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18.12.2015

Warum der V6 Hybrid der stärkste jemals gebaute F1-Motor von Mercedes ist!

Unfassbar leistungsstark... und effizient: Warum der V6 Hybrid der stärkste jemals gebaute F1-Motor von Mercedes ist!

Es ist still, überraschend still. Ein langer, weißer Korridor führt in einen recht kleinen, rechteckigen Raum mit Glasfront. "Clean Area", kündigen die Schilder an jeder der vielen Glastüren auf dem Weg dorthin an. An der Wand hängt ein Kasten mit einer Vielzahl an frischen Handschuhen, dicke Schläuche reichen bis in die hinterste Ecke – wir befinden uns im Allerheiligsten, einem der Motorenprüfstände von Mercedes-Benz in Brixworth, dem Geburtsort der Mercedes-Benz V6 Hybrid Power Unit. Das Ergebnis: Der leistungsstärkste jemals von Mercedes gebaute F1-Motor – und obendrein ist er auch noch der effizienteste.

Bereits in den zurückliegenden beiden Saisons hat die Mercedes-Benz Power Unit unter Beweis gestellt, dass Effizienz nicht bedeutet, auf Leistung verzichten zu müssen. Ganz im Gegenteil: Der 1,6-Liter V6-Turbomotor alleine erzeugt grob 98% der Leistung der 2,4 Liter V8-Motoren, mit denen die Formel 1 bis 2013 gefahren ist – und das obwohl seine Kapazität um ein Drittel geschrumpft ist. Der entscheidende Unterschied ist das Hybridsystem: Bis 2013 war das sogenannte KERS im Einsatz, im vergangenen Jahr fiel der erste Buchstabe weg, weil das Hybridsystem nicht mehr nur auf eine kinetische Komponente baut.

2013 lieferte KERS rund 81 PS. Heute liefert ERS die doppelte Leistung. Bezogen auf die Gesamtleistung der Power Unit bedeutet das, dass die heutigen Triebwerke rund zehn Prozent mehr Leistung haben als ihre direkten Vorgänger. Das ist aber nur die halbe Wahrheit: Denn während KERS nur für 6,7 Sekunden pro Runde zur Verfügung stand, liefern MGU-H und MGU-K im Optimalfall die komplette Runde die Maximalleistung. Der Performance-Sprung ist über eine Renndistanz gesehen also deutlich größer als zehn Prozent.

What is thermal efficiency?

Basically, there is only one source of energy – the petrol. It all starts with the engine. It needs to produce as much power at the crankshaft as possible by burning the injected fuel. The fuel-air mixture ignites in the combustion chambers and moves the pistons. Consequently, chemically bound energy is turned into kinetic energy. The aim is to release as much kinetic energy as possible from a predetermined amount of chemical energy. Fuel flow is limited to a maximum of 100 kilogrammes per hour. Between eleven and twelve kilowatt hours of chemical energy are bound up in one kilogramme of gasoline. If 100 percent of the chemical energy could be transmitted to the crankshaft, the power delivered by the internal combustion engine would be more than 1,500 hp.

The energy that is not converted into kinetic energy through combustion then exists as thermal energy or as hot exhaust gases to be more specific. In a turbo-charged engine, the exhaust gases are not extracted without doing any work but are reused. The cooler the exhaust gases coming from the engine, the more efficient the combustion process has been. The turbocharger has to make further use of the remaining thermal energy. The turbine vanes are driven by the flow of exhaust gases, driving in turn the compressor and the MGU-H. An overall efficiency of around 50 percent can be achieved by the Power Unit’s internal combustion engine due to its high thermal efficiency. Half of the chemical energy introduced into the system is finally converted into torque at the crankshaft. The efficiency of conventional combustion engines is less than 40 percent.

Historische Höhen bei der Motorleistung in der Formel 1

Nicht weniger spektakulär ist der Vergleich mit den V10-Motoren, die bis 2005 im Einsatz waren. Die aktuellen Power Units haben bereits im zweiten Jahr mehr Leistung als die hochdrehenden Saugmotoren gegen Ende ihres Entwicklungszyklus – Zahlen, die in der V8-Ära niemals erreicht wurden.

Bedenkt man, dass die V10-Aggregate bei Höchstleistung eine Benzinflussmenge von 194 Kilogramm pro Stunde hatten und die Power Units dafür lediglich 100 Kilogramm pro Stunde benötigen, sind diese Werte noch atemberaubender. Abgesehen von den sehr kurzlebigen Turbomotoren der 80er Jahre erklimmen wir demnach gerade historische Höhen bei der Motorleistung in der Formel 1.

"Bei gleicher Leistung haben wir jetzt ungefähr den halben Benzinfluss - das ist eine phänomenale Verbesserung der Effizienz. Anhand dieser Daten sieht man, dass die Power Units nicht nur unglaublich effizient, sondern auch bei der maximalen Leistung unfassbar stark sind", sagt Mercedes AMG High Performance Powertrains Geschäftsführer Andy Cowell. "Diese kleine 1,6-Liter Maschine stemmt furchtbar viel Leistung auf die Kurbelwelle."

Vorteile der Power Unit

Im Vergleich zu den extrem leistungsstarken Turbomotoren der 1980er Jahren hat die Power Unit mehrere entscheidende Vorteil: Neben der thermischen Effizienz sind sie auch nachhaltig. Während die Qualifying-Motoren damals nur eine Runde hielten, muss ein Fahrer heute eine komplette Saison mit lediglich vier Antriebseinheiten absolvieren – das entspricht einer durchschnittlichen Laufleistung von 3.400 km pro Power Unit.

Dazu kommt das breite Drehzahlspektrum, über das diese enorme Leistung abgerufen werden kann. Damals war die Spitzenleistung sehr hoch, allerdings nur über einem kleinen Drehzahlbereich. Die älteren Fahrer wissen ein Lied vom sogenannten Turboloch zu singen. Manchmal dauerte es zwei Sekunden, bis die Leistung richtig kam. Heute ist die Fahrbarkeit dank der MGU-H, mit deren Hilfe der Kompressor weiter arbeitet, während der Fahrer das Drehmoment mit seinem rechten Fuß regelt, ist die Fahrbarkeit heutzutage so gut, dass sie sogar besser als zu Zeiten der Saugmotoren ausfällt.

"Die Arbeit, die wir in Verbrennungsprozess, elektrischen Turbolader und extrem verkleinerten aber in hohem Maße aufgeladene Motoren gesteckt haben, ist direkt Serien-relevant", weiß Andy Cowell. "Noch stehen Autos mit elektrischem Turbolader nicht beim Autohändler, aber es wird schon intensiv daran gearbeitet. Ich hab keinen Zweifel daran, dass diese Technologie auch für die Straße kommt."

Damit hat sich die Formel 1 wieder technisch zur Spitze des Motorsports gemacht. Wie in der Vergangenheit, als zahlreiche Innovationen ihren Weg aus der Formel 1 in die Serie fanden. "Vier-Ventil-Motoren und BDA-Zylinderköpfe sind heute überall Standard, weil die Effizienz dadurch gesteigert wird", erinnert sich Cowell zurück.

Und das Gute daran: Auch in der Formel 1 ist die Entwicklung nach nur zwei Jahren noch lange nicht an ihrem Zenit angekommen.

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