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.
De motor op de krukas die remzones omzet in brandstof.
120 kW (~160 pk), inzetten en oogsten·2 MJ per ronde naar de accu (reglement van 2014)·4 MJ per ronde uit de accu·Achterremmen met brake-by-wire
1· WAT HET DOET
Motor-Generator Unit, Kinetic — gekoppeld aan de krukas
De MGU-K (de K staat voor kinetic) is een elektromotor zo groot als een meloen, rechtstreeks gekoppeld aan de krukas van de motor. Op de rechte stukken voegt hij 120 kW toe — zo'n 160 pk — aan stille duwkracht. De bochten in slaat hij om tot generator: de achterwielen drijven hem aan, hij laadt de accu op, en energie die elke eerdere auto wegblies via gloeiende remschijven wordt nu gespaard voor het volgende rechte stuk.
2· WAAROM HET ERTOE DOET
Remmen is energie oogsten
Een auto van 690 kg die afremt van 300 naar 100 km/h, geeft ongeveer 2 megajoule prijs. Remschijven zetten dat om in 700 °C aan afvalwarmte; de MGU-K haalt daar een deel van weg — door het reglement beperkt tot 2 MJ per ronde naar de accu — en geeft het terug als versnelling. De demo verdeelt één remactie tussen schijf en accu.
3· WAAROM HET ERTOE DOET
Het veranderde hoe coureurs remmen
Het oogstkoppel werkt alleen op de achteras, dus de rembalans verschuift bocht voor bocht terwijl het systeem aan het werk is. Moderne F1-rempedalen zijn deels een verzoek aan een computer — ‘brake-by-wire’ bestaat dankzij deze eenheid.
4· WAAROM HET ERTOE DOET
Inzetten is strategie
160 elektrische pk's, maar alleen zolang de accu het volhoudt — waar op de ronde je die inzet (verdedigen, aanvallen, kwalificatierondes) werd een nieuwe technische discipline op zich. De pagina over de energieopslag pakt dat verhaal verder op.
5· PROBEER HET
Eén remzone: schijven tegen accu
Rem de auto af van 300 naar 100 km/h en kies hoe fel de MGU-K oogst. Zie hoe de 2 MJ bewegingsenergie zich verdeelt tussen warmte in de remschijven en de accu — en hoe de balans van de achterrem verschuift naarmate de motor het werk van de schijven overneemt.
Uitlezing
Teruggewonnen deze remfase171 kJ (8%)
Remduur1.42 s
Per ronde (~8 remfases)1.37 MJ van 2 toegestaan
Achterremmen door K20%
Zelfs op vol vermogen haalt de motor maar een bescheiden deel van elke remzone binnen — de rest verhit nog altijd de schijven — maar acht stops per ronde, zestig ronden lang, is samen een brandstoftank vol gratis energie. En omdat de K alleen de achteras remt, werd het rempedaal brake-by-wire om de balans te bewaren.