So funktioniert die 'Power Unit' in der 'neuen' Formel 1

Herzstück des Antriebs ist immer noch ein Verbrennungsmotor (ICE/Internal Combustion Engine). Jedoch wurde dieser in seinen Eckdaten stark verändert. Mit nur noch 1,6 Liter Hubraum (zuvor 2,4 Liter), V6 Zylinderanordnung (zuvor V8), Direkteinspritzung und einem Turbo versehen (bisher Saugmotor) entspricht dieser Motor dem im Serienbau gewünschten downsizing. Während die V8-Motoren noch bis 18.000 Umdrehungen pro Minute drehen durften, ist das V6-Aggregat auf maximal 15.000 Umdrehungen beschränkt. Dies ist allerdings ein hypothetischer Wert, realistischer und effizienter sind zwischen 11.000 und 12.000 Umdrehungen. Der Kraftstofffluss für den Motor wurde auf 100 kg in der Stunde begrenzt.

Der schon erwähnte Turbo nutzt die im Abgasstrom normalerweise verlorene Energie in zweifacher Hinsicht. Zum einen treibt die vom Abgasstrom angetriebene Turbine einen Ansaugluftverdichter an, der dem Motor somit die Luft mit Überdruck in den Brennraum drückt. Dies ist prinzipiell nicht anders, als es bei den normalen Serienautos mit Turbomotoren der Fall ist. Das ist aber noch nicht alles. Zusätzlich kommt hier das MGUH (engl. 'motor-generator-unit-heat') ins Spiel. Dabei handelt es sich um einen Generator, der Abwärme in elektrische Energie umwandelt. Dieser Generator wird über die mit rund 100.000/min rotierende Welle des Turboladers angetrieben.

Diese Energie kann entweder verwendet werden, um den ES (Energy Store/Batterie des ERS) aufzuladen, oder aber die elektrische Leistung direkt in den MGUK (Erklärung folgt weiter unten) zu speisen. Letzteres ist wesentlich effektiver, da man so die Verluste beim Laden/Entladen der Batterie umgeht. Zusätzlich kann das MGUH aber auch eingesetzt werden, um beim Beschleunigen die Turboladerwelle zusätzlich anzutreiben und somit das bekannte Turboloch zu umgehen. Das Turboloch entsteht, wenn bei niedriger Drehzahl der Abgasstrom des Motors den Turbo nicht ausreichend antreibt, um die Ansaugluft des Motors zu verdichten. Betreibt man den MGUH in diesen Fall mittels Strom aus der ERS-Batterie (ES) als Elektromotor, so kann man die Ansaugluft auch ohne ausreichenden Abgasstrom verdichten. Die Fahrbarkeit des Motors (bzw. des kompletten Antriebs) wird wesentlich erhöht.

Das MGUK (engl. 'motor-generator-unit-kinetic') ist eine stärkere Version des aus den letzten Jahren bekannten KERS (120 kW/163 PS statt der bisherigen 60 kW/82 PS). Während des Bremsens wird der MGUK als Generator betrieben, wandelt also kinetische in elektrische Energie um, die in die ERS-Batterie (ES) gespeist wird. Reicht dem Fahrer später beim Beschleunigen die vom 'normalen' Verbrennungsmotor erzeugte Leistung nicht aus, so kann er den MGUK als elektrischen Motor verwenden und die Antriebskraft erhöhen. Die dazu benötigte elektrische Energie bekommt der MGUK entweder aus der ERS-Batterie (ES) oder direkt vom MGUH.

Eine interessante - per Reglement definierte - Finesse ist, dass die ERS-Batterie (ES) pro Runde zwar bis zu 4000 kJ (bei 120 kW Leistung entspräche dies 33,3 Sekunden pro Runde) an den MGUK abgeben kann, aber nur mit 2000 kJ pro Runde wieder aufgeladen werden darf. Dies hat zur Folge, dass man den Energy Store entweder zusätzlich mittels MGUH aufladen muss (mit erhöhten Verlusten, siehe oben), oder aber nicht jede Runde die volle Energie abrufen kann.

Man sieht hier, dass der neue Antrieb nicht nur wesentlich komplexer als alles bisher bekannte ist (und somit die Ingenieure vor einen Berg von Problemen stellt), sondern durch die beiden MGUs auch bisher nicht dagewesene strategische Möglichkeiten schafft. Hinzu kommt der begrenzte Kraftstofffluss und die maximale Kraftstoffmenge von 100 Kilogramm fürs Rennen. Gesteuert wird dies alles über komplizierte Rechenprogramme.

"Wir werden für Qualifying und Rennen, fürs Überholen, fürs Verteidigen der Position und für die optimale Rundenzeit die Energie ganz unterschiedlich einsetzen", erläuterte Renault-Motorenchef Rob White: "Es gibt zwei limitierende Faktoren: den maximalen Benzindurchfluss und die maximale Energie, die du aus den Batterien abrufen darfst. Theoretisch wirst du für eine Qualifying-Runde den gesamten Stromvorrat verbrauchen. Im Rennen wäre das nicht sinnvoll, denn pro Runde darfst du mehr Energie abrufen, als du wieder aufladen kannst. Außerdem dürfen sich die Akkus nur bis zu einem bestimmten Punkt entladen. Das heißt: Wir müssen nicht bloß möglichst viel Leistung erzielen, sondern sie auch auf nachhaltige Weise nutzen."

Es wird also sehr spannend sein, wie die Teams mit diesen neuen Möglichkeiten und den damit verbundenen Problemen bei den Rennen umgehen. Den besten Job auf diesem Gebiet in der Entwicklungsarbeit vor der Saison hat unbestritten Mercedes geleistet.