Zo werkt de Formule 1: Motor(componenten)

(c) Renault F1

In het boek ‘Zo werkt de Formule 1’ legt Olav Mol het een en ander uit over de motor.

In de beginjaren van de Formule 1, de jaren vijftig van de vorige eeuw, leverde een motor ongeveer 100 pk per liter cilinderinhoud, wat in de buurt komt van wat hedendaagse straatauto’s kunnen leveren. Het vermogen van de F1-motoren groeide in de jaren zeventig naar 750 pk per liter, mede door de komst van de turbo.

Het meest extreme voorbeeld is de BMW-motor die het Benetton-team gebruikte in 1986. Het 1500cc-blok met turbo werd voor de race afgesteld op maximaal 850 pk. Voor de kwalificatie werd de turbo echter maximaal benut en liep het vermogen volgens Paul Rosche, het toenmalige hoofd ontwikkeling van BMW’s racemotoren, richting 1400 pk. Maar, zei hij erbij: “Onze testbank kon maar tot 1280 pk meten, dus heel precies hebben we het nooit geweten.” In 1989 verdwenen de turbo’s en werd de cilinderinhoud weer groter totdat er in 2005 teams waren die met hun 3 liter V10-motoren weer richting de 1000 pk gingen, oftewel meer dan 330 pk per liter. Van 2006 tot 2013 werd er met kleinere 2,4 liter V8-motoren gereden, ook weer zonder turbo. Het toerental werd begrensd op 18.000 per minuut en het vermogen van de sterkste motoren in het veld lag rond de 750 pk.

Huidige beperkingen en vrijheden

Om voor de kleinere teams de kosten te beperken en zo de competitie wat eerlijker te maken, is het aantal motoren dat gebruikt mag worden gelimiteerd. Vanaf 2018 mag er in één seizoen per auto nog maar drie motoren worden gebruikt. Wie van een van de onderdelen (het motorblok zelf, de turbo, een MGU-K of -H, de energy store of de elektronica) een vierde exemplaar gebruikt, krijgt tien plaatsen straf op de startopstelling. Als daarna een ander onderdeel van de vierde wordt gebruikt is dat vijf plaatsen. De motoren moeten daarom nog sterker zijn dan vroeger en draaien dan ook minder toeren (maximaal 15.000 keer per minuut). Het aantal motoren dat tijdens een Grand Prix stukgaat wordt steeds minder, maar áls het gebeurt, zoals in de Mercedes van Lewis Hamilton in 2016 te Maleisië, dan kan het grote gevolgen voor het kampioenschap hebben.

De afgelopen jaren was het verder verbeteren van de motor tijdens het seizoen gebonden aan een ingewikkeld systeem van tokens, wat een soort bonnetjes waren waarmee een beperkt aantal aanpassingen mocht worden gedaan. Dat is in 2017 weer afgeschaft, wat betekent dat de teams – binnen de reglementen uiteraard – de onderdelen van de power unit tijdens een seizoen kunnen doorontwikkelen.

Hybride motoren

Sinds 2014 rijdt de Formule 1 met hybride motoren. De basis is nog steeds een verbrandingsmotor met zes cilinders van tezamen 1,6 liter inhoud, aangevuld met een turbo en een slimme elektromotor. Het geheel levert een maximaal vermogen van meer dan 900 pk. Het toerental van het motorblok is gelimiteerd op 15.000 per minuut.

PU: power unit, de krachtbron, oftewel het geheel van alle delen die vermogen voor de auto opwekken en regelen.

ICE: internal combustion engine, de verbrandingsmotor met zes cilinders en 1,6 liter inhoud.

Turbo: vliegwiel dat wordt aangedreven door de verbrandingsgassen uit de motor en extra vermogen levert.

ERS: energy recovery system, verzamelnaam voor de onderdelen die energie opwekken, opslaan en weer afgeven, te weten twee MGU’s, de energieopslag en de elektronica die het regelt.

ES: energy store, de energieopslag of batterij. Deze wordt gevoed door de twee MGU’s. MGU-K: motor generator unit – kinetic, hierin wordt de bewegingsenergie (of: kinetische energie) van de achterremmen omgezet in elektriciteit. Bij het accelereren is de MGU-K een extra motor die 160 pk extra vermogen naar de wielen kan sturen gedurende ongeveer 33 seconden per ronde. MGU-H: motor generating unit – heat, deze zit vast aan de turbo en zet de warmte van de uitlaatgassen om in elektriciteit. De MGU-H controleert ook de snelheid waarmee de turbo draait. Hij helpt de turbo om sneller op gang te komen bij het accelereren en om sneller te vertragen als het toerental van de motor weer zakt. Vier motorfabrikanten

In de huidige Formule 1 (2018) zijn er vier fabrikanten van Formule 1-motoren, die naast hun eigen team ook andere teams van motoren voorzien. Mercedes levert uiteraard aan zichzelf en de teams van Williams en Force India. Ferrari voorziet naast het eigen team ook Sauber en Haas van motoren en Renault levert ze aan zichzelf, Red Bull Racing en McLaren. In het geval van Red Bull heet de motor niet Renault, maar TAG Heuer. De enige fabrikant die maar aan één team levert is Honda, dat sinds 2018 samenwerkt met Toro Rosso.

Uitlaat

Na een korte en heftige reis door de motor vliegt de met benzine verbrande lucht door de turbo weer naar buiten via de uitlaat. Het verschil met de meeste straatauto’s is de lengte van de uitlaat, die in de Formule 1 relatief kort is. Tegenwoordig bestaat het uitlaatsysteem uit een hoofdpijp en een of twee kleinere pijpen. Door de hoofdpijp komen de uitlasgassen die door de turbo zijn gegaan. Door de kleinere pijp(en) komt alles wat niet door de turbo kan. De turbo kan immers niet alles verwerken.

Om het gewicht weer zo laag mogelijk te houden zijn de uitlaatpijpen gemaakt van staal dat dunner is dan 1 millimeter en Alloy 625 wordt genoemd. Het is een op nikkel gebaseerde legering, die roest- en corrosievrij en niet-magnetisch is en tot circa 1100°C prima zijn werk doet.

De uitlaatpijpen moeten temperaturen tot wel 1000°C weerstaan net als extreme druk en trillingen. Die trillingen zorgen voor het typische Formule 1-geluid dat in loop de loop der jaren minder scherp is geworden. Met de komst van de nieuwe hybride motoren en de turbo in 2014 was er volgens een deel van de F1-fans zelfs te weinig meer over van de geluidsensatie die Formule 1 traditioneel is. Met verschillende aanpassingen is daar stap voor stap door de teams wat aan gedaan en zijn de klachten afgenomen.

De uitlaten zijn een flinke kostenpost. Aan alleen al de spruitstukken, het eerste deel van de uitlaat dat aan de motor vastzit, besteden sommige teams wel 600.000 euro per jaar bij leverancier Inconel.

Wil je meer weten over de achtergronden van de Formule 1? Lees dan ‘Zo werkt de Formule 1’.