Qu'est-que le bloc propulseur (moteurs) d'une F1 ?

En 2009 donc, la FIA introduit en F1 la règle du KERS, un système de boost grâce à l’énergie cinétique produit au freinage. Depuis, le bloc propulseur a évolué pour contenir 5 éléments différents dont 3 moteurs le tout pouvant atteindre à son pic la puissance d’au moins 1000 ch. Attention, seuls le moteur thermique et le MGU-K contribuent à propulser la monoplace. Le MGU-H est utilisé pour générer de l’énergie ensuite transmise au MGU-K.

Eléments composants les blocs propulseurs en F1 :

• ICE (Internal Combustion Engine) : Moteur à combustion interne
• MGU-K (Moto Generator Unit - Kinetic) : Récupération d'énergie cinétique
• MGU-H (Moto Generator Unit - Heat) : Système de récupération de la chaleur
• ES (Energy store) : Batteries
• CE (Control Electronics) : Système de gestion électronique

Ces éléments sont répartis en deux entités distinctes : le moteur à combustion (ICE) et le système de récupération d’énergie (ERS). L’ensemble ne doit pas peser MOINS de 150 Kg en 2021 contre 145 Kg en 2020.

Moteur à combustion interne

Le moteur à combustion interne comprend le moteur thermique et le turbocompresseur. Le moteur est connecté à la boite de vitesse tandis que le turbo sert à augmenter la pression d’air dans le moteur afin d’optimiser le rendement.

Les moteurs thermiques sont obligatoirement des moteurs à 4 temps composés de 6 pistons pour une cylindrée total de 1600 cm3.

On estime à plus de 46.000 explosions dans les 6 cylindres du moteur à chaque tour d’un Grand Prix tandis que la pression exercée par le turbo équivaut pour chaque piston à la force de 4 éléphants dans les moments les plus exigeants.

Caractéristiques techniques :
Cylindrée : 1.6 litres
Nombre de cylindre : 6
Position des cylindres : 90° en V
Nombre de valves : 24
Nombre de tour minute maximum : 15.000 rpm
Débit d'essence maximum : 100 Kg / Heure (au-delà de 10 500 rpm)
Injection : Injection direct pression à 500 Bar / cylindre
Turbo : Compression avec turbine d'échappement limitée à 125.000 tour/minute

Système de récupération d'énergie (ERS)

Composé du MGU-H, MGU-K et des batteries, il doit permettre de stocker jusqu’à 4 mega joules d’énergie par tour. Les batteries sont limitées entre 20 Kg et 25 Kg et permettent donc de stocker ces 4 MJ maximum. Pour donner un ordre de comparaison, depuis le développement du KERS dès 2007, les batteries ont perdu 87 Kg pour atteindre de bien meilleures capacités de stockage et de rapidité de distribution. Mercedes estime ainsi avoir gagné 56% d’efficacité depuis la mise en place dans le règlement en 2009.

MGU-K :
Le moteur de récupération de l’énergie cinétique agit au moment du freinage. Le système est placé sur l’essieu arrière et vient suppléer ou compléter la puissance des freins dits traditionnels. A chaque freinage, un moteur en friction vient bloquer les roues et traduit l’énergie produit en électricité ensuite stockée dans les batteries. C’est le principe du volant à inertie qui est employé lors de l’apparition du KERS officiellement en 2009, bien que certaines équipes l’utilisait dès 2007. Le volant d’inertie permet de stocker l’énergie avant de la redistribuer à l’accélération immédiatement. Depuis, le volant d’inertie a été remplacer par un stockage de l’électricité produite dans une batterie. Ce moteur est utilisé à la fois au freinage pour transformer l’énergie, mais aussi à l’accélération pour ainsi permettre de déployer jusqu’à 161 ch supplémentaires si demandé par le pilote.

Tour minute maximum du MGU-K : 50.000 rpm
Puissance maximum du MGU-K : 121 kW (161ch)
Energie stockée maximum / tour : 2 MJ
Energie distribuée maximum / tour : 4 MJ
Temps de distribution maximum : 33,3 secondes

MGU-H :
Le moteur à récupération de la chaleur est installé au milieu du turbo, entre la turbine à air et le compresseur. Il vient récupérer les gaz d’échappement chauds produits par le moteur à combustion et le transforme en énergie. Contrairement au MGU-K, il peut être utilisé en flux tendu ou servir à recharger la batterie.
Tour minute maximum du MGU-H : 125.000 rpm
Energie stockée du MGU-H : illimitée
Energie distribuée du MGU-H : illimitée

Carte Electronique

Les blocs propulseurs multiplient les sources d’énergies et les moteurs. Pour contrôler tout cela, il ne suffit plus d’une simple cartographie moteur. Désormais les cartes électroniques sont programmées pour contrôler à chaque accélération quel moteur est utilisé, quel pourcentage de batterie peut être consommé ou quelle puissance de freinage doit être récupéré. Tout cela est géré automatiquement mais peut être adapté en fonction des circonstances grâce au volant du pilote.

Fiabilité et réutilisation des composants :

Depuis plusieurs années dans l’optique de réduire les coûts, la FIA a demandé aux motoristes de fournir des moteurs capables de durer plusieurs courses. Avec la réduction de la cylindrée de 12 à 6 aujourd’hui et la limitation du nombre de tour minute, c’est d’autant plus facile de trouver de la fiabilité. Mais la complexité du bloc propulseur multiplie les chances de casses moteurs. Aujourd’hui tous les éléments sont reliés entres eux et ne peuvent fonctionner de manière indépendante. Ainsi le moindre élément défaillant et la voiture ne peut terminer son tour. La quantité des différents éléments et la façon de les connecter entres eux sont donc aujourd’hui le principal facteur d’augmentation du risque de panne.

Nombre d'éléments par saison en 2020 et 2021 :

• ICE (Moteur à combustion interne) : 3 par pilote
• MGU-K (Récupération d'énergie cinétique) : 2 par pilote
• MGU-H (Système de récupération de la chaleur) : 3 par pilote
• ES (Batteries) : 2 par pilote
• CE (Système de gestion électronique) : 2 par pilote

Les types de motorisations dans l’histoire

Avant 1990 : Moteurs V12, V10 ou même V8
Années 90 : Les moteurs V10 prédominent
2001 : Obligation des moteurs V10 de 3L
2006 : Obligation des moteurs V8 de 2,4L
2009 : Introduction du KERS
2014 : Obligation des moteurs V6 de 1,6 L avec ERS (MGU-K & MGU-H)

Les motoristes en F1

Actuellement, il y a 3 motoristes seulement engagés en F1 : Mercedes, Renault et Ferrari. Honda était engagé jusqu’en 2021 avant de quitter la F1. Red-Bull va donc devenir son propre motoriste à partir de 2022.

Par le passé, on a connu beaucoup de motoristes. On peut citer notamment BMW, Peugeot, Toyota et bien d’autres.

Vidéo d'explication du fonctionnement d'un moteur à 4 temps :

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