10 años de motores BMW en Fórmula 1 (parte 1)

En la Fórmula 1 existen (o existían) varios factores determinantes que deciden la posición de un equipo en la tabla de resultados y, en gran medida, el espectáculo: piloto, chasis (suspensión), aerodinámica, estrategia (equipo), etc. La relevancia de cada uno de estos factores depende en gran medida del reglamento vigente cada año y, por otra parte, el coste de desarrollo de cada uno de ellos puede diferir considerablemente.

La FIA, en su afán reductor de costes, ha dejado en la cuneta varios de estos activos, en concreto los más costosos económicamente, con la consiguiente pérdida para el espectáculo. El caso más representativo ha sido el factor motor.

Motor turbo de F1 BMW M12/13

Yo soy de los que considera que sin motor no hay competición, que es el verdadero corazón del automovilismo, el buque insignia de cada fabricante y estandarte de poderío tecnológico. Su desarrollo supone un elevado coste económico para los constructores, el clima de elevada competitividad de la Fórmula 1 obliga a gastar grandes sumas de dinero. Por ello, la FIA impone limitaciones cada vez más restrictivas a su diseño; pero la pericia y creatividad de los ingenieros siempre ha ido por delante de las restricciones, consiguiendo minimizar los efectos negativos de las restricciones. Y esto ha pasado a lo largo de la historia de la Fórmula 1 al menos en dos ocasiones con un paralelismo importante: en ambas ocasiones se superaron los 1.000 cv de potencia cuando en las oficinas de la FIA saltó la voz de alarma. Estamos hablando, por supuesto, de la era turbo de los años 80 y la era de los atmosféricos de la era 2.000, en otras palabras, se puede hablar de la carrera por la presión de los turbos (hasta 5,5 bares en clasificación) y la carrera por las revoluciones de giro del motor (se pasaron de las 20.000 rpm). En el momento álgido de la fiesta llegaron las restricciones: en 1987 la presión de admisión se limitó a 4 bares y en 1.988 fue de 2,5 bares, además de imponerse limitaciones al consumo; por su parte, las revoluciones se limitaron a 19.000 rpm en 2.007 y a 18.000 rpm 2.009, además de incluirse requisitos de durabilidad más allá de una carrera.

Motor de F1 BMW P80

BMW estuvo presente en ambas historias, la turbo y la atmosférica, de forma brillante. Tanto es así que llegó a convertirse en el fabricante de motores de referencia en ambos casos. Merece la pena rescatar un artículo que Mario Theissen escribe junto a otros colegas de BMW sobre la historia de los motores BMW entre los años 2.000 y 2.009 para el Internationales Wiener Motorensymposium 2.010. La historia no está contada desde cualquier punto de vista, el Prof. Dr.-Ing. Mario Theissen (Alemania, 1.952) era director de BMW Motorsport y posteriormente jefe del equipo BMW Sauber F1 durante esos años.

Nosotros lo hemos disfrutado y traducido para vosotros, disfrutadlo. Lo iremos exponiendo a lo largo de varios artículos.

Mario Theissen

Mario Theissen.

 Definiciones de interés:


Prof. Dr.-Ing. Mario Theissen, Dipl.-Ing. Markus Duesmann, Dipl.-Ing. Jan Hartmann, Dipl.-Ing. Matthias Klietz, Dipl.-Ing. Ulrich Schulz
BMW Group, Munich

10 años de motores BMW en Fórmula 1

Resumen

Los motores BMW brindaron presencia a la compañía en Fórmula 1 desde el año 2.000 al 2.009. La totalidad del proyecto puede dividirse en una primera fase preparatoria, los años en los que figuró como proveedor oficial del equipo Williams, y una segunda fase en la que la compañía compitió con su propio equipo, BMW Sauber F1 Team. Concepción, diseño y despliegue de los motores estaban regulados por la normativa de Fórmula 1, que era objeto de modificaciones prácticamente todos los años. La reducción de costes era el objetivo principal de estas revisiones. Los costes de desarrollo fueron reduciéndose gradualmente como resultado de las restricciones técnicas impuestas sobre los equipos y, finalmente, por medio de la homologación y la congelación en el desarrollo. Los costes de fabricación de los motores se vieron limitados por el aumento de kilometraje requerido de cada motor y por las restricciones impuestas a las pruebas. Por tanto, se requirió un menor número de motores a lo largo de cada temporada. Un segundo objetivo, reducir la potencia de los motores, fue alcanzado al pasar de motores V10 de 3,0 litros de cilindrada a motores V8 de 2,4 litros de cilindrada en la temporada 2.006.

En sus primeros años en Fórmula 1, BMW desarrolló y construyó un nuevo motor por temporada como respuesta a un entorno de alta competitividad. Esta elevada actividad generó en el motor de BMW rápidas mejoras de entrega de potencia y peso, lo que le llevó en poco tiempo a ser la referencia dentro de la Fórmula 1. En años posteriores, los trabajos de desarrollo se centraron en incrementar la durabilidad (kilometraje) y fiabilidad sin modificar el concepto y esencia del diseño. El motor P86/9 de la temporada 2.009 alcanzaba la misma potencia que el motor E41/4 introducido al principio de la temporada 2.000 pero con una disminución del 20% en la cilindrada mientras que su durabilidad se multiplicó por cinco hasta más allá de los 2.000 km. Las distintas generaciones de motores y sus características clave de diseño serán descritas, así como el equipo y la experiencia acumulada en el proyecto.

Índice
  1. Resumen del proyecto.
  2. Fase de preparación.
  3. Criterios de diseño de un motor de Fórmula 1.
  4. Estreno en la temporada del año 2000.
  5. Diseño conceptual para el año 2001.
  6. Motor P80 para la temporada del año 2001.
  7. Motor P82 para la temporada del año 2002 y diseños posteriores.
  8. Motor P85.
  9. El reglamento del motor V8.
  10. Resumen final.
  11. Conclusiones.
1. Resumen del proyecto

La implicación de BMW en la Fórmula 1 desde el año 2000 puede dividirse en tres fases: periodo de preparación, seis años como proveedor de motores del equipo Williams y cuatro años con su propio equipo BMW Sauber F1 Team. Aunque el enfoque y el alcance del proyecto cambiaron significativamente a lo largo de su vida, un principio básico se mantuvo imperturbable: el motor era desarrollado, construido y desplegado desde Múnich.

Ilustración 1. Fases del proyecto de BMW en Fórmula 1.

 

Ilustración 1. Fases del proyecto de BMW en Fórmula 1.

2. Fase de preparación

La decisión de participar en la Fórmula 1 fue anunciada en Septiembre de 1.997 en una época en la que los grandes fabricantes de automóviles comenzaban estar más implicados en esta competición. Ferrari comenzó a recibir mayores de apoyo por parte de Fiat, Mercedes-Benz  iba a participar como parte del equipo McLaren, Renault había comprado el equipo Benetton, Jaguar -a través de Ford- tomó el control de Stewart, Honda había convertido su apoyo a BAR en una compra en curso, Toyota irrumpió con su propio equipo oficial y Peugeot figuraba como proveedor de motores. Un total de once equipos usaban un total de diez motores distintos en el año 2.000, ya que Ferrari, Honda y Ford suministraba a los equipos no oficiales versiones antiguas de sus motores. Se trató de una etapa de desarrollo incesante.

Fabricante Modelo Arquitectura Equipo
BMW E41/4 V10 a 72° Williams
Ferrari 049 B-C V10 a 90° Ferrari
Ferrari 048/04 A V10 a 80° Sauber
Ford Cosworth CR2 V10 a 72° Jaguar
Ford Cosworth Zetec-R V10 a 72° Minardi
Honda RA 000 E V10 a 80° BAR
Honda Mugen MF-301 V10 a 72° Jordan
Mercedes Ilmor F 110J V10 a 72° McLaren
Peugeot A20 Evo4 V10 a 72° Prost
Supertec FB 02 V10 a 71° Benetton
Arrows

Ilustración 2. Motores y equipos en la temporada del año 2.000.

BMW también decidió tomar el camino de proveedor para acceder a la Fórmula 1. La compañía ya contaba con una considerable experiencia en su haber, por lo que se forjó una prometedora alianza con el equipo por excelencia de la década de 1.990, Williams F1. Esta experiencia se basó en un pequeño equipo dirigido por Paul Rosche, que había continuado trabajando en tecnología y conceptos aplicables a un futuro motor de Fórmula 1 después del final de la era turbo. Durante este periodo se estudiaron con arquitecturas de 8, 10 y 12 cilindros así como culatas de 4 e incluso 5 válvulas por cilindro y algunos de ellos fueron construidos para su estudio.

Ilustración 3. Motores V12 experimentales.

 Ilustración 3. Motores V12 experimentales de BMW.

La luz verde en 1.997 para el proyecto de entrada en la Fórmula 1 desató una carrera contra reloj en varias áreas. El equipo tuvo que ser ampliado de 25 empleados a más de 200 y se construyó una nueva planta para la Fórmula 1, todo para comenzar el desarrollo del motor para la temporada del año 2.000. En esta fase se desarrolló una transferencia intensiva de tecnología entre la Fórmula 1 y la producción en serie:

  •  El hardware y el software de la gestión del motor fue desarrollado y fabricado en un departamento de electrónica de la casa, que contaba incluso con medios para construir prototipos. El KERS también fue creado en estas dependencias. Actualmente este departamento se centra en el desarrollo de tecnologías híbridas para vehículos de producción en serie.
  • Se construyó una fundición para el proyecto de Fórmula 1 con el objetivo de aplicar los últimos avances en fundición de aleaciones ligeras con la máxima precisión y libertad de diseño. La culata de aluminio desarrollada mediante esta tecnología precisó un molde con 86 piezas individuales con un espesor mínimo de pared de 2,5 mm. Esta fundición se ha convertido con el paso de los años en el Centro de Innovación y Tecnología de BMW para Aleaciones Ligeras.

Ilustración 4. Molde para la culata.

 Ilustración 4. Molde para la culata.

  • Se desarrolló una planta para la fabricación de componentes mecánicos que era capaz de ofrecer la máxima precisión y abordar varios tratamientos superficiales. Su programa de producción abarcaba culatas, cárter, cigüeñal árboles de levas, bielas y otros componentes. El desarrollo de la tecnología de recubrimiento de carbono DLC -Diamond-Like Carbon- permitió a BMW desvincularse de un proveedor monopolista. Esta experiencia se usa también ahora en el resto de la red de producción de BMW.

Los amplios avances conseguidos dentro de la casa proporcionaron un impulso sostenido a la tecnología de fabricación de motores en general y una ventaja clave para el proyecto de Fórmula 1 en concreto:

  • Los ingenieros de desarrollo y los especialistas en producción dentro del equipo trabajaron conjuntamente para aprovechar al máximo los límites de diseño.
  • El análisis del proceso completo de producción y la eliminación de los requisitos logísticos entre etapas individuales de producción permitió mejorar los niveles de calidad y reducir tiempos muertos y costes.
3. Criterios de diseño de un motor de Fórmula 1

El reglamento de Fórmula 1 proporciona las limitaciones a tener en cuenta en el desarrollo del motor. Dicho reglamento fue modificado y ajustado de manera significativa en varias ocasiones a partir del año 2.000. Los cambios fueron motivaos principalmente con la intención de reducir la potencia y los costes de desarrollo, fabricación y operación de los motores.

Año Modificación
2.000 Motor de 3,0 litros atmosférico con 12 cilindros como máximo.No existe restricción de uso (duración estimada: 400 km).
2.001 Solo se permiten motores con arquitectura V10.
2.002 -
2.003 Uso de un motor para calificación y carrera (500 km).
2.004 Uso de un motor para todo el fin de semana (800 km).
2.005 Uso de un motor para dos fines de semana (1.600 km).
2.006 Motor de 2,4 litros con arquitectura V8 con un peso mínimo de 95 kg.Especificaciones técnicas minuciosamente detalladas por reglamento.
2.007 Régimen máximo de giro: 19.000 rpm.Homologación para 3 años.Modificaciones permitidas por la FIA solo en caso de defectos.
2.008 Uso de un motor para dos fines de semana (sábado y domingo, 1.200 km).Prohibición de materiales exóticos.Electrónica unificada para todos los equipos.
2.009 Régimen máximo de giro: 18.000 rpm.Número máximo de motores por temporada y piloto: 8 (2.000 km).

Ilustración 5. Evolución del reglamento de motores.

A diferencia de lo que ocurre en el caso de cualquier motor de producción en serie usado en varios coches alrededor del mundo, los requisitos exigidos a un motor de Fórmula 1 son muy concisos y críticos: potencia, peso, compacidad y fiabilidad. La principal área de progreso en estos 10 años ha sido la fiabilidad. A pesar de cubrir 5 veces el kilometraje y generar una mayor potencia específica, la tasa de fallo es ahora -2.009- menor que en el año 2.000. Esto se ha conseguido mejorando el proceso de fabricación y aplicando tolerancias de fabricación muy reducidas, materiales y superficies más duraderos y garantizando un control de calidad pormenorizado para cada pieza individual. En el caso de las bielas, por ejemplo, la menor fluctuación de la aleación o la mínima desviación de las tolerancias pueden suponer la diferencia entre el fallo prematuro y el motor que cubre el kilometraje esperado en diseño sin ningún contratiempo.

La migración en 2.006 a motores de 2.4 litros de cilindrada,  arquitectura V8 y un peso mínimo de 95 kg fue un momento clave en el desarrollo del motor en términos de potencia y peso.

Ilustración 6. Curva de rigidez torsional global del coche.

Ilustración 6. Curva de rigidez torsional global del coche.

Además de estos criterios de diseño, la colocación de un motor de Fórmula 1 también ha de ser tenida en cuenta. El motor es el único nexo de unión entre el chasis monocasco y la parte trasera del coche y, por lo tanto, es un elemento con una elevada solicitación estructural. Las primeras reticencias por la falta de rigidez del motor cuando se adoptó esta solución estructural resultaron ser erróneas puesto que el motor es uno de los elementos con mayor rigidez relativa.

 

Hasta aquí, la primera entrega de este artículo. Seguirán más y más interesantes.

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13 comentarios en “10 años de motores BMW en Fórmula 1 (parte 1)”

  • Angel Martín

    20 de noviembre de 2013 a las 03:02

    Una entrada de máximo nivel, es impresionante como engancha.

  • Paco

    20 de noviembre de 2013 a las 10:20

    Interesante, me ha gustado.

  • Sr.Kiwi

    20 de noviembre de 2013 a las 11:08

    Al principio del artículo decís que son varios; este se me ha hecho corto, así que a la espera quedo…

  • arribi

    20 de noviembre de 2013 a las 14:18

    una muy interesante entrada (y serie de entradas). esperando a la siguiente.

  • Sergio

    20 de noviembre de 2013 a las 18:44

    Excelente artículo, a la espera de los siguientes. Brinda un nexo con esa parte técnica de la Formula 1 que pasa desapercibida por el secretismo mismo de los fabricantes.

  • Turbodelta

    20 de noviembre de 2013 a las 20:20

    La verdad esque a BMW hay que reconocerle que cuando han tenido que meterse en una lucha de maximas evoluciones motoristicas han acabado saliendo triunfantes casi siempre, en la era turbo y en la de los 3 litros devastadores, y sin tener que comprar motoristas reputados como sus rivales de Sttutgart.

    Me gustaria saber hasta que punto los V12 LMR de resistencia estan metidos en la pequeña historia del retorno de BMW a la F1 o si fue un proyecto totalmente paralelo, creo recordar que los coches los hacia Williams pero luego corrian como semioficiales.

    Saludos, y enhorabuena por el articulo, sin fisuras.

  • Autor Staff

    JMJ

    21 de noviembre de 2013 a las 10:52

    @ Sergio
    La verdad es que estaría bien que todos los equipos hicieran este ejercicio de difusión transcurridos unos años.

    @Turbodelta
    Hasta donde he podido leer, los chasis BMW V12 LMR fueron construidos por Williams F1 en Inglaterra, así que gozaron de la experiencia de BMW y Williams en la Fórmula 1. En cuanto al motor, yo creo que su relación con los de la F1 es bastante escasa, pues deriva del motor de coches de serie BMW S70.

    Saludos.

  • Gabe

    22 de noviembre de 2013 a las 02:49

    SuperInteresante el artículo y toda la información que me entrega. Espere con ansias la 2da parte.

  • Joao

    23 de noviembre de 2013 a las 16:04

    Un mención al número 1, Renault (autobild.es)

    Renault ha competido con sus motores en la Fórmula 1 desde el año 1977, disputando 514 carreras hasta la fecha. Más del 40% de esas carreras han comenzado con un coche con motor Renault en primera posición de la parrilla. En comparación con los fabricantes de los motores actuales, Ferrari tiene un 23% y Mercedes un 28%.
    La primera pole position fue anotado por Jean -Pierre Jabouille en el Renault RS01 en Sudáfrica en 1979.
    50 de las 209 poles fueron logradas con el motor turbo de 1,5 litros V6 , que corrió 1977-1986. 44 son para el 3.5 l V10 1989-1995 y 53 con el 3.0 l V10 , que ha tenido dos períodos, desde 1995 hasta 1997 y posteriormente entre 2002 y 2005. El 2,4 l V8, que entró en juego en el año 2006, ha comenzado desde la pole position 62 veces hasta ahora.
    Ocho campeones del mundo han sumado poles con Renault : Prost , Mansell, Senna , Schumacher , Hill, Villeneuve , Alonso y Vettel.
    Sebastian Vettel ha marcado el 20% de poles de Renault.
    Seis equipos diferentes han conseguido poles con motores Renault (Renault Elf, Lotus, Williams, Benetton, Renault F1 Team y Red Bull Racing).
    En 2011 el motor Renault del Red Bull Racing RB7 salió desde la pole en 18 de las 19 carreras, un nuevo récord en la F1.
    El Renault V8 ha sumado 62 pole positions desde 2006. Eso es el 44% de las disputadas. Los V10 de Renault de los 90 dominaron el Mundial. Entre 1992 y 1997, consiguieron la pole en 77 carreras, casi el 80 % de los GP disputados.

  • Alex ITF

    24 de noviembre de 2013 a las 14:35

    Ahora con el cambio de reglamentación de 2014 sería interesante ver como BMW volviese como motorista al igual que Honda.

    Los avances con KERS, motores turbo y sistemas de recuperación de energía darían mucha publicidad a los próximos modelos que lancen.

    Un artículo de los que esperas con ganas encontrarte!

  • juan

    29 de noviembre de 2013 a las 19:40

    Muy interesante. Espero que publiquéis pronto el resto.

  • 10 años de motores BMW en Fórmula 1 (parte 2) – 8000vueltas.com

    16 de enero de 2014 a las 10:32

    […] no has leído la primera parte, por favor, hazlo, es una historia escrita de principio a final en varios artículos […]

  • 10 años de motores BMW en Fórmula 1 (parte 3) – 8000vueltas.com

    5 de febrero de 2014 a las 09:12

    […] la primera parte y la segunda parte de la traducción de este interesante artículo sobre los […]

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