Comment le règlement a permis de réduire de 30% la consommation en F1? Nicolas Espesson Ingénieur Piste

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1 Comment le règlement a permis de réduire de 30% la consommation en F1? Nicolas Espesson Ingénieur Piste

2 Sommaire La constitution d un V6 de F1 Les principaux point du règlement Les 4 principales phases d utilisation Le management de l énergie La gestion de la consommation

3 Les composants + WASTE GATE

4 Les différentes règlementations à Cylindrée <3.0L <2.4L =1.6L Configuration moteur 10 cylindres V8 à 90 V6 à 90 Moteur thermique Atmosphérique (Mono) Turbo Débit essence libre ( 155kg/h) 100kg/h Consommation/course libre ( 150kg) 100kg Injection Indirecte (<100bar) Directe (<500bar) Régime maxi (tr/min) libre MGUK interdit 2009 oui E(kJ/tour) / P(kW) 400kJ/tour 60kW 4MJ/tour de la batterie 120kW MGUH interdit oui E(kJ/tour) / P(kW) interdit non limitée Balance de freins Av/Ar mécanique Brake by wire Boite vitesses 7 rapports (+MA) 8 rapports (+MA) Masse moteur libre 95kg mini 145kg mini

5 Règlementation Essence 100 kg / course 100 kg/h maxi Moteur thermique tr/min maxi Systèmes de récupération d énergie MGUK : +/- 120kW maxi Pas de limitation pour le MGUH E swing < 4MJ Batt K max = 4MJ / lap K Batt max = 2MJ / lap

6 Puissance (kw) Régime (tr/min) Passage de rapports 1 ère 2 nde 3 ème 4 ème 5 ème 6 ème 7 ème 8 ème optimum Vitesse (km/h)

7 Les différentes phases moteur

8 Freinage Conditions : Pédale = 0% Pression Frein > 0 Utilisation du MGUK : Mode récupératif à -120kW Recharge de la batterie Utilisation du «Brake By Wire»

9 Charge partielle Conditions : 1% < Pédale < 99% Utilisation MGUK : Le moteur thermique est capable de réaliser la demande de couple: MGUK = 0 MGUK en mode recharge la consommation augmente = Overload Le moteur thermique n est pas capable de réaliser la demande de couple: MGUK en décharge ponctuellement: Pour compenser le retard des actionneurs Pour masquer le manque de suralimentation Pour économiser de l essence Utilisation du MGUH : Relance du turbo / Permet de compenser le «turbo lag»

10 CSE (g/kwh) / Puissance (kw) La pleine charge Richesse de puissance maxi : Pour un débit d air donné 1.12 Pour un débit d essence donné 0.85 Puissance et CSE = f(richesse) CSE( g / kwh) Débit Carburant (g/h) PuissanceVilebrequin (kw) 140% 100% V6 Turbo V8 Atmo Puissance CSE 60% Richesse (-)

11 Ln(P/3.18) La pleine charge PMI HP GBR avance à l allumage) Ln(P/P adm ) = Ln(V/V 0 ) Course Quali bar 3.18 bar 2.5 bar Meilleure PMI BP Ln (V/V0) 2.5

12 Dimensionnement du MGUH Puissance compresseur : Débit d air = K s x Q fuel / Richesse = 1730 kg/h Débit d air moteur = Cylindrée P Sural = 3180 mbara Puissance compresseur = C RPM 2 p Q = 75 kw P R T air ( PiC Sural plenum 1 compressor RDVL 1) T ambiant Puissance Turbine : Puissance turbine = C p Q 1 air essence(1 PiD ) T Exhaust turbine La récupération du MGUH est imposée par la turbine avec d importantes conséquences: 75kW P turbine = =150kW 35kW P turbine = = 110kW PiD = 4.50 PiD = 2.82 ΔP moteur = -1320mbar ΔP moteur = +360mbar RDVL=1; Cyl= 1.6L; RPM=10500rpm; T plenum =50 C ; T ambiant =25 C ɳ comp =ɳ turbine =75% ; T exhaust = 850 C; K s =14.7 ; Q fuel =100kg/h

13 La pleine charge «course» Conditions : Pédale = 100% Moteur thermique: Débit d essence maximum Au plus proche du cliquetis Utilisaion du MGUK : 4.5bar 120kW en décharge Utilisation du MGUH : Mode récupératif avec waste gate fermée 75kW 120kW Permet de fournir une partie de l énergie consommée par le MGUK 75kW venant du MGUH 45kW venant de la batterie 45kW

14 H = 75kW H = 0 La pleine charge «Qualif» Conditions : Pédale = 100% Qualif / Dépassement en course Utilisation de l ICE: Débit d essence maximum Au plus proche du cliquetis Utilisation du MGUK: 2.5bar 120kW en décharge Utilisation du MGUH: Régulation de la suralimentation via la waste gate 0kW Performance du moteur thermique ( CPE) Consommation d énergie électrique Les 120kW viennent de la batterie 0kW 120kW 120kW

15 La gestion de l énergie Circuit de Barcelone 8 pleines charge 8 freinages

16 180kJ 1.5s x 120kW La gestion de l énergie Pleine charge : 600m 8.7sec Vitesse initiale : 125km/h Récupération K : 180kJ Récupération H : 650kJ ========= 830kJ à dépenser 650kJ ( 8.7s x 75kW) 8.7s x 120kW = 1044kJ

17 300kJ Overload Secteur «témoin»: Pleine charge : 600m 8.7sec Vitesse initiale : 125km/h Récupération K : kJ Récupération H : 650kJ ========= 950kJ à dépenser! Les inconvénients: Consommation! 650kJ ( 8.7s x 75kW)

18 Time delta (sec) MGUK (kw) Solutions possibles Secteur témoin de 600m ( 8.7sec) Comment dépenser 830kJ le MGUK kJ 6.9s x 120kW 8.7s x 95kW Pour être rapide, il faut dépenser l énergie le plus rapidement possible! MGUK 120 MGUK 120/0 MGUK 95 MGUK 0/ Distance (m) 600 ref = 120kW 120kW - 0kW 95kW constant 0kW - 120kW Delta laptime Distance (m)

19 Charge partielle Electricité Essence Vitesse véhicule (km/h) Ecart (s) Gestion de la consommation Stratégie de Lift Off Vitesse MGUK standard Overload + Lift Off Delta t Lift off Accélérateur Distance (m) -0.05

20 Conclusions La diminution de la consommation entre le V8 et le V6 provient de: Une combustion en mélange pauvre qui génère un meilleur rendement. L utilisation d un MGUH +75kW électriques réinjectés sur le MGUK. Une énergie récupérée par le MGUK supérieure pendant : Freinage: récupération de plus d énergie «gratuite». Charge partielle: l overload permet de recharger la batterie pendant ces phases. Profondeur de batterie augmentée permet plus de puissance sur un tour «Qualif».

21 Merci pour votre attention Nicolas ESPESSON Ingénieur Piste Renault Sport Racing