Wat drijft de motor en aandrijving van een F1-auto aan?

Sinds de introductie van KERS in 2009 zijn Formule 1-auto's niet meer uitsluitend afhankelijk van verbrandingsmotoren. De term ‘motor' is vervangen door ‘aandrijflijn' om aan te geven dat de aandrijving niet meer uitsluitend op een verbrandingsmotor berust.

In 2009 introduceerde de FIA de KERS-regel in de Formule 1, waarmee een superchargingsysteem werd ingevoerd dat kinetische energie terugwint tijdens het remmen. Sinds de introductie is de aandrijflijn uitgegroeid tot een vijfdelig geheel met drie afzonderlijke motoren die op hun hoogtepunt minstens 1000 pk kunnen leveren. Alleen de verbrandingsmotor (ICE) en de kinetische motor (MGU-K) drijven de auto daadwerkelijk aan; de thermische motor (MGU-H) produceert alleen elektriciteit die vervolgens aan de MGU-K wordt geleverd.

Onderdelen van de F1-aandrijflijn – ICE – verbrandingsmotor – MGU-K – kinetische energieterugwinningseenheid – MGU-H – thermische energieterugwinningseenheid – ES – energieopslag (batterijen) – CE – besturingselektronica

Deze onderdelen zijn onderverdeeld in twee groepen: de ICE zelf en het energieterugwinningssysteem (ERS). Het minimale gecombineerde gewicht is voor het seizoen 2021 verhoogd naar 150 kg, tegenover 145 kg in 2020.

Verbrandingsmotor De verbrandingsmotor bestaat uit de motor zelf en een turbocompressor. De motor is gekoppeld aan de versnellingsbak, terwijl de turbo de luchtinlaatdruk verhoogt om het vermogen te maximaliseren. De regelgeving schrijft een 1,6-liter V6-viertaktmotor voor met zes cilinders in een hoek van 90° en in totaal 24 kleppen. Het toerental mag niet hoger zijn dan 15.000 tpm en is beperkt tot een brandstofverbruik van 100 kg per uur zodra het toerental hoger is dan 10.500 tpm. De brandstof wordt rechtstreeks geïnjecteerd met een druk van 500 bar per cilinder en de uitlaatturbine van de turbo is begrensd op 125.000 tpm.

Tijdens een Grand Prix-ronde worden de zes cilinders meer dan 46.000 keer ontstoken en bij volledige belasting oefent de turbo op elke zuiger een kracht uit die vergelijkbaar is met het gewicht van vier olifanten. ### Energieterugwinningssysteem (ERS) Het ERS bestaat uit de MGU-H, de MGU-K en de batterijen en moet in staat zijn om tot 4 MJ energie per ronde op te slaan. Het gewicht van de batterijen is beperkt tot 20-25 kg, wat voldoende is voor deze capaciteit van 4 MJ. Sinds de introductie van KERS in 2007 zijn de batterijen 87 kg lichter geworden, terwijl ze een veel grotere opslagcapaciteit en een snellere ontlading bieden. Mercedes claimt een efficiëntiewinst van 56% sinds de regelgeving van 2009.

MGU-K – dit apparaat is op de achteras gemonteerd en vangt kinetische energie op wanneer de coureur remt. Een wrijvingsmotor blokkeert de wielen, zet de kinetische energie om in elektriciteit en slaat deze op in de batterij. De opgeslagen lading kan vervolgens worden vrijgegeven om op verzoek tot 161 pk (121 kW) toe te voegen. Technische beperkingen: 50.000 tpm, 2 MJ opgeslagen per omwenteling, 4 MJ kan worden afgegeven en het maximale vermogen kan gedurende 33,3 seconden worden gebruikt.

MGU-H – deze is geplaatst tussen de turbine en de compressor van de turbo en recupereert de warmte van de uitlaatgassen. In tegenstelling tot de MGU-K kan de MGU-H continu werken, hetzij door de MGU-K rechtstreeks van stroom te voorzien, hetzij door de batterij op te laden. Het maximale toerental is 125.000 tpm en er zijn geen praktische beperkingen wat betreft de opgeslagen of geleverde energie. Al deze subsystemen worden aangestuurd door geavanceerde elektronische regelcomponenten. Moderne elektronische computers beslissen op elk moment welke energiebron moet worden gebruikt, hoeveel energie uit de accu moet worden gehaald en hoe intensief de remenergie moet worden teruggewonnen. De coureurs kunnen deze instellingen vanaf het stuur wijzigen, maar de onderliggende logica werkt automatisch. ### Betrouwbaarheid en hergebruik van componenten

Sinds enkele seizoenen dringt de FIA er bij de constructeurs op aan om motoren te bouwen die meerdere races kunnen doorstaan, een doel dat wordt vergemakkelijkt door de halvering van de cilinderinhoud, van 12 liter naar 1,6 liter, en door het opleggen van een toerentalbeperking. De complexiteit van de huidige aandrijflijnen verhoogt echter het risico op storingen: alle onderdelen zijn met elkaar verbonden, zodat één enkele storing een einde kan maken aan een ronde. Het aantal en de onderlinge verbondenheid van de onderdelen zijn nu bepalend voor de betrouwbaarheid.

Typische verdeling van de onderdelen per coureur (2020-2021) – Verbrandingsmotor: 3 eenheden – MGU-K: 2 eenheden – MGU-H: 3 eenheden – ES (batterijen): 2 eenheden – CE (elektronica): 2 eenheden

De evolutie van deze systemen weerspiegelt de bredere geschiedenis van F1-motoren, een geschiedenis van voortdurende aanpassing en technologische vooruitgang.

Het gebrul van een Formule 1-auto is de afgelopen vier decennia aanzienlijk veranderd, van de donderende V12-motoren van de jaren 80 tot de stille hybride motoren van vandaag. Deze geschiedenis wordt gekenmerkt door een voortdurende verkleining van de motoren en door hun elektrificatie, zowel ingegeven door regelgeving als door het streven naar efficiëntie.

Vóór 1990 konden teams kiezen tussen V12-, V10- of zelfs V8-motoren, die elk op hun eigen manier brute kracht leverden. In de jaren 1990 kwam de V10 naar voren als de dominante architectuur, een evenwicht tussen snelheid en betrouwbaarheid dat een hele generatie races heeft bepaald. Een beslissende verandering vond plaats in 2001, toen de FIA een V10 van 3 liter oplegde, waardoor de cilinderinhoud op de startgrid werd geüniformiseerd. Zes jaar later werd de formule opnieuw gewijzigd: een 2,4-liter V8 werd verplicht, wat de eerste grote stap van de sport naar kleinere en zuinigere motoren betekende. De introductie van KERS in 2009 voegde een nieuwe elektrische dimensie toe, waardoor coureurs energie konden terugwinnen en hergebruiken voor korte extra vermogensboosts. Deze ervaring maakte de weg vrij voor de herziening van 2014, toen het kampioenschap overstapte op 1,6-liter V6-turbohybride motoren met een volledig ERS-systeem – de MGU-K (kinetisch) en de MGU-H (thermisch) – waardoor restwarmte en remenergie werden omgezet in een concurrentievoordeel. Vandaag de dag leveren slechts drie fabrikanten deze geavanceerde motoren: Mercedes, Renault en Ferrari. Honda, een langdurige partner, trok zich na het seizoen 2021 terug, wat Red Bull ertoe aanzette om vanaf 2022 een eigen motorprogramma te starten. De lijst van voormalige leveranciers lijkt wel een pantheon van ambitie in de autosport: BMW, Peugeot, Toyota en vele anderen zijn gekomen en gegaan, en hebben elk hun stempel gedrukt op de technische evolutie van deze sport.