Motores en la Fórmula 1: de los V8 a los V6 Turbo Híbridos

A lo largo de la historia de la automoción hemos visto gran cantidad de diseños de motores. Igual ha ocurrido en la Fórmula 1, donde las reglas técnicas han ido marcando una evolución que ha pasado de los V10 a los V8, luego con la introducción del KERS en los V8 se crea el germen de la actual era híbrida y finalmente hemos terminado con V6 Turbo con hibridación.

Este cambiante escenario ha hecho que muchos fabricantes salgan del Gran Circo y que otros nuevos entren, según sus intereses respecto a los coches de calle que comercializan. Pero ninguno de estos cambios ha hecho que los clásicos motoristas (Mercedes, Renault y Ferrari) se muevan. Pues bien, vamos a hacer un interesante repaso a nivel técnico de los últimos años en la F1.

Sin entrar en detalles en cuanto a las limitaciones de consumo y a la parte eléctrica, a la cual dedicaremos otro artículo para describir qué es el KERS, su funcionamiento y el actual ERS (MGU-K y MGU-H), vamos a centrarnos en la parte motora como tal y sobre todo en los V8 y los V6 que han cerrado los últimos años en la F1. Evidentemente siempre hablamos de motores de ciclo Otto (gasolina), ya que en F1 no se emplean los de ciclo Diesel.

Motores V8:

El inconfundible sonido de los V8 era algo que apasionaba a muchos seguidores de la Fórmula 1. Un sonido potente que daba a conocer la enorme potencia de estos motores de 8 cilindros en V. Como sabes, a lo largo de la historia se han visto coches de 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12 y hasta de 16 cilindros, cuya colocación variaba de estar en línea, en V e incluso en W, además de los bóxer.

Los primeros V8 aparecieron a principios del siglo XX para equipar lanchas rápidas, aviones y coches de carreras. Pero no sería hasta 1914 cuando Cadillac fabrico el primer automóvil producido en masa que equipaba motores V8. Estas mecánicas fueron posteriormente adaptadas por multitud de vehículos, especialmente en Norteamérica.

Los V8 han sido históricamente unos motores muy queridos por su flexibilidad, pudiendo ser enormes para equipar vehículos pesados o barcos, hasta de un tamaño compacto para vehículos deportivos o de competición, como es éste el caso. Pero también son más caros y consumen más que otros diseños, algo que compensan con su relación potencia/tamaño/peso.

Tampoco hay que olvidar que otra de las grandes características que quizás algunos pilotos echen en falta con la prohibición de los V8, es su característica suavidad. Este “apacible” comportamiento de los V8 se debe a que cada 90º de giro del cigüeñal se produce un ciclo de explosión (en un motor de cuatro tiempos).

Pues bien, como puedes imaginar, los V8 disponían de dos filas de 4 cilindros inclinados de tal forma que formaban una especie de V. El ángulo de esta V también varía mucho el comportamiento del motor. Aunque normalmente suelen rondar una configuración de 90º, también es frecuente ver otras configuraciones de 60º y 45º.

A pesar de que cada bancada de cilindros dispone de una culata propia, con sus árboles de levas y válvulas, el cigüeñal es común. Por tanto, la configuración en V de un motor es similar a tener dos motores en línea unidos. Dicho cigüeñal toma frecuentemente dos diseños diferentes: disposición en cruz (cross-plane) y plano (flat-plane). El tipo cruz se usa en turismos y otro tipo de vehículos, mientras que el tipo plano es más comúnmente utilizado en deportivos y motores de altas prestaciones como los de competición..

¿Por qué? Es sencillo, los de disposición en cruz necesitan tener grandes contrapesos para equilibrarse y eso hace que se tenga una enorme masa rotativa, impidiendo que el motor pueda trabajar bien a altas revoluciones. Y lo que es peor, eso también perjudica la aceleración o tiempo de respuesta del motor.

Los de tipo plano, como el caso de los F1, no resuelven el problema del equilibrio con contrapesos y por ello permiten ser más livianos, trabajar a más altasvueltas, acelerar más rápido, etc. Pero tienen algo en contra, que es la vibración que producen en comparación con los de tipo cruz. Para un F1 eso no es un problema mayúsculo, pero para un turismo resultaría algo peor. Para mayor confort, se suelen incluir un par de ejes de compensación de giro contrario a cada lado del cigüeñal para reducir las vibraciones.

Motores V6 Turbo:

Los primeros V6 datan de 1950, introducidos por Lancia. Algunos motores V6 se fabricaban con ángulos de 90º aprovechando las líneas de producción que ya se tenían para los V8. Pero eso no es lo más eficiente, ya que el mejor ángulo para minimizar las vibraciones es de 60º.

Volviendo a la F1, el sonido es otra de las características que se ha mermado con la llegada de los V6. Aunque este año se haya recuperado algo del sonido, no llega a ser como en la era de los V8. A pesar de eso, en cuanto a prestaciones, los V6 Turbo híbridos de este año ya están en condiciones de mejorar los tiempos de los últimos V8. Y seguirán evolucionando unos años más hasta estabilizarse como ocurre con todas las nuevas tecnologías.

Si se hacen realidad las peticiones sobre la llegada de los biturbo con 1000 CV de potencia, la F1 batiría récords del pasado con motores mucho más potentes y esto sería sin duda un aliciente para seguir viendo este deporte y una gozada para los pilotos. Pero bien, vayamos a lo técnico…

Los V6 Turbo no solo han quitado cosas, también han traído un mayor par motor a la F1. Algo que ha gustado a algunos pilotos pero no a otros que ven difícil controlar esa entrega de fuerza. También ha sido un quebradero de cabeza para los ingenieros el diseñar software o mapas de entrega de potencia adecuados para evitar problemas al salir de las curvas (sobre todo sobre mojado).

En un V6, se produce una explosión cada 120º de giro del cigüeñal, mejor que los de cuatro cilindros (180º), pero algo peor que en el caso de los V8. Eso hace que sean menos suaves que los V8 y que sus elementos estén sometidos a una mayor fatiga, generando cierta falta de prestaciones y menor fiabilidad comparado con un V8 (siempre en igualdad de condiciones).

Pero hasta el momento hemos obviado que se trata de un Turbo y no de un motor atmosférico al compararlo con los V8. Al introducir el Turbo (turbocompresor), se permite comprimir el aire para inyectar más cantidad de él en el mismo volumen (sobrealimentación). Eso permite que a pesar de tener menor cilindrada, un motor pueda conseguir una potencia mayor a la de un atmosférico equivalente.

Bien es cierto que el Turbo agrega mayor peso y partes al motor, algo despreciable al ser compensado por tener un motor más pequeño en comparación con los atmosféricos. Estas nuevas partes son: el compresor (encargado de comprimir el aire para la admisión), el intercooler (para contrarrestar el aumento de temperatura producido en el compresor enfriando el aire para que no se expanda y anule el efecto de la compresión) y una turbina que hace girar al compresor gracias a la incidencia de los gases de escape en sus aspas.

Aprovechando la alta energía de los gases de escape, las aspas de la turbina hacen girar al eje que se conecta mecánicamente con el compresor. Éste comprime el aire para inyectarlo dentro del cilindro e iniciar la combustión, mientras que el intercooler lo enfría antes de llegar a su destino para evitar que ocupe más volumen. El resultado es una mayor entrega de potencia, tardía, pero mayor que la que correspondería a su cilindrada.

Pues bien, la idea para dentro de unos años es crear un biturbo que genere unos 1.000 CV de potencia con la misma cilindrada y número de cilindros. El biturbo difiere en el turbo normal en que tiene dos turbos, como su propio nombre indica. Uno más pequeño que actúa a bajas revoluciones produciendo una rápida respuesta y otro de mayor tamaño que funciona solo a altas revoluciones.

En la actualidad, los fabricantes están obligados a disponer de un solo turbo. Eso ha sido un quebradero de cabeza para los diseñadores. Ferrari, por ejemplo, tuvo muchos problemas el pasado 2014 porque había pensado que si disponían de un turbo más pequeño respondería mejor a bajas revoluciones, pero eso limitaba en gran parte su potencia e impedía competir con los todopoderosos Mercedes. Con un biturbo no habría este problema…

Otro termino importante cuando se habla de motores turbo es el overboost, un lapso de tiempo en el cual el compresor una sobrealimentación por encima de lo normal para aumentar el par motor. Esto se puede controlar electrónicamente y en la F1 ese overboost dura unos 30s por vuelta, empleado en zonas de aceleración lógicamente.