10 ani de motoare BMW în Formula 1

10 ani de motoare BMW în Formula 1

După retragerea BMW din F1 la finele lui 2009, doctorul Mario Theissen și apropiații săi au oferit publicului de la Simpozionul Internațional al Motoriștilor de la Viena un expozeu referitor la cronologia și provocările acestei decade de proiect.

Din punct de vedere al motoarelor, deceniul anterior a reprezentat o provocare constantă. Practic, în fiecare an FIA avea grijă să se schimbe ceva, trimițându-i pe ingineri înapoi la muncă. Deși se teoretiza o reducere a costurilor, abia spre finele perioadei s-a introdus o relativă înghețare a dezvoltării.

Proiectul poate fi împărțit în trei părți: faza preliminară intrării în F1 (1997-1999), perioada V10 (2000-05) care a coincis cu furnizarea de motoare către Williams și propulsorul V8 (2006-09) ce a echipat monoposturile propriei echipe, BMW Sauber. Până în 2006, BMW a dezvoltat în fiecare an un nou motor, abia în ultima perioadă mutându-se atenția doar pe creșterea fiabilității și a duratei de viață. Constanta a reprezentat-o locația: în tot acest răstimp, motorul a fost proiectat, construit și testat la Munchen.

Faza pregătitoare

Anunțul revenirii în Formula 1 a fost făcut de conducerea BMW în septembrie 1997. La finele anilor ’90, marii constructori preluau puterea în Formula 1: Ford cumpărase Stewart, Honda se pregătea să preia BAR, Toyota își anunțase proiectul de la Koln, Renault negocia preluarea Benetton, iar Mercedes strângea legăturile cu McLaren. Pe grila de la Melbourne din 2000, cele 11 echipe foloseau 10 motoare diferite.

McLaren Mercedes sprijin de uzină
Ferrari Ferrari uzină
Jordan Mugen-Honda preparat de Mugen
Jaguar Cosworth uzină
Williams BMW sprijin de uzină
Benetton, Arrows Supertec (Renault) generație veche
Prost Peugeot sprijin de uzină
Sauber Ferrari generație veche
Minardi Cosworth generație veche
BAR Honda sprijin de uzină

Chiar dacă BMW părăsise Formula 1 în anii ’80, în prima eră turbo, în cadrul companiei rămăsese un grup de experți condus de cine altul decât Paul Rosche. Aceștia au continuat să dezvolte concepte pentru o posibilă revenire în F1: există motoare de test din acea perioadă în tot de configurații: 8, 10 sau 12 cilindri, cu 4 sau chiar 5 valve per piston. Anumite componente erau testate chiar și pe un mic bloc V2.

Odată ce s-a dat undă verde proiectului la finele lui 1997, micul grup a trebuit extins de la 25 la 200 de persoane și a fost necesară construcția unei fabrici de la zero. Totul a fost atent planificat pentru a rentabiliza proiectul. Se ținea mereu cont de transferul tehnologic dintre F1 și producția de serie, fapt ce a permis diviziilor implicate să-și continue munca și după retragerea din competiția supremă:

  • Echipamentele hardware și software de gestiune a motorului au fost dezvoltate in-house, precum și sistemul KERS. Acest departament se concentrează acum pe soluțiile hibride pentru șosea, i3 și i8 fiind primele produse de serie din această direcție;
  • Topitoria ce s-a construit special pentru aliajele exotice din F1 a devenit ulterior Centrul BMW de inovare și tehnologii ale aliajelor ușoare;
  • Monopolul unei fabrici de DLC carbon coating a fost spart prin dezvoltarea capacităților interne, iar acum se folosește în toată rețeaua de producție;

Vom expune fiecare motor BMW în concordanță cu noile restricții impuse de FIA pentru fiecare sezon.

2000 – 3.0l, normal aspirat, maximum 12 cilindri, fără restricții durative, potențial garantat=400km

Chiar dacă motoriștii aveau încă libertatea de a alege numărul de cilindri, din 1998 încolo toți au recurs la V10. Cei de la BMW au venit cu motorul E41/4, dezvoltat oarecum în grabă, fără ca toate procesele de control al calității să fie bătute în cuie. În primăvara lui 2000 nu aveau un produs pregătit de constrângerile cursei, fapt ce a dus la destule avarii și abandonuri. Mai mult, greutatea era net superioară în raport cu propulsoarele rivale (117kg), la fel și dimensiunile.

Putere: inițial 750CP @ 17.000rpm, până la finele sezonului 810CP @ 17.500rpm.

E41_4 author Olli1800
E41/4 a fost folosit în primul an, la revenirea BMW în F1
2001- se stipulează obligativitatea V10

Era evident încă de la prima cursă cu motorul din 2000 că va fi nevoie de un nou concept pentru a face saltul înspre vârf, iar în timpul sezonului s-au făcut mai multe evaluări. Se lua în considerare dezvoltarea a trei motoare diferite: un V8 scurt și ușor ce s-ar preta perfect la Monaco, un V10 generic și un V12 special pentru putere maximă la Hockenheim, Spa și Monza. Toyota chiar lucra la un V12 și tehnicienii mergeau adesea să ceară aprobare pentru bugete astronomice. Pentru a frâna aceste cheltuieli, la finele lui 2000 FIA a impus folosirea exclusivă a arhitecturii V10.

Soluția standard cu deschidere de 72º asigura două avantaje: ritmicitatea intervalelor dintre explozii și un motor îngust, ce favoriza aerodinamica mașinii. Pe de altă parte, avea un centru de greutate ridicat și inducea vibrații mari, fapt ce a impus soluția cu deschidere de 90º pentru 2001, denumită P80. BMW au păstrat valvele pneumatice de la E41/4 și au renunțat la ranforsări ce garantaseră o rigiditate mult dincolo de limitele necesare, ajungând la o greutate de 105kg.

Putere: 880CP @ 18.000 rpm

P80 a fost o mutare radicală față de primul propulsor
P80 a fost o mutare radicală față de primul propulsor
2002- singurul an fără schimbări de regulament

P80 a adus BMW în fața rivalilor din punct de vedere al puterii motorului, însă era loc de îmbunătățiri în ceea ce privea dimensiunile și greutatea. Dacă motoarele anterioare foloseau două pompe de apă cu sisteme separate de răcire, noul P82 introdus în 2002 a centralizat acest sistem, fapt ce a permis încă un câștig prin apropierea cilindrilor. S-a ajuns astfel la un motor mult mai compact, cu un centru de greutate coborât cu alți doi centimetri. Greutatea sa era de doar 86kg.

Putere: 895CP @19.000rpm

P82 a fost o vedetă a calificărilor
P82 a fost o vedetă a calificărilor
2003- același motor pentru calificări și cursă (500km)

P83 a fost ușor modificat pe baza P82, pentru a îmbunătăți curba de putere și a reduce pierderile prin frecare. S-au mai pierdut două kilograme, însă anumite componente au fost îngreunate ulterior prin folosirea bronzului, doar pentru o mai bună distribuție a maselor în cadrul mașinii. Câștigul a fost totuși substanțial, iar necesitatea de a rula 500km în loc de 400 nu a reprezentat o mare constrângere structurală.

Putere: 940CP @ 19.000rpm

P83
P83 – evoluție, nu revoluție față de anul anterior
2004- același motor pentru un weekend de cursă (800km)

Față de 2002, se dubla practic durata de viață a motorului. Așadar, nu era necesară vreo abordare radicală, ci doar analiza componentelor foarte solicitate și ranforsarea lor: pistoane, valve, prinderi. În primă fază, a fost necesară o reducere a puterii cu vreo 10CP, însă aceștia au fost recuperați în scurt timp.

Putere: 930-940CP @ 19.000rpm

P84
P84 trebuia să fie de două ori mai durabil decât motorul anului anterior
2005- același motor pentru două weekenduri de cursă (1600km)

În decursul ultimilor doi ani (2003-04), modificările aduse motorului nu au fost majore, ci doar mici evoluții. Însă echipa de dezvoltare nu a stat degeaba, sondând avantajele unui motor cu o deschidere mai mare, de 100-110º, ce ar fi coborât și mai mult centrul de greutate. Problemele de evacuare au stopat această direcție, însă prototipul P85 cu unghiul dintre cilindri de 90º aducea destule inovații revoluționare, precum construcția unitară a capului și a pereților cilindrului, fapt ce elimina riscul stresului pe o sudură dintre cele două elemente. Mai mult, se elimina galeria de admisie și se trecea la injecție directă, însă restricțiile la presiunea injecției (100bar) au oprit și această dezvoltare. Motorul ajunsese la o greutate-record pentru acele vremuri – 82kg.

Însă FIA a anunțat deodată că impune dublarea duratei de viață, iar P85 era gândit special pentru 800km de funcționare. Din acest motiv, eforturile de cercetare au fost zădărnicite, iar pe monoposturile din 2005 s-a montat robustul P84, cu mici îmbunătățiri ce au mai adus 10CP și rezistența necesară pentru două weekenduri.

Putere: 950CP @ 19.000rpm (P84/5), ? @ 19.800rpm (P85)

P85-5 author Biser Todorov
Ultimul V10 a rămas doar un studiu, din cauza constrângerilor FIA
2006- 2.4l V8, greutate minimă de 95kg

Sosirea noilor reguli a pus cruce definitiv soluțiilor imaginate pe P85, iar noul regulament excludea și folosirea unor materiale foarte scumpe, precum aliajul de titan cu aluminiu și compușii MMC, formați dintr-un metal și un alt material, ceramic sau organic. Însă marea problemă a inginerilor era vibrația torsională: dacă motoarele V10 aveau zona critică între 12.500 și 13.500rpm (o zonă de tranziție), la V8 această zonă este mai sus, peste 17.000rpm. Adică exact acolo unde funcționează motorul cel mai adesea. Mai mult, cu o putere redusă, timpul petrecut cu motorul în sarcină maximă crescuse cu 7%.

Dacă nu s-ar fi stipulat toate restricțiile legate de dimensiune, greutate și plasare a diverselor componente, s-ar fi putut dezvolta un V8 pe baza vechiului V10 și ar fi cântărit doar 69kg. Așa, s-a plecat de la zero pentru noul P86. Limitarea presiunii combustibilului a interzis folosirea unei pompe hidraulice, revenindu-se la cea mecanică. Degeaba se studiau prototipuri ale sistemelor ce asigurau presiuni de 230bar în galeria de admisie…

Putere: 738CP @ 19.000rpm

Propria echipă BMW a primit acest motor de 2.4L timp de patru ani
Propria echipă BMW a primit acest motor de 2.4L timp de patru ani
2007- limită de 19.000rpm, omologare pe trei ani, modificări permise doar pentru a soluționa slăbiciuni

Anul a adus prima glaciațiune a designului motoarelor, acestea fiind omologate de FIA. Doar dacă se identificau deficiențe structurale se putea interveni asupra lor, iar limita de 19.000rpm tăia aripile inginerilor, care vroiau să se apropie din nou de pragul psihologic de 20.000 rotații, o aspirație recentă din epoca V10.

Putere: 746CP @ 19.000rpm

2008- un motor pentru două weekenduri, liber vinerea (1200km), interdicția materialelor exotice, electronică standard

S-a introdus unitatea de control electronic (ECU) standard, dezvoltată de McLaren. Astfel, FIA avea controlul asupra regimului de funcționare a motoarelor. Chiar dacă motorul nu putea fi dezvoltat, erau permise modificări periferice la alimentarea cu combustibil și la evacuare. Oricum, motoriștii nu-și mai găseau mari provocări în proiect.

Putere: 752CP @ 19.000rpm

2009- limită de 18.000rpm, opt motoare pe sezon (2000km) per pilot

Noul set de regulamente din 2009 a încetinit mașinile atât prin limitarea aportului aerodinamic, cât și prin reducerea turației maxime a motorului. În schimb, se cerea ca durata de viață a acestuia să crească la o medie de 2000km, considerându-se că nu se impun modificări structurale și motoarele vor rezista la cei 800km suplimentari dacă nu mai trec de 18.000rpm.

Totuși, în trei ani de dezvoltare înghețată, BMW a raportat o creștere a performanțelor de 4,5% doar pe baza progreselor tehnologice din sfera uleiurilor de motor. Restricțiile în domeniul benzinei au adus o creștere de doar 1% și un consum mai redus cu 2% în același interval. Însă aceste căi de dezvoltare au fost epuizate în mare parte.

Putere: 741CP @ 18.000rpm

Concluzii

La prima cursă din 2000 se monta câte un alt motor în fiecare zi a weekendului. În finala de la Abu Dhabi din 2009, Kubica a încheiat cea de-a patra cursă cu același motor (peste 2000km parcurși). La Melbourne în 2000, BMW venea cu un motor de 3000cmc ce producea 750CP, iar la finele lui 2009 scoatea aceeași putere cu doar 2400cmc. În paralel, durata de viață a motorului a crescut de cinci ori (400-2000km).

Între 2010 și 2012 a continuat înghețarea și bugetele diviziilor de motoare s-au înjumătățit până la apariția noului regulament tehnic ce a deschis a doua eră turbo. Însă BMW nu a mai prins acele vremuri și acum studiază de pe margine momentul oportun pentru revenire. Stabilitatea FIA, care deja dă semnale că ar cocheta cu un nou standard pentru motoare, ar putea fi marele impediment pentru orice proiect pe termen lung, așa cum a fost deceniul provocator de mai sus.

Material redactat pe baza documentației aferente conferinței susținute la Internationales Wiener Motorensymposium 2010 de către Mario Theissen, Markus Duesmann, Jan Hartmann, Matthias Klietz și Ulrich Schulz.