Sinds 2014 wordt in Formule 1 gebruik  gemaakt van hybride techniek. Er is sindsdien dus niet alleen maar sprake van een verbrandingsmotor zoals die tot dan werd gebruikt, al dan niet voorzien van turbo. Als er dan niet alleen maar sprake is van een verbrandingsmotor, wat is er dan nog meer?

In deze column wil ik aandacht besteden aan dit onderdeel van de sport, met name in een poging om de mensen die hiervan niet op de hoogte zijn maar wel geïnteresseerd zijn mee te nemen in wat voor mij het meest spannende is aan de sport, de techniek.

Voor wie er niet mee bekend is zullen er regelmatig kreten en afkortingen voorbij komen die vragen oproepen. Hoeveel leuker zou zijn om dan wel te weten waar men het over heeft? Daarom ga ik de belangrijkste daarvan stapsgewijs beschrijven.

PU

Dit staat voor Power Unit, en is eigenlijk de benaming van het grote geheel dat wordt samengesteld uit de hieronder opgesomde onderdelen.

ICE

Dat is de afkorting voor Internal Combustion Engine. Oftwel de verbrandingsmotor zoals we die ook in onze straatauto’s kennen. Hierin wordt energie opgewekt uit de verbranding van een mengsel van benzinenevel en lucht. Deze verbranding verloopt explosief waarmee een zuiger in een cilinder naar beneden gedreven wordt. Deze neergaande beweging wordt middels een drijfstang overgebracht op de krukas, die daardoor gaat draaien. In de ICE van een F1-bolide zitten zes van die zuigers, die in twee rijen van drie zijn opgesteld in een V-vorm. Vandaar het begrip V6. Zes cilinders in V-opstelling.

Turbo

Een turbo is een apparaat dat in een behuizing bestaat een turbine- en een compressorwiel met schoepen die verbonden zijn met een as. Op de zijde van het turbinewiel is het uitlaatspruitstuk aangesloten, waardoor de uitlaatgassen die uit de PU komen met geweld het turbinewiel laten draaien.
Via voornoemde as wordt die draaiende beweging overgebracht op het compressorwiel. Door de schoepen van dat wiel wordt via een inlaattraject buitenlucht aangezogen en deze wordt samengeperst doorgevoerd richting PU. Daar aangekomen stroomt die lucht de verbrandingskamers in, waar benzine wordt bijgevoegd in de juiste verhouding voor een optimale verbranding en dus zo hoog mogelijk rendement.

MGU-H

Deze afkorting staat voor Motor Generator Unit – Heat. Dit betekent zoveel als een apparaat dat zowel kan functioneren als motor als als generator (dynamo) op basis van hitte. Over dit ‘op basis van hitte’ aan het eind een kritische noot.
Dit apparaat is verbonden met de as van de turbo. Als die as draait door de werking van de turbo, dan kan de elektrische energie die wordt opgewekt zowel in de accu (ES) opgeslagen worden als direct naar hieronder besproken MGU-K geleid worden.
Is het echt zo dat er langzaam gereden wordt en de ICE weinig toeren maakt, dan is er weinig effectieve werking van de turbo door de sterk verminderde uitlaatgassenstroom en zal dus de inlaatlucht ook maar weinig tot niet noemenswaardig worden gecomprimeerd. Daardoor zal de ICE niet het optimale vermogen kunnen leveren omdat bij gelijkblijvende mengverhouding minder benzine verbrand kan worden. Op zo’n moment wordt de MGU-H ingezet worden als elektromotor, die dan op basis van elektrische energie uit de accu de turbo op toeren zal brengen.

MGU-K

Deze afkorting staat voor Motor Generator Unit – Kinetic. In grote lijnen is de werking vergelijkbaar met de MGU-H, dit apparaat is echter opgenomen in de aandrijflijn van de auto, oftewel alles tussen ICE en achterwielen. Als motor kan deze unit meehelpen vermogen te leveren aan de auto, reglementair bepaald maximaal 120 KW oftewel 160 pk.
Als generator kan elektrische energie opgewekt worden die dan in de accu wordt opgeslagen voor later gebruik. Als de coureur het gas loslaat of zelfs remt, dan gaat laatstgenoemde functie in werking. De natuurkundige ‘massatraagheid’ houdt kortgezegd in dat een object dat snelheid heeft die snelheid (en z’n richting) wil behouden. Om de snelheid eruit te halen moet weerstand geboden worden. Doe je niets, dan zal het langzaam gaan door de rolweerstand van de banden en luchtweerstand van de auto (en ook de wielen), maar je kan ook remmen. Met de remmen zoals wij dat gewend zijn in normale auto’s, maar dus ook met de MGU-K. Het kost namelijk energie om die te laten draaien. Die (kinetische) energie die daarbij vrijkomt uit de snelheid van de auto, wordt op dat moment omgezet in elektrische energie, die vervolgens wordt opgeslagen in de accu.

CE

CE staat voor Control Electronics. Dit is een elektronische regeleenheid die de elektrische huishouding regelt. Hierdoor wordt onder ander aangestuurd of een MGU-H energie levert aan de turbo als motor, of aan de accu en/of MGU-K als generator, en vergelijkbaar hoe de MGU-K zijn taken vervult.

ES

Dit is de Energy Store, oftewel de accu of batterij. Maar dan wel een heel erg grote, en uiteraard oplaatbaar. Hierin wordt de teruggewonnen energie uit de uitlaatgassen en snelheid van de auto opgeslagen voor later gebruik door de MGU-H en -K.

Randapparatuur en ondersteunende systemen

(hydraulisch, koeling enz.)

Nu zijn de belangrijkste componenten benoemd, maar er is natuurlijk nog veel meer, zoals het hydraulische systeem voor o.a. de stuurbekrachtiging en de koeling van o.a. het koelwater en de door de turbo gecomprimeerde inlaatlucht, dit laatste middels de zgn. intercooler.
Het lijkt me echter eventjes genoeg voor nu, anders wordt het een oerwoud. Mocht iemand daarover vragen hebben, of over de nu benoemde componenten, dan gooi het vooral in de groep, wat mij betreft is dit een leuk onderwerp om samen verder de diepte in te gaan.

Afsluitend: MGU-H? Waarom niet MGU-P?

Een vraag die ik mezelf al heel lang stel: Waarom heeft de MGU-H zo? De H daarin staat voor ‘Heat’ en dat begrijp ik niet. Ja, de uitlaatgassen zijn heet. Maar volgens mij wordt hier energie gewonnen uit de druk van de uitlaatgassen en niet de hitte. Hitte wordt namelijk omgezet in een warmtewisselaar zoals in een verwarming of radiateur waarin de warmte van water wordt afgegeven aan de omgevingslucht, niet in de combinatie van turbine en compressor van de turbo. Mijns inziens wordt dus energie gewonnen uit de druk van de uitlaatgassen doordat hiermee de turbine van de turbo wordt opgestuwd. Wat mij betreft dus MGU-P, waarin de P staat voor ‘Pressure’.

Of misschien moet ik het nog extremer stellen. De MGU-H is direct verbonden met de turbo, maar heeft een heel andere taak. De energie wordt nader beschouwd opgewekt uit de rotatie van de as van de turbo, dus dat is dan ook kinetische energie. Dus is het dan niet ook gewoon een MGU-K? Of is het dat gewoon vanwege de snelheid van de uitlaatgassen in het uitlaattraject?

Ik vind het leuk om me zulke dingen af te vragen…
Iemand die dit voor mij duiden kan? Meld het in de comments!