Wie Mercedes den besten Hybridmotor der Formel 1 gebaut hat – und warum es sich auf 2016 freut

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Im vergangenen Jahr dominierte Mercedes die Formel 1. Die Silberpfeile gewannen 16 von 19 Rennen, ihre Fahrer Lewis Hamilton und Nico Rosberg beendeten die Saison auf den Plätzen eins und zwei. Aber wie hat Mercedes die Formel 1 zwei Jahre lang dominiert und warum ist es immer noch der Favorit auf den Saisonsieg 2016? Ein Teil der Antwort liegt in den Weltklasse-Fahrern und dem ausgeklügelten Chassis, aber der Hybridmotor, der sie antreibt, könnte einer der größten Beiträge zum Erfolg des Teams sein.

Der beste Motor in der Formel 1 kam aus Motorsport Valley

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Der Mercedes Hybrid PU106A wurde als Reaktion auf veränderte Motorregeln entwickelt und ist das Ergebnis einer konzentrierten Zeit der Forschung, Entwicklung und des Lernens. Angetrieben von einer Synergie aus Turbo-, Elektromotor- und Verbrennungsmotor-Technologie ist er der komplexeste, effizienteste und leistungsstärkste Motor, den Mercedes je gebaut hat.

Obwohl als bester Motor in der Welt der Formel 1 konzipiert, profitiert der PU106A von den Erkenntnissen aus dem gesamten Daimler-Stall – vom Elektroauto bis zum Diesel-Lkw. Und die Erkenntnisse von Mercedes fließen bereits in unsere Straßenfahrzeuge ein.Um das hochmoderne Triebwerk hinter zwei Rekordjahren zu entdecken, habe ich mich mit Andy Cowell, dem Geschäftsführer von Mercedes AMG High Performance Powertrains – und dem Mastermind hinter dem besten Motor der Formel 1 – zusammengesetzt.

Der PU106 ist der leistungsstarke Mercedes-Motor aller Zeiten

Brixworth ist nur eine kurze Autofahrt von Milton Keynes entfernt und liegt in der Region Großbritannien, die als bekannt ist Motorsport-Tal , ein stark konzentrierter Bereich von KMU, der sich dem Rennsport widmet. Und es ist auch die Heimat von Mercedes AMG High Performance Powertrains.

Hier in Großbritannien – nicht in Deutschland – begann Mercedes mit der Arbeit an dem fortschrittlichsten Antriebsaggregat, das es je entwickelt hat.

Regeländerungen und die Notwendigkeit von Relevanz

Die Formel 1 hatte lange den Ruf, keinen Bezug zu modernster Automobiltechnologie zu haben, aber 2014 änderte sie die Regeln.

F.Der Dachverband von 1, die Federation Internationale de l'Automobile (FIA), beschloss, den Sport umweltfreundlicher zu gestalten, indem er zwei grundlegende, aber äußerst effektive Regeln hinzufügte: Motoren durften nicht mehr als 100 kg Kraftstoff für eine Renndistanz verbrauchen, und sie waren nicht Es ist nicht erlaubt, mehr als 100 kg Kraftstoff pro Stunde zu verbrauchen. Die Wettbewerbsherausforderung besteht darin, wie man aus dieser Kraftstoffmenge die meiste Energie [extrahiert] und das Auto vorantreibt, fügt Cowell hinzu. F1 war zu einem Effizienzrennen geworden.

Die größte Änderung ergab sich bei der Größe des Motors: 2,4-Liter-V8-Motoren waren out, kleinere 1,6-Liter-V6-Liter-Aggregate waren in. Um die Hubraumreduzierung auszugleichen, gab die FIA ​​den Motorenherstellern Zugang zu einer neuen Trickkiste .

Bisher nicht zulässige Technologien wurden zugelassen; So waren Direkteinspritzung, eine Turbokompressor-Baugruppe [und] ein größeres Hybridsystem [erlaubt], erklärt Cowell. Die Motoren verfügten nun über 120 kW elektrische Boostleistung – doppelt so viel wie die alten kinetischen Energierückgewinnungssysteme (KERS), die 2009 erstmals vorgestellt wurden, und sie konnten auch eine elektrische Maschine verwenden, um Abwärmeenergie zurückzugewinnen und den Turbo anzukurbeln.

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Dies stellte die Ingenieure der Formel 1 zwar vor neue Herausforderungen, bedeutete aber auch, dass die Ziele der Formel 1 zum ersten Mal seit Jahrzehnten auf die breitere Automobilindustrie ausgerichtet wurden. Um den besten Motor zu produzieren, müssten die Teams auf Effizienz drängen – genau das, was wir von unseren Straßenfahrzeugen erwarten.

Neue Regeln und Herausforderungen

Trotz der Hubraumreduzierung konnte Mercedes dank Turbolader jede Menge PS zurückholen. Turbos sind eine der effektivsten Möglichkeiten, Leistung und Effizienz zu steigern. Sie fangen Abgase auf und verwenden sie, um einen am Motor angebrachten Kompressor anzutreiben. Das Ergebnis? Es wird mehr Luft in den Motor gepresst, was die Leistung erhöht – und die Effizienz.

Mercedes hatte keine Erfahrung mit einem Turbo – schließlich war der letzte Einsatz in der Formel 1 vor dem Team datiert – und verließ sich daher auf Wissen aus anderen Teilen des Daimler-Konzerns. Obwohl Mercedes in seinen Straßenfahrzeugen Turbos einsetzt, erwies sich die Lkw-Sparte von Daimler für Cowell und sein Team als am nützlichsten: Die enorme Leistung des F1-Motors sorgte dafür, dass sie besser passten.

Der Luftstrom in den Motor und der Abluftstrom sind sehr ähnlich, sodass die Verdichter- und Turbinenräder ähnlich groß sind, erklärt Cowell. Wenn Sie sich ein Kompressorrad eines Straßenautos ansehen, befindet es sich in der Mitte Ihrer Hand, ein winziges kleines Ding. Wenn Sie sich einen LKW oder einen F1-Modell ansehen, hängt es über Ihrer Handkante. Und damit bekommt man verschiedene Eigenschaften, verschiedene Dinge, die herausgefordert werden müssen.

Auf der Suche nach mehr Leistung war der Turbo zwar größer geworden, aber das verschärfte ein grundlegendes Problem der Technik: das Turboloch. Aufgrund der Zeit, die das Abgas benötigt, um die Turbine zu drehen, ist heute in vielen Straßenfahrzeugen ein Turboloch vorhanden. Wir erleben es, wenn man an der Ampel sitzt, aufs Pedal tritt und wegkriecht, sagt Cowell. Und dann kommt die Kraft plötzlich besonders unkontrolliert.

Mercedes hatte ein Problem. Während das Turboloch für Straßenautos in Ordnung sein mag, stellt es für einen Rennwagen ein potenziell katastrophales Problem dar. Die Fahrer verlassen sich auf eine gleichmäßige, kontrollierte Leistung, um das Beste aus einem Auto herauszuholen, und ein Turboloch würde sowohl das Vertrauen des Fahrers als auch die Gesamtrundenzeit verringern.

Aber auch dafür gab es eine Lösung: Ein Elektromotor konnte den Turbo schon lange vor dem Eintreffen des Abgases hochdrehen. Wenn Sie das Gaspedal drücken, kann die elektrische Maschine mit ihrem sofortigen Ansprechen und ihrem Drehmoment bei niedriger Drehzahl den Kompressor hochdrehen und den Motor mit Luft versorgen, bevor das Abgassystem mit Abgas versorgt wird, erklärt Cowell. Und um Platz zu sparen, haben die Mercedes-Ingenieure Turbine und Kompressor getrennt und die Motor-Generator-Einheit sauber in die Mitte der beiden Aggregate integriert.

Umgang mit dem Hybridfaktor

Obwohl der 1,6-Liter-V6 und der Turbo anspruchsvoller sind als alles, was Sie auf der Straße sehen würden, ist es das Energy Recovery System (ERS) -System, das die Killer-App der neuen F1-Motoren darstellt. Das ERS-System von Mercedes wurde im vergangenen Jahr entwickelt, um Leistung und Effizienz gleichzeitig zu steigern und war eines der besten im Starterfeld – und es entwickelt Technologien, die direkt mit den heutigen Plug-in-Hybridfahrzeugen verbunden sind.

Das ERS-System kann in mehrere Teile unterteilt werden – Strom, Speicherung und Rückgewinnung – und diese arbeiten zusammen, um die maximal verfügbare Energie zu erhalten.

Die Batterien des Motors sind aus Handlingsgründen tief im Auto verstaut und können rund vier Megajoule Energie speichern – genug, um 10.000 20-W-Glühbirnen anzuzünden. Diese Leistung wird dann einem 120-kW-Motor zugeführt, der an der Hinterachse des Autos angeschlossen ist, und allein dieses System ist unglaubliche 160 PS wert – ungefähr die Leistung eines Familienautos. Und die Erholung? Beim Verlangsamen verhält sich der 120-kW-Motor des Autos wie ein Dynamo und speist ungenutzte Energie zurück in die Autobatterien. Der Elektromotor, der das Turboloch verhindert, kann auch Energie zurückgewinnen, wodurch ein effizienter Compoundierkreislauf entsteht.

Von Legoblöcken bis hin zu Rennmotoren

Der Motor musste in ein Chassis mit spezifischen Anforderungen passen, und das bedeutete, dass die Ingenieure von Cowell mit dem Rest des Mercedes-Teams zusammenarbeiten mussten. [Wir] dachten, was wollen wir wirklich vom Aggregat? Viel Macht.

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Und was wollen wir nicht vom Aggregat? Wir wollen kein Übergewicht, denn übergewichtige Autos sind langsame Autos. Wir wollen keine große Wärmeableitung, weil eine große Wärmeableitung große Kühler erfordert, was die Aerodynamik verlangsamt.

Diese Kompromisse formten schließlich den Motor, und Ingenieure von Brackley und Brixworth mussten jeden Kompromiss abwägen. Cowell fasst ihr Ethos zusammen: Wenn es das Auto schneller machen soll, jagen Sie es, und wenn nicht, tun Sie es nicht.

Teste deine Arbeit

Alle [ersten] Tests mussten werksbasiert sein, womit wir uns wohl fühlen, gibt Cowell zu. Lange Zeit gab es nicht viele Tests während der Saison und nur begrenzte Tests vor der Saison. Mit den Vorlaufzeiten der Antriebskomponenten können Sie im Winter nicht den ersten Testtag auf der Strecke machen und sich bei Problemen vor dem ersten Rennen erholen. Wenn du am ersten Wintertesttag etwas findest, ist das schlecht – du wirst eine schlechte erste Saisonhälfte haben, allein wegen der Vorlaufzeiten.

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