Hoe F1-motoren 1.000 pk genereren

De huidige Formule 1-motoren stoten tot 1.000 pk uit vanuit slechts 1,6 liter cilinderinhoud. Engineering Explained heeft een video uitgebracht die deze indrukwekkende technologie verder onder de loep neemt.

Technisch gezien zijn de krachtbronnen in de Formule 1 geen 'motoren', maar 'krachtunits'. De 1,6-liter turbo V6 is slechts één onderdeel van een hybride aandrijflijn. Sinds 2014 is dit systeem verplicht, bestaande uit de kleine V6 met een hoek van 90 graden en twee motor-generator units: de MGU-K (Motor Generator Unit-Kinetic) en MGU-H (Motor Generator Unit-Heat).

Beide motor-generator units zijn verantwoordelijk voor het opwekken van energie, maar op verschillende manieren. De MGU-H wordt aangedreven door overtollige uitlaatgassen van de turbo, die normaal gesproken via een wastegate worden afgevoerd. Deze energie kan worden opgeslagen in een batterijpakket, worden gebruikt om de turbo te laten draaien wanneer het gaspedaal niet wordt ingedrukt, of rechtstreeks naar de MGU-K worden gestuurd. De MGU-K, die aan de krukas is bevestigd, kan tot 160 pk leveren om de auto aan te drijven of regeneratief remmen mogelijk maken, waardoor er meer energie kan worden teruggewonnen.

Bij de race in Bahrein van de Formule 1 in 2023 wordt duidelijk dat, ondanks de 160 pk van de MGU-K die slechts kortdurend beschikbaar is wanneer de batterij vol is, de benzinemotor nog steeds het grootste deel van het werk verricht. Bovendien moet dit gebeuren met een beperkte hoeveelheid brandstof, aangezien er geen bijtanken meer tijdens de race is toegestaan. De brandstoftoevoer uit de brandstoftank is gereguleerd, met een maximale doorstroom van 100 kg/u. Hoewel Formule 1-motoren tot 15.000 tpm kunnen draaien, bereikt de echte pk-piek zich bij 10.500 tpm, wanneer deze maximale doorvoersnelheid wordt bereikt.

Het brandstof dat wordt gebruikt in de Formule 1 is vergelijkbaar met reguliere pompbenzine, waardoor teams hier geen onterecht voordeel uit halen. De efficiëntie van de F1-motoren ligt echter ver boven die van traditionele wegauto's. Mercedes-AMG heeft zelfs geclaimd dat hun motoren meer dan 50% thermische efficiëntie behalen, wat betekent dat minstens de helft van de energie in de verbrandingsbrandstof daadwerkelijk gebruikt wordt om de auto te verplaatsen. Dit is de sleutel tot hun indrukwekkende vermogens.

Terwijl de meeste wegauto's worstelen om de 35% thermische efficiëntie te bereiken, maken F1-engineers gebruik van verschillende slimme technieken. Eén daarvan is de voorverbrandingskamer; een kleinere verbrandingskamer boven de hoofdkamer, die een magerder lucht-brandstofmengsel mogelijk maakt, ideaal voor de brandstoftoevloereisen van de F1. Deze techniek was ook een van de redenen waarom de originele Honda Civic met een CVCC-motor zo brandstofefficiënt was, en wordt nu gebruikt in Maserati's 3,0-liter twin-turbo V6.

Een andere manier om de efficiëntie te verhogen, is de regel die compressieverhoudingen tot 18:1 toestaat. Dit is aanzienlijk hoger dan bij wegauto's. Hoewel het onbekend is of teams daadwerkelijk deze maximale waarde bereiken, biedt dit ruimte voor efficiëntieverbeteringen. Hogere compressieverhoudingen zijn efficiënter, en zelfs zonder de limiet van 18:1 te bereiken, draait de F1-auto waarschijnlijk met hogere compressieverhoudingen dan reguliere voertuigen.

Turbo-opboosting is een laatste factor van belang. In wegauto's helpt een hoge boost kleine motoren om veel vermogen te genereren, maar in de Formule 1 is dit minder eenvoudig. F1-motoren kunnen meer of minder boost draaien dan veel wegauto's (teams publiceren geen exacte cijfers), afhankelijk van de lucht-brandstofverhouding. Dit kan ook variëren per circuit, met meer boost op hogere hoogtes zoals Mexico-Stad.

Uiteindelijk is het de effectiviteit van het geheel dat Formule 1 krachtunits in staat stelt om zoveel vermogen uit zo weinig cilinderinhoud te halen. Zoals naar voren komt in de video, bereiken ze dit ook zonder sommige functies die gebruikelijk zijn in wegauto's, zoals variabele kleptiming. Dit maakt moderne F1-krachtunits tot ware technologische wonderen.

Bekijk de video voor een diepere uitleg over hoe F1-motoren functioneren.