Explicación de la unidad de potencia Honda 2015 F1

Explicación de la unidad de potencia Honda 2015 F1

Honda Motor le dio hoy al mundo un primer vistazo a una imagen de la unidad de potencia actualmente en desarrollo para el Campeonato Mundial de Fórmula Uno (F1) de la FIA 2015. Este artículo describe el sistema de unidad de potencia que se utilizará.

Introducción: ¿Cómo pueden las máquinas de F1, construidas para la velocidad, ser ecológicas?

En 2014 se modificó la normativa para motores de F1 y sistemas de recuperación de energía. Los motores de 2,4 litros se redujeron a 1,6 litros y se introdujeron tecnologías medioambientales como la recuperación de energía similar a la de los coches híbridos convencionales.

Las tecnologías para las máquinas de F1 son mucho más complejas que las de los autos híbridos ordinarios. El motor y los sistemas de recuperación de energía que proporcionan la enorme potencia a las máquinas para correr a más de 300 km/h necesitan tecnologías de última generación. Las máquinas de F1 no solo regeneran energía cinética, como los autos híbridos comunes, sino también energía térmica. .

La competencia se está calentando para que los fabricantes de automóviles hagan mejores tecnologías ambientales. Honda participará en las carreras de F1 para enfrentar estos desafíos y crear tecnologías revolucionarias. Las tecnologías desarrolladas a través de la participación en la F1 las carreras se retroalimentarán a los autos de producción .



La unidad de potencia Honda F1

El cambio de términos de 'motor' a 'unidad de potencia' significa un cambio en el pensamiento, desde el desarrollo de motores para potencia pura a la búsqueda de unidades de potencia energéticamente eficientes, lo que lleva al más alto nivel de eficiencia energética a través de tecnologías ambientales.

¿Cómo funcionan los dos tipos de sistemas de recuperación de energía, el sistema de recuperación de energía cinética y el sistema de recuperación de energía térmica?

El sistema de recuperación de energía cinética es una evolución del KERS (Kinetic Energy Recovery System) , el sistema utilizado en las carreras de F1 de 2009 a 2013, y funciona de manera similar al sistema híbrido para Accord Hybrid y Fit Hybrid, mediante el uso de un motor y un generador eléctrico para convertir la energía cinética en energía eléctrica.

Con un automóvil impulsado por motor, la energía cinética a través del frenado se pierde a medida que se convierte en energía térmica a través de las unidades de freno. En otras palabras, la energía se pierde al frenar. Con un sistema híbrido, esta energía perdida es recuperada por la unidad de motor/generador como energía eléctrica y se almacena en la batería, que luego se puede utilizar para alimentar el motor durante la aceleración. La unidad motor/generador del sistema de recuperación de energía cinética se denomina “MGU-K” (Unidad Motor Generador – Cinética) .

El segundo sistema, el sistema de recuperación de energía térmica, captura la energía térmica generada por el escape del motor. El escape caliente de la cámara de combustión del motor normalmente se pierde a través de los tubos de escape. El sistema de recuperación de energía térmica, una unidad motor/generador, reutiliza esta energía térmica para generar electricidad. Esta unidad se llama “MGU-H” (Unidad de Motor Generador – Calor) .

Configuración de la unidad de potencia

Las unidades de potencia para las máquinas F1 se encuentran detrás del asiento del conductor (cabina), donde también se encuentran las baterías.

Las regulaciones de F1 permiten un turbocompresor con regulaciones concisas sobre dónde se puede instalar. El turbocompresor aumenta la cantidad de aire que se alimenta al motor, que es enfriado por el intercooler y se alimenta a las tomas de aire del motor. El MGU-H tiene que estar conectado al turbocompresor.

Las nuevas regulaciones de 2014 limitan el uso de combustible a 100 kg y el flujo de combustible a 100 kg/h por carrera . Imagine el uso de combustible como la capacidad del tanque de combustible y el flujo de combustible como la cantidad de combustible que sale del tanque de combustible. Tanto la cantidad total de combustible como la cantidad máxima de combustible que fluye en cualquier momento están limitadas por carrera. Estas regulaciones permiten a los equipos usar un 30% menos de combustible en comparación con las regulaciones de 2013. Debido a las restricciones de flujo de combustible, es más difícil producir potencia del motor, pero las capacidades más pequeñas del tanque de combustible exigen una mayor eficiencia de combustible.

Las máquinas de F1 deben usar el combustible limitado con cuidado para poder terminar una carrera. Las carreras no se pueden ganar conduciendo despacio, por lo que el pequeño hilo de combustible debe convertirse de manera eficiente en potencia. Para ganar en las carreras de F1, el motor debe ser eficiente en combustible y potente, y los dos sistemas de recuperación de energía deben utilizarse con prudencia.

Cada gota de gasolina debe producir la máxima potencia, y las máquinas deben tener la velocidad absoluta que se espera de un F1 Racing. Estas tecnologías del desarrollo de unidades de potencia de F1 serán valiosas para los autos de producción del futuro.

Componentes de la unidad de potencia

Batería

Los dispositivos de almacenamiento de energía (baterías) se utilizan para almacenar energía que de otro modo se perdería. Las regulaciones limitan el tamaño de la batería a entre 20 y 25 kg , para evitar costes de desarrollo excesivos. Las tecnologías de control y desarrollo de baterías obtenidas a través del desarrollo de F1 también serán beneficiosas para la producción de automóviles híbridos en el futuro.

unidad de control ERS

La unidad de control ERS (Sistema de recuperación de energía) es una computadora que controla cómo se usa la energía en la unidad de potencia. Es el cerebro de la unidad de potencia, y suel software determina qué tan bien funcionan el motor y dos MGUbajo constante y rápidamente cambiante entorno y condiciones de conducción.

La batería funciona con corriente continua (CC), a diferencia de la MGU-K y la MGU-H que funcionan con corriente alterna (CA). La unidad de control ERS incluye convertidores CA/CC y CC/CA para convertir la electricidad entre la batería y MGU-K / MGU-H. Lo más probable es que las tecnologías desarrolladas para la eficiencia de conversión y la gestión del calor encuentren su camino hacia la producción de automóviles híbridos.

MGU-K

El MGU-K convierte la energía cinética de desaceleración en energía eléctrica, funcionando de manera similar a las unidades de motor/generador en los automóviles híbridos convencionales. Las revoluciones máximas están limitadas a 50.000 rpm y la salida a 120 kW. Al alimentar la máquina de F1 mediante el uso de energía eléctrica almacenada en la batería, el MGU-K agrega 157 hp a los 592 hp del motor. El MGU-K por sí solo produce más potencia que el motor combinado y la potencia del motor del Fit Hybrid de 103 kW.

La energía eléctrica que carga la batería desde el MGU-K está limitada a 2 MJ (megajulios) por vuelta, y la energía máxima utilizada por la batería para alimentar el MGU-K está limitada a 4 MJ por vuelta.

MGU-H

El MGU-H convierte la energía térmica de los gases de escape en energía eléctrica y aún no se ha utilizado en automóviles híbridos convencionales. Las tecnologías MGU-H desarrolladas en las carreras de F1 pueden llegar a la producción de automóviles en el futuro.

A diferencia de la MGU-K, las regulaciones de la F1 no imponen restricciones de uso de energía a la MGU-H. La electricidad generada por el MGU-H puede alimentarse directamente al MGU-K, eludiendo efectivamente las restricciones del MGU-K y aprovechando los 157 hp completos, destacando la importancia de desarrollar un sistema para utilizar completamente el MGU-H. La nueva unidad de potencia F1 depende en gran medida de la eficacia con la que se desempeñe el MGU-H.

Motor de combustión interna

El motor V8 de aspiración normal de 2.4 litros de 2013 fue reemplazado bajo las nuevas regulaciones de 2014 con un motor turbo V6 de 1.6 litros con inyección directa de combustible. El motor es un tercio más pequeño y tiene dos cilindros menos, siguiendo la tendencia mundial de reducción de tamaño.

Con una cilindrada más pequeña y menos cilindros, el motor por sí solo no puede ser tan potente como antes. Los dispositivos de inducción forzada, como los turbocompresores, permiten que el motor sea más compacto y produzca la misma potencia que antes. El objetivo de la reducción del tamaño del motor es reducir el tamaño del motor y aumentar la eficiencia del combustible mientras se produce la misma potencia que un motor de aspiración normal más grande. Los motores turboalimentados se pueden construir más pequeños, con una mayor eficiencia de combustible.

Hasta 2013, los motores de F1 estaban limitados a 18 000 rpm, pero a partir de 2014, el límite de revoluciones se reduce a 15 000 rpm, con el flujo máximo de combustible limitado a 10 500 rpm.

La producción aumenta proporcionalmente con la cantidad de combustible quemado, por lo que las revoluciones más altas queman más combustible y aumentan la producción en menos tiempo. Al limitar el flujo máximo de combustible a 10 500 rpm, solo está disponible la misma cantidad de flujo de combustible a revoluciones más altas, lo que aumenta la resistencia mecánica y disminuye las ventajas de acelerar más.

Los motores de F1 del pasado fueron diseñados para mantener revoluciones más altas para generar un mayor rendimiento, pero las nuevas restricciones cambian el enfoque hacia el diseño de motores que usan la energía de manera más eficiente.

turbocompresor

Las regulaciones de F1 de 2014 reintrodujeron los motores turboalimentados, una forma de inducción forzada, para aumentar la eficiencia térmica. Los turbocompresores se permitieron en las carreras de F1 en la década de 1980 y, en 1988, los motores turboalimentados de Honda ganaron 15 de los 16 grandes premios. Los motores turboalimentados se prohibieron al año siguiente, en 1989, pero después de 25 años se ha vuelto a introducir.

El turbocargador, un dispositivo para utilizar de manera eficiente la energía de escape del motor, se compone de una turbina y un compresor sostenidos por cojinetes en el mismo eje. La energía de los gases de escape hace girar la turbina que acciona el compresor, que a su vez comprime y aumenta el aire alimentado a la cámara de combustión del motor, lo que permite una mayor combustión y un mayor rendimiento. Los motores V6 turboalimentados convencionales generalmente están equipados con dos turbocompresores, pero Las regulaciones de F1 limitan el motor a un turbocompresor , requiriendo poder para ser encontrado por otros medios.

Flujo de energía en condiciones de carrera

¿Cómo fluye la energía dentro de la unidad de potencia? Dependiendo de lo que esté haciendo la máquina de F1 en la pista, la energía se recupera o se utiliza para ayudar al motor.

Frenado

El flujo de energía es similar al de un automóvil híbrido convencional: el MGU-K recupera (o genera electricidad a partir de) parte de la energía cinética perdida cuando la máquina de F1 frena y almacena la electricidad en la batería. La potencia máxima del MGU-K es de 120 kW y la cantidad de energía que se permite almacenar es de 2 MJ por vuelta, por lo que la máquina de F1 necesita frenar durante unos 16,7 segundos por vuelta para alcanzar esta carga máxima .

Aceleración en las curvas (usando MGU-K)

La máquina F1 puede acelerar más rápido al salir de las curvas al agregar la salida del MGU-K a la salida del motor.

Aceleración en las curvas (resolviendo el turbo lag)

Cuando los automóviles turboalimentados desaceleran, el caudal de los gases de escape disminuye, lo que retrasa el funcionamiento de la turbina y, por lo tanto, la aceleración requiere tiempo adicional. Este pequeño lapso de tiempo se llama “Turbo Lag”. El MGU-H resuelve este problema utilizando un motor para alimentar el compresor, sin necesidad de que la turbina espere los gases de escape. .

Aceleración total (con asistencia eléctrica MGU-K y MGU-H)

El turbocargador usa su compresor para enviar aire comprimido al motor. Bajo aceleración máxima, la energía de escape alimentada a la turbina puede aumentar hasta un punto donde excede la cantidad de aire que el compresor puede manejar para alimentar el motor.

El MGU-H convierte el exceso de energía de escape en electricidad, que luego envía al MGU-K. No hay reglas sobre cuánta electricidad puede generar el MGU-H , por lo que la salida del MGU-K se puede agregar a la salida del motor sin preocuparse por las reglas sobre la cantidad de electricidad que la batería puede cargar o descargar. La energía de escape no utilizada se puede utilizar de manera eficiente para acelerar más rápido.

Con una aceleración máxima en las curvas, la batería también puede enviar electricidad al MGU-K. De esta forma, se puede lograr la máxima aceleración a la potencia máxima permitida para el MGU-K, a 120 kW. .