F1 wprowadziła silnik hybrydowy w 2014 roku torując drogę dla tego typu technologii również w samochodach produkowanych seryjnie. Jednoślady są zdecydowanie w tyle: napęd endotermiczny wciąż rządzi zarówno w seriach, jak iw wyścigach. Ale i w naszym środowisku zaczynamy coraz częściej rozmawiać i spontanicznie pojawia się pytanie: czy MotoGP może stać się przyczółkiem ku przyszłości, tak jak F1 dla samochodów? Czy najwyższa klasa motocykli może przejść na hybrydę? A jeśli tak, to jaka byłaby złożoność technologiczna, koszty i korzyści w zakresie wydajności, które mogłyby z tego wynikać? Przesłaliśmy te pytania do Mario Uncini Manganelli, byłego inżyniera w firmie Oral, KTM, Aprilia (sześć mistrzostw świata Superbike dla motocyklistów i marek zdobytych dzięki RSV4). Inżynier z Bolonii może pochwalić się również doświadczeniem w jednostkach napędowych Mercedesa F1. Obecnie zajmuje się doradztwem dla różnych firm motoryzacyjnych, zarówno w branży motocyklowej, jak i samochodowej, a także rozpowszechnia naukę dla czytelników Corsedimoto.
Jakie są podstawowe elementy części hybrydowej?
Pierwszym elementem jest silnik elektryczny PMG (silnik/generator z magnesami trwałymi), który w naszym przypadku funkcjonowałby nie tylko jako generator prądu, ale także jako rozrusznik. Oznacza to, że można by obejść się bez używanych obecnie zewnętrznych rozruszników, obsługiwanych przez mechanika i podłączonych do skrzyni biegów. Ponadto potrzebny byłby falownik i grupa akumulatorów, oprócz specjalnego okablowania niezbędnego do połączenia wszystkich elementów systemu.Potrzebny byłby akumulator, zwany doładowaniem, do zasilania PMG w momencie rozruchu, aby nie poświęcić energię zmagazynowaną w akumulatorze pokładowym motocykla.
Jaka może być idealna konfiguracja hybrydowa?
Silnik endotermiczny można było zredukować do 750 cm3, jako schemat wskazałbym V4, o mocy 230 koni mechanicznych i maksymalnych obrotach silnika ograniczonych do 16 500-17 000 obr./min. Limit obrotów posłużyłby do uniknięcia niekontrolowanych kosztów rozwoju. Średnia prędkość tłoka około 25-26 m/s, średnica otworu 73-74 mm, skok 43-44 mm. Przy tego typu konfiguracji na wale korbowym można było uzyskać moc znamionową 225-230 koni mechanicznych. Silnik elektryczny powinien pracować z prędkością 16-17,5 tys. obr./min. Wymiary: około 135 mm średnicy i 35 mm grubości i byłby chłodzony cieczą w celu zwiększenia wydajności. Taki PGM ważyłby 7-8 kilogramów i gwarantowałby nadwyżkę mocy rzędu 25-27 koni mechanicznych, czyli około 20 kW.
I czy osiągnęlibyśmy obecne 300 endotermicznych koni?
Moglibyśmy osiągnąć 250-257 KM (230 endotermiczne, 27 elektryczne), ale ze znacznie wyższą wydajnością, ponieważ jednostka elektryczna wytwarzałaby około 25-27 KM. Większa wydajność oznacza, że moment obrotowy dostarczany przez część elektryczną byłby rozłożony na całej krzywej użytkowania silnika, tj. nie tylko przy wysokich obrotach, jak to ma miejsce w silnikach endotermicznych, jeśli są dostępne. Przewaga w osiągach, przełożona na czas okrążenia i dystans, może być bardzo znacząca w porównaniu z motocyklem o tej samej pojemności silnika.
Ile może ważyć hybryda MotoGP?
Przyjmijmy konfigurację opisaną powyżej jako odniesienie. Silnik spalinowy mógłby ważyć 5-6 kilogramów mniej niż czterocylindrowy silnik 1000, rzędowy lub w kształcie litery V, cała skrzynia biegów byłaby mniejsza, podobnie jak sprzęgło i główna grupa przekładni. Byłaby oszczędność paliwa, około 3-3,5 litra mniej oraz mniejszy i lżejszy zbiornik paliwa. Trzeba jednak liczyć się z większą wagą elementów części hybrydowej. W przypadku falownika obliczamy około 4-5 kg, podczas gdy bateria wyniosłaby około 28 kg, szacując pojemność na 6-7 kWh przy gęstości 230 Wh/kg. Hybrydowy MotoGP ważyłby 28 kilogramów więcej niż obecny, którego limit wagowy wynosi 157 kilogramów. Dzięki akumulatorom najnowszej generacji można było osiągnąć 250 Wh/kg przy oszczędności około 2 kg (7% wagowo). Niektóre wagi, jak wskazano powyżej, zrekompensowałyby, a wzrost masy byłby głównie spowodowany akumulatorem, po pierwszej ważnej optymalizacji. Tak więc minimalna masa regulacyjna hybrydy mogłaby wynosić 185 kilogramów.
O ile zmniejszy się zużycie?
Oszczędność paliwa możemy oszacować, mówiliśmy już o 3,5 litra kompensowanego przez generację elektryczną. Jeśli chodzi o produkcję CO2, czyli wpływ silnika hybrydowego na środowisko, trudno odpowiedzieć, ponieważ w tej chwili nie ma wystarczającej literatury technicznej i znanych testów pozwalających na ocenę tego typu wartości w silnikach o bardzo wysokich osiągach.
Czy hybryda MotoGP miałaby problemy z bezpieczeństwem do rozwiązania?
Pewno. Wysokie napięcie jest czynnikiem, który należy wziąć pod uwagę. Następnie należy sprawdzić niezawodność falownika i silnika elektrycznego. Ale są to technologie obecnie w niezwykle zaawansowanym stadium rozwoju w obszarze motoryzacyjnym, a nie tylko wyścigowym. Nic, czego nie można zoptymalizować i lepiej zarządzać.
Czy MotoGP mogłoby wprowadzić jednego dostawcę części hybrydowej?
Nie zabraknie okazji. Producenci tacy jak Marelli, Bosch, Siemens czy McLaren Electronics, by wymienić tylko kilku, byliby w stanie stworzyć jednostki hybrydowe, które byłyby dostarczane wszystkim zespołom w systemie jednego zaopatrzenia, a więc po kontrolowanych i równych kosztach dla wszystkich. I odwrotnie, zaangażowanie większej liczby specjalistycznych marek zwiększyłoby wyzwanie technologiczne.
Ile czasu zajęłoby opracowanie?
Trzy lata od momentu uruchomienia formuły. Jeśli więc MSMA, Federmoto i inne zaangażowane podmioty zdecydują się teraz na podobny punkt zwrotny, MotoGP może ruszyć na tor w Mistrzostwach Świata 2026.
Czy przewodnik byłby inny?
Zdecydowanie. Część elektryczna gwarantowałaby 25-27 KM dodatkowej mocy, możliwej do wykorzystania w szerokim zakresie użytkowania silnika, zwłaszcza jeśli mówimy o momencie obrotowym silnika elektrycznego, a nie tylko przy maksymalnym otwarciu przepustnicy, jak to ma miejsce w silnikach endotermicznych. Przy większym momencie obrotowym jeszcze bardziej w grę wchodziłaby aerodynamika, tj. obciążenie pionowe wytwarzane przez coraz bardziej efektowne wypustki skrzydeł, co zapewnia dodatkową przyczepność. Dzięki większemu momentowi obrotowemu dostępnemu przy różnych obrotach obszar ten stałby się jeszcze bardziej strategiczny. Jednak większa waga zmniejszyłaby skuteczność hamowania.
Ile osób potrzebowałby każdy zespół, aby zarządzać przejściem na hybrydę?
Przynajmniej jeden inżynier elektryk odpowiedzialny za niezawodność systemu i mapowanie części hybrydowych. Falownik byłby oczywiście programowalny i podłączony do głównej jednostki sterującej lub ECU, który już teraz steruje silnikiem endotermicznym i funkcjami całego pojazdu.
Kto spośród obecnych zawodników MotoGP mógłby na tym skorzystać?
Honda od lat jest mistrzem świata F1, ma ogromne doświadczenie w hybrydach. Yamaha mogła korzystać z zasobów Toyoty (z którą również miała kontakty w przeszłości), więc i w tym przypadku mają własne know-how. Z drugiej strony Ducati mocno czerpałoby z zasobów Audi, które jest bardzo zaangażowane w sektor elektryczny i wyląduje w F1 w 2026 roku. W Aprilii jest Massimo Rivola, były pracownik Ferrari: czy możesz sobie wyobrazić urok umowy o partnerstwie technicznym między Noale i GES Ferrari? Dziś tylko KTM nie ma powiązań z branżą motoryzacyjną, ale równie dobrze mógłby czerpać z zasobów dostępnych na rynku.
O ile wzrosną koszty?
Wzrost w stosunku do obecnej technologii jest logiczny. Hybrydowy MotoGP może kosztować o 10-15% więcej, biorąc pod uwagę zestawienie materiałów. Ale moglibyśmy to zrekompensować, zmniejszając liczbę dostępnych jednostek do czterech na sezon, w porównaniu z obecnymi siedmioma.
Czy hybryda jest wiarygodna w rowerach szosowych?
Gdyby przepisy dotyczące ograniczania zużycia, a przede wszystkim emisji spalin miały stać się jeszcze bardziej rygorystyczne, jeszcze bardziej niż obecnie, hybryda mogłaby być krokiem naprzód. Z pewnością zastosowanie systemu PMG-inwerter-akumulator w szosowym maxi byłoby skomplikowane i kosztowne, co więcej, jest to jeszcze dłuższy proces niż w przypadku wyścigów. Dlatego biorąc pod uwagę czas opracowywania, testowania i homologacji, minie co najmniej sześć do ośmiu lat, zanim hybrydowy Superbike pojawi się na torze, od momentu wprowadzenia na rynek.
Zdjęcie otwierające: falownik zaprojektowany przez Pulse (Rovereto), firmę specjalizującą się w stosowaniu prototypów w sportach motorowych
Jonathan Rea wspaniała biografia: „In Testa” dostępna na Amazon