MOTOR PRESENTATION

Formel 1 motoren

Grundsätzliches

• Nicht identisch und noch kein allgemeines Regelwerk
• Einführen erster Motorkonzepte

• Rückschritt durch Regelwerk
• Dann von V4 bis V12 Motoren alles vertreten

• Überwiegend Cosworth V8 Motoren
• 1977: Renault verbaut erstmal Turbolader

• Überwiegend V6 Motoren mit Turboladern
• Mitte der 80er von BMW 1430 PS

1996 - 2005

• Verbot der Turbolader wegen schlechter Sicherheitsstandarts
• Wiederverwendung des Cosworth V8

• Begrenzung des Hubraums und auf V10 Motoren
• Drehzahl stieg enorm an

• Einführen einer Drehzahlobergrenze
• Begrenzung auf V8 Motoren, 2,4 l Hubraum

• Einführung des kinetic energy recovery systems (KERS) in 2009

• Begrenzung auf V6 Hybridmotoren
• Wiedereinführung des Turboladers
• MGU-K und MGU-H erstetzen KERS

Motorenvergleich

• Power Unit (PU) besteht aus sechs Bauteilen
• 1,6 Liter V6 Turbo-Hybridmotor
• Drehzahl von max. 15 000 U/min
• Treibstoff: bleifreies Benzin; erneuerbarer Inhalte im Benzin 5,75 %
• 110 kg Benzin pro Rennen Verbrauch von > 40 l auf 100 km
• Einspritzsystem:
• Direkteinspritzung mit max. 500 bar
• nur eine Einspritzdüse
• je zwei Ein- und Auslassventile
• Entzündungssystem: Einfunken-Zündung druch eine Zündkerze
• PU muss mindestens 150 kg wiegen
• Wirkungsgrad über 50%

• PS: - Mercedes: 1015 - 1044

• "Herz der PU"
• 1,6 l – V6 Verbrennungsmotor

• Liefert ca. 700 PS
• Verbindet Chassis mit Getriebe
• Drei Komponente pro Saison
• Funktionsweise (erfolgt wie bei Straßenfahrzeugen):
• Verbrennungsluft durch Lüftungskanal in Motor geleitet
• Direkteinspritzung des Benzins in Brennkammer
• Mischung vom Kolben verdichtet und von Zündkerzen entzündet
• Kolben geht nach unten durch Explosion
• Kolben treibt über Pleuelstange Kurbelwelle an
• Kolben wieder hoch, öffnen der Auslassventile
• Bis zu 15.000 Mal pro Minute (250 Mal pro Sekunde)

• Turbolader („Turbo“)
• 1977 - 1988 in Formel 1 vertreten

• Drehzahl auf 125.000 U/min beschränkt
• Drei Komponente pro Saison
• Energie-Rückgewinnungssystem, welches mit MGU-H verbunden ist
• Soll Wärmenergie des Abgases gewinnbringend nutzen
• Funktionsweise:

• Über Einlassbereich gelangen heiße Abgase zum Turbinenrad
• Dort thermische in kinetische Energie umgewandelt
• Verdichterrad wegen Welle mit selber Geschwindigkeit und saugt deswegen Frischluft von außen an
• Luft in Verdichtergehäuse verdichtet und in einzelne Kolben geleitet

• Steigert somit Leistung und Effizienz des Motors

• Probleme:
• entstehen eines "Turboloches"
• Verdichtete Luft von Kompressor erhitz sich zu stark

• Motor Generator Einheit – Hitze
• Drei Komponente pro Saison
• Eines von zwei Rückgewinnungsaggregaten im Hybridteil des Motors
• Direkt mit Welle des Turboladers verbunden
• Somit auch auf 125.000 U/min beschränkt
• Steuert Geschwindigkeit des Turboladers
• Durch Einführung praktisch kein Turboloch mehr
• Wandelt abgegriffene Hitzeenergie aus Abgas in elektrische Energie
• Energie betreibt entweder MGU-K, Turbolader oder wird gespeichert
• Keine Vorgabe für mögliche umgewandelte Energiemenge
• Kann maximal 2MJ an Batterie pro Runde abgeben
• Komplizierter Vorgang und sehr teure Herstellung
• Seit 2017 Abschaffung in Diskussion (2025/26)

• Abschaffung soll neue Motorhersteller anlocken

• Motor Generator Einheit – Kinetisch
• Drei Komponente pro Saison
• Zweites Rückgewinnungsaggregat im Hybridteil des Motors

• Drehzahl auf 50.000 Umdrehungen die Minute beschränkt

• Wandelt beim Bremsen "überschüssige" Wärme der Reifen/Bremsen um

• Gibt Energie beim Beschleunigen an Kurbelwelle ab
• Komplizierterer Vorgang als bei MGU-H
• Kann maximal 2MJ pro Runde produzieren
• Kann maximal 4MJ pro Runde abgeben
• Verlustausgleich durch MGU-H
• Energie speicherbar in Batterie

• Bremst beim Bremsvorgang zusätzlich zu Bremsen Hinterräder ab

• Energiespeicher
• Lithium-Ionen-Batterie
• Zwei Komponente pro Saison
• Speichert elektrische Energie von MGU-K und MGU-H
• Kann MGU-K und MGU-H antreiben, wenn nötig
• Festgelegt, wie viel sie aufnehmen und freigeben kann
• Nicht festgelegt, wie viel sie insgesamt speichern kann
• Gibt ca. 300 PS extra für ca. 30 sek pro Runde
• Muss zwischen 20 - 25 kg wiegen

• Kontrollelektronik
• Steuert und kontrolliert alle fünf anderen Bauteile
• zwei Komponente pro Saison
• Teilweise direkt bei Batterie positioniert
• Endgültige Positionierung bei jedem Team individuell
• Mit Lenkrad verbunden

• Überhitzungsgefährdet -> eigener spezieller Wasserkühlkreislauf

- Verbrennungsmotor

M276-Motorreihe

• Zylinder: V6
• Zylinderbankwinkel: 60°
• Viertaktmotor
• Hubraum: 3/3,5 l
• 248/401 PS
• Drehzahl: 5000 - 6500 U/min
• Treibstoff: Benzin
• Effizienz: ca. 30 - 35 %
• Direkteinspritzung mit 200 bar

• Gewicht: 170 - 180 kg
• Lebensdauer: 100.00 - 200.00 km

• Zylinder: V6
• Zylinderbankwinkel: 90°
• Viertaktmotor
• Hubraum: 1,6 l
• 700 PS
• Drehzahl: max. 15 000 U/min
• Treibstoff: Benzin
• Effizienz: >50%
• Dirketeinspritzung mit max. 500 bar
• Gewicht: min. 150 kg
• Lebensdauer: 5.000 - 10.000 km

e:HEV-Hybridsystem

• Zylinder: R4
• Hubraum: 1,5 l
• 107 PS
• Drehzahl: 6000 U/min
• Treibstoff: Benzin
• Spritverbrauch: 4,2 - 6.2 l auf 100 km

• Verbrennungsmotor ist "primäre Antriebskraft"
• Zylinder: V6
• Hubraum: 1,6 l
• 700 PS
• Drehzahl: max. 15 000 U/min
• Treibstoff: Benzin
• Spritverbrauch: 40 l auf 100 km

e:HEV-Hybridsystem

• ein Elektromotor, ein Generator

• Elektromotor ist "primäre Antriebskraft"
• 131 PS
• Lithoim-Ionen-Batterie: 0,9 kWh

• zwei Elektomotoren (MGU-H, MGU-K), die zeitweise als Generatoren fungieren

• ca. 300 PS
• Lithium-Ionen-Batterie: 2,0 kWh

Sprit

• "Je leichter, desto schneller"
• Investigation in Forschung für neue Materialen
• Aluminium, Carbon und Fiberglas

• Spritverbrauch senken:
• Formel 1 hat festgelegte Menge an Benzin, die pro Rennen genutzt werden darf
• Verschiedene Rennsituaion, in denen mehr oder weniger Sprit benötigt wird
• Dafür höher Effizient nötig, die sich steuern lässt
• Emissionen verringern:
• Zusammensetzung des Benzins
• Verbrennungsprozess

• 2013: F1-Motoren bei ca. 20 % Effizienz
• Forschungen in Bereichen wie Gasfluss im Motor, Reibungsminimierung, Kühlungssysteme und mehr
• Übernehmen mancher Entwicklungen für Serienautos

Energierückgewinnungs-system

• Ferrari gewinnt 1982 & 1983 Konstrukteursweltmeisterschaft
• Anschließend Einführung der Turbotechnik für Straßenautos
• Zwei Jahre später bereits große Entwicklungsschritt wie z.B. Twintubor
• Nach 1989 kaum noch Turbolader
• Ab 2014 wieder Entwicklung mit Turboladern

• Stellt in ursprünglicher Form technische Basis für Rekuperation
• Heute in vielen Hybrid- und E-Autos verwendet
• Findet aber auch Verwendung bei Verbrenner

• Mercedes entwickelt daraus Abgasturbolader mit integriertem Elektromotor
• Turbolader wandelt auch Wärme vom Abgas in nutzbare Energie um
• Eingebauter Elektromotor verhindert Turboloch