4 de febrer de 2014

1988 vs 2014. Motors Déjà vu?

L'última temporada on va ser permesa la tecnologia turbo pels motors en la fórmula 1 va ser la 1988. Aquell any es permetia córrer amb motors turbo o atmosfèrics amb diferents paràmetres per a compensar el rendiment. Ara, després de 25 anys de motors atmosfèrics, torna l’era turbo. Aquest any però, no hi haurà la convivència de motors turbo i atmosfèrics, ja que els segons han estat prohibits. Es pot trobar una petita descripció de la tecnologia turbo i del motor de combustió interna pel 2014 en el nostre article (http://www.formula1encatala.com/2014/02/les-unitats-de-potencia-2014.html).

S'ha parlat molt sobre l’eficiència de les unitats de potència, en especial amb la introducció de la tecnologia de recuperació d'energia mitjançant els sistemes MGU-K (ERS) i MGU-H. Però, el cor de tot continua sent el motor de combustió interna (ICE).

L'objectiu daquest article serà comparar les normatives pel que fa al motor de combustió interna dels anys 1988 i 2014. A més a més, tractarem amb dos casos reals per tal de treure conclusions. Els motors elegits han estat l’HONDA RA168E i el Renault Energy F1.

Honda RA168E (superior). Renault Energy F1 (inferior). Font: Viquipèdia i Renault Sport
La raó per haver seleccionat l’Honda és que va guanyar 15 de les 16 curses sent un motor turbo. Pel que fa al Renault, les raons són molt més terrenals, ja que és el fabricant que ha publicat més informació sobre el motor del 2014. Cal tenir en compte que les informacions sobre les capacitats del motor Renault poden ser conservatives, ja que el fabricant no vol revelar el seu potencial.

En la següent taula es poden observar les comparacions de les principals característiques. Les dades entre parèntesis es refereixen a la normativa vigent en el seu moment, és a dir, eren els valors obligats. 

  • Cilindrada. Les cilindrades són molt similars diferint només de 0.1 litres. No és un paràmetre comparatiu de rellevància. 
  • Nombre de cilindres. El mateix: 6. Actualment és una obligació, però us preguntareu perquè no utilitzaven més l’any 1988. Si volguéssim més de 6 cilindres per a una cilindrada de només 1.5 litres, els pistons serien massa petits i no podrien suportar les sol·licitacions ni mecàniques ni tèrmiques.
  • Angle V motor. Normalment, angles més grans baixen el centre de gravetat, augmentant la maniobrabilitat del vehicle, però redueixen la fiabilitat, ja que augmenten les vibracions. Un exemple dramàtic va ser el motor Renault RS24 usat en el Benetton 2001 que tenia un angle de 111º però cap mena de fiabilitat. En la nova normativa, les bancades han de formar 90º. En el passat, aquest valor hauria estat un problema a causa de l'impossibilitat de produir coixinets i peces mòbils que suportessin aquests valors amb un pes acceptable.
  • Pes. Aquests és un dels paràmetres on el pas del temps ha tingut més impacte pels avenços en la tecnologia dels materials: al·leacions més lleugeres i resistents. Actualment, el pes mínim de tota la unitat de potència (ICE, MGU-H/K i bateries) és igual al que pesava només el motor de combustió l’any 1988. Per exemple, el bloc motor l'any 1988 era d'acer i actualment és d'una al·leació d'alumini, que és quasi tres vegades més lleugera.
  • Injecció. La injecció indirecta es fa fora del bloc motor, és a dir, a l'admissió. La benzina es mescla amb l'aire i acaba entrant a la cambra d'admissió mentre la vàlvula d'admissió està oberta. Aquest sistema treballa amb baixes pressions (màxim 8 bar). En canvi, en la directa, s’injecta directament  a alta pressió dins la cambra de combustió i la mescla amb l’aire s’efectua només dins dels cilindres. El segon sistema redueix els consums de combustible i permet obtenir més potència, ja que es pot controlar acuradament quan i quanta benzina injectar. A més a més, tot i que és secundari en les carreres, també es podrien reduir dràsticament les emissions contaminants del motor.
  • Turbo. Més turbos s’usen, més petits poden ser. Els turbos petits tenen menys inèrcia i poden accelerar més ràpid, reduint el fenomen del turbo lag. És raonable pensar que pel 2014 la FIA obliga a usar un sol turbo ja que el fenomen del turbo lag  es pot resoldre parcialment amb el MGU-H.
  • Pressió turbo. Més es comprimeix l'aire, més combustible es pot injectar durant la mateixa unitat de temps. El preu a pagar és que l'aire es calenta i s'ha de refredar a través d'un radiador anomenat intercooler. Idealment, voldríem que el turbo comprimís el màxim possible sempre que tinguéssim espai per fer un intercooler prou gros per a refredar l'aire. Per exemple, l'any 1987 es van arribar a pressions de 4 bar. L'any 1988 la FIA va limitar la pressió de compressió a 2.5 bar per a reduir la potència dels monstres turbo. Actualment, no hi ha cap regulació directa pel que fa a aquesta pressió. Però com hi ha un flux màxim de combustible i la relació aire combustible és fixa, no té sentit comprimir massa l'aire, ja que no disposem de tot el combustible que voldríem injectar.
  • Consum. El límit de combustible que es pot emprar durant una carrera és un 20% inferior actualment. Recordem que actualment hi ha la unitat MGU-K (ERS), fent que per a una mateixa potència es necessiti menys combustible.
  • Flux màxim combustible. La tecnologia de 1988 no permetia fixar cap límit al flux de combustible, simplement perquè no hi havien caudalímetres capaços de mesurar aquesta magnitud. De fet, actualment hi ha polèmica sobre la capacitat dels elements de mesura que proporciona la FIA per assegurar aquesta norma. Recordem també que aquest límit de combustible estableix un límit implícit en la pressió del turbo.
  • Potència. Al cap i a la fi, és el que més ens importa, no? Per ara sabem el nombre cert de cavalls de l’any 1988 i només una especulació pel 2014. Cal tenir en compte però que les normatives de combustible de l’any 1988 eren molt més laxes, permetent components que actualment estan prohibits o estrictament regulats. Tenint en compte això, la potència no és directament extrapolable però sembla que els números són similars.
Ara és la vostra ocasió per a treure conclusions. Personalment crec que l’únic que canvia radicalment per l’ICE ha estat el pes. Pel que fa a potència i consums els números són molt similars tenint en compte que les normatives per a elements com el combustible són molt més estrictes actualment. La gran eficiència que presumeixen a la FIA no s’obté pel motor de combustió però pels motors elèctrics MGU-K i H.


Bibliografia:

Article tècnic Honda: Honda Formula One Turbo-charged V-6 1.5L Engine. SAE paper 890877. 1989 Society of Automotive Engineers, Inc

Recull reglament tècnic FISA-FIA: http://somersf1.blogspot.it/p/fia-formula-one-technical-regulations.html

Exemple injecció indirecte als 40 segons: http://www.youtube.com/watch?v=Eo-9Io41bt8