En 2014, la Formule 1 a abandonné les moteurs V8, choisissant à la place d’obliger toutes les équipes à courir avec des moteurs V6 turbocompressés de 1,6 litre de cylindrée, équipés de systèmes de récupération d’énergie avancés. L’objectif était de ramener la Formule 1 à une vague notion de pertinence pour les technologies modernes des voitures de route, avec un fort accent sur l’efficacité. Ceci a été réalisé en imposant une consommation de carburant maximale pour les courses, ainsi qu’en mettant fortement l’accent sur la technologie hybride.

La Mercedes W05 Hybrid a été la première des 7 voitures de F1 gagnantes du championnat de l’équipe britannique financée par l’Allemagne. Il a rapidement montré la valeur de la technologie split-turbo de l’équipe.

Depuis lors, Mercedes a dominé le domaine dans ce qui est maintenant connu sous le nom de l’ère turbo-hybride. L’équipe allemande a remporté tous les championnats pilotes et constructeurs depuis, remportant souvent la couronne bien avant la fin de la saison. Le moteur de l’équipe a été largement considéré comme un élément clé de cette domination, largement considéré comme plus puissant et efficace que la concurrence, mais quelques courses sélectionnées au cours des sept dernières années, et une grande partie du mérite revient à l’innovation de la société. système split-turbo. Aujourd’hui, nous allons explorer pourquoi l’innovation a changé la donne en Formule 1.

Des gains nombreux et variés

Cet article suppose une connaissance de base des turbocompresseurs. Si vous n’êtes pas encore tout à fait au courant, consultez notre introduction sur le sujet!

Le modèle de base donné aux équipes était de produire des moteurs de 1,6 litre à induction forcée, avec la possibilité d’utiliser un turbocompresseur ou un compresseur, toutes les équipes choisissant d’utiliser des turbos dans leurs conceptions. De plus, les équipes ont pu utiliser des systèmes de récupération d’énergie pour améliorer encore les performances et l’efficacité. Le MGU-K, qui signifie Motor Generator Unit – Kinetic, est connecté au vilebrequin du moteur, récupérant l’énergie au freinage et fournissant de l’énergie pendant l’accélération. Le MGU-H, ou Motor Generator Unit – Heat, est connecté à l’arbre du turbocompresseur et peut ainsi transformer l’énergie résiduelle de l’échappement en électricité, ou inversement, faire tourner le turbocompresseur pour réduire le décalage du turbo.

La disposition du moteur Mercedes F1 2014. Notez la grande séparation du compresseur en bleu et de la turbine en rouge, reliées par un long arbre passant par le centre du vé du moteur. Crédit d’image: Giorgio Piola / Motorsport.com

La plupart des fabricants ont opté pour des conceptions compactes comportant des turbos relativement conventionnels, bien qu’avec une unité MGU-H fixée pour la récupération d’énergie. Cependant, Mercedes a décidé de viser une conception non conventionnelle à turbo divisé. Dans un turbocompresseur ordinaire, la roue de compresseur et la roue de turbine sont reliées par un arbre court, les carters respectifs étant montés directement dos à dos. Cependant, Mercedes s’est rendu compte qu’il y avait une multitude de gains à gagner en séparant davantage les deux moitiés. Au lieu de cela, le compresseur était monté à l’avant du moteur et la turbine à l’arrière. Les deux étaient reliés par un arbre beaucoup plus long que d’habitude, passant par le vé du moteur. Cela a également permis au MGU-H d’être monté au centre du vé, entre le compresseur et la turbine.

Le design promettait une multitude d’avantages. Séparer la turbine du compresseur signifiait que la chaleur des gaz d’échappement ne saignait pas autant dans le compresseur, ce qui réduisait les températures d’admission et permettait à l’équipe d’installer un refroidisseur intermédiaire plus petit. Les avantages de l’emballage ont également permis à l’équipe de rendre l’ensemble du moteur, ou unité de puissance, plus compact, donnant aux concepteurs de châssis plus de liberté pour effectuer des optimisations aérodynamiques sur la voiture. Cela a également permis un acheminement plus propre et plus simple de la tuyauterie d’échappement, ce qui contribue à la puissance de sortie, et une tuyauterie d’admission plus courte, ce qui aide à réduire le décalage pour une meilleure maniabilité.

Schéma montrant les configurations de moteurs d’autres concurrents au début de l’ère du turbo hybride. Crédit d’image: Giorgio Piola / Motorsport.com

Avec tous les avantages à en tirer, cela soulève la question de savoir pourquoi la solution était si nouvelle, et la raison en est la rapidité. Les turbocompresseurs d’une voiture de F1 tournent à plus de 100 000 tr / min. À des vitesses angulaires aussi élevées, le moindre déséquilibre dans un arbre peut détruire un turbo en quelques secondes. Rendre cet arbre presque d’un ordre de grandeur plus long ne fait qu’empirer les choses, en raison du bras de moment plus grand créé par la longueur exacerbant de manière significative même les plus petites vibrations. Cependant, le sport automobile de haut niveau est le lieu idéal pour tenter de nouveaux exploits dans les matériaux et l’usinage, et Mercedes a pu faire fonctionner le système. L’équipe s’est appuyée sur son expérience institutionnelle de la turbocompression dans la division des camions Daimler, avec des travaux sur le moteur dès 2011 pour préparer la première saison 2014. Après leur performance dominante au cours des trois premières années de l’ère turbo-hybride, Honda a choisi de copier l’idée pour son moteur 2017. Plus récemment, Renault a été associé à un passage à la disposition, avec la rumeur selon laquelle Ferrari envisagerait également le concept.

Pas destiné à la route ouverte

Le moteur dans toute sa splendeur. Notez le compresseur visible à l’avant du moteur. Crédit d’image: Mercedes

Malgré l’accent renouvelé de la Formule 1 sur les technologies transférables à la route, il est peu probable que vous voyiez bientôt des turbos divisés nichés dans le vé de votre voiture de route de performance. La Formule 1 est un monde où des gains de pourcentage supplémentaires peuvent faire ou défaire un effort de championnat du monde, et où chaque dernier morceau d’appui aérodynamique est nécessaire pour sortir en tête de la compétition. Les voitures de route n’ont tout simplement aucune raison de se concentrer sur un emballage aussi serré, ni sur des gains mineurs de températures d’entrée plus fraîches grâce à une telle technologie. Il est généralement beaucoup plus simple de boulonner un refroidisseur intermédiaire plus grand et d’allonger le capot un peu plus. De plus, les tolérances d’usinage serrées requises pour un arbre aussi long et à grande vitesse rendraient ces turbos d’un coût prohibitif pour n’importe quelle voiture de route. Ils auraient également probablement des intervalles de maintenance totalement inappropriés en dehors de l’environnement de course.

Bien que la technologie split-turbo reste limitée à l’action sur piste en F1, elle montre néanmoins comment sortir des sentiers battus et ignorer les conventions peut conduire à des avantages réels en matière d’ingénierie. Alors que ses concurrents jouent à rattraper leur retard, nous sommes sûrs que les ingénieurs de Mercedes F1 sont déjà à la recherche de la prochaine idée ingénieuse qui vaudra une seconde par tour sur le circuit.