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Moteurs F1 ( Topic Technique Inside )


Invité §Eng668wS

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Invité §Eng668wS

RE-Bonjour les Troll's fenrir1.gif.4a21b25a8772de07e605089248f42402.gif

 

On continue avec les Topic Techniques :)

Aujourd'hui on parle Moteur , la chose qui va propulser la monoplace.

 

 

 

moteur-ferrari-f1-carideal_m.jpg

Ferrari F399 F1.jpg

 

 

 

 

Un Moteur de F1 fonctionne de la même manière qu'un moteur 4T Essence de série mais comme toujours en F1 les limites sont inéxistentes et il est bien plus sophistiqué qu'un Moteur de série !

 

Cycle 4T.jpg

 

Toute ces phases sont ultra optimisés malgré les limitations de la FIA :ibizatdi:

 

Un moteur de F1 est placé en position centrale arrière et fixé à la monocoque contrairement à la plupart des autos de série.

 

LES MATERIAUX :

Des matériaux nobles , "éxotiques" sont employés alliage à base d'aluminium pour pistons , culasses , carter , couvre culasse .

Vilbrequin en alliage d'acier ainsi que les AAC , les cascades de pignons ( j'en parlerai ) et les linguets ( j'en parlerai aussi :ibizatdi: )

Les bielles et les soupapes la plupart du temps en Titane sinon en acier !

Les alliages en magnésium, iridium , rhénium sont bann' .

 

Et malheureusement le béryllium est banni ( sauf si il est utilisé dans un alliage et qu'il a moins de 5% de béryllium ), on se souvient du V10 Mercedes, un des meilleurs moteurs de l'histoire en dehors de sa fiabilité :w: qui a permit à McLaren de gagner les Titres pilotes 1998 et 1999 avec Hakkinen.

 

 

 

Mercedes-Benz V10 F1.gif

 

 

Mercedes FO110K.jpg

 

 

 

Avec son fameux béryllium, c'est le métal qui possède le plus haut point de fusion parmi les métaux légers,

Il est TRES léger tout en étant très résistant.

Les pistons du V10 Mercedes étaient conçu d'un alliage Alu+Béryllium, il a un rapport densité / élasticité très bon.. L'elasticité défini par le module de Young, avec des Essais de tractions.. Donc cet alliage avec l'Alu très ductile ( capacité d'élasticité ) et le béryllium peu dense, et très résistant est parfait :w:

 

Image essai de traction

 

Essai de traction.jpg

 

Diagramme contrainte déformation.jpgDiagramme contrainte déformation (2).jpg

Et le résultat sous forme de diagramme.

 

 

Beryllium.jpg

 

 

Vous allez me dire pourquoi les pistons, car c'est une des pièces du moteur qui subit les pires contraintes mécaniques et thermiques le choix du matériaux est donc important ce dernier doit minimiser au maximum la dilatation, de plus il ne doit pas se fissurer ou se déformer. Avec si possible un faible coefficient de conductivité thermique qui aggrave les contraintes.

 

Voila ce que peut donner un piston et sa bielle mal conçu

images?q=tbn:ANd9GcTHM_g6xnN3P0EQ7Lv1CuitJC1snj6ldwhKl2bfTH0C8RcRxqeh

 

En résumé plus c'est vert/jaune/rouge plus c'est élevé, critère de plasticité de Von Mises inside.. :o

 

images?q=tbn:ANd9GcQ6W7kiPuv3Uc9-3deqJXciHI_vTGkMTsIdtDItFu3haazMuXmK0Q

 

 

Le maximum des contraintes du piston se situe à l'intérieur de la structure et au niveau de l'axe du piston, soit aux alentours de 23,3 sur l'image ci-dessous

 

http://antoinelegay.free.fr/silex/piston_mesh.png

 

 

Pour se faire les ingénieurs choisissent les matériaux avec le Module de Young et l'allongement à la rupture le plus élevé possible, en l'occurence le Berylium est le 7ème matériaux purs le plus rigide, mais parmi ces 7 c'est le moins dense (résultat de la recherche ci-dessous)

 

Iridium : 22,5

Ruthénium : 12,1

Tungstène : 19,3

Molybdène : 10,2

Chrome : 7,1

Rhodium : 12,4

 

 

contre 1,8 pour le Béryllium.

 

Il y aussi un matériaux peu connu, le Tungstène.

En comparaison avec le béryllium, qui est connu comme étant léger (masse volumique) : 19,3 g/cm contre 1,8 g/cm pour le béryllium bmwz8.gif.a73269ed12bf6dd91eecf2791deebd75.gif

 

 

Tungstène.jpg

 

 

Tungstène (2).jpgBéryllium (2).jpg

 

Pour ces caractéristiques il est utilisé dans les Vilbrequin de F1, qui doivent être compacte, plat tout en délivrant une inertie acceptable :

 

 

Tungstène Crankshaft.jpg

donc les petit "rond" c'est du Tungstène boonka75.gif.e9037ccc267a86636fcc1b9ada49ba5b.gif , on a donc un Vilbrequin compact toujours dans l'optique d'abaisser le centre de gravité, comparaison avec un Vilbrequin en Croix classique :

 

 

Cross Crankshaft.jpg

 

 

 

L'équipage mobile globalement :

 

 

Equipage mobile.jpg

C'est aussi employé pour les lest ( en F1 )

 

 

Lest.jpg

 

 

 

 

PUISSANCE :

800Ch c'est approximativement la puissance des V8 2.4 les plus puissants ( Merco )

Pour sortir plus du Chevaux ont peu augmenter le Couple grace à une plus grosse cylindrée mais en F1 c'est interdit et peu employé , la "cylindrée variable" ( turbocompresseur = augmentation de la masse volumique de l'air ce qui revient à augmenter la cylindrée ) qui permet un moteur compact mais puissant est apparu en F1 grace à Renault ! Mais les Moteurs Turbos sont désormais banni ( come back l'an prochain :D )

Augmenter la puissance d'un Moteur Atmosphérique est complexe les team se sont donc tourné vers l'augmentation du régime moteur par exemple il y 19 ans le Cosworth EC Zetec-R plafonné à 14 500 Trs/ Min et lors des dernières années des V10 on plafonné à +19 000 Trs/Min.

 

Pour rappel une F1 à un Moteur supercarré plus easy à faire monter haut dans les tours et très alaise à haut régime mais il développera moins de couple pour une utilisation quotidienne ( ce qui n'est pas le cas en F1 ) .

FORMULE : Puissance = Couple X Régime Moteur .

 

PERMEABILITE :

Il faut respecter les lois stoechiométriques : 1Gr de SP = 14 ou 15 Gr d'air en condition Atmosphérique normal pas à Pikes Peak :D . C'est en fesant varier cette lois que les moteurs sont en mode "Eco" ou "Pootrage"

La perméabilité est donc la capacité à laisser s'écouler les gazs

La problématique d'un V8 tournant à 19 000 RPM est que les pertes de charges sont proportionelles au carré du régime !! Il faut minimiser cela tout en ayant des grs régime de rotation pour pas se trainer .

On se retrouve donc avec des conduits d'admission très courts ( comme sur la photo du moteur Ferrari plus haut )

Les papillons de gaz sont très travaillés .

On se retrouve donc avec des culasses à l'écoulement / l'aéro ainsi que l'angle des injecteurs est très travaillé :

 

 

banc.jpg

 

 

On cherche aussi la meilleur soupape possible

 

 

 

ecoul-gaz.jpg

 

 

Il y a aussi des courbes sur le coeff de perméabilité e, fonction de levée des soupapes qui permet mesuré l'évolution des performances en fonction de modifications mais j'ai pas de photos :o

 

 

DISBTRIBUTION :

 

Cascade.jpg

 

 

 

F1engine-timinggears.jpg

La distribution d'une F1 se fait par "Cascade de pignon" comme l'image au dessus .. Meilleur synchronisation à la clef.

Le plus important est le Rappel de soupapes pneumatiques qui permet de prendre des TRS/MIN sans risque contrairement à un système classique ou les ressort souffre et les soupapes "s'affolent" ( au alentour de 13 000 Trs/Min ) avec un super fiabilité . Ce système a été mis en place par Renault sur la Lotus 98T de Senna , 1,5L d'air est stocké à environ 180Bars un petit clapet limite la pression :

 

 

Lotus 98T (3).jpgDistribution.jpg

 

 

Lotus 98T Engine (2).jpg

On retrouve aussi des Linguets introduit aussi par Renault dans les années 90's , pour transformer le mouvement de la came, en effort vertical constant (= meilleur fiabilité )

 

 

Linguet.jpg

 

 

 

 

 

 

La Distribution ainsi que le système de soupapes est différent de laplupart des véhicules , seul les motos emploie ce genre de technologie ( S1000RR ... ) ou Ducati avec sa distribution Desmodromique plus complexe mais dans la même idées .

 

ECHAPPEMENT :

Un Echappement de F1 à le même role que sur une auto de série mais il comporte seulement un collecteur et rejette dircement les gaz il n'y a pas de Cata ou autres .

Les gazs se déplacent à environ 60m/s à + 800 ° , la vibration de ce flux entraine cette magnifique onde acoustique :love: l'orde d'allumage est ( because Vilbrequin plat ) 1-8-4-3-6-5-7-2

Les réseaux d'ondes doivent être tous accordés comme un instrument et avoir la même vitesse ( Tomswweks ;) )

La mode de l'époque Schumacher était de concevoir l'Echappement le plus court désormais ce n'est plus le cas avec le fameux effet Coanda .. Quelque photos :

 

 

RBR Blown Diffusor.jpg

 

Coanda Effect (2).jpg

 

 

Coanda Effect.png

 

Manifold.jpg

 

Collecteur.jpg

 

 

Red Manifold.jpg

 

 

Sinon j'avais pensait à une autre disposition Turbo/Collecteur pour l'an prochain, comme sur le Moteur de la BWM M5 et M6 ( Turbo Central ), sauf qu'on enlève 1 turbo :

 

 

3491324570_900c953623.jpg

 

 

s63_03.jpgS63 Turbo.jpg

 

 

 

LUBRIFICATION :

A pleine charge c'est environ 30% de la puissance qui est perdu à cause des frictions les pistons peuvent subir des accélérations de 9000G et se déplacer à 25m/s . Les Motoristes ont donc conçu des Pistons ultra courts pour limiter la surface de friction mais au bout d'un moment lorsque le rapport alésage/course atteind 2.225 des soucis de combustion arrivent .. Sur une F1 le Vilbrequin et les autres pièces ne trempe pas dans un bain d'huile car le bain ne supporterai pas les G et un déjaugages à 18 000 RPM :ibizatdi:

Les lubrifiant comme pour la BV hier doivent avoir une bonne viscosité , résister au cisaillement les molécules pourrait même être brisées !! La température de l'huile optimale est de 100° à 130° .

 

 

Piston.jpg

 

 

engine_piston.jpg

 

 

REFROIDISSEMENT :

Des ouvertures sont pratiquées sur la carosserie mais chaque orifice à un coup au chrono il faut donc avoir un moteur qui ne chauffe pas trop c'est pour ça que les F1 n'aime pas attendre pendant 10 Tours derrière le SC . La vitesse de l'air qui entre dans les radiateur n'est pas la même que celle à laquelle la F1 pootre gare à la surchauffe

Ex à 300Kmh l'air dans les radiateur est à seulement 50Kmh approximativement . Le circuit de refroidissement est à 3,75 Bars et la température idéale est à environ 120° .

 

C'est aussi l'un des enjeux de l'an prochain avec un KERS plus calorifique et le 2nd système Hybride, ajoutée au refroidissement de l'air du turbo. Le meilleur motoriste sera aussi celui qui concevra le GMP le moins calorifique et qui nécessitera le moins d'ouverture et d'ouï de refroidissement.

 

La disposition des radiateur s'annonce comme dans les années 80's.

 

 

BMW S14.jpg

 

 

téléchargement (2).jpg

 

Autres Rôles des Motoristes :

Ils doivent parfois développer des cartographies spéciales pour les écuries.. par exemple Red Bull et le diffuseur soufflé en 2011, les ingénieurs Renault avaient développé un système de "Hot Blowing" ( comprendre soufflage chaud ). Lorsque le pilote n'appuie plus sur l'accélérateur il y a une perte notable d'appui..

 

 

 

 

Hot Blowing.jpg

 

Bon pour ceux qui aiment pas l'Anglais, ce système consiste à laissé le clapet d'ouverture d'accel ( j'ai zapper le nom :cyp :) légèrement ouvert lors du lâché de pédale, pour faire entrer un peu d'air, un peu d'essence est injecté, tout ça explose dans l'échappement, et produit donc l'appui supplémentaire constamment.

 

 

Quelques photos sympa pour finir :

 

 

Honda V12.jpg

 

 

V10 Renault.jpg

 

 

BMW V10 F1.jpg

 

 

BMW P84 V10.jpg

 

 

 

 

Des photos de 2014 :

 

 

Renault F1 V6 2014 (2).jpg

 

 

Renault F1 V6 2014.jpg

 

 

Renault F1 V6 2014 (3).jpg

 

 

Motor V6.jpg

 

 

F1 Mercedes V6 2014.jpg

 

 

PURE F1.jpg

 

 

 

MGU-H Turbo.jpg

 

Quelques chiffres qui donnent le tourni :

- Le V8 aspire 400L d'air/sec à plein régime

-A 19 000 RPM 316 Trs/sec soit 158 allumages Cylindre .

-Le piston pas plus de 600 Fois par sec de l'arret à la vitesse ( 37m/s )

RDV l'an Prochain pour le retour au Turbo et un système Hybrid plus puissant ..

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Invité §Eng668wS

Trop compliqué, t'aurais dû commencer step by step, avec un moteur 2 temps, puis un moteur de 2cv, pour extrapoler vers les engins de F1.... :cyp:

C'est vraiment trop complexe ou tu troll ? :ibizatdi:

Sinon j'aborde les Mazouts , une motorisation bien plus palpitante que celle présenté ci-dessus swedomega.gif.57d4baf51e8281ccebe782bccb05213f.gif

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Invité §Eng668wS

Encore un très bon topic :oui: Y'a des moments où j'ai pas forcément compris, parce que parfois c'est écrit avec les pieds :W Ou alors je suis fatigué.. ;)

 

 

lusitano10.gif.5d54fc72a9ce8675353f6a2f8fab9681.gif Ben disons que écrire tout ça d'un coup on oublie facilement des mots ou on formule mal :)

Dit moi ce que tu n'as pas compris ?

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Invité §Eng668wS

Pour les Linguets, ça sert à quoi ?

Pour une meileur fiabilité car à 19 000 RPM c'est probable que une simple soupape très fine ai mal ! C'est aussi utilisé dans les Motos Haut régime .

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Invité §Eng668wS

pas ce soir évidement. En le faisant demain par ex, la nuit t'aura porté conseille :oui:

 

 

Mouais , déjà que mes 2 Topics aient plus de comm' & vues après j'en ferai un autre peut-etre :o

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Sympa le topic :o

 

Petite question cependant :o , quand tu parles des rappels de soupapes à air comprimé et du réservoir d'air de 1.5l, c'est suffisant pour toute une course et donc "gonflé" à l'avance ou une sorte de compresseur est relié au moteur pour l'alimenter en permanence ( genre moteur de poids lourd, mais pas pour le même but) ? :voyons:

 

 

 

Autre chose : comment marche, en détail , la distribution sur une f1 (et sur ducati tant qu'à faire :cyp: ) enfin quelles sont leurs particularités quoi :o ?

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Invité §Eng668wS

Sympa le topic :o

 

Petite question cependant :o , quand tu parles des rappels de soupapes à air comprimé et du réservoir d'air de 1.5l, c'est suffisant pour toute une course et donc "gonflé" à l'avance ou une sorte de compresseur est relié au moteur pour l'alimenter en permanence ( genre moteur de poids lourd, mais pas pour le même but) ? :voyons:

 

 

 

Autre chose : comment marche, en détail , la distribution sur une f1 (et sur ducati tant qu'à faire :cyp: ) enfin quelles sont leurs particularités quoi :o ?

 

 

On rempli un reservoir il me semble

RS27 Engine.jpg

 

C'est le truc à l'avant normalement .. Ou c'est pour l'huile ??

La distribution d'un F1 c'est tout simplement les cascades de pignons comme sur la photo qui permettent de prendre le tours sans souci mais c'est très couteux une cascade de pignon .. Pour la Distribution Desmodromique je cherche une video :)

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N'oublie pas de dire que les échappements sont conçus chacun à la main, de forme optimale pour éviter les contre-pressions, que maintenant, avec leur connerie de soufflage, il y a des valves dedans. Concernant l'injection, c'est direct dans les trompettes, les injecteurs étant gérés électroniquement et individuellement.

 

Pour le démarrer, c'est toute une procédure, il faut garder le moteur chaud tout au long de la journée :

 

//www.youtube.com/watch?v=AIt20DAVbwI?hl=fr_FR&version=3

 

On chauffe d'abord l'eau. Puis, on chauffe l'huile. Pendant ce temps, on check l'électronique. Ensuite, lorsque tout l'ensemble est température, on démarre pour charger la batterie embarquée, et faire remonter l'huile chaude dans tout le moteur.

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Invité §Eng668wS

N'oublie pas de dire que les échappements sont conçus chacun à la main, de forme optimale pour éviter les contre-pressions, que maintenant, avec leur connerie de soufflage, il y a des valves dedans. Concernant l'injection, c'est direct dans les trompettes, les injecteurs étant gérés électroniquement et individuellement.

 

Pour le démarrer, c'est toute une procédure, il faut garder le moteur chaud tout au long de la journée :

 

//www.youtube.com/watch?v=AIt20DAVbwI?hl=fr_FR&version=3

 

On chauffe d'abord l'eau. Puis, on chauffe l'huile. Pendant ce temps, on check l'électronique. Ensuite, lorsque tout l'ensemble est température, on démarre pour charger la batterie embarquée, et faire remonter l'huile chaude dans tout le moteur.

 

 

Pour le Starter j'en ai parlé sur le Topic Transmission que je te conseille ( publicitaire detected ) à moins que tu l'ai déjà lu .. J'avais déjà lu un truc d'un demarage de V8 d'un ingenieur Renault sur chéplus quelle site . :jap:

De toute façon un moteur de F1 n'a aucune tolérance tu tires à froid ou tu fait pas la procédure t'es morts .

Pour les Echapp sur une photo on voit un soudeur mais j'aurai du l'écrire après pour les injecteurs je pense que ici on a tous déjà vu les vidéos des Moteurs au banc avec la vu des injecteurs ;)

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