De Formule 1 is altijd al leider geweest qua ontwikkeling van de nieuwste motortechnologie. De huidige krachtbronnen zijn complexer dan ooit. Sterker nog, de huidige motoren zijn zo gecompliceerd dat er een heel proces met onder meer laptops, machines en een hoop slimme engineers nodig is om hem tot leven te wekken. 

Allereerst is het goed om te melden dat de huidige Formule 1-motoren geen motoren meer genoemd worden, maar power units. Dit omdat het een hybride systeem is. Een moderne power unit bestaat uit een interne verbrandingsmotor en elektrische motoren die worden aangedreven door het Energy Recovery System [ERS]. Hierin wordt energie opgeslagen die bijvoorbeeld teruggewonnen wordt uit de hitte van de uitlaat. De huidige power units werden in 2014 geïntroduceerd en waren een stuk stiller dan de V10- en V8-motoren. Dit veroorzaakte veel kritiek van de fans. Ondanks het andere geluid zijn de motoren krachtiger dan ooit.

Max Verstappen, Red Bull Racing RB16, Valtteri Bottas, Mercedes F1 W11, Lewis Hamilton, Mercedes F1 W11, Lando Norris, McLaren MCL35, Alex Albon, Red Bull Racing RB16, en de rest van het veld tijdens de start

Foto: Steven Tee / Motorsport Images

Wanneer de interne verbrandingsmotor wordt gecombineerd met de elektrische elementen komt het vermogen uit op ongeveer 1.000 pk. Het aantal toeren van de verbrandingsmotor ligt op 15.000 toeren per minuut. Beide getallen zijn dus significant hoger dan die van gewone straatauto's. Door dit hoge vermogen kan een Formule 1-auto binnen 2,6 seconden op 100 kilometer per uur zitten en ligt de top op ongeveer 370 kilometer per uur. De topsnelheid hangt af van in hoeverre de auto wordt vertraagd door kleine vleugeltjes en flapjes. In het verleden heeft het team van BAR [dat via Honda en Brawn GP uiteindelijk Mercedes werd] tijdens een test in 2006 de auto zoveel mogelijk ontdaan van vertragende onderdelen. Uiteindelijk werd op de Bonneville-zoutvlakte een snelheid van bijna 400 kilometer per uur aangetikt.

De verbrandingsmotor is een viertakt 1.6-liter V6-turbomotor. Het is ontworpen op basis van een set strikte afmetingen en materiaalbeperkingen. De cilinders liggen in een 90 graden V-configuratie en hebben per cilinder twee in- en uitlaatkleppen. De turbo maakt gebruik van een compressor om de motor op druk te brengen. Deze wordt aangedreven door de luchtstroom uit de uitlaat van de auto, dit gaat via een turbine die is aangesloten op het uitlaatsysteem. Voor degenen die verstand hebben van motoren: de compressieverhouding van elke cilinder mag niet hoger zijn dan 18, de brandstofdruk in de injectoren mag niet hoger zijn dan 500 barG en de brandstof massastroom mag niet meer zijn dan 100 kilogram per uur, met een verlaging bij lagere toerentallen. Deze brandstof massastroom is van essentieel belang. Dit houdt in dat de hoeveelheid benzine die de motor ingaat beperkt is. Het toerental en het vermogen wordt hier ook door beperkt, waardoor de teams worden gedwongen nog efficiëntere motoren te ontwerpen.

Foto: Andrew Hone / Motorsport Images

De Formule 1-auto's gebruiken een soort brandstof dat vergelijkbaar is met de brandstoffen voor normale auto's, zonder specifieke chemische stoffen die het vermogen opdrijven. Tegenwoordig moet de brandstof in de Formule 1 voorzien zijn van 10 procent ethanol, waardoor deze duurzamer wordt. De auto's verbruiken ongeveer 135 liter brandstof per Grand Prix, wat een derde minder is dan de V8-motoren verbruikten. 

Het ERS wint energie uit de hitte van de uitlaat en de remmen en zet deze om in elektrisch vermogen. Dit wordt ofwel meteen doorgezet naar de elektrische motoren, ofwel in een batterij opgeslagen wat door de coureur later gebruikt kan worden voor extra vermogen. De Motor Generator Unit - Kinetic [MGU-K] is een elektrische motor die aan de krukas van de motor is gekoppeld. In de regeneratieve modus werkt deze als een generator die de auto laat afremmen op de motor, waardoor de normale remmen minder worden gebruikt. Tevens produceert deze elektriciteit die de accu oplaadt. In de rijmodus wordt het een motor die de elektriciteit gebruikt om de wielen aan te drijven voor extra acceleratie. Het systeem mag slechts een bepaalde hoeveelheid energie per ronde opwekken en mag ongeveer 33 seconden maximaal vermogen leveren. Het systeem kan het dubbele opslaan, hierover later meer. Het sparen en het gebruiken van deze energie kan door de teams op strategische momenten worden ingezet.

De Motor Generator Unit - Heat [MGU-H] is gecompliceerder en wordt gebruikt in combinatie met de turbo. De turbo werkt door uitlaatgassen te gebruiken om een turbine te laten draaien die de motor onder druk zet. Als generator levert de MGU-H weerstand die het draaien van de turbo vertraagt. Dit voorkomt dat de turbo een te hoog vermogen genereert. De energie die vrijkomt bij het vertragen wordt omgezet in elektriciteit en opgeslagen in de accu. De MGU-H wordt als motor gebruikt om de turbo draaiende te houden op het moment dat het gaspedaal niet wordt ingedrukt. Hierdoor wordt de turbovertraging verminderd en verloopt de afgifte van het vermogen soepeler. Dit werkt efficiënter dan wanneer dit door brandstof aangedreven motoren wordt gedaan. Van cruciaal belang is dat de elektriciteit die door de MGU-H wordt opgewekt, kan worden gebruikt om de MGU-K direct van energie te voorzien. Dit komt bovenop het maximaal vermogen dat de MGU-K 33 seconden kan leveren. Dit betekent dat hoe meer elektriciteit de teams uit de MGU-H kunnen halen, hoe langer ze meer elektrisch vermogen kunnen gebruiken. Het hele systeem mag niet lichter zijn dan 150 kilogram, waarvan het opslaggedeelte 20 tot 25 kilogram mag zijn.

Het maximale vermogen dat de MGU-K kan produceren is 120kW, wat ongeveer 160 pk is. Om elektrisch vermogen tijdens de start te voorkomen, wat wellicht zorgt voor een boost bij de start, is het gebruik ervan onder een snelheid van 100 kilometer per uur verboden. De MGU-K mag niet meer dan 7 kilogram wegen en kan tot wel 50.000 omwentelingen per minuut maken. Hierbij mag het koppel niet hoger liggen dan 200Nm. De MGU-H mag 3 kilogram lichter zijn en kan tot wel 125.000 omwentelingen per minuut maken.

Het vermogen is in handen van de coureur en de computer [in het stuurtje] aan boord van de auto. De teams ontwikkelen verschillende motorstanden, waardoor het elektrisch vermogen op verschillende manieren wordt afgegeven. De coureur kiest simpelweg een bepaalde stand en laat de auto de rest van het werk doen.

Het aantal volt van het ERS loopt wel op tot 1.000, waardoor het een gevaarlijke schok kan geven. Om het risico hierop te verminderen, zijn de hoogspanningskabels oranje gekleurd en voorzien van een spanningsonderbreker wanneer ze worden losgekoppeld. De hoofdbehuizing van de energieopslag, de MGU-H en MGU-K en alle aansluitdozen waar hoogspanning op zit, is gemarkeerd met waarschuwingssignalen. Het ERS kan op verschillende manieren worden uitgeschakeld en om de status van het systeem aan te geven is het uitgerust met lampjes bovenop de airbox. Deze is groen wanneer het veilig is en rood wanneer dat niet het geval is. In 2019 kreeg toenmalig Renault-coureur Daniel Ricciardo, nadat hij uitviel in de Grand Prix van Bahrein, te horen dat hij "uit de auto moest springen" zonder deze aan te raken. Het rode lampje was gaan branden en Renault concludeerde dat de auto elektrisch onveilig was. Dit gebeurt gelukkig niet vaak.

F1-teams gebruiken een extern apparaat om de benzinemotor te starten in de garage, de pitstraat en op de grid. De motoren zijn uitgerust met een anti-stall systeem om te voorkomen dat de motor afslaat wanneer een coureur de macht over het stuur verliest.

Foto: Andy Hone / Motorsport Images

Jaren geleden golden er geen restricties in het gebruik van motoren. Hierdoor spendeerden teams miljoenen aan bijvoorbeeld speciale kwalificatiemotoren. Deze werden maximaal opgevoerd, een paar rondjes gebruikt en vervolgens bij het grofvuil gezet. Om de kosten laag te houden, is het aantal power units die gebruikt mogen worden gelimiteerd. 

Elke coureur mag per seizoen niet meer dan het volgende gebruiken:

Het is toegestaan om meer elementen te gebruiken. Echter staan hier gridstraffen op, waardoor de power units nu sterker zijn dan in het verleden. Met name in het begin van het hybdride tijdperk regende het vaak straffen en daardoor werd de startopstelling geregeld aangepast.

Om de kans op valsspelen zo klein mogelijk te maken, zijn er elektrische sensoren van door de FIA aangewezen leveranciers op verschillende onderdelen van het ERS bevestigd en is er een koppelsensor op de MGU-K gemonteerd. Alle auto's gebruiken dezelfde hogedruk brandstofpomp, die wordt vervaardigd door één leverancier en door de World Motor Sport Council [WMSC] is aangewezen. In de brandstoftank zijn twee meetsystemen aangebracht om de flow rate te controleren. Om de werking van de benzinemotor te controleren, is de uitgaande as en elke aandrijfas uitgerust met een gecertificeerd koppelmeetsysteem. Tevens zijn de brandstofinjectoren voorzien van druk- en temperatuursensoren.

Ferrari SF1000 power unit detail

Foto: Mark Sutton / Motorsport Images

De huidige power units gaan niet eeuwig mee en dus is de Formule 1 al plannen aan het maken voor de volgende generatie. Momenteel is het huidige ontwerp van de power units bevroren. Dit houdt in dat teams deze niet meer mogen ontwikkelen. Dit is gedaan om tijd en budget vrij te maken voor het ontwikkelen van een nieuwe en industrie-relevante hybridemotor die in 2026 wordt geïntroduceerd. Vanaf 2026 verdwijnt onder meer de MGU-H en wordt het elektrisch vermogen verhoogd. De nieuwe reglementen richten zich op een hogere duurzaamheid. Daarnaast moet de duurzame brandstof en het versimpelde ontwerp ook zorgen voor lagere kosten.

Alonso dit jaar oudste coureur in F1: “Het is een voordeel”

Latifi: Mijn aanpassingsvermogen en flexibiliteit zijn flink verbeterd

Norris moest wennen aan MCL36: “Past niet bepaald bij mij”

O'Ward waardeert acties van McLaren CEO Brown niet: "F1-droom vervaagt"

Interview: Waarom Daniel Ricciardo niet uit de voeten kan met zijn McLaren

Storm Eunice vertekende beeld van porpoising voor Mercedes

Porpoising was misschien wel het meest besproken onderwerp in de eerste helft van het Formule 1-seizoen 2022. Met name Mercedes had last van het stuiteren van de auto. Dat werd het team pas duidelijk tijdens de eerste wintertest in Barcelona, ondanks dat het daarvoor al een shakedown had afgewerkt op Silverstone. Alleen daar werkte de natuur niet mee.

F1-seizoen 2022: De vijf verliezers van de eerste seizoenshelft

De Formule 1-coureurs liggen momenteel in hun zwembroek op het strand en dus is het voor Motorsport.com de ideale gelegenheid om de balans op te maken. Wie zijn de vijf verliezers van het eerste deel van het F1-seizoen 2022?

Jan Lammers: “Ferrari laat zien dat winnen niet vanzelfsprekend is”

Op basis van de krachtsverhoudingen zou Ferrari een kandidaat moeten zijn voor de wereldtitel in de Formule 1, maar winnen is nog niet vanzelfsprekend. Jan Lammers mist daarin de routine bij de formatie uit Maranello.

Norris moest wennen aan MCL36: “Past niet bepaald bij mij”

Dat Daniel Ricciardo moeite heeft achter het stuur van de McLaren zal inmiddels bekend zijn, maar ook Lando Norris heeft het soms lastig in de MCL36.