Les moteurs de Formule 1 sont petits, mais avec seulement 140 litres de carburant, ils doivent produire une quantité importante d’énergie pour terminer une course
Les voitures de Formule 1 sont rapides et bruyantes grâce à un moteur qui développe une puissance impressionnante de 1.000 chevaux. Mais avec seulement 1,6 litre, vous vous demandez peut-être comment il peut produire autant de puissance.
Les restrictions et les règlements de la Formule 1 obligent les ingénieurs à faire preuve de créativité. Un moteur de Formule 1 standard doit avoir une cylindrée de 1,6 litre avec un V6 à 90°.
De plus, une voiture de Formule 1 ne peut contenir qu’environ 140 litres (110 kg pour être exact). De nombreuses équipes de Formule 1 ne remplissent même pas complètement leur réservoir de carburant pour limiter le poids. Ce moteur peut produire à lui seul 840 ch. Comment un si petit moteur peut-il produire autant de puissance ?
Le secret de la puissance du moteur réside dans son rendement thermique. Le rendement thermique, en termes simples, est le pourcentage d’énergie utilisée par rapport à l’énergie perdue. Plus il y a de carburant qui fonctionne par rapport à celui qui est gaspillé dans les gaz d’échappement, plus le rendement est élevé.
Les moteurs de F1 sont capables d’atteindre un rendement thermique de 50 %. C’est considérable si l’on considère qu’un véhicule standard sur la route a un rendement thermique moyen de 20 % et qu’il peut atteindre 40 % au maximum. Lorsqu’on conduit un véhicule ordinaire dans la rue, il est courant que l’équilibre air/carburant soit trop riche. Il en résulte un gaspillage de carburant puisqu’il y a trop de gaz à brûler.
C’est d’autant plus impressionnant que le carburant utilisé dans les voitures de Formule 1 ressemble à 99 % au carburant que nous utilisons dans nos voitures. Qu’est-ce qui permet donc aux moteurs V6 de F1 d’atteindre ce niveau d’efficacité thermique à partir du même type de gaz ?
Les ingénieurs des voitures de Formule 1 ont mis au point quelques éléments clés. Le premier est le taux de compression. Le règlement de la F1 stipule que la course du moteur ne peut être supérieure à 53 mm, ce qui ne laisse qu’un peu plus de 5 cm d’espace au piston pour se déplacer.
Alors que la plupart des véhicules ont un taux de compression compris entre 8:1 et 12:1, ces petits moteurs de F1 ont un taux de compression allant jusqu’à 18:1. Cela permet au piston de parcourir une plus grande distance et d’obtenir plus de puissance à chaque séquence de combustion.
Le rapport air/carburant est un autre facteur important qui permet d’obtenir un tel rendement thermique. Votre moteur a besoin d’un mélange plus riche de carburant et d’air lorsque vous le démarrez. C’est pourquoi vous l’entendez tourner au ralenti une fois qu’il a chauffé. Il a également besoin de plus de carburant lorsque vous appuyez sur l’accélérateur, car vous introduisez plus d’air.
En moyenne, un moteur a un rapport air/carburant de 14,7:1. Toutefois, les moteurs de F1 peuvent fonctionner avec un rapport de 30:1, ce qui signifie 30 parts d’air pour 1 part de carburant. C’est un mélange pauvre !
L’efficacité d’un tel mélange pauvre est possible grâce à une préchambre d’allumage. Au-dessus de chaque cylindre principal se trouve un cylindre plus petit où l’injecteur introduit le mélange initial. Ce mélange est riche et se libère au moment de l’allumage pour permettre une distribution plus homogène et donc une combustion plus efficace. Cela permet de produire plus d’énergie à partir de chaque partie de carburant introduite.
Le moteur V6 de la F1 peut produire à lui seul jusqu’à 840 ch, mais le reste de la puissance provient de deux moteurs électriques. Le premier est le MGU-K, abréviation de Motor Generator Unit – Kinetic. Il est alimenté par la batterie de la voiture et fournit une puissance supplémentaire d’environ 120 kW au vilebrequin. Il contribue également au freinage par récupération. Ce moteur ajoute 160 ch à ce moteur, pour un total de 1000 ch.
Le deuxième moteur des moteurs de F1, le MGU-H (Motor Generator Unit – Heat), est chargé de gérer le turbocompresseur. La propulsion des gaz d’échappement active le turbocompresseur et permet à un plus grand volume d’air d’entrer dans le moteur.
Cette relation symbiotique entre les moteurs électriques, le turbocompresseur et le moteur lui-même permet d’atteindre un régime de 15 000 tr/min. La plupart du temps, une F1 n’atteint pas ce régime, car le pilote maintient ses performances maximales à environ 10 500 tr/min. Cela signifie que l’utilisation du carburant est la plus efficace possible et que la puissance est à son maximum.
Prenons l’exemple du moteur V8 351 de la Ford Trinity. À lui seul, il a une cylindrée de 5,8 litres, soit plus de trois fois la taille du moteur de la F1. Cependant, même avec cette taille, il ne produit qu’un maximum de 662 ch.
Même les voitures de course de la NASCAR ne sont pas aussi performantes. Leurs moteurs ne peuvent produire que 750 ch. Avec un moteur de 5,8 litres, ces voitures sont beaucoup plus lourdes. L’un des nombreux avantages des moteurs de F1, mais aussi l’une de leurs limites, est leur poids. Ces gros moteurs ajoutent beaucoup de poids à la voiture
Les voitures de Formule 1 sont un exemple de la façon dont les limitations peuvent permettre une ingénierie créative. De leurs petits moteurs à leurs carrosseries légères et complexes, les ingénieurs de la F1 ont trouvé le moyen de créer beaucoup de puissance à partir de très peu.
Formula 1
— F1 Data Analysis ? (@F1DataAnalysis) November 29, 2022
-Engine: 1.6l V6 Turbo ~1000hp
-Mass: 798kg
-8 Gears
-0-100km/h: 2.2s
-0-200km/h: 4.4s
-Top speed: 350km/h (in low-drag spec)
-Max lateral acceleration: 6.0g
-Max braking acceleration: 6.0g
The queen of open-wheel racing: the downforce/mass ratio is unmatched pic.twitter.com/MN8o9z7246
