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Formel 1
03.03.2013

Technikfeature: Die neuen F1-Motoren 2014 (Teil 2)

Schon einmal revolutionierte Renault mit einem Turbomotor die Formel 1. Mit dem völlig neu entwickelten V6-Turbo, den Renault Sport F1 für den Einsatz in der Königsklasse ab 2014 baut, soll sich siegreiche Geschichte wiederholen. Im ersten Teil unseres Technikfeatures zum brandneuen Formel 1-Motor von Renault ging es um die Grundarchitektur, die Effizienz und die voraussichtlichen Drehzahlen des kommenden 1,6-Liter-V6.

Die auf den ersten Blick aufregendste Neuerung an der neuen Triebwerksgeneration ist jedoch die Rückkehr des Turboladers. Denn der Automobil-Weltverband FIA folgt in seinem neuen Motorenreglement ab 2014 dem Trend zum Downsizing, den Hersteller wie Renault gesetzt haben: Ein kleinerer Hubraum verbunden mit Turboaufladung steigert die spezifische Leistung, sprich die Effizienz.

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In der Formel 1 hatte Renault 1977 als erste Marke überhaupt einen Turbomotor eingesetzt – wenig später dominierte diese Technologie die Königsklasse und ermöglichte atemberaubende Leistungen von mehr als 1.000 PS im Qualifying-Trimm. Erst ab 1989 schrieb das Reglement zwingend Saugmotoren vor. „Die neuen Turbos ab 2014 sind von der FIA klar definiert“, sagt Rob White, stellvertretender Geschäftsführer und oberster Motorenentwickler bei Renault Sport F1 (RSF1) in Viry-Châtillon. „Es ist nur ein einzelner Lader erlaubt. Dessen Rotationsachse muss parallel zur Kurbelwelle verlaufen und darf maximal 25 Millimeter von der Mittellinie des Chassis entfernt liegen. Wir entscheiden also nur über das Volumen und die Position des Laders. Da er von den Auspuffgasen angetrieben wird und der Auspuff nun mal hinter dem Motor mündet, dürften die Lader ebenfalls hinter dem Motor zu finden sein – aber in der Formel 1 weiß man nie …“

Durch die zusätzlich eingeblasene Verbrennungsluft werden in den Zylindern sehr viel höhere Drücke herrschen als bei den aktuellen V8-Saugmotoren. „Wer die Kolben unseres aktuellen Renault RS27 und des neuen V6-Turbos vergleicht, erkennt den Unterschied sofort: Der V8-Kolben soll vor allem leicht sein, um durch geringe Massenträgheit hohe Drehzahlen zu ermöglichen. Der Turbo-Kolben ist zwar kleiner, weil die Bohrung auf 80 Millimeter festgeschrieben ist, aber ansonsten ist er viel massiver gebaut, um dem hohen Verbrennungsdruck standzuhalten“, beschreibt White.

Sämtliche Hersteller werden Ladeluftkühler, im Ingenieurs-Jargon „Intercooler“ genannt, einsetzen – für die Aerodynamiker eine zusätzliche Hürde. „Wir Motorenentwickler suchen nach thermischer Effizienz“, begründet Rob White. „Um mit den begrenzten Kraftstoffmengen maximale Leistung zu erzielen, dürfte der Turbo-Ladedruck bei 2 bis 3 bar liegen. Auf der Verdichterseite des Laders wird die Luft 140 bis 150° C heiß – so heiß können wir sie im Brennraum nicht gebrauchen. Die Luft zu kühlen, steigert die Leistung und die Effizienz zugleich. Klar: Ein weiterer Kühllufteinlass bringt unweigerlich zusätzlichen Luftwiderstand mit sich – aber die Aerodynamiker müssen uns schon einen ordentlichen Kühler zugestehen.“

Bei der Entwicklung des ersten Formel 1-Turbos seit mehr als 25 Jahren musste übrigens auch Rob Whites persönlicher Firmenparkplatz in Viry zwischenzeitlich dran glauben. Wie das kam? „Um eine möglichst effiziente Verbrennung zu erreichen, möchten wir die Wechselwirkungen zwischen dem Verbrennungstrakt und dem Turbo-System verstehen. Viele Versuche lassen sich in kleinen Einzylinder-Modellen durchführen. Aber mit so einem Mini-Motor kannst du keinen repräsentativen Turbo-Effekt erzeugen – du musst die Ladeluft künstlich erzeugen. Also wurde auf unserem bisherigen Parkplatz ein Loch von der Größe eines Swimming Pools ausgebaggert. Dort stehen jetzt ein großer Kompressor und eine Heizung, die Luft mit authentischem Druck und Temperatur für den Motorenprüfstand erzeugen.“ Mittlerweile wurde das Bauloch wieder abgedeckt und Rob White parkt seinen Renault jetzt direkt über dem Riesenföhn, der den kommenden Turbolader simuliert.

Eine bestimmte Funktion unterscheidet den Turbolader des neuen Formel 1-Triebwerks übrigens von den bisher bekannten Exemplaren: Seine Turbine wird nicht nur von den ausströmenden Abgasen angetrieben, sondern zusätzlich elektrisch beschleunigt. Die Welle, auf der das Turbinen- und das Verdichterrad sitzen, ist an einen elektrischen Generator mit Akku gekoppelt. Die mit rund 100.000/min rotierende Welle lädt den Akku auf. Benötigt der Fahrer beim Beschleunigen das maximale Drehmoment, hilft ein Elektromotor mit, die Turbowelle auf Touren zu bringen – das früher bekannte „Turboloch“ existiert nicht mehr. Aber diese Feinheiten reichen schon in den Bereich der zweifachen Energierückgewinnung hinein – und um die geht es erst im dritten Teil der Technikserie zum neuen V6-Turbo von Renault Sport F1.
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