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Técnica

Como funcionam os novos motores turbo da Fórmula 1?

A Fórmula 1 está de volta e nos testes de Jerez já pudemos ouvir os novos motores V6 turbo 1.6 girando 15.000 rpm para transformar gasolina em potência, e energia elétrica em mais potência ainda, totalizando cerca de 730 cv. Como eles fazem isso? Há alguns dias a Renault publicou tudo o que precisamos saber sobre os novos motores, e agora que aprendemos direitinho, vamos compartilhar com vocês.

Nesta temporada, além da mudança do tipo de alimentação do motor — da aspiração natural para a turbocompressão —  há duas novas restrições para os motores: o combustível para a corrida foi limitado a 100 kg (35% menos que no ano passado) e o fluxo de combustível, que era ilimitado nos V8, agora não pode ser maior que 100 kg/h. Isso fará com que a “pressão ilimitada” dos turbos dificilmente passe dos 3,5 bar. Sim, F1 treskilimei! A temporada promete.

O congelamento de motores continua valendo, embora as mudanças por motivos “justos” sejam permitidas. Como você deve saber, o desenvolvimento de um V6 turbo não se resume a tirar dois cilindros e trocar os coletores por um “kit turbo” — a pressão na câmara de combustão chega ao dobro da atingida nos V8 sob pressurização máxima da turbina. Nesse caso, os motores estão muito mais propensos a causar detonação da mistura ar-combustível – o que poderia ser fatal para o motor e comprometeria o planejamento de toda a temporada, uma vez que as equipes só podem usar cinco motores para cada piloto. Como são 19 corridas, cada motor precisa durar, na prática, quatro etapas — incluindo treinos livres e classificação.

Aquela história de largar o carro na linha de chegada para manter o lastro de combustível para análise já era. Agora os carros devem voltar à garagem por conta própria. Por isso agora os motores usam injeção direta, que otimiza o uso de combustível e contribui para melhor rendimento e economia. A Renault chegou a considerar o uso de um sistema de desativação de cilindros durante desacelerações, mas isso certamente não funcionaria direito nos motores turbo devido à geração de energia elétrica por meio da rotação da turbina.

Sim, a turbina agora gera energia pois o KERS foi substituído por dois geradores: o primeiro deles é o MGU-H, que “recupera” energia do eixo da turbina e a armazena para aumentar ou diminuir a velocidade da própria turbina de acordo com a necessidade do motor e para evitar o turbo lag. Mais adiante veremos um exemplo prático disto.

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O outro gerador é o MGU-K, que recupera energia de frenagens como fazia o KERS, só que agora o sistema irá regenerar três vezes mais energia cinética do que o antigo, e não será usado apenas para overboosts, e sim para fornecer potência suplementar (parte dos 130 cv mencionados no primeiro parágrafo). Se ele falhar, adeus corrida.

Adeus mesmo, porque além de fornecer o dobro da potência do ano passado, a contribuição do sistema elétrico para o desempenho do carro é cerca de dez vezes maior. Além disso a bateria pesa 20 kg e o sistema gera muita força eletromagnética, o que pode influenciar a precisão dos sensores. Na prática, isso significa que os pilotos não poderão passar mais de uma hora no ritmo máximo — o que atualmente é dificultado pela obrigatoriedade das trocas de pneus.

 

Mas como isso vai funcionar na prática?

Durante as acelerações o motor a gasolina estará usando sua reserva de combustível e o turbo estará girando em sua velocidade máxima de 100.000 rpm. Enquanto isso, o MGU-H atua como gerador, recuperando energia dos gases de escape (que giram o eixo da turbina) e a enviando para o MGU-K ou para a bateria, caso ela não esteja totalmente carregada. O MGU-K, que é conectado ao virabrequim do motor, funciona como um motor elétrico e entrega potência extra para quando o carro precisar de força total ou para economizar combustível, dependendo da configuração eletrônica do conjunto.

Nas entradas de curvas, quando o piloto alivia o acelerador para frear, o MGU-K passa a atuar como um gerador, recuperando a energia da frenagem para armazená-la na bateria. Durante a frenagem, o MGU-H atua como um motor elétrico para manter a velocidade rotacional da turbina alta o suficiente para evitar o turbo lag.

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O turbo lag acontece quando a velocidade rotacional da turbina é reduzida devido à dimunuição do volume de gases de escape. Quando o piloto volta a acelerar, a turbina leva algum tempo para voltar à velocidade rotacional máxima. Para evitar esse atraso (o lag), o MGU-H gira a turbina com eletricidade, mantendo a velocidade próxima da ideal.

Quando o piloto sai da curva e retoma a aceleração, o MGU-H volta a atuar como um gerador, e a energia recuperada pode tanto alimentar o MGU-K, quanto recarregar a bateria.

Todo esse processo de recuperação e fornecimento de energia e queima de combustível é cuidadosamente monitorado e deve resultar em um maior “gerenciamento” do carro além da pilotagem propriamente dita, ao menos inicialmente. Isso porque o boost total só pode ser sustentado por uma ou duas voltas e as equipes precisam descobrir o limite para imprimir um ritmo sustentável por toda a corrida.

Curioso em relação ao ronco dos motores? Aqui estão alguns clipes dos testes de hoje, em Jerez:

E então… o que acharam?

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