A pieno regime, il turbocompressore ruota a 100.000 giri al minuto, ovvero più di 1500 giri al secondo, generando pressioni e temperature enormi a livello della turbina. Parte dell'energia recuperata dallo scarico viene trasferita all'MGU-H e convertita in energia elettrica, che viene poi stoccata e riutilizzata in un momento successivo per evitare che il turbocompressore rallenti eccessivamente in frenata.
La velocità del turbocompressore deve imperativamente variare in funzione delle esigenze del motore. Di conseguenza, può esserci un ritardo nella risposta di coppia, spesso denominato "turbo lag", quando il pilota preme sull'acceleratore dopo un periodo di frenata sostenuta. Una delle principali sfide della nuova unità di potenza è eliminare del tutto questo ritardo per avere un'erogazione di coppia istantanea come negli attuali motori V8.
WASTEGATE
Nei motori turbo tradizionali, una wastegate è utilizzata con il turbocompressore per controllare le elevate velocità di rotazione del sistema. Questo dispositivo permette ai gas di scarico in eccesso di bypassare la turbina per commisurare la potenza prodotta dalla turbina a quella richiesta dal compressore per fornire la necessaria quantità di aria al motore.
Nell'unità Renault Energy F1, la velocità di rotazione del turbocompressore è principalmente controllata dall'MGU-H, ma la wastegate è comunque necessaria a garanzia di un totale controllo in qualsiasi situazione (rapido passaggio o disattivazione dell'MGU-H, ad esempio).
La wastegate è collegata al turbocompressore, ma in uno spazio molto limitato, cosa che rende complicata l’integrazione di questo elemento. La sfida è quindi rendere la wastegate abbastanza robusta da resistere a pressioni importanti, e sufficientemente compatta da stare in uno spazio ridotto.Negli aerei, il funzionamento di alcuni componenti è classificato come critico. Per la wastegate vale lo stesso: se non funziona correttamente le conseguenze possono essere gravi.
MGU-K
L'MGU-K è collegato all’albero del motore a combustione interna. In fase di frenata, l'MGU-K funziona come generatore, recuperando parte dell'energia cinetica della vettura e trasformandola in energia elettrica che viene stoccata nella batteria in attesa di essere restituita (per un massimo di 120 kW o 160 CV). In accelerazione, l'MGU-K passa in modalità motore, alimentato dalla batteria e/o dall'MGU-H, per fornire un surplus di accelerazione alla monoposto.
Mentre nel 2013 l'inefficacia del KERS sarebbe costata circa 3/10 di secondo per giro su circa la metà dei circuiti in calendario, le conseguenze di un mancato funzionamento dell'MGU-K nel 2014 sarebbero molto più gravi in quanto la monoposto sarebbe alimentata solo dal motore a combustione interna, cosa che la metterebbe di fatto fuori gara. Il comportamento termico dell’MGU-K sarà una questione determinante in quanto l'MGU-K genera tre volte il calore del KERS di un V8.
L'MGU-H è collegato al turbocompressore. Funziona come un generatore, convertendo in corrente elettrica una parte della potenza di origine termica fornita dalla turbina. L'energia elettrica può essere così convogliata verso l'MGU-K, oppure stoccata nella batteria ed essere utilizzata in seguito. L'MGU-H serve anche a controllare la velocità del turbocompressore proporzionalmente al fabbisogno d'aria del motore (o frenando il turbo per assorbire l’energia in eccesso che sarebbe, in un sistema tradizionale, perduto nella wastegate, o accelerandolo per compensare il turbo lag).
L'MGU-H produce corrente alternata, mentre la batteria va a corrente continua, quindi è necessario un convertitore estremamente complesso. Velocità di rotazione molto elevate rappresentano una sfida, dato che l'MGU-H è associato a un turbocompressore che raggiunge i 100.000 giri/min.
BATTERIA
L'energia termica e cinetica recuperata può essere utilizzata immediatamente, se necessario, o essere stoccata nella batteria. L'energia stoccata viene successivamente utilizzata dall'MGU-K per alimentare la monoposto o dall'MGU-H per accelerare il turbocompressore. Rispetto al sistema KERS del 2013, il sistema di recupero d’energia (ERS – Energy Ricovery System) del propulsore 2014 dispone del doppio della potenza (120 kW contro 60 kW) e l’energia che contribuisce alla performance è moltiplicata per dieci.Una batteria con un peso minimo di 20 kg deve alimentare un motore che produce 120 kW. Ciascun chilo alimenta quindi 6 kW (ovvero una potenza specifica molto forte) producendo grandi forze elettromagnetiche. Le forze elettromagnetiche possono influire sulla precisione dei sensori, che sono particolarmente sensibili. Bilanciare le forze è un'impresa delicata a rischiosa.
INTERCOOLER
L'intercooler è utilizzato per raffreddare l'aria che entra nel motore dopo essere stata compressa dal turbo.La presenza di questo scambiatore (assente sul V8 atmosferico della generazione precedente), abbinato all’aumento della potenza dei sistemi di recupero d’energia, complica l’integrazione nella vettura del sistema di raffreddamento la cui superficie totale dei radiatori aumenta significativamente rispetto al 2013.
L'integrazione dell'intercooler e di altri radiatori è fondamentale, ma la sfida principale, nonché un elemento chiave a livello di prestazioni, è assicurare un raffreddamento ottimale permettendo di preservare l’affidabilità del propulsore limitando al massimo le dimensioni dei radiatori.
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