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Moteur Renault F1 2014 : des synergies avec le monde de la série

Moteur Renault F1 2014 : des synergies avec le monde de la série

Réduction de la cylindrée, baisse de la consommation... la Formule 1 se met aussi à la diète. En dévoilant son nouveau moteur, prévu pour 2014, Renault lève le voile sur de futures technologies qui arriveront à moyen terme en série.

Renault Power Unit 2014
 
Jamais la Formule 1 n’aura été aussi proche du véhicule de série. Instaurée par la Fédération Internationale de l’Automobile (FIA), la nouvelle réglementation fera entrer la F1 dans une nouvelle ère en 2014. L’objectif avoué : faire profiter à la voiture de monsieur tout le monde des technologies issues de la compétition. Rob White, Directeur Général Adjoint Renault Sport F1, reconnaît qu’il y avait « un manque de proximité et de cohérence entre la technologie F1 et celle des véhicules de série sur lesaspects économiques et environnementaux. Un profond changement de la F1 était donc nécessaire afinde réconcilier ces deux réalités ».

L’élitisme a donc vécu. La Formule 1 n’est plus une simple vitrine high-tech nourrissant l’image d’un constructeur, elle doit permettre un transfert de technologies vers les véhicules de série. Une synergie rendue possible par la convergence des nouvelles contraintes techniques imposées. Les notions de réduction de la consommation et des émissions de CO2, de fiabilité, d’efficience énergétique ou de coûts font partie du cahier des charges des motoristes, en Formule 1 ou pas.

Si finalement les constructeurs engagés dans la catégorie reine ont renoncé au quatre-cylindres 1.6 Turbo au profit d’un six-cylindres (Ferrari s’y refusant), les nouveaux moteurs de F1 s’approprient des technologies déjà dans la rue à l’image de la réduction de cylindrée (downsizing), passant de 2.4 à 1.6 l, de l’injection directe d’essence et du retour au turbocompresseur. Une architecture qui a fait les heures de gloires de Renault de 1977 à 1986 avec le V6 1.5 Turbo.
 
L’expérience de la série
 
Preuve que ces deux mondes ne sont pas si éloignés, ce sont les pères du V10 de compétition (des années 1990 et 2000) qui se sont chargés du développement des nouvelles motorisations Energy (trois-cylindres 0.9 TCe, quatre cylindres 1.2 TCe et 1.6 dCi 130…) montées sur l’ensemble de la gamme depuis 2011. Une expérience du moteur de série que Jean Philippe Mercier (directeur de l’ingénierie Renault Sport F1) a mis à profit pour étudier le futur poumon des Lotus-Renault et consorts. Il reconnaît que « le V6 1.6 Turbo s’inspire de solutions expérimentées sur les motorisations de grande diffusion ».

A l’inverse, les moteurs Energy bénéficient de l’expertise acquise en compétition telles que l’utilisation de l’aluminium pour alléger les blocs TCe, l’architecture de refroidissement (le thermo-management) et les segments des pistons sur le dCi 130 ou la réduction des frottements internes grâce au revêtement Diamond Like Carbon.
 
Laboratoire roulant

 
Mais pour compenser la baisse de la puissance de 750 à 600 ch environ, au même titre que la limitation de la quantité de carburant en course (140 litres), les motoristes avancent de nouveaux dispositifs que ce soit en termes de rendement que de récupération d’énergie.

Des recherches que mènent aussi les constructeurs et les équipementiers pour les voitures de série. C’est le cas de la récupération de l’énergie au freinage qui est généralisée sur les véhicules électriques et hybrides dont les batteries permettent le stockage du courant, ainsi que sur les modèles thermiques mais dans une moindre mesure en raison de la capacité limitée de la batterie traditionnelle 12V.

Mais le gros de la déperdition d’énergie se situe au niveau du moteur. S’il présente le meilleur rendement avec 25 à 30% en fonctionnement optimal, 70% de l’énergie issue du carburant est perdue sous la forme de chaleur. 15% via le système de refroidissement et 55% au niveau des gaz d’échappement.

Renault y répond par un système inédit de récupération d’énergie des gaz d’échappement ERS-H. De nombreux laboratoires (IFP Energies Nouvelles…) en association avec des équipementiers et des constructeurs (BMW, Renault, Valeo…) étudient des systèmes thermo-électriques pour transformer la chaleur des gaz en énergie.

Toutefois, la réduction de la consommation passe aussi par une optimisation du pilotage électronique du moteur, de la boîte de vitesses et de tous les éléments de la chaîne de traction afin de tirer leur quintessence sur la meilleure plage de fonctionnement. Autant de domaines sur lesquels l’exigence de la Formule 1 servira l’automobile de masse.
 
Grégory Pelletier
 
 

Des technologies prometteuses pour la série


 
- Le turbo électrique
 
Voilà l’avenir du turbo dans l’industrie automobile ! Tous les spécialistes (Borgwarner, Garett…) y travaillent d’autant plus que l’électrification des véhicules va s’intensifier. En Formule 1, Renault utilise un turbocompound électrique dont la turbine restitue l’énergie au vilebrequin via le moteur électrique de récupération au freinage (MGU-K), réduisant l’inertie dans les phases transitoires de fonctionnement du moteur, ou elle est stockée dans la batterie. Scania et Volvo Trucks ont aussi présenté des prototypes sur les poids lourds.
 
- La récupération d’énergie au freinage ERS-K
 
Connu aujourd’hui sous le nom de KERS, ce système (ERS-K) reprend le même principe à la différence près qu’il sera deux fois plus puissant en restituant l’énergie pendant 34 secondes sur un tour de circuit contre 6,5 secondes pour le KERS. En phase de freinage, l’énergie cinétique est transformée en électricité grâce à un moteur générateur (MGU-K), celle-ci étant stockée dans la batterie. Dans les phases d’accélération, il fournit une puissance maximale de 160 ch directement au vilebrequin du moteur thermique auquel il est accouplé.
 
- La récupération d’énergie à l’échappement ERS-H
 
Plusieurs solutions existent pour récupérer cette énergie gratuite. Ici, le principe est de connecter un moteur électrique (MGU-H) à la turbine du turbocompound qui permet de transformer l’énergie des gaz en courant électrique. Cette dernière est stockée ou transmise au V6 par le biais du moteur électrique relié au vilebrequin (MGU-K).
Ce système se prête parfaitement à une F1  puisque le débit des gaz d’échappement est très important contrairement par exemple à une petite voiture qui ne circule qu’en ville. L’autre bienfait du moteur MGU-H est d’entraîner le turbo afin de réduire son temps de réponse – et d’améliorer le couple à bas régime – suite à un freinage. De nombreux équipementiers et constructeurs (notamment pour les poids lourds) explorent cette piste.
 
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Commentaires
un pseudo libre

... à ne pas tomber dans le panneau des Twin Air & Co. qui n'ont de réel avantage que sur le papier. En F1, les solutions présentées ici ont tout leur sens, l'objectif étant d'obtenir le maximum de puissance peu importe le régime. Sur les moteurs de série, où on nous présente souvent le downsizing comme une évolution positive, c'est très différent : en dehors de trajets à vitesse stabilisée, un petit moteur turbo de puissance équivalente n'a pas vraiment un meilleur rendement, justement car le turbo permet d'augmenter la puissance sur toute la plage d'utilisation, ce qui lui donne un avantage en performance, que la norme actuelle (NEDC) gomme avec notamment des 0-50km/h en 26s là où même les plus petits moteurs font le 0-100 en moins de temps que ça. A l'usage, la consommation est rarement intéressante, en particulier pour les très petits moteurs (Twin Air, 1.0 Ecoboost...), car on a toujours tendance à les exploiter plus près de leur "limite", où d'autres problèmes prennent le pas sur le seul rendement moteur (pour ainsi dire proportionnel aux frottements internes), d'où l'émergence de techniques particulières d'injection directe, qui elles augmentent le rendement, d'autant plus que la compression augmente (voir Mazda SkyActiv-G). N'oublions pas non plus les raccourcis extrêmes pris sur les moteurs de série, au niveau des collecteurs d'échappement, qui sont accordés avec précision sur les moteurs de F1 mais souvent bricolés à l'arrache sur les moteurs de série. Quoi qu'il en soit, on aura probablement une saison particulièrement mélodique du fait de l'architecture moteur retenue.

un pseudo libre

Les constructeurs français se sont polarisés sur les moteurs diesel avec un retard constant de 7 à 8 ans par rapport aux Allemands (les moteurs diesel sobres HDI, puis Dci, sont arrivés tardivement sur le marché après le TDI de VW) leur a fait perdre beaucoup de temps. Sachant que le prix de gazole allait se rapprocher, puis égaler celui du SP, les constructeurs allemands (VAG, Ford Allemagne), et FIAT, se sont empressés de développer de supers moteurs essence, propres et économes. La F1 est une chose, mais tous les championnats existants à travers le monde en sont une autre. Pour ce qui est de la série, quand je lis "L’autre bienfait du moteur MGU-H est d’entraîner le turbo afin de réduire son temps de réponse – et d’améliorer le couple à bas régime – suite à un freinage", je me dis pourquoi compliquer, puisque VW a quasiment supprimé ce problème en installant, depuis avant 2008, une électrovanne de décharge qui limite le ralentissement du turbo dans ce cas de figure. Alors, oui, nos constructeurs vendent leurs diesels aux autres (PSA vend à Volvo, Ford, Jaguar, Renault vend son 1.5 Dci à Mercedes), mais pendant ce temps là, les concurrents travaillent tous sur l'essence et vendent des hybrides (ex Toyota) à des prix raisonnables. Alors, on ressort le contenu des cartons des années 70 où le gazole ne devait servir qu'en PL et en agricole, et on essaye de faire mieux grâce à l'électronique, au down-sizing à 2 cylindres de FIAT, à 3 cylindres de Ford et VW, au fonctionnement en 4/2 cylindres de la VW Golf VII TSI, voire 8/4 sur le V8 de la Chevrolet Camaro, et aux avancées des carburants et lubrifiants.

un pseudo libre

Mettre la compétition automobile au service de la série, voilà qui va dans la bonne direction ! Mais cela n'a-t-il pas toujours été un peu le cas ? Prenons l'exemple des boîtes robotisées.... Elles existent depuis très longtemps en compétition automobile ..avant de débarquer sur les modèles de grande série. Je comprends plus de cet article que l'époque n'est plus à "la technologie pour la technologie" et que l'on demande au sport automobile de devenir "rentable". Voilà qui me semble aller dans l bon sens ...!

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