La récupération d’énergie en F1
Par JPB le samedi 7 mars 2015, 08:12 - La compétition - Lien permanent
La saison 2015 de Formule 1 qui s’ouvrira dans quelque jours à Melbourne en Australie sera la deuxième année des motorisations hybrides. En deux saisons ce système méconnu a considérablement évolué et sa sophistication reste pour le profane encore un mystère. L’occasion de rappeler brièvement les principes et composants fondamentaux de la récupération d’énergie ....
Plus qu’un simple moteur, les ingénieurs de Renault, Mercedes, Ferrari et Honda ont inventé un nouvel objet. Un propulseur composé d’un moteur thermique de faible cylindrée et de deux systèmes de récupération d’énergie, réutilisant à la fois l’énergie cinétique de la voiture et l’énergie thermique dégagée par les gaz d’échappement ….
Premier élément : le V6 turbo de 1600 cm3 dont le régime maximal est limité à 15 000 tours/minute. Pour respecter le principe d’efficacité énergétique retenu par la FIA, sa consommation est doublement limitée, en quantité et en débit. Le volume de carburant maximal embarqué en course est fixé à 100 kg, alors que le débit instantané maximum autorisé s’élève à 100 kg par heure.
Deuxième élément : le MGU-K, qui fonctionne comme l’ancien KERS, mais avec une puissance doublée. On le sait, lors des phases de freinage, l’énergie cinétique d’une voiture est d’ordinaire dissipée en chaleur dans les freins. Le règlement permet de transformer une partie de cette énergie sous forme électrique, grâce à un générateur couplé au vilebrequin du moteur (un peu comme une dynamo de vélo, ce générateur ralentit le véhicule – à la place des freins, ou en combinaison avec eux – en imposant une résistance sur l’arbre de transmission). Ce générateur/alternateur restitue environ 160 chevaux durant 34 secondes par tour. Attention, la quantité d’énergie électrique pouvant être transformée en énergie propulsive est limitée. Sur un tour, le MGU-K peut récupérer 2 mégajoules et en restituer au maximum 120 kW, grâce à l’apport de l’autre dispositif de récupération.
Troisième élément : le MGU-H, qui est moins encadré par le règlement est en fait un générateur/alternateur qui récupère l’énergie produite par la rotation de la turbine sous l’action des gaz d’échappement expulsés. À la grande joie des motoristes, la FIA n’impose pas de restriction sur la quantité d’énergie que l’on peut récupérer ni sur son utilisation. Ainsi, elle peut être emmagasinée dans la batterie en attendant le moment opportun ou être envoyée vers le MGU-K (afin de lui permettre de libérer ses 160 chevaux). Ou encore servir à entraîner le turbocompresseur après une phase de freinage, afin d’éviter un temps de réponse de plusieurs secondes avant que le couple du V6 ne soit délivré au pilote ….
1. Freinage
Le MGU-K récupère une partie de l’énergie cinétique dégagée au freinage et stocke l’énergie dans la batterie. Le système peut emmagasiner un maximum de 2 mégajoules par tour : la monoplace doit donc freiner pendant environ 16,7 secondes pour recharger complètement la batterie ....
2. Apport à l’accélération
La monoplace peut accélérer davantage en ajoutant à la puissance du V6 turbo l’énergie électrique déployée par le MGU-K. Le système peut déployer 120 kW maximum ....
3. Accélération maximale
Lors d’une accélération à pleine charge, l’énergie envoyée à la turbine par les gaz d’échappement (et qui fait tourner celle-ci autour d’un axe commun avec le compresseur) peut dépasser l’énergie dont a besoin compresseur pour envoyer une certaine quantité d’air dans le moteur. Cet excès d’énergie est converti par le MGU-H en électricité, qui est envoyée au MGU-K (qui peut déployer un maximum de 120 kW) ou à la batterie. Le règlement ne fixe pas de limite à la quantité d’énergie que peut générer le MGU-H, qui est le domaine actuellement le moins maîtrisé par les motoristes et le plus riche en gains potentiels ....
4. Suppression du “temps de réponse”
Quand la voiture décélère, le flux des gaz d’échappement décroît, ce qui retarde la remise en route de la turbine et donc l’accélération. Ce décalage entre le moment où l’on appuie sur l’accélérateur et le moment où la puissance arrive est appelé “le temps de réponse du turbo”. Le MGU-H supprime ce décalage en envoyant de l’électricité à un moteur qui continue à entraîner le compresseur, sans devoir attendre que la turbine reçoive à nouveau les gaz s’échappant du V6 ....
Sources : © F1i Magazine - © Google Images
© Nicolas Carpentiers - © Honda - © Wikipédia
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