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Par Nicolas CHAZE le 26/02/2013
 
Présentation du nouveau moteur Power-Unit V6 turbo

Présentation du nouveau moteur Power-Unit V6 turbo

2014 sera l’année du renouveau pour la F1. Elle va passer par une nouvelle ère, où la recherche et le développement auront un impact sur la production, et le rendement des voitures de tourismes. Renault a donc du développer un tout nouveau moteur V6.


Depuis la crise mondiale de 2008, les modes de consommations ont évolué. La population a décidé de privilégier des voitures plus petites, avec des motorisations plus sobres en carburants, et en émissions de CO2. Ces mesures ont été soutenues par les différents pays industrialisés. La F1, discipline reine de l’automobile, ne pouvait pas rester dans son élitisme, consommant toujours plus de carburants et de pneus pour le spectacle de passionnés. La FIA, sous l'égide de Jean Todt, a décidé que la F1 devait se réinventer.

ce renouveau devait commencer par le coeur des monoplaces, le moteur. Après 7 ans de gel des spécifications, ceux-ci vont évoluer à nouveau pour le plus grand bonheur des ingénieurs de Renault Sport F1. Mais en quoi vont-ils changer ?


Des nouvelles Caractéristiques : 

Tout d’abord, la FiA a imposé des caractéristiques communes à tous les motoristes, dont le Downsizing des moteurs, c’est à dire la cylindrée du moteur a été réduite sans dégrader la puissance spécifique avec l’ajout de turbos, dans le but de réduire les consommations. La puissance doit rester à lus de 750 chevaux, et la consommation doit baisser de 40%.

Caractéristiques imposées :

- Passage d’une architecture V8 à V6
- Réduction d’1/3 de la cylindrée, de 2.4L à 1.6L
- Suralimentation par turbo-compresseur, régime maximum limité à 15 000 tr/min
- Double système de Récupération d’Energie (ERS) :
   il récupère à la fois l’énergie cinétique du véhicule (ERS-K) et l’énergie thermique issue des gaz         d’échappement (ERS-H) grâce respectivement à deux moteurs générateurs électriques (MGU-H et       MGU-K).
- Limitation de la quantité de carburant embarqué qui passe à 140 litres.
- Limitations du nombres de moteurs par saisons, 5 en 2014, puis 4 en 2015.

 

L’électrification, et la double récupération d’énergie :

Sur les monoplaces actuelles, les pilotes utilisent le Kers pour obtenir plus de puissance au moment où ils le demandent. Le kers va céder sa place au nouveau système ERS-K S (Energy Recovery System – Kinetic) qui sera capable de restituer l’énergie pendant 34 secondes par tour.

Lors des phases de freinage, l’énergie cinétique d’une monoplace est dissipée en chaleur dans les freins. La règlementation permet de transformer une partie de cette énergie sous forme électrique. via le moteur générateur MGU-K couplé au vilebrequin du moteur thermique. Ce moteur générateur sera capable de récupérer 2 Méga Joules (MJ) et de restituer 4 MJ sur un tour ce qui correspond à une utilisation d’à peu près 34 secondes sur un tour (contre 6,5 secondes pour le KERS aujourd’hui). Le MGU-K sera capable de fournir une puissance maximale de 120 kilowatts soit plus de 160 chevaux.

Pierre-Jean Tardy, Responsable du projet Power Unit 2014 se veut rassurant sur la capacité de Renault à maitriser ses nouveautés : « Le nouveau moteur de F1 sera un moteur V6 suralimenté de 1,6 L de cylindrée accouplé à un système de récupération d’énergie. Chez Renault Sport F1, nous avons développé notre connaissance sur la gestion d’énergie au travers de notre première expérience sur le KERS depuis quelques années maintenant. Forts de ce savoir-faire, nous envisageons avec sérénité l’électrification.».


 

Renault Sport F1 a également travaillé sur l’injection directe du carburant dans la chambre, ainsi que sur les rejets des moteurs pour en tirer une nouvelle source de puissance.

L’énergie présente dans les gaz d’échappement à la sortie du moteur est considérable et représente près de 55% de l’énergie introduite par le carburant. Cela représente un manque à gagner important sur les architectures moteurs actuelles. Sur le Power-Unit 2014, la connexion d’un moteur générateur (MGU-H) sur la turbine va permettre de récupérer une partie de cette énergie thermique habituellement « by-passée » par la waste gate et de la transformer en énergie électrique.

Cette énergie électrique sera ou stockée dans la batterie ou utilisée par le moteur générateur MGU-K pour propulser la voiture sans limitation. Cela permettra donc l’utilisation du MGU-K sur la quasi-totalité du tour. Ce système est baptisé ERS-H (Energy Recovery System - Heat). Une deuxième utilisation importante du MGU-H est de pouvoir entrainer le - gros ! – turbocompresseur après une phase de freinage évitant un temps de réponse de plusieurs secondes avant que le couple du - petit ! - moteur V6 demandé par le pilote lui soit délivré (« phénomène turbolag »)

Le rendement d'un moteur classique thermique est de l'ordre de 25-30% sur son point de fonctionnement optimal. Ce qui signifie que 70% de l’énergie introduite par le carburant est perdue dans la nature sous forme de chaleur soit via les radiateurs (échange thermique entre les parois du moteur et les fluides de refroidissement), soit – et c’est la majorité – au travers des gaz d’échappement.

« Améliorer le rendement énergétique d’un moteur, c’est s’assurer qu’on est capable de restituer mécaniquement aux roues et réutiliser le maximum de l’énergie qu’on y a mis par combustion du carburant. C’est tout l’objet de la nouvelle réglementation : augmenter le rendement énergétique de combustion par le downsizing du moteur, la suralimentation et la double récupération de l’énergie des gaz d’échappement d’une part (ERS-H) et d’une partie de l’énergie cinétique habituellement perdue sous forme de chaleur dans les freins (ERS-K) pour les réinjecter électriquement. » affirme Rob White, Directeur Général Adjoint Renault Sport F1.


Comparatif entre le RS27 V8, et le Power-Unit V6 : 
 

Caractéristiques Techniques Moteur RS27 V8 Moteur Power-Unit V6 
Architecture V8 à 90° V6 Turbo à 90° couplé à 2 moteurs turbo
Cylindrée 2400 CM3 1600 cm3
Nombre de soupapes 32 24
poids 95 155 sans accumulateur
régime maximum 18000 tr/minn 15000 tr/min
Entrée d'air Athmosphérique suralimenté par turbocompresseur
Echappement 2 sorties une sortie (par le capot moteur)
Technologie d'injection indirecte directe
Puissance moteur à combustion interne >750 CV >600 CV
Quantitée de carburant autorisée en course Illimité jusqu'à 100 kg
Flux d'essence maximum autorisé Illimité Max 100kg/h
Apport de puissance apporté par la récupération d'énergie KERS : 80 CV disponibles pendant 6s par tour ERS-H + ERS-K : 160CV disponibles pendant 34s par tour


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