Bộ động cơ Honda: “sách giáo khoa” của Công thức 1 hiện đại (P1)

Red Bull đã giành chức vô địch thế giới F1 năm 2022 với sự xuất sắc của Max Verstappen. Thành công đó là nhờ vào công sức mà Adrian Newey và đội ngũ của ông đã dành cho chiếc RB18, cùng với tài năng của tay đua người Hà Lan và đội ngũ của đội trưởng Christian Horner tại nhà máy.

Tuy nhiên, bộ động cơ (power unit) cũng là một yếu tố rất quan trọng đối với đội đua đến từ nước Áo. Động cơ được sử dụng trên chiếc RB18 được biết đến với cái tên chính thức là Red Bull Powertrain (RBPT), và là bộ động cơ được phát triển hoàn toàn bởi Honda.

Quá trình tạo nên bộ động cơ được giám sát bởi các kỹ thuật viên người Nhật Bản. Nhiều người trong số họ cũng đã chuyển đến Milton Keynes (Anh) để nghiên cứu bộ động cơ chính thức đầu tiên của RBPT vào năm 2026.

Vì vậy, không phải ngẫu nhiên mà Honda quyết định tiếp tục gắn tên mình lên cỗ máy RB19 trong năm nay.

1. Công cuộc cải thiện công suất động cơ của Newey và Red Bull

Một trong những hạn chế lớn nhất của Red Bull là chưa thể “đứng lên” với tư cách một đội độc lập, mà họ luôn phụ thuộc vào nhà cung cấp động cơ bên ngoài. Trong kỷ nguyên hiện đại của F1, việc tách biệt thiết kế của một chiếc xe khỏi bộ động cơ ngày càng trở nên khó khăn hơn.

Hywel Thomas – Giám đốc điều hành của Mercedes-AMG HPP (bộ phận động cơ) cho biết: “Khi chúng tôi giải quyết những vấn đề của mùa giải trước, vấn đề trong sự kết nối giữa bộ động cơ và khung xe trở nên rõ ràng hơn. Hai thành tố lớn này không thể phát triển riêng biệt được nữa.”

Câu chuyện này trở nên quan trọng hơn kể từ khi bắt đầu kỷ nguyên hybrid và sự thống trị của Mercedes. Tại thời điểm đó, rõ ràng là Renault đã trở thành “rào cản” của Red Bull, vì nhà sản xuất đến từ Pháp chưa bao giờ có thể bắt kịp đẳng cấp của động cơ từ đội đua nước Đức.

Chênh lệch thể hiện rõ ràng về mặt mã lực khi so với Ferrari và Mercedes – đội đua đã đạt được những thành tựu đồ sộ với “Mũi tên Bạc”. Sự bất lợi đã ngăn cản Red Bull cạnh tranh chức vô địch trong nhiều năm liền.

Sau đó, mối quan hệ hợp tác giữa Red Bull và Renault đã kết thúc đột ngột, và họ đã lên kế hoạch cho sự hợp tác với Honda.

Đội trưởng Christian Horner và đội ngũ của ông đã nhìn thấy tiềm năng hợp tác với Honda, khi mà nhà sản xuất từ Nhật Bản sẵn sàng thiết kế các bộ động cơ dành riêng cho Red Bull. Đây chính là cơ hội tốt nhất để Adrian Newey thực hiện ý tưởng của mình mà không cần có nhiều điều chỉnh khác.

2. Buồng đốt là bước đầu tiên trong mục tiêu bám đuổi Mercedes và Ferrari

Bắt đầu vào năm 2019, hành trình này sau đó đã giúp Red Bull giành được hai chức vô địch tay đua và một chức vô địch đội đua. Những thành tựu này đặc biệt có ý nghĩa nếu xét đến những khó khăn ban đầu mà Honda phải trải qua.

Red Bull và Honda đã chứng minh rằng sự hợp tác của họ có khả năng vượt qua Mercedes bằng một chương trình phát triển có mục tiêu – đi từ vị trí cuối cùng trên đoàn đua đến việc trở thành “sách tham khảo” cho các đội khác.

Nhìn chung, bộ động cơ cho chiếc RB18 có tiềm năng toàn diện nhất vào năm ngoái, trong khi các đối thủ của họ (Ferrari, Mercedes, Renault) vẫn còn thiếu đi sức mạnh và độ bền.

Chiến lược của Honda vào năm 2015 là cung cấp động cơ nhỏ gọn chiếm ít không gian nhất có thể, tuy nhiên đây là một giải pháp không hợp lý. Sau mùa giải F1 2015 và F1 2016 đầy thất vọng, Honda đã thay đổi cách bố trí máy phát điện nhiệt năng (MGU-H), turbo và máy nén tăng áp vào năm 2017. Đây là lúc Honda áp dụng hệ thống TJI với buồng đốt sớm và buồng đốt nhanh.

Theo đó, một lượng nhỏ hỗn hợp rất giàu nhiên liệu sẽ bốc cháy trong buồng đốt phụ, nơi ngăn cách rõ ràng giữa bugi xông và kim phun với phần còn lại của buồng đốt. Khi đi vào buồng đốt, lượng nhỏ phần hỗn hợp còn lại sẽ có ích cho việc tiết kiệm năng lượng, vì F1 có giới hạn tiêu thụ nhiên liệu là 110 kg.

Các lỗ nhỏ tách phần buồng đốt phụ ra khỏi buồng đốt, cho phép phần lớn hỗn hợp đốt cháy với hỗn hợp nhiên liệu loãng để tăng tốc độ truyền tia lửa.

Tại GP Nga 2018, Honda đã giới thiệu một bước phát triển quan trọng và vô cùng hiệu quả của quá trình đốt cháy nhanh này lên đường đua. Nhờ hình dạng cụ thể của họng nạp vào buồng đốt, người Nhật đã giám sát và nhận thấy các điểm công suất lớn nhất.

Tuy nhiên, quá trình cháy diễn ra không ổn định. Nó đòi hỏi cần có một loại nhiên liệu tối ưu hóa để tạo ra sự ổn định. Loại nhiên liệu này đã được ExxonMobil phát triển nhanh chóng và sau đó sản xuất trong vài tuần. Nhờ vậy, gã khổng lồ Nhật Bản đã đạt được những tiến bộ chưa từng thấy trong suốt ba năm trước đó.

Tuy nhiên, việc gia tăng công suất bổ sung đã làm tăng áp lực (ứng suất) và độ mài mòn cho động cơ, đến mức Honda chỉ có thể giải quyết vấn đề này vào năm 2020 nhờ một lớp phủ đặc biệt trên ống lót xi lanh (được sản xuất tại nhà máy Kumamoto, Nhật Bản).

Từ đó, thuật ngữ “phủ Kumamoto” bắt đầu xuất hiện. Kỹ thuật chế tạo này làm giảm đáng kể độ mài mòn của xi lanh và tăng độ ổn định, đồng thời tăng hiệu quả của quá trình đốt cháy.

3. Giải pháp tối ưu bộ làm mát khí nạp (Charge Air cooler)

Kể từ khi trở lại Công thức 1, Honda đã phát triển đáng kể bộ động cơ của mình, đồng thời thay đổi triết lý thiết kế nhiều lần.

Sứ mệnh trở lại vị trí dẫn đầu rất gian khổ, nhưng cuối cùng, Honda đã tìm ra được công thức đúng – đến mức các đối thủ trên đường đua hiện tại phải nghiên cứu giải pháp của họ.

Trong đó có một giải pháp được gọi là bộ làm mát Charge Air 2, được giới thiệu trên bộ động cơ năm 2021. Trong kỷ nguyên hybrid, việc duy trì năng lượng trong chu trình nhiệt càng lâu càng tốt cũng quan trọng không kém việc tận dụng tối đa năng lượng có sẵn từ nhiên liệu đặt trong buồng đốt. Kết quả là CAC2 (Charge Air cooler 2) ra đời nhằm giải quyết vấn đề phục hồi tổn thất năng lượng bởi máy nén.

Trong bộ động cơ tiêu chuẩn có một van gọi là Pop Off Valve (van xả gắn với cổ hút), có chức năng bảo vệ tính toàn vẹn của máy nén, giúp thoát áp suất dư thừa.

Với Honda (cũng như Ferrari và Mercedes), động cơ của họ có một đường ống nhỏ mang áp suất dư thừa về phía ống xả, cho phép tua bin quay lâu hơn. Điều này đặc biệt hữu ích trong giai đoạn tăng tốc khi áp suất nén ở mức tối đa.

Bên cạnh đó, CAC2 còn có thể làm giảm độ trễ tăng áp. Nhờ tính năng này, Honda đã tăng khả năng thu hồi năng lượng lên khoảng 10% nhờ ít sử dụng máy phát MGU-H hơn (để giảm độ trễ tăng áp).

Còn tiếp…