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google_ad_slot = “2258117790”;
google_ad_width = 300;
google_ad_height = 600;Os motores sempre fizeram parte do debate sobre a F1. Porém, nos últimos anos, eles ganharam um lugar ainda maior no protagonismo da categoria. A partir de 2014, com a adoção de uma série de mudanças – incluindo tecnologias híbridas –, as agora chamadas 'unidades de potência' parecem ditar ainda mais quem ganha e quem perde na categoria. Para piorar, ao mesmo tempo, a rápida mudança tecnológica fez com que uma parcela do público ficasse alienada em relação a este novo cenário – algo agravado pelo comportamento de equipes e fabricantes, que guardam todos os segredos (e até o que não é lá muito segredo) na esperança de não serem copiadas pelos concorrentes.
Para entender melhor este momento, o GRANDE PREMIUM entrevista um engenheiro diretamente envolvido no desenvolvimento destes atuais motores da F1, trabalhando em uma das duas fabricantes que atualmente dominam a categoria – por motivos contratuais, não podemos revelar o nome ou onde trabalha o entrevistado. Por outro lado, a condição de anonimato dá liberdade para que ele revele, um pouco mais, o atual cenário das unidades de potência na categoria. E ele não é nada simples.
Para aqueles que acompanham o noticiário da F1 de forma mais inconstante, vale, claro, uma breve explicação sobre estes motores. O atual regulamento foi instituído a partir de 2014 e, com isso, os times passaram a ser obrigados a utilizar motores híbridos.
A chamada unidade de potência compreende um motor combustão tradicional, agora na configuração V6 (seis cilindros em ‘V’) de 1,6L com turbocompressor, que, explicando de forma simplificada, utiliza os gases do escapamento para comprimir mais ar do ambiente para a câmara de combustão do próprio motor, resultando em mais potência. Além disso, foi incorporado o MGU-K, uma evolução do KERS utilizado há alguns anos, e que é capaz de reutilizar a energia cinética dos freios para trazer mais potência. Outra novidade foi o MGU-H, que recupera o calor do turbo para também dar mais potência ao conjunto.
Isso tudo sem contar que as novas regras diminuíram o fluxo de combustível, obrigando os engenheiros a desenvolver motores mais eficientes energeticamente, ou seja, que geram mais potência a partir de uma menor quantidade de combustível. Por fim, houve a adoção dos tokens, espécie de 'coringas' que permitiam um número pontual de modificações nos motores durante o ano – algo que caiu em desuso na temporada 2017.
O resultado dessa grande equação é um sistema complexo, nunca antes utilizado na F1, que também traz um maior grau de possibilidade de erro e a necessidade de uma maior integração com o resto do carro. Um caminho cheio de percalços para percorrer, pelo qual Renault e Ferrari passaram por maus bocados e no qual a Honda parece, até o momento, perdida.
GRANDE PREMIUM: Qual é a dificuldade para se desenvolver, hoje, um motor turbo híbrido para a F1, principalmente quando comparado com os antigos V8 e V10, ou mesmo os velhos V6 turbo de décadas atrás?
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ENGENHEIRO: No aspecto esportivo, o desenvolvimento mudou muito a partir da metade dos anos 2000, quando regras de durabilidade foram adicionadas (de 2005 em diante os motores precisavam durar por duas corridas, depois passamos a oito por piloto/temporada, depois seis, cinco e, finalmente, quatro a partir de 2014). O grande esforço nesse sentido veio dos V8 em diante (em 2006). Em 2007, os motores foram 'congelados'.
Em paralelo a isso, no aspecto técnico, tivemos a introdução dos sistemas híbridos, com o KERS em 2009 e depois entre 2011 e 2013. Era um sistema opcional anexo ao carro, mas com níveis de complexidade já maiores. Porém, a 60kW e 7s (400kJ) por volta, era um sistema não tão determinante e integrado, de modo que, em caso de problemas você podia simplesmente 'desligá-lo' sem grandes problemas para propulsão ou freios, apenas arrastando um sistema de cerca 15kg junto com você. Tanto que a Red Bull jamais optou por tirar 60kW desse sistema.
Aí, para a temporada de 2014, você volta aos motores turbos, limita a energia disponível da gasolina, seu consumo, dobra a potência do seu motor elétrico cinético, o faz ser parte integrante do sistema frenante… Para completar, coloca um motor elétrico associado ao turbo, algo que a indústria automobilística até hoje não dominou (e talvez não tenha interesse) – o que cria maiores dificuldades para a combustão e ao mesmo tempo para o funcionamento do grupo turbo. Fechando o ciclo da durabilidade, você tem desafios e objetivos muito maiores, e a experiência que você encontra nessas áreas é quase inexistente…
Em outro aspecto de regulamente, você não pode mais testar na pista quando quer. Então tem que desenvolver modelos mais precisos de comportamento e bancadas de teste (que já são muito mais complexas pela arquitetura), que representem bem o trabalho da sua unidade de potência e aos esforços em que ela será submetida na pista.
Basicamente os 'graus de liberdade' do projeto aumentaram muito, muito. Mais oportunidades, certamente, mas ainda maior a chance de erro.
A comparação com os V6 e L4 dos anos 1980 é ainda mais extrema. Lá você tinha liberdade de arquitetura e de número de turbos a usar. A semelhança com aquela época é, talvez, somente no trabalho de integração no chassi, porque você precisava arrumar espaço para o intercooler, etc… Mas trocava de motor, combustível e óleo quando queria, como queria.
GP*: Esse novo sistema para 2017, com o fim dos tokens, melhorou a dinâmica dos trabalhos de desenvolvimento?
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E: Se pesquisarmos os anos anteriores, possivelmente veremos que a Mercedes não chegou a utilizar todos os seus tokens. Tomando em consideração também que são apenas quatro unidades de potência sem penalidades nesta temporada, a realidade é que o novo sistema tem, em condições normais, um efeito pequeno sobre os fabricantes que estão melhores.
Problemas de durabilidade tinham dispensa especial, então isso não altera o desenvolvimento em um caso ou outro, apenas requer menos 'burocracia'. Para aqueles em defasagem, naturalmente existe a possibilidade de experimentar mais e obter uma solução melhor – porém como no caso dos tokens você não usaria dois motores em pista para testar soluções diferentes, o faria em pista antes de deliberá-lo para corridas. Então, na verdade, é uma tentativa de ajudar, mas ao mesmo tempo a real mudança é pequena. O planejamento foi feito muito antecipadamente e as mudanças reativas, por desempenho, são limitadas.
GP*: Iniciar depois esse desenvolvimento, em relação aos concorrentes, pode ser nocivo? É possível recuperar terreno?
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E: Isso não se aplica somente a Honda… É evidente nos resultados de 2014. Os estudos da Mercedes começaram oficialmente em 2009. Foi muito antes dos outros concorrentes. A distração de mudar a regra de 2013 para 2014 e de quatro cilindros em linha para o V6, que partiu da Ferrari, só os fez aumentar a determinação deles no processo. Eu sempre digo que na F1 não sabemos pensar no longo prazo, mais ainda que seja um ano a mais, quando você está no início da curva de aprendizagem, é uma diferença enorme. Os dois aspectos chaves que você precisa ter são o tempo de preparação e a quantidade de pessoal envolvido no projeto. A Mercedes estava sabidamente muito à frente dos outros nesse aspecto. Então, sim, começar depois, e em particular aproveitando pouco do conhecimento/caminho das pedras que os outros passaram, é uma grande desvantagem.
Você pode recuperar terreno sim – o tempo você não pode recuperar, mas ao menos colocar mais pessoal para trabalhar é de grande ajuda. Esse é o percurso da Ferrari a partir de 2014, que diria que está bastante próxima dos valores de referência hoje. A curva de crescimento não é linear porque novas tecnologias para melhorar a eficiência do sistema estão sendo descobertas, então por tentativa e erro se ‘erra’ mais (Ferrari em 2016 e Renault em 2017 são exemplos no lado propulsão), mas em teoria os ganhos ao longo dos anos são sempre menores e então inevitavelmente existe uma convergência de desempenho.
A dúvida que alguém pode ter é se o terreno será recuperado antes que mudem de novo as regras. Não é suficiente, porque a variável adicional às duas anteriores é a integração do trabalho com o chassi, e com as condições de operação do sistema como um todo. O motor mais potente ou eficiente termicamente pode não ser a melhor solução. Se você está atrasado, com menos pessoal, ou desintegrado (ainda que com bastante gente – e as declarações entre McLaren e a Honda dizem muito, além de um pouco do conhecimento do modo de operação nipônico tradicional), então você encontrará desafios ainda maiores.
GP*: A Honda sabe exatamente onde está o ponto fraco do motor? Ela poderia 'pegar emprestado' de alguma outra ou adaptar o conceito?
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E: Como resposta simples, não. Do ponto de vista de desempenho, creio que tenham uma boa ideia da linha de desenvolvimento necessária – até mesmo pelo que os outros fabricantes já desenvolveram e estão desenvolvendo. Ou seja, podem adaptar conceitos para a combustão e funcionamento do motor térmico e até mesmo estratégias de controle e calibração.
Porém, a grande dificuldade deles, em minha opinião, reside na durabilidade do motor – e com grande frequência eles dizem que não entendem como as alterações que funcionam em bancada não se reproduzem na pista – uma provável indicação de dificuldades estruturais. E, neste caso, é muito difícil adaptar soluções de outros fabricantes, porque o chassi integrado é diferente e os esforços acabam sendo diversos.
O efeito dominó gerado nesse caso é enorme. Provavelmente a utilização do motor é muito conservadora, para evitar sobrecarga, mas isso muito provavelmente gera uma sobrecarga natural sobre o sistema turbo-H, que em suas limitações também deve estar limitado. O que se vê é uma bruta combinação de efeitos.
Devo dizer que quando anunciaram no início do ano que pretendiam se mover na direção da arquitetura Mercedes, com a H entre compressor e turbo, fui pessimista, principalmente por desperdiçar o conhecimento estrutural que eles desenvolveram com o próprio motor ao longo dos dois últimos anos. Era um sinal que novos problemas estavam por vir, e que estar preparados para eles não era a situação mais provável. Desenvolver novos conceitos de desempenho mudando significativamente a parte estrutural da unidade é mais que duplamente difícil, pois quando falha você ainda tem que investigar a origem do problema e por escolha preferiu ter mais variáveis modificadas no processo.
GP*: Em porcentagem, qual é a participação do motor no desempenho geral do carro?
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E: Difícil colocar um número aqui, até mesmo pelo que estava te falando na pergunta anterior. A melhor unidade é aquela que combina a melhor integração com o carro, tem boa dirigibilidade (ajuda muito nas curvas e com a gestão dos pneus), é eficiente o suficiente do ponto de vista de consumo, recupera tanta energia dentro ou não das regras para você não ficar defasado e… não quebra!
Parece frase de cronista de futebol, mas nos anos dos V8 eu dizia que um motor não te faz ganhar um campeonato, mas pode te fazer perder um. Hoje, ficou um pouco mais complicado, mas em grande parte isso ainda vale.
Se você tomar por referência quem ganhou mais de 2014 para cá, provavelmente na classificação a participação do motor era enorme. Colocava o carro na frente, dirige cinco voltas na corrida com muita potência, e depois você ‘degrada’ muito para não correr riscos. Ou ainda que tenha perdido a ponta na largada, se está preso no tráfico, vai voltar a usar forte o motor para um under ou overcut em uma eventual parada nos boxes… Então você poderia percentuais variáveis [de porcentagem do motor no desempenho do carro], dependendo da condição, talvez 60%, 50% [em algumas situações] e, quem sabe, 40% ou menos em outras.
Se ao invés você precisa forçar toda a corrida, pode ser uma situação diferente. Talvez minha resposta não seja satisfatória no seu intento de um número, mas o motor/unidade de potência é fundamental no sentido de ser perfeitamente integrada ao chassi (e então você já pode imaginar a dificuldade de um cliente que recebe especificações de projeto ao invés de participar dele). Passado esse detalhe, ao menos você tem energia suficiente em classificação e corrida ‘balanceada’ para te permitir trabalhar os pneus sempre como quer (por exemplo, sem ter que economizar combustível), não precisa usar estratégias de refrigeração e eventualmente pode atacar e defender valendo-se do motor, a boa metade do seu desempenho fica garantida.
GP*: Você consegue hoje ordenar qual motor é mais forte, ou Ferrari e Mercedes estão ao mesmo nível?
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E: Provavelmente a Mercedes detém ainda uma vantagem muito marginal. Em condições de corrida, possivelmente a diferença é muito pequena, seja em potência que recuperação de energia. Porém, em condições de classificação, a impressão é que no Q2 e Q3 a Mercedes ainda consegue utilizar alguma potência a mais. Isso pode até mesmo ser uma capacidade melhor de controlar o motor em detonação.
Lembremos que a unidade de potência da Mercedes está em evolução desde 2014, enquanto que para a Ferrari e outros fabricantes esse desenvolvimento envolveu a adoção de novos conceitos, de tal modo que a confiabilidade é seguramente menor que a da Mercedes. De qualquer modo, entre os dois motores líderes a diferença é já muito pequena. A Renault deveria alcançar valores similares, mas imagino que está ainda evoluindo no conceito TJI [Turbulent Jet Injection, que aumenta a eficiência da combustão] e implicações do mesmo sobre o sistema elétrico.
GP: A Red Bull e pessoas de renome na F1 pedem um motor independente justamente para evitar que situações como a que ela viveu em 2015 e a da Honda atrapalhem as equipes. Mas uma ‘novata’ não corre o risco de fazer um papel até pior que o da Honda sendo que não está envolvida atualmente na F1? A solução passa por algo deste tipo?
E: Na época dos V8 isso era seguramente possível, porque a importância da integração era um pouco menor (em particular até 2010, depois com os ‘blown exhaust’ – 'difusor assoprado' ou 'escapamento energizado' -, a história era já um pouco diferente…). E imagino que frequentemente tais declarações tenham um teor saudosista ou de conhecimento limitado da complexidade do novo sistema.
Sou totalmente de acordo que, sem o apoio integral de um chassi para desenvolvimento, um motor independente seria defasado e com grandes possibilidades de apresentar sérios problemas de confiabilidade. Existe ainda a necessidade de integrar a unidade de potência ao sistema frenante, que é de responsabilidade do chassi, o que deixa uma interface mais complicada que no passado.
Uma potencial solução que já foi discutida em várias ocasiões é aquela de padronizar alguns componentes do motor térmico ou até mesmo elétrico. Propriamente, se a câmara de combustão fosse padronizada a equalização seria muito mais fácil – e também os custos [seriam menores]. Mas, ao mesmo tempo, seria limitar uma área onde grandes potenciais existem… Então um acordo nessa direção não foi recebido com grande entusiasmo pela totalidade dos fabricantes. Padronizar o sistema elétrico também, considerando as diferentes arquiteturas, geraria problemas maiores para alguns que outros.
GP: Tem alguma fabricante que você, pessoalmente, gostaria de ver na F1 e não está lá atualmente?
E: Seria ótimo conseguir reunir um maior interesse, seja de fabricantes europeus clássicos ou de novos personagens no mercado, como os coreanos. Naturalmente o desafio não é pequeno, o desenvolvimento não é simples e os riscos são grandes, então de outro lado é compreensível a resistência.
Pessoalmente, acredito que uma convergência entre as regras das unidades de potência entre a F1 e Endurance LMP1 poderia gerar um efeito positivo. E os valores de quilometragem podem até ser comparáveis e o risco e custo de desenvolvimento possivelmente distribuído – porém, não existem hoje fabricantes que tenham ambos os programas de Le Mans e F1, de modo que talvez aceito isso seja mais um interesse pessoal e saudoso dos anos 1980.
GP*: Como os carros de F1 atuais conseguem uma eficiência térmica tão grande?
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E: Muitos eram céticos quando se falava em valores de eficiência de 40% à época da discussão do regulamento para 2014… Mas não existe maior incentivo para o desenvolvimento que limitar as variáveis mais simples do processo – o fluxo de combustível e a quantidade disponível. Isso realmente gerou uma mudança de mentalidade de uma fórmula de potência para uma fórmula de eficiência. Os ciclos teóricos (limites) são conhecidos, as ideias, uma vez vistas como 'mirabolantes', eram na maior parte disponíveis e sendo pesquisadas para outras aplicações.
A grande vantagem na F1 é que as condições de operação do motor são razoavelmente ‘estreitas’, ou seja, os pontos principais de operação a considerar são mais limitados que em um motor normal – assim podendo concentrar os esforços em uma ilha de eficiência pequena. Os principais pontos de trabalho, do ponto de vista térmico, envolveram o projeto da câmara de combustão, os tempos e pressões de injeção e a posição dos injetores, e o controle da combustão em modo a evitar excessiva detonação…
E se a eficiência térmica é grande, quando o ciclo elétrico é considerado junto, os valores são realmente surpreendentes. Conseguir trabalhar em alta eficiência e gerando eletricidade ao mesmo tempo (‘turbocompounding’, hoje apenas visto em alguns caminhões, por outras razões), e ainda um bom ganho dos freios, é uma tecnologia realmente impressionante – naturalmente refletindo em indesejáveis menores níveis de ruído para o conjunto.
GP: A tecnologia dos motores atuais na F1 pode, de alguma forma, ajudar os carros de rua? Ou ser empregada neles?
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E: Respondo voltando um bom pouco no tempo… Ainda na época dos V8 híbridos, muitos diziam que a tecnologia da F1 não era relevante. E, de fato, em termos de combustão, era muito defasada, mas não significava que a tecnologia da F1 não contribuía para o desenvolvimento de tecnologias automotivas. A F1 será sempre um grande laboratório para o melhoramento de projetos, seja do ponto de vista de materiais, peso ou desempenho.
O processo normal é aquele de passar da F1 para veículos de alto desempenho, como superesportivos (tecnologia aplicada a volumes de produção razoáveis), e, na medida em que os custos conseguem são reduzidos na reprodução destas tecnologias, elas vão passando ao segmento de luxo e encontrando seu caminho aos veículos de menor valor.
Considerando a tecnologia atual das unidades de potência da F1, muitas soluções de hibridização serão seguramente transferidas à estrada. O desenvolvimento das baterias é surpreendente (e trabalham em condições muito mais severas que na Fórmula E, por exemplo). Os motores elétricos K tem eficiência muito elevada, peso muito reduzido e alta durabilidade, e devem em grande parte apenas serem escalados.
Na área de combustão, o desenvolvimento da F1 certamente se transferirá em algum modo a outros segmentos. As regras de 2014 foram baseadas nas linhas de desenvolvimento automotivo (downsizing, lean combustion, TJI, etc., são conceitos em desenvolvimento paralelo).
A grande incógnita é como a indústria automotiva pode fazer uso da tecnologia MGU-H. Grande parte da recuperação é feita pelo turbo normalmente, e o esforço adicional para recuperar a energia adicional causa grandes problemas para a combustão (maior resistência à exaustão), e, ao mesmo tempo, é uma condição de operação mais limitada nos carros de rua (não dirigimos o tempo todo de "pé embaixo"). Então, muitos estudos indicam uma preferência a manter um turbo normal e aumentar o dimensionamento do lado K, até porque passamos mais tempo no freio ou em situações de baixa solicitação.
Há uma variável paralela, porém, que antagoniza com os desenvolvimentos de combustão – a eletrificação tem crescido a uma taxa muito maior que aquela esperada nos tempos da discussão das regras e, se tal taxa for mantida, os motores térmicos devem reduzir de importância mais rapidamente que o esperado – mas a verdade é que isto ainda é um futuro distante…
GP*: Qual deve ser o caminho para o futuro dos motores da F1? Continuar investindo nos híbridos? Ou diminuir custos com motores mais tradicionais?
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E: Pergunta muito difícil… Em certo modo seria de partir o coração descontinuar o grande desafio superado com as regras para 2014 e a aprendizagem com ela obtida. Existe um discurso de custos, que a meu ver é apenas parcial – pode ser que motores mais simples custem menos, mas o custo básico de adaptar ou redesenhar as bancadas de teste que hoje existem provavelmente corresponde a um custo enorme. Possivelmente o que move tal direção é a redução de riscos para novos fornecedores e uma limitação nos ganhos potenciais em ausência da assistência elétrica via MGU-H (e para um novo fabricante, naturalmente uma bancada mais simples).
O aumento da hibridização/eletrificação é uma evidente e sempre crescente tendência na indústria automotiva, de modo que é justo esperar que fosse aumentada a recuperação elétrica no futuro – potencialmente por recuperação no eixo anterior, por exemplo. A substituição de um grande turbo elétrico por menores turbos não assistidos é uma opção mais simples e menos desafiadora, por isso encontra simpatia em muitas frentes, ainda que possa limitar um pouco os ganhos se existe menos controle sobre o processo de combustão em ausência de uma assistência elétrica.
GP*: Você vê, no futuro, a F1 investindo em motores de fontes renováveis de energia ou 100% elétricos?
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E: Seria incoerente não aumentar o nível de eletrificação nos futuros regulamentos. Porém, uma total substituição dos sistemas térmicos por elétricos é pouco provável – até mesmo pelos desafios de dirigibilidade que um motor de combustão interno propicia em comparação aos elétricos, deste modo potencialmente limitando o diferencial do piloto.
Quanto às fontes renováveis, utilizar uma taxa maior de biocombustíveis poderia ser uma possibilidade – embora crie debates, seguramente.
A filosofia de fórmula de eficiência permitiria a utilização de novos sistemas de recuperação nos bólidos atuais (efeitos de irradiação térmica, energia solar) poderiam ser fontes adicionais de contribuição, porém isso deve ir de encontro à capacidade de integrar tais tecnologias nos chassis sempre mais robustos – mas a estrada nesse caso provavelmente é ainda longa…
(Divulgação/Ferrari)
