en het best) vergrootten in feite hun accu elke ronde opnieuw — een subtiliteit in het reglement die jarenlang tienden per ronde waard was.
4· WAAROM HET ERTOE DOET
Thermisch beheer is overleven
Megajoules door 25 kg cellen levert warmte op; cellen boven zo'n 60 °C verouderen in minuten. Het pakket zit op de koelste structurele plek van de auto (onder de brandstofcel), diëlektrisch gekoeld — thermisch accubeheer dat later rechtstreeks doorstroomde naar elektrische auto's voor op straat.
5· PROBEER HET
Verstandig uitgeven: laadtoestand over een ronde
Kies hoe agressief de auto zijn elektrische vermogen inzet over één ronde. Kijk hoe de laadtoestand van de accu ademt — oogsten in de remzones, uitgeven op de rechte stukken — en vind de instelling waarbij hebzucht het pakket leegtrekt voordat het langste rechte stuk voorbij is.
Uitlezing
Gebalanceerde inzetDe accu ademt: leeg op de rechte stukken, weer vol in de remzones, en precies bij de streep bijna leeg. Dit is wat de energie-ingenieurs bocht voor bocht fijnafstellen.
Ingezet deze ronde4.03 MJ van 4
Tijd afgetopt0.0 s
Cycluselke ronde, ~60×/race
De accu is een budget dat elke ronde wordt ververst, en strategie is een uitgavenplan: te voorzichtig laat energie ongebruikt liggen, te gulzig loopt leeg op het langste rechte stuk — ‘clipping’ (de MGU-K stopt dan met leveren) — op tv te zien als een leider die plots weerloos is. Race-ingenieurs stellen deze schuif voor elk circuit opnieuw af, en voor elke rivaal binnen DRS-bereik.