Moteurs en Formule 1 : du V8 au V6 Turbo Hybrides

Tout au long de l'histoire de l'industrie automobile, nous avons vu un grand nombre de conceptions de moteur. La même chose s'est produite dans le formule 1, où les règles techniques ont marqué une évolution qui est passée du V10 au V8, puis avec l'introduction du KERS dans le V8, le germe de l'ère hybride actuelle est créé et enfin nous avons fini avec V6 Turbo avec hybridation.

Ce scénario changeant a poussé de nombreux fabricants à quitter le Grand Cirque et à en créer de nouveaux, en fonction de leurs intérêts concernant les tramways qu'ils vendent. Mais aucun de ces changements n'a fait bouger les motards classiques (Mercedes, Renault et Ferrari). Eh bien, faisons une intéressante revue technique de ces dernières années en F1.

Sans entrer dans les détails concernant les limitations de consommation et la partie électrique, à laquelle nous consacrerons un autre article pour décrire ce qu'est le KERS, son fonctionnement et les ERS actuels (MGU-K et MGU-H), nous allons nous concentrer sur la partie moteur à ce titre et surtout dans les V8 et V6 qui ont clôturé ces dernières années en F1. évidemment toujours on parle des moteurs à cycle Otto (essence), car en F1 le cycle Diesel n'est pas utilisé.

Moteurs V8 :

El son V8 incomparable C'était quelque chose qui passionnait de nombreux fans de Formule 1. Un son puissant qui révélait l'énorme puissance de ces moteurs 8 cylindres en V. Comme vous le savez, tout au long de l'histoire, il y a eu des voitures avec 1, 2, 3 , 4, 5, 6 , 8, 10, 12 et même 16 cylindres, dont le placement variait d'être en ligne, en V et même en W, en plus du boxer.

Les premiers V8 sont apparus au début du XNUMXème siècle pour équiper les vedettes rapides, les avions et les voitures de course. Mais ce n'est qu'en 1914 que Cadillac fabriqua la première voiture produite en série à être propulsée par des moteurs V8. Cette mécanique fut par la suite adaptée par de nombreux véhicules, notamment en Amérique du Nord.

Les V8 ont toujours été des moteurs très puissants. appréciés pour leur flexibilité, pouvant être immense pour équiper des poids lourds ou des bateaux, voire de taille compacte pour des véhicules de sport ou de compétition, comme c'est le cas ici. Mais ils sont aussi plus chers et consomment plus que les autres modèles, ce qu'ils compensent par leur rapport puissance/taille/poids.

N'oublions pas non plus qu'une autre des grandes fonctionnalités que certains conducteurs peuvent manquer avec l'interdiction du V8 est sa douceur caractéristique. Ce comportement "doux" du V8 est dû au fait que chaque 90º de rotation du vilebrequin produit un cycle d'explosion (dans un moteur à quatre temps).

Eh bien, comme vous pouvez l'imaginer, les V8 avaient deux rangées de 4 cylindres inclinés de telle sorte qu'ils formaient une sorte de V. L'angle de ce V varie aussi beaucoup le comportement du moteur. Bien qu'ils soient généralement autour d'une configuration à 90º, il est également courant de voir d'autres configurations à 60º et 45º.

Bien que chaque banc de cylindres ait sa propre culasse, avec ses arbres à cames et ses soupapes, le vilebrequin est commun. Par conséquent, la configuration en V d'un moteur est similaire à la connexion de deux moteurs en ligne. Ledit vilebrequin prend fréquemment deux conceptions différentes : une disposition en plan croisé et en plan plat. Le type croisé est utilisé dans les voitures particulières et d'autres types de véhicules, tandis que le type plat est plus couramment utilisé dans les voitures de sport et les moteurs hautes performances tels que ceux de course.

Parce que? C'est simple, ceux de la disposition en croix doit avoir de grands contrepoids s'équilibrer et cela lui donne une énorme masse en rotation, empêchant le moteur de bien fonctionner à haut régime. Et pire encore, cela nuit également à l'accélération ou au temps de réponse du moteur.

Ceux d'entre type plat, comme dans le cas du F1, ils ne résolvent pas le problème d'équilibre avec des contrepoids et permettent donc d'être plus léger, de travailler à plus haut régime, d'accélérer plus vite, etc. Mais ils ont quelque chose contre, qui est la vibration qu'ils produisent par rapport au type croisé. Pour une F1 ce n'est pas un problème majeur, mais pour un tourisme ce serait quelque chose de pire. Pour plus de confort, une paire d'arbres contrarotatifs est généralement incluse de chaque côté du vilebrequin pour réduire les vibrations.

Moteurs turbo V6 :

Les les premiers V6 datent de 1950, présenté par Lancia. Certains moteurs V6 ont été fabriqués avec des angles de 90º en profitant des lignes de production déjà en place pour les V8. Mais ce n'est pas le plus efficace, car le meilleur angle pour minimiser les vibrations est de 60º.

Pour en revenir à la F1, le son est une autre caractéristique qui a été réduite avec l'arrivée du V6. Bien que cette année une partie du son ait été récupérée, ce n'est pas comme à l'époque du V8. Malgré cela, en termes de performances, les V6 Turbo Hybrids de cette année sont déjà en mesure d'améliorer les temps du dernier V8. Et ils continueront d'évoluer encore quelques années jusqu'à ce qu'ils se stabilisent, comme c'est le cas avec toutes les nouvelles technologies.

Si les demandes concernant l'arrivée du biturbo avec 1000 CV de puissance se réalisent, La F1 battrait des records passés avec des moteurs beaucoup plus puissants et ce serait sans aucun doute une incitation à continuer à regarder ce sport et une joie pour les pilotes. Bon, passons à la technique...

Les turbos V6 n'ont pas seulement supprimé des choses, ils ont également apporté un couple accru à la F1. Quelque chose que certains pilotes ont aimé mais pas d'autres qui ont du mal à contrôler cette force. Cela a également été un casse-tête pour les ingénieurs de concevoir des logiciels ou des cartes de distribution d'énergie appropriées pour éviter les problèmes sortant des virages (en particulier sur le mouillé).

Dans un V6, Une explosion se produit tous les 120 degrés de rotation du vilebrequin., mieux que le quatre cylindres (180º), mais un peu moins bon que dans le cas du V8. Cela les rend moins lisses que les V8 et leurs éléments sont soumis à une plus grande fatigue, générant un certain manque de performance et moins de fiabilité par rapport à un V8 (toutes choses égales par ailleurs).

Mais jusqu'à présent, nous avons ignoré qu'il s'agit d'un Turbo et non d'un moteur à aspiration naturelle par rapport aux V8. En introduisant le Turbo (turbocompresseur), il est possible de comprimer l'air pour en injecter plus dans le même volume (suralimentation). Cela permet que malgré une cylindrée plus petite, un moteur puisse atteindre une puissance supérieure à celle d'un atmosphérique équivalent.

Et bien c'est vrai que le Turbo ajoute plus de poids et de pièces au moteur, quelque chose de négligeable à compenser pour avoir un moteur plus petit par rapport à l'atmosphérique. Ces nouvelles pièces sont : le compresseur (chargé de comprimer l'air à l'admission), l'intercooler (pour contrecarrer l'augmentation de température produite dans le compresseur en refroidissant l'air pour qu'il ne se détende pas et annule l'effet de compression) et une turbine qui fait tourner le compresseur grâce à l'incidence des gaz d'échappement sur ses aubes.

Exploitation de la haute énergie des gaz d'échappement, les aubes de turbine entraînent en rotation l'arbre relié mécaniquement au compresseur. Celui-ci comprime l'air pour l'injecter dans le cylindre et démarrer la combustion, tandis que l'intercooler le refroidit avant d'atteindre sa destination pour l'empêcher de prendre plus de volume. Il en résulte une délivrance de puissance supérieure, tardive, mais supérieure à celle qui correspondrait à son déplacement.

Eh bien, l'idée depuis quelques années est de créer un biturbo qui génère environ 1.000 XNUMX CV de puissance avec la même cylindrée et le même nombre de cylindres. Le bi-turbo se distingue du turbo normal par le fait qu'il possède deux turbos, comme son nom l'indique. Un plus petit qui agit à bas régime produisant une réponse rapide et un plus grand qui ne fonctionne qu'à haut régime.

Aujourd'hui, les fabricants sont tenus d'avoir un seul turbo. Cela a été un casse-tête pour les concepteurs. Ferrari, par exemple, a eu pas mal de soucis en 2014 car ils avaient pensé que s'ils avaient un turbo plus petit il répondrait mieux à bas régime, mais cela limitait fortement leur puissance et les empêchait de rivaliser avec la toute puissante Mercedes. Avec un biturbo, il n'y aurait pas ce problème...

Un autre terme important lorsqu'on parle de moteurs turbo est la suralimentation, une période de temps pendant laquelle le compresseur augmente au-dessus de la normale pour augmenter le couple moteur. Cela peut être contrôlé électroniquement et en F1, cet overboost dure environ 30 secondes par tour, utilisé dans les zones d'accélération bien sûr.