10 ans de moteurs BMW F1

le 1 avril 2022

10 ans de moteurs BMW F1

Résumé

Les moteurs BMW ont permis à l'entreprise d'être présente en Formule 1 de 2000 à 2009. Le projet global peut être décomposé en une phase préparatoire, ses années en tant que fournisseur de moteurs à l'équipe Williams, et une période de compétition sous la bannière de sa propre équipe BMW Sauber F1 Team. La conception, le design et le déploiement des moteurs étaient définis par le règlement de la Formule 1, qui était sujet à des changements pratiquement chaque année. La réduction des coûts était le principal objectif de ces révisions. Les dépenses de développement ont été réduites progressivement en raison des restrictions techniques imposées aux équipes et enfin par l'homologation et le gel du développement. Les coûts de construction des moteurs ont été limités par l'augmentation du kilométrage exigé de chaque moteur et les restrictions sur les essais. Un nombre plus faible de moteurs moteurs sont donc nécessaires pour chaque saison. Un deuxième objectif, la réduction de la puissance moteur, a été atteint avec le passage de moteurs V10 de 3,0 litres à des V8 de 2,4 litres pour la saison 2006.

Au cours des premières années de sa participation à la F1, BMW a développé et construit un nouveau moteur pour chaque saison dans un environnement compétitif sous haute pression. Ce processus a permis des améliorations rapides au niveau de la puissance et du poids du moteur, et le moteur BMW a rapidement atteint le statut de référence en F1. Ces dernières années, le travail de développement s'est concentré sur l'augmentation de la capacité kilométrique et de la fiabilité sans changer le concept du moteur lui-même. Le P86/9 de la saison 2009 a atteint la même puissance moteur, malgré une réduction de 20% de la cylindrée, que le E41/4 introduit au début de la saison 2000. Sa capacité kilométrique, quant à elle, a été multipliée par cinq pour atteindre plus de 2 000 km sur la même période. Les différentes générations de moteurs et leurs principales caractéristiques de conception sont détaillées, ainsi que les équipements et le savoir-faire accumulés dans le cadre du projet.

1. Vue d'ensemble du projet

L'implication de BMW en Formule 1 à partir de 2000 peut être décomposée en trois phases : la période de préparation, six ans en tant que partenaire moteur pour Williams, et quatre ans avec sa propre équipe BMW Sauber F1 Team. Bien que l'objectif et la portée du projet aient changé de manière significative au cours des différentes transitions, une chose est restée la même : le moteur a toujours été développé, construit et déployé à Munich.

2. Phase de préparation

La décision du Conseil d'administration de faire entrer BMW en Formule 1 a été annoncée en septembre 1997, à un moment où les constructeurs automobiles jouaient un rôle majeur dans ce sport. Ferrari recevait un soutien croissant de Fiat, Mercedes Benz s'engageait dans un partenariat avec McLaren, Renault avait racheté l'équipe Benetton, Jaguar - par l'intermédiaire de Ford - avait repris Stewart, Honda devait transformer son soutien à BAR en un achat pur et simple de l'équipe en temps voulu, Toyota avait jeté son dévolu sur une équipe d'usine et Peugeot était représenté en tant que fournisseur de moteurs. Les 11 équipes ont utilisé 10 moteurs différents en 2000, tandis que Ferrari, Honda et Ford ont fourni à leurs équipes clientes des versions plus anciennes de leurs moteurs. C'est une période de développement incessant.

BMW a également décidé de se lancer dans la Formule 1 en tant que fournisseur de moteurs. L'entreprise disposait déjà d'une expertise considérable en matière de moteurs et un partenariat prometteur a été établi avec la principale équipe des années 1990, Williams F1. Cette expertise était ancrée dans une petite équipe, dirigée par Paul Rosche, qui avait continué à travailler sur la technologie et les concepts d'un futur moteur de F1 après la fin de l'ère du turbo. Au cours de cette période, des concepts à 8, 10 et 12 cylindres, ainsi que des culasses à 4 ou même 5 soupapes, ont été explorés, et certains d'entre eux ont été construits comme moteurs de recherche. Des composants ont également été testés sur des moteurs V2 spécialement conçus.

Le feu vert donné au projet F1 en 1997 a déclenché une course contre la montre dans plusieurs domaines. L'équipe devait passer d'environ 25 employés à plus de 200, une usine de F1 devait être construite et le moteur pour la saison 2000 devait être développé. Dans cette phase, la voie était tracée pour un transfert intensif de technologie entre la F1 et la production en série :

Le matériel et le logiciel de gestion du moteur ont été développés et fabriqués dans un département électronique interne contenant une installation de production de prototypes. Le système KERS a également été créé ici. Aujourd'hui, le département se concentre sur les concepts hybrides pour les véhicules de série.
Une fonderie F1 a été construite dans le but de mettre en œuvre l'expertise disponible en matière de moulage d'alliages légers avec un maximum de précision et de liberté de conception. La culasse en aluminium développée dans ce cadre comportait un noyau de 86 pièces individuelles avec une épaisseur de paroi minimale de 2,5 mm. La fonderie F1 d'origine est devenue depuis longtemps le centre d'innovation et de technologie de BMW pour les alliages légers.
Une installation de production mécanique conçue pour offrir une précision maximale a été étendue pour couvrir divers processus de traitement de surface. Le programme de production comprenait la culasse, le carter, le vilebrequin et les arbres à cames, les bielles et diverses autres pièces. Le développement d'une technologie de revêtement en carbone DLC nous a permis de nous affranchir d'un fournisseur monopolistique. Cette expertise est désormais également utilisée dans le réseau de production de BMW.

Les progrès considérables réalisés en interne ont donné un élan durable à la technologie des moteurs de série et ont également constitué un avantage clé pour le projet F1 lui-même :

Les ingénieurs de développement et les spécialistes de la production de l'équipe ont travaillé en étroite collaboration pour exploiter pleinement les limites de la conception.
L'analyse du processus de production complet et la suppression des exigences de transport entre les différentes étapes de travail nous ont permis d'améliorer la qualité et de réduire les délais et les coûts.

3. Critères de conception d'un moteur de F1

Les règlements de la F1 fournissent les contraintes pour le développement du concept de moteur. Ces règlements ont été modifiés et renforcés de manière significative à plusieurs reprises après 2000. Les changements ont été motivés principalement par l'objectif de réduire la puissance des moteurs et de diminuer les coûts de développement, de pièces détachées et d'exploitation des moteurs.

2000 : Moteur à aspiration naturelle de 3.0L litres, max. 12 cylindres. Aucune restriction d'utilisation (potentiel kilométrique : 400 km).
2001 : Seuls les moteurs V10 sont autorisés.
2003 : Utilisation du moteur de course pour les qualifications et la course (500 km).
2004 : Utilisation du moteur de course pour tout le week-end de course (800 km).
2005 : Utilisation du moteur de course pour deux week-ends de course (1600 km).
2006 : Uniquement des moteurs V8 de 2,4 litres, composition technique largement spécifiée. dans les règlements, poids mini. 95kg.
2007 : nmax = 19000 tr/min. Homologation pour trois ans. Modification uniquement pour remédier aux faiblesses, avec accord FIA.
2008 : Utilisation du moteur de course pendant deux week-ends (sam./dim., 1200 km). Interdiction des matériaux exotiques.
2009 : nmax = 18000 tr/min. max. huit moteurs par pilote et par saison de course (2000 km).

Par rapport à un moteur de série qui est utilisé dans le monde entier sur divers véhicules, la description de poste d'un moteur de F1 est très restreinte : rendement, poids/emballage et fiabilité sont les éléments critiques. Le principal domaine de progrès au cours des dix dernières années a été la fiabilité. Malgré un kilométrage cinq fois plus important et une puissance spécifique plus élevée, le taux de défaillance des moteurs est aujourd'hui inférieur à celui de l'an 2000. Ce résultat a été obtenu dès la conception, grâce à des tolérances de fabrication extrêmement serrées, à l'utilisation de matériaux et de surfaces plus durables et à un contrôle qualité sans faille de chaque pièce. En ce qui concerne le coussinet de bielle, par exemple, la moindre fluctuation de l'alliage ou un écart minime par rapport aux tolérances peut faire la différence entre un moteur qui couvre tout son potentiel kilométrique sans problème et une panne précoce.

Le passage en 2006 à un V8 de 2,4 litres pesant au moins 95 kg a été un moment clé dans l'évolution de la puissance et du poids du moteur.

En plus de ces critères de conception, il faut également tenir compte de l'installation d'un moteur de F1. Le moteur est le seul lien entre la monocoque du châssis et l'arrière de la voiture, et constitue donc un élément entièrement porteur de la construction de la voiture. Les premières inquiétudes concernant un manque de rigidité se sont avérées infondées ; le moteur est l'un des éléments de la chaîne présentant une rigidité relativement élevée.

4. Utilisation en compétition en 2000

Type : V10-72°
Cylindrée : 2998cc
Alésage : 94.0mm
Course : 42.3mm
Espace entre les cylindres : 107mm
Bank offset : 20.5mm
Longueur : 620mm
Largeur : 524mm
Hauteur : 395mm
Poids : 117kg
Hauteur du centre de gravité : 167mm
Puissance max : 810ch
Couple maxi : 350Nm
Régime max : 17500 tr/min
Soupapes : 40
Soupapes d'admission : 40.5 mm, en titane
Soupapes d'échappement : 31.2 mm, en titane

Malgré le libre choix du nombre de cylindres, à partir de 1998, tous les constructeurs ont finalement utilisé des moteurs V10 (Ferrari avait initialement proposé un V12 et Ford un V8). Le moteur de course BMW E41/4 de la saison 2000 était également un V10, une évolution des moteurs conceptuels déjà produits. Il a été développé dans des conditions difficiles. La pression du temps est intense, l'équipe est encore en cours de constitution, il n'y a pas de processus établi, les normes de qualité sont incomplètes et l'improvisation est de mise pour la logistique des pièces. À l'aube de la nouvelle saison, la E41/4 n'est pas encore prête pour la course et le taux de défaillance est donc élevé. La puissance est d'environ 750 ch à un régime maximal de 17 000 tr/min. Les choses se sont arrangées en termes d'ingénierie et de processus au fil de la saison, et le moteur a finalement atteint 810 ch et 17 500 tr/min. BMW s'est imposé avec la E41/4.

En ce qui concerne sa conception, la E41/4 était un V10 aux dimensions conservatrices : un espacement des alésages de 107 mm et un alésage des cylindres de 94 mm permettaient un refroidissement généreux entre les cylindres et un angle d'inclinaison des cylindres de 72° produisait des intervalles d'allumage réguliers. Les dimensions et le poids du moteur étaient supérieurs à ceux de ses principaux rivaux. À la fin de la saison, la E41/4 est une proposition compétitive en termes de performances et de fiabilité.

5. Décision conceptuelle pour 2001

Dès la première sortie de la E41/4, il est clair qu'un nouveau concept sera essentiel pour faire le saut en tête du peloton. Le premier point critique à examiner est le nombre de cylindres : un V8 serait plus court et plus léger, et offrirait des avantages sur les circuits sinueux comme Monaco. Un V12 générerait une meilleure puissance de pointe grâce à un régime moteur plus élevé et serait supérieur sur les circuits à grande vitesse comme Monza. On sait que Toyota est en train de développer un V12. Des plans d'affaires pour des développements parallèles à coût élevé ont été préparés. C'est à ce moment-là que la FIA est intervenue et a stipulé l'utilisation de moteurs V10 dans les règlements à partir de 2001.

Plusieurs angles d'inclinaison des bancs de cylindres avaient déjà été discutés lors de la conception de la E41/4. La solution standard de 72° assure des intervalles d'allumage réguliers et garantit la minceur du moteur - et donc l'aérodynamisme de la voiture. Toutefois, cette solution n'est pas idéale en termes de vibrations et, surtout, elle se traduit par un moteur haut, avec un centre de gravité élevé en conséquence. La meilleure solution globale a été considérée comme un angle d'inclinaison des cylindres de 90° pour la P80. Cependant, ce n'est pas seulement l'angle d'inclinaison des cylindres qui distingue la P80 de la E41/4, c'est aussi une conception entièrement nouvelle.

5. P80 pour 2001

Type : V10-90°
Cylindrée : 2998cc
Alésage : 95.0mm
Course : 42.3mm
Espace entre les cylindres : 103.5mm
Bank offset : 19mm
Longueur : 598mm
Largeur : 556mm
Hauteur : 340.5mm
Poids : 105kg
Hauteur du centre de gravité : 145mm
Puissance max : 880ch
Couple maxi : 350Nm
Régime max : 18000 tr/min
Soupapes : 40
Soupapes d'admission : 41.0 mm, en titane
Soupapes d'échappement : 32.65 mm, en titane

Comme il était désormais clair que l'extrême rigidité structurelle fournie par le E41/1 n'était pas réellement nécessaire, la solution de la plaque d'assise a été abandonnée au profit d'une conception à "jupe profonde" avec des chapeaux de roulement séparés, mais intégrés géométriquement et structurellement. Les auxiliaires ont été montés à l'extérieur, ce qui a permis d'accroître considérablement la flexibilité et de réduire le taux d'erreur lié à la construction du moteur.

La hauteur installée du vilebrequin a été abaissée de 76 à 65 mm, à l'aide de poids d'équilibrage en métal lourd désormais boulonnés séparément et d'un jeu considérablement réduit entre le chemin de la bielle et le carter.

La P80 est également dotée d'une toute nouvelle culasse. Le moteur est désormais relié au véhicule non plus par le couvercle de la culasse mais par le corps principal de la culasse, et le lourd couvercle est remplacé par deux couvercles d'arbre à cames légers. Les soupapes pneumatiques de la E41/4, qui ont fait leurs preuves, ont été conservées.

Ces modifications et d'autres modifications mineures ont rendu la P80 plus légère et plus compacte que la E41/4, avec un centre de gravité plus bas.

Des soupapes à barillet intégrées à la culasse pour le système d'étranglement, des orifices révisés avec des culbuteurs et des courbes de levée de soupape modifiés ont permis d'augmenter le régime maximal du moteur à 18 000 tr/min et d'accroître la puissance jusqu'à 880 ch.

Moteur E41/4 (2000) : 117kg et 167mm (hauteur du centre de gravité),
Moteur P80/1 (2001) : 105kg et 105mm (hauteur du centre de gravité),
Moteur P82 (2002) : 86kg et 125mm (hauteur du centre de gravité).

6. P82 pour 2002 et versions suivantes

Avec la P80, BMW avait pris la tête du peloton en matière de puissance moteur, mais il restait encore beaucoup à faire en matière de poids et de dimensions. Ces questions ont été systématiquement traitées dans la P82, dont le poids de 86 kg a établi une nouvelle référence dans cette catégorie.

La P80, comme la E41/4, utilisait encore deux pompes à eau, une pour chaque banc de cylindres, avec deux systèmes de refroidissement séparés. Chaque pompe avait un débit maximal de 250 l/min. Désormais, sur la P82, un nouveau système à pompe à eau unique est utilisé. À partir de cette pompe de 450 l/min, située à gauche du moteur, le liquide de refroidissement s'écoulait via un conduit de distribution en fibre de carbone situé dans le "V" du moteur et de là, vers les bancs de cylindres gauche et droit dans le carter. Il s'écoulait ensuite par des alésages calibrés avec des restricteurs vers les culasses. Le liquide de refroidissement de la culasse gauche s'écoulait directement du moteur vers le radiateur. Le liquide de refroidissement de la culasse de droite, en revanche, revenait dans le côté admission de la pompe, via un conduit intégré au couvercle de la distribution, également fabriqué en fibre de carbone, où il se mélangeait au liquide de refroidissement froid du radiateur. Cela a permis de réduire de moitié le débit du liquide de refroidissement dans le radiateur et de simplifier la conception globale du circuit.

La longueur totale du moteur a été réduite de 11 mm supplémentaires, grâce à une nouvelle réduction de l'espacement des cylindres et du décalage des bancs de cylindres, ainsi qu'à une optimisation de l'entraînement par engrenages des arbres à cames et des auxiliaires. La modification du système de refroidissement a permis d'utiliser des culasses plus compactes. Le vilebrequin a été abaissé de 3 mm supplémentaires et la longueur des bielles, et donc la hauteur du carter, ont été réduites, diminuant la hauteur totale du moteur de 15 mm (fig. 10).

Les diamètres des coussinets principaux et des coussinets de bielle ont été réduits respectivement à 42 et 36 mm. Cette mesure, associée à un usinage interne spécial des manetons, a permis un gain de poids de 1 kg sur le seul vilebrequin.

L'introduction d'un procédé amélioré de moulage en sable de l'aluminium à la fonderie BMW de Landshut, utilisant des noyaux de sable fritté, a donné une plus grande latitude aux concepteurs du moteur en permettant de produire des composants avec des épaisseurs de paroi allant jusqu'à 2 mm, ce qui est comparable au moulage à la cire perdue. Les mesures susmentionnées, diverses améliorations de détail et l'utilisation intensive de composants en fibre de carbone ont permis de réaliser de nouvelles économies de poids, réduisant le poids du moteur de 19 kg supplémentaires pour le ramener à 86 kg.

Les performances ont été accrues, notamment grâce à des améliorations apportées à la commande des soupapes et aux pistons, ce qui a permis au moteur d'atteindre un régime maximal de 19 000 tr/min. Surtout, au milieu de la saison, l'injection haute pression du collecteur a été introduite, ce qui a permis d'augmenter la puissance maximale à 895 ch.

La P83 de la saison 2003 était basée sur la P82 mais comportait plusieurs améliorations de détail. La courbe de puissance a été améliorée, les pertes par frottement ont été réduites par de nombreuses modifications individuelles mineures et le poids a été réduit de 2 kg supplémentaires. Pour obtenir la répartition du poids souhaitée dans la voiture, un panneau de plancher de carter en bronze et des capuchons de paliers principaux en bronze ont été introduits au cours de la saison, comme lest. À la fin de la saison, la P83 produit 940 ch à 19 000 tr/min.

Le règlement de 2004, qui double les exigences en matière de durée de vie des moteurs, donne le ton au travail de développement du P84. Là encore, il s'agissait d'un développement progressif, avec un accent particulier sur les composants les plus fortement sollicités et les plus critiques en termes de défaillance.

Afin d'assurer la fiabilité de ces composants - principalement les pistons, les roulements et les soupapes - la puissance maximale du moteur a dû initialement être réduite d'environ 10 ch, bien que cette puissance ait été rapidement retrouvée. Le P84/5 qui a finalement pris place sur la grille pour la saison 2005, bien qu'il ait dû tenir deux week-ends de course, produisait jusqu'à 950 ch.

7. P85

En 2005, BMW a adopté une nouvelle approche visant à augmenter la puissance tout en réduisant davantage le poids et en abaissant le centre de gravité. L'une des options étudiées était des angles en V plus importants, de 100° et 110°. Plus l'angle V est grand, plus le centre de gravité du moteur est abaissé. Toutefois, cela s'accompagne d'une réduction de la rigidité latérale en flexion et d'une augmentation de la largeur totale du moteur. Cela limite l'espace de montage vertical, qui est alors insuffisant pour obtenir des caractéristiques d'écoulement efficaces dans le système de gaz d'échappement. L'angle V de 90° a donc été retenu.

P83	90°	100°	110°
Hauteur : (zone de l'arbre à cames/zone de l'engrenage à cames)	303/320	287/304	270/287
Largeur	488/535	514/561	537/583
Centre de gravité, hauteur au-dessus du sol	122	117	112

Le concept de la P85 est révolutionnaire : l'espacement des cylindres est encore réduit à 102 mm et l'alésage est porté à 98 mm, ce qui donne une épaisseur de paroi entre les cylindres de seulement 4 mm. La culasse et l'alésage du piston ne formaient qu'une seule pièce, ce qui permettait de se passer du joint de culasse, très sollicité. Le carter a été usiné dans la masse. Le vilebrequin, dont le diamètre d'embrayage était de 99 mm, était placé à seulement 52 mm au-dessus de la surface inférieure du moteur. De longs tirants reliaient le carter rudimentaire à l'ensemble culasse/cylindre. La hauteur totale de la P85 était inférieure de 30 mm à celle de son prédécesseur.

Le P85 marque également une grande avancée en termes thermodynamiques. Parallèlement à l'injection classique par collecteur, BMW a également développé un système d'injection directe d'essence, avec le processus de combustion correspondant. Ce système a toutefois été abandonné lorsqu'il a été annoncé que la réglementation limiterait la pression d'injection à 100 bars.

Le moteur avait été conçu et mis au point pour une durée de vie de 800 km, mais un changement soudain de règlement a plongé les préparatifs dans le chaos. Un seul et même moteur devait désormais être utilisé pour deux week-ends de course consécutifs, c'est-à-dire qu'il devait être capable de parcourir 1 600 km. C'est un risque trop grand pour un nouveau concept de moteur "extrême". Le projet P85 est donc arrêté et le P84 existant est révisé pour répondre aux nouvelles exigences d'endurance.

Type : V10-90°
Cylindrée : 2998.5cc
Alésage : 98.0mm
Course : 39.75mm
Espace entre les cylindres : 102mm
Bank offset : 18mm
Longueur : 575mm
Largeur : 517mm
Hauteur : 290mm
Poids : 82kg
Hauteur du centre de gravité : 110mm
Puissance max : >950ch
Couple maxi : 360Nm
Régime max : 19800 tr/min
Soupapes : 40
Soupapes d'admission : 41.5 mm, en titane
Soupapes d'échappement : 34.40 mm, en titane

8. La règle du V8

Le règlement de la saison 2006 a apporté un nouveau changement, imposant le passage des moteurs V10 aux moteurs V8 et une limite de cylindrée de 2400 cc. Tous les constructeurs ont dû se remettre au travail. Des contraintes strictes ont également été introduites sur les matériaux et la construction, afin de décourager les solutions les plus coûteuses et les plus exotiques.

Réglementation des moteurs 2006

Type : V8 90°
Cylindrée : 2.4L
Espace entre les cylindres : 106.5 mm
Alésage : max 98 mm
Hauteur du vilebrequin : mini 58 mm
Centre de gravité : mini 165 mm
Poids : mini 95 kg
Pression de carburant : 100 b
Interdiction des "matériaux exotiques", par exemple TiAl, MMC.

Outre les contraintes de temps, le plus grand défi auquel les ingénieurs ont été confrontés dans le cadre de la nouvelle réglementation était celui des vibrations de torsion avec un moteur V8 à haut régime. Les moteurs V10 ont une plage critique entre 12 500 et 13 500 tr/min, mais il s'agit toujours d'une plage de régime transitoire pour le V10, alors que la plage critique du V8 se situe dans sa bande de fonctionnement stable, au-dessus de 17 000 tr/min. La résolution des problèmes de vibrations a été compliquée par le fait que les moteurs de course V8 sont toujours conçus avec un vilebrequin à un seul plan pour des raisons d'échange de gaz, les forces d'inertie libre sont beaucoup plus élevées que pour le V10. Ce problème a été aggravé par le fait qu'en raison de la baisse de puissance, la proportion de temps passé à pleine charge a augmenté de 7 %.

Les dimensions prescrites et le poids minimum de 95 kg ont constitué la base d'un concept robuste, mais ont également signifié que la P86 devait être conçue à partir de zéro. Sans ces restrictions, il aurait été possible de développer un V8 de 2,4 litres basé sur le V10 qui n'aurait pesé que 69 kg.

Les logements des auxiliaires, auparavant très élaborés et usinés dans la masse, ont été grandement simplifiés, et les moulages complexes à paroi mince, ainsi que les modèles complexes nécessaires à leur fabrication, ont été supprimés. Les auxiliaires les plus lourds étaient positionnés plus haut sur le moteur, afin d'atteindre la hauteur spécifiée du centre de gravité. Bien que les points de fixation de la culasse aient dû être renforcés pour supporter les forces d'inertie plus élevées, outre l'augmentation de l'espacement entre les cylindres, le carter a été légèrement allongé dans la zone de l'embrayage, afin de respecter les exigences de poids minimum.

La limite supérieure imposée à la pression de carburant a également entraîné un recul. Le développement du système de combustion avait déjà permis d'augmenter la pression d'injection du collecteur sur le V10 jusqu'à 180 bars, des systèmes de 230 bars étant déjà au stade de prototype. Cependant, la pompe haute pression à commande hydraulique n'était pas autorisée par la réglementation et il a fallu revenir à l'utilisation d'une pompe mécanique. Une pompe à pistons axiaux avec plateau oscillant a été utilisée.

Même après l'introduction du régime V8, les règlements ont continué à changer chaque année. En 2007, tous les moteurs ont été homologués et un gel de conception de trois ans a été imposé. À partir de 2008, une unité de contrôle électronique standard a également été spécifiée. Enfin, en 2009, la durée de vie requise du moteur a été portée à 2 000 km, avec toutefois une réduction simultanée de la limite de régime à 18 000 tr/min. Malgré l'homologation, les véhicules suivants étaient autorisés :

Mesures de développement pour remédier aux faiblesses et aux risques de défaillance, sous réserve de l'approbation de la FIA
Adaptation du cycle d'échange de gaz aux modifications des limites de régime
Modifications de la périphérie du moteur, par exemple les systèmes d'admission et d'échappement ou le système de carburant.

Les fluides de fonctionnement jouent un rôle important dans l'amélioration des performances et de la fiabilité. Les améliorations apportées à l'huile moteur depuis le début des travaux de développement ont permis d'augmenter les performances de 4,5 %, tandis que les améliorations apportées au carburant, dont la réglementation est beaucoup plus stricte, ont permis d'augmenter les performances de 1 % et de réduire la consommation de 2 %. Toutefois, ce potentiel de développement est aujourd'hui largement épuisé.

9. Synthèse

La technologie et les caractéristiques des moteurs de F1 ont fait l'objet d'un développement intensif au cours des dix dernières années, sous l'effet de la forte pression concurrentielle entre les constructeurs participants et des nombreux changements de règles qui ont eu un impact important sur le concept et les exigences des moteurs. La figure 17 illustre ces évolutions en se référant aux données relatives aux moteurs.

L'un des changements les plus importants a été le passage du V10 de 3,0 litres au V8 de 2,4 litres : la puissance du moteur a diminué de 20%, tandis que le poids et la hauteur du centre de gravité ont augmenté, en raison de l'imposition de valeurs minimales. L'effet des restrictions est visible dans le fait qu'en 2006, un moteur V8 conçu sans tenir compte de la réglementation aurait pu théoriquement atteindre un poids de 69 kg et une hauteur du centre de gravité de 118 mm seulement.

La construction robuste imposée par le règlement, ainsi que la limitation du régime moteur à 18 000 tr/min, ont eu des effets bénéfiques sur la durée de vie et la fiabilité du moteur : le moteur avec lequel Robert Kubica a terminé la saison 2009 à Abu Dhabi avait parcouru 2 000 km et participé à quatre courses. Pour comparer encore une fois, en 2000, un nouveau moteur était utilisé tous les jours, le vendredi, le samedi et le dimanche d'un week-end de course.

Une comparaison entre la P86/9 de 2009 et la E41/4 de début 2000 révèle une image étonnante : la puissance du moteur de 750 ch est exactement la même, c'est-à-dire que la réduction de 20 % de la cylindrée a été entièrement compensée. De même, malgré la réglementation sur le poids minimum, le poids a diminué de 20 % alors que la durée de vie du moteur a été multipliée par cinq.

10. Perspectives

2010 est la première saison en huit ans où aucun changement n'a été apporté au règlement sur les moteurs. Les exigences relatives à l'augmentation de la durée de vie des moteurs, le gel du développement et l'introduction parallèle de restrictions en matière de tests ont réduit de moitié le budget consacré au développement, à la production et à l'exploitation des moteurs au cours des dernières années. Le coût pour y parvenir était cependant élevé, en raison du nombre inutilement élevé de mesures à court terme. Si les conditions de compétition restent réellement stables au cours des trois prochaines années, on peut s'attendre à de nouvelles réductions de coûts.

En 2013, une nouvelle génération de moteurs de F1 devrait faire ses débuts. Ces moteurs refléteront les dernières tendances de développement vers le downsizing basé sur la turbocompression, l'injection directe et la récupération d'énergie. L'efficacité énergétique deviendra un élément concurrentiel de plus en plus important. Des composants hybrides, tels que le système KERS, qui n'a pas connu le succès initial, seront introduits. Une équipe de clients ne se contentera pas d'acheter un moteur, mais un groupe motopropulseur intégré auprès d'un seul fournisseur, comprenant un moteur à combustion interne, un système d'entraînement et de stockage électrique, une boîte de vitesses et une unité de commande électronique.

Source : Theissen-10-years-of-BMW-F1-engines.pdf