Гибридный силовой агрегат Honda RA6 Series — это серия 1,6-литровых гибридных гоночных двигателей V6 с турбонаддувом , которые оснащены как электродвигателем рекуперации кинетической энергии (MGU-K), напрямую соединенным с коленчатым валом, так и электродвигателем рекуперации тепловой энергии (MGU-H), присоединенным через общий вал к узлу турбонагнетателя. Разработаны и производятся Honda Motor Company (и впоследствии под их организацией Honda Racing Corporation с 2022 года) для использования в Формуле-1 . Двигатели используются с сезона Формулы-1 2015 года , первоначально ими управляла недавно воссозданная тогда заводская команда McLaren Honda . [1] За годы разработки выходная мощность силового агрегата была увеличена примерно с 760 до более чем 1000 лошадиных сил при использовании того же количества топлива, что предписано действующими техническими правилами (ограничение массового расхода топлива 100 кг в час). В число команд, использовавших эти двигатели на протяжении многих лет, входят McLaren , Scuderia Toro Rosso , Scuderia Alpha Tauri , RB Formula One Team , Red Bull Racing .
*Заморозка разработки двигателя была введена с 2022 года в целях сокращения расходов. Технические характеристики силовых агрегатов, установленных на автомобилях в первой сессии сезона 2022 года, были затем зафиксированы до конца сезона 2025 года, и никакие улучшения производительности не могли быть введены. Однако производителям разрешено вносить улучшения надежности во время заморозки.
** Оценки выходных данных системы являются окончательными показаниями на конец сезона.
Правила гибридных двигателей Формулы-1, введенные в 2014 году, побудили Honda вернуться в качестве поставщика двигателей из-за сложных технических задач и экологически ориентированного направления. Планируя войти в сезон 2016 года в партнерстве с McLaren, тогдашний генеральный директор McLaren Рон Деннис настаивал на том, чтобы Honda ускорила свой дебют в сезоне 2015 года, поскольку их текущий контракт с Mercedes истекал. Honda решила принять раннее участие, полагая, что они хорошо движутся к своей цели с концепцией Power Unit. [2]
Вступив в Формулу-1 в сезоне 2015 года, на год раньше, чем изначально планировалось, и испытывая трудности в течение первых нескольких лет в отношении производительности и надежности, в первую очередь из-за недооценки технических проблем и отсутствия в мире Формулы-1 более 7 лет, гибридный двигатель Honda V6 испытал стратосферный рост развития, начав как ненадежную и недостаточно мощную конструкцию, чтобы стать победителем чемпионата мира. Став первым производителем, выигравшим гонку Формулы-1 с двумя разными командами в эпоху гибридов V6, а также среди многих других крупных конструкторов и гонщиков рекордов F1 . В частности, Макс Ферстаппен и Red Bull Racing , с рекордными 19 победами в чемпионате мира Формулы-1 2023 года , побив свой собственный рекорд в 15 годом ранее, который сам побил предыдущий рекорд, установленный McLaren Honda в 1980-х годах. [3]
RA615H был первым проектом Honda для использования в эпоху гибридных двигателей V6 F1, дебютировав в сезоне Формулы-1 2015 года, устанавливаемым на McLaren MP4-30 . Он был весьма уникальным по сравнению с проектами конкурентов Renault, Mercedes и Ferrari, которые уже представили силовые агрегаты в предыдущем сезоне, и поэтому Honda посчитала, что ее лучшим шансом наверстать упущенное время разработки будет действовать агрессивно и радикально.
Основными моментами фокусировки блока, по просьбе McLaren , были чрезвычайно компактные размеры и высокая рабочая температура, которые могли работать с пониженными требованиями к охлаждению, что способствовало достижению аэродинамических характеристик и целевых показателей центра тяжести. [4] Турбокомпрессорный узел блока представлял собой компактную, но сложную конструкцию осевого компрессора с MGU-H, установленным между корпусами турбины и компрессора, все они были смонтированы внутри V-образного развала двигателя в целом. Это позволило значительно укоротить двигатель по сравнению с концепциями Renault, Ferrari и Mercedes, в соответствии с которыми их компрессорные узлы выступали с обоих концов блока в различных форматах. Система впуска, которая включает впуск, фильтры, впускной коллектор и переменные впускные направляющие, были небольшими и богато украшенными по конструкции, чтобы соответствовать узким размерам кузова. Это сделало всю систему компактной, но также очень сложной. Выпускной коллектор имел небольшую конструкцию типа «бревно» (где одна труба размещала порты для каждого цилиндра на каждом ряду), это было очень выгодно для требований к компоновке и позволяло значительно более узкую конструкцию кузова. [5] Результатом стал двигатель, который оказался самым маленьким на рынке, за что получил прозвище «Нулевой размер» от McLaren, поскольку он давал им свободу действий в плане агрессивной аэродинамики кузова, что привело к чрезвычайно плотной компоновке и эффективной конструкции кузова с целью добиться значительного преимущества в этой области по сравнению с конкурентами. [6]
После первого публичного дебюта в MP4-30 на предсезонных испытаниях 2015 года в Хересе начали циркулировать слухи о том, что двигатель был крайне ненадежен, потреблял много топлива и имел значительно меньшую мощность. Это стало очевидным из-за очень ограниченного количества цепей, которые McLaren Honda могла использовать из-за различных проблем с двигателем. Было быстро обнаружено, что хотя компактный характер узла турбокомпрессора был выгоден для компоновки, он оказался значительно меньше по размеру и, как таковой, имел плохие возможности сжатия воздуха, что привело к значительному снижению мощности и эффективности сгорания . Система впуска, хотя и была компактной, ее сложность и компромисс в идеальной форме, ориентации и размере также оказались слишком пагубными для производительности и надежности. Все это имело дополнительные негативные последствия для гибридной энергетической стороны силового агрегата, имея плохие возможности регенерации. Отсутствие у Honda опыта в программировании и управлении таким сложным силовым агрегатом сделало выявление конкретных проблем сложным и отнимающим много времени. Кроме того, компактность всей концепции серьезно затрудняла управление тепловым режимом и вибрацией двигателя, что часто приводило к перегреву различных компонентов, в частности MGU-H, с неконтролируемыми резонансами и вибрацией, что приводило к постоянным отказам гибридной системы и окончательному повреждению двигателя.
Honda утверждала, что это были ранние проблемы начального периода, обнаруженные только после установки двигателя на движущееся шасси под гоночными нагрузками в первый раз, и они быстро с ними разобрались. Однако по мере того, как сезон прогрессировал, проблемы с надежностью и способностью даже завершить гоночную дистанцию стали такой проблемой, что двигатели, уже работавшие на пониженной мощности, приходилось запускать в режиме пониженной мощности, чтобы снизить тепловую нагрузку в попытке увеличить долговечность, это серьезно ухудшало общие характеристики автомобиля по сравнению с конкурентами. Ограничительная система «токенов разработки», которую F1 использовала в то время, значительно замедлила разработку, ограничив то, какие разработки можно было продвигать в сезоне в любой момент времени, что приводило к более длительным неудачам. Недостаток опыта и данных Honda с новыми правилами, фундаментальные проблемы с концепцией двигателя «Size Zero», а также, по собственному признанию, слишком ранний вход в чемпионат были причинами, названными самой Honda для вялой производительности.
RA616H дебютировал в гонках на McLaren MP4-31 в сезоне Формулы-1 2016 года . Этот двигатель, по-прежнему в значительной степени следующий концепции «Size Zero» RA615H, претерпел значительные изменения в стремлении увеличить как мощность, так и надежность. После переговоров с McLaren было решено выделить больше места для силового агрегата, поэтому двигатель значительно увеличился в размерах. Вся система впуска была переработана и поднята выше, что позволило поднять их «внутри V-образный» компрессорный узел выше, что дало больше места для более крупной версии, это обеспечило большую мощность, а также улучшило регенерацию тепла для гибридной системы, хотя по-прежнему ограничивалось установкой внутри V-образного развала двигателя. Новый более высокий впускной коллектор имел больше места, поэтому были разработаны более крупные и более совершенные впускные каналы для лучшей подачи питания в двигатель и могли быть немного упрощены, поэтому надежность системы переменного впуска возросла. Выпускной коллектор был полностью переработан с отдельными каналами одинаковой длины, которые были больше, но гораздо более эффективными. MGU-K имел более новую, более эффективную сборку магнитов, которая улучшила регенерацию батареи. MGU-H также имел переработанные магниты, которые были намного более термостойкими, что помогло улучшить проблемы надежности. [7]
В целом, Honda внесла столько изменений в двигатель, сколько позволяло положение о «разработке жетона», все еще налагаемое Формулой-1. Honda ясно дала понять, что они знают о фундаментальных ограничениях конструкции, которые есть у текущей концепции силового агрегата, но для надлежащего решения этих проблем необходимо будет внести изменения в систему жетонов, чтобы обеспечить более высокую скорость разработки в течение сезона.
Двигатель оказался намного более надежным, и McLaren провела гораздо лучший сезон, страдая от меньшего количества отказов, связанных с двигателем, и, хотя все еще отставая, была более конкурентоспособной с точки зрения чистой мощности. Однако все еще были обнаружены фундаментальные проблемы, с надежностью MGU-H, хотя и улучшенной, но все еще далекой от приемлемого уровня как для McLaren, так и для Honda. Двигатель был усовершенствован еще больше в течение сезона, чтобы попытаться извлечь как можно больше потенциала из текущей архитектуры, и, помимо достижения относительно стабильной и надежной точки к концу сезона, Honda считала, что текущая архитектура достигла своего предела и потребует радикальных изменений для движения вперед.
После того, как новичок Honda и некоторые другие производители столкнулись с проблемами по сравнению с лидерами в своем классе Mercedes, F1 объявила об отмене системы токенов на разработку с сезона 2017 года, что позволит значительно ускорить разработку силовых установок в надежде на то, что конкуренция начнет выравниваться.
RA617H дебютировал в гонках в сезоне Формулы-1 2017 года, устанавливая на McLaren MCL32 . С отменой системы токенов на разработку Honda решила внести радикальные изменения, больше не ограничиваясь системой токенов. Результатом стал RA617H, совершенно новый дизайн, наиболее заметным изменением которого стала переработанная установка турбонагнетателя/MGU-H. Новая конструкция теперь разделяла корпус компрессора и турбины и устанавливала каждую половину на обоих концах блока цилиндров, выступая из V-образного развала. MGU-H оставался в центре V-образного развала, и вся сборка была соединена одним валом. Это увеличило длину двигателя, однако также позволило значительно снизить установку турбонагнетателя/MGU-H и значительно увеличить размер компрессора и турбины (больше не ограниченную физически углом наклона в пределах V-образного развала), что затем позволило также значительно снизить расположенную выше систему впуска, что привело к значительному снижению высоты двигателя со значительно улучшенным центром тяжести. Его конструкция была полностью переработана, пересмотрев ориентацию переменных бегунов на продольное положение, тогда как ранее они были горизонтально расположены напротив друг друга. Это значительно улучшило диапазон расширения, который они могли использовать, что улучшило производительность в гораздо более широком диапазоне оборотов, а также упростило систему, что повысило надежность. В ходе обсуждения с McLaren положение зубчатой передачи MGU-K было изменено на противоположное с новой структурой и теперь было установлено дальше вперед на PU, чтобы лучше соответствовать компоновке и аэродинамическому дизайну кузова, к которому стремилась McLaren, это также обеспечило снижение веса и повышенную надежность. MGU-H был значительно переработан вместе с новой системой компрессора, теперь в нем размещены более производительные магниты для улучшения поля потока, что улучшило производительность регенерации батареи. Система сгорания также была полностью переработана, теперь она использует экспериментальную систему, известную как зажигание с турбулентной струей или предкамерное зажигание, что значительно увеличило потенциал мощности и эффективности, наряду с различными другими внутренними изменениями материалов. Все эти новые технологии, внедряемые в один двигатель, означали, что Honda признала, что весь блок был настолько экспериментальным, что это был «высокорискованный» шаг, и потребовалось бы время, чтобы полностью реализовать потенциал нескольких аспектов, но они верили, что в конечном итоге он обеспечит гораздо большую производительность. [8]
Когда начались предсезонные испытания в Каталонии в Испании, были обнаружены фундаментальные проблемы с силовым агрегатом. Масляный бак, который ранее был установлен в передней части двигателя, теперь был физически заблокирован новым положением компрессора и, как таковой, был перепроектирован с неортодоксальной формой, окружающей компрессор, который после первоначального запуска в новом McLaren MCL32 и впервые подвергся воздействию таких высоких нагрузок G, как было обнаружено, приводил к тому, что поток масла становился непредсказуемым и ограниченным, при этом двигатель часто терял давление масла в ситуациях с высокой нагрузкой. Honda быстро определила проблему и приступила к работе над созданием нового бака для борьбы с этим, однако он был готов только на второй неделе испытаний. Причиной, выдвинутой для решения проблемы, были неправильные оценки гидродинамического моделирования боковых нагрузок, которые будут создавать автомобильные правила 2017 года, которые были намного выше ожидаемых. В то же время временной мерой противодействия было переполнение масляного бака, чтобы обеспечить постоянную доступность потока, однако это имело свои собственные проблемы, часто переливая во впускную систему и повреждая другие компоненты. Это значительно ухудшило работу и затруднило завершение программ испытаний как нового двигателя, так и нового шасси. [9] На второй неделе предсезонных испытаний и установки пересмотренного масляного бака были обнаружены другие проблемы. Опять же, беспрецедентные силы от нового автомобиля 2017 года, передаваемые через силовой агрегат, который действует как напряженный элемент автомобиля, также вызывали экстремальные вибрации трансмиссии, которые вызывали различные вспомогательные отказы и, что еще более огорчительно, постоянный катастрофический отказ вала турбонаддува/MGU-H. Конструкция корпуса MGU-H для RA617H предполагала, что он был отлит как часть блока цилиндров в целях повышения прочности, однако это решение при неисправности часто приводило к необратимому повреждению и ДВС. [10] Во время испытаний возникло так много проблем с силовыми агрегатами, что McLaren Honda пришлось бесконечно менять целые силовые агрегаты вместо того, чтобы выявлять и устранять неполадки в попытке проехать как можно больше километров на автомобиле, чтобы можно было провести испытания шасси.
В течение сезона двигатель претерпел множество серьезных отказов. Honda признала, что ей потребовалось больше времени, чем она надеялась, чтобы понять, как управлять новым двигателем, или придумать жизнеспособное долгосрочное решение для проблем с вибрацией и балансировкой вала, разрушающих MGU-H. Теперь двигатель работал в состоянии настройки, которое производило меньше мощности, чем RA616H, который он заменил в прошлом году из-за проблем с надежностью, и даже при постоянных обновлениях, предоставляемых в течение сезона, прогресс изначально был медленным. Это запятнало отношения между Honda и McLaren, поскольку обе стороны публично выражали недовольство друг другом. Силовой агрегат в конечном итоге начал показывать признаки прогресса во второй половине сезона, поскольку Honda внесла бесчисленные обновления в систему зажигания предварительной камеры с различным количеством и размерами сопел жиклеров, чтобы лучше понять ее работу, а также различные другие улучшения связанных систем, и, наконец, надежность начала заметно улучшаться, и Honda смогла снова увеличить мощность до такой степени, что она производила больше мощности, чем RA616H, который она заменила.
RA618H был разработан для сезона Формулы-1 2018 года и стал первым двигателем Honda, установленным на Scuderia Toro Rosso в STR13 . Это была гораздо более зрелая разработка новой архитектуры Honda, представленной в RA617H годом ранее.
Силовой агрегат выиграл от того, что Toro Rosso была значительно более снисходительна к требованиям к размерам двигателей, чем McLaren, поскольку команда попросила Honda построить двигатель так, как они считали нужным, и они построили автомобиль вокруг него. Сразу же двигатель стал значительно надежнее, чем RA617H, и за весь сезон произошло всего три отказа, связанных с двигателем. Проблемный MGU-H был полностью переработан с участием аэрокосмического подразделения HondaJet, предоставившего свой значительный опыт в проектировании точных турбовентиляторных двигателей. Вал MGU-H и прикрепленные к нему турбины вращаются со скоростью до предельно допустимой скорости 125 000 об/мин, а благодаря уникальной конструкции узла разделенной турбины получение такого длинного вала, идеально сбалансированного на таких высоких скоростях вращения, имело первостепенное значение для надежности узла. Таким образом, размер и форма вала были полностью изменены, его подшипники улучшены и получили совершенно новый структурный механизм поддержки, который в значительной степени устранил проблемы резонанса/вибрации, которые повлияли на предыдущую итерацию. Ротор MGU-H был полностью переработан и теперь размещен в герметичной камере ротора, что еще больше повысило производительность и надежность, а также получил усовершенствованные магниты для повышения производительности. [4]
Теперь, имея больше места на автомобиле, доступного для работы, воздухозаборная воронка была увеличена и сформирована более оптимально для улучшения потока воздуха в двигатель, выпускной коллектор был дополнительно оптимизирован и направлен по-другому, чтобы соответствовать кузову STR13, при этом получив чистое улучшение производительности, система охлаждения, разработанная для использования в STR13, была существенно более эффективной, двигатель получил структурные усиления и материальные изменения, чтобы лучше справляться с силами, испытываемыми автомобилями нового поколения, и, как следствие, силовой агрегат немного увеличился в весе, хотя по-прежнему оставался самым легким из всех. MGU-K имел модифицированную опорную конструкцию подшипника для повышения надежности, а также получил более эффективные электромагниты. [11]
Во время Гран-при Канады Honda представила версию силового агрегата «Spec 2», которая состояла из изменений в ДВС и системе сгорания, исключительно в погоне за производительностью. Двигатель показал заметный скачок вперед в мощности, и именно этот силовой агрегат, как полагают, вывел Honda вперед конкурента Renault по производительности и надежности. [12] Этот прирост производительности, крутая кривая и траектория развития, инвестиции в свои объекты и стремление к победе были достаточными, чтобы убедить Red Bull Racing подписать контракт с Honda в качестве поставщика силовых агрегатов с сезона 2019 года, чтобы заменить Renault. [13]
Во время исследований и испытаний в 2018 году в штаб-квартире HRD в Сакуре инженеры Honda, запуская прототип двигателя 2019 года на динамометре, заметили явление сгорания, при котором давление в цилиндрах и выходная мощность на мгновение резко возрастали, а затем снова исчезали. Это происходило несколько раз, прежде чем было обнаружено, что это было связано с несоответствием определенных деталей спецификации, установленных на тестовых двигателях. Это привело к тому, что Honda внедрила значительно улучшенный процесс проверки качества, но также побудило меньшую команду инженеров глубже изучить это явление.
Red Bull Racing также попросила Honda вывести на трассу как можно больше обновлений своих двигателей, независимо от штрафов, понесенных принадлежащей Red Bull Scuderia Toro Rosso, если она ускорит разработку в рамках подготовки к сезону 2019 года. Результатом стал тестовый двигатель «Spec 3», который дебютировал на Гран-при России 2018 года. Этот двигатель был прототипом нового типа процесса сгорания, обнаруженного на динамометрических стендах в Сакуре после проведения дополнительных исследований и разработок для понимания этого явления. Названный Honda «быстрым сгоранием», это процесс, в котором при определенных условиях происходит значительно более полное, но интенсивное сгорание, что радикально повышает выходную мощность и эффективность двигателя. [14]
В обычном двигателе используется «горение с распространением пламени», когда фронт пламени в камере сгорания начинается у электрода свечи зажигания и распространяется наружу к стенкам цилиндра. Однако для полного распространения требуется время, поэтому оптимальный момент зажигания определяется скоростью этого распространения, так что пик события сгорания происходит в наиболее оптимальном положении поршня во время рабочего хода для приложения максимальной силы к коленчатому валу. Поскольку для завершения этого события требуется время, не вся высвобождаемая энергия происходит в этой оптимальной точке, поэтому максимальный рабочий потенциал теряется. Например, момент зажигания обычно устанавливается для возникновения искры, когда поршень все еще движется вверх, поскольку это позволит пику события сгорания произойти в оптимальном положении поршня (точно в момент начала его хода вниз) для максимальной работы/мощности, оказываемой на коленчатый вал. Однако при таком опережении (слишком раннее возникновение искры) для компенсации времени сгорания может возникнуть ситуация, когда сгорание изначально будет работать против движения поршня или возникнет преждевременное зажигание (детонация раньше положенного времени), что вызовет детонацию и нагрузку на систему, а также может снизить мощность.
С этим новым процессом сгорания («быстрое сгорание»), такие условия, как степень сжатия и воздушно-топливная смесь, оптимизируются, так что пламя равномерно генерируется по окружности камеры сгорания, где самовоспламенение инициируется ударом давления от струйного пламени, выпущенного из отверстий предкамеры. В то время как струйное пламя распространяется по окружности от центра камеры сгорания, другое пламя распространяется от окружности к центру, поэтому сгорание происходит значительно быстрее. Это значительно увеличивает скорость горения, и поэтому гораздо большая часть высвобождаемой энергии происходит в наиболее оптимальном положении поршня во время каждого рабочего хода, это значительно увеличивает максимальную мощность и эффективность, и из-за этого увеличения скорости горения момент зажигания может быть более конкретным и оптимизированным, также удаляя это небольшое количество сгорания, работающее против поршня на ходе вверх, что еще больше увеличивает эффективность силового агрегата. Сгорание такого типа позволяет использовать гораздо более бедное, чем обычно, соотношение воздуха и топлива, которое в противном случае было бы трудно воспламенить в обычном двигателе внутреннего сгорания. Этот процесс требовал существенного увеличения степени сжатия и, хотя он был очень полезен для эффективности, его было чрезвычайно трудно контролировать, и он приводил к значительному увеличению давления в цилиндрах, что влияло на долговечность ДВС. [14]
Двигатель Spec 3 был впервые испытан на автомобиле во время тренировочных сессий на Гран-при России, и водители сообщили о существенном увеличении мощности, однако присутствовала сильная вибрация и необычное поведение переключения передач. Это было в значительной степени вызвано трудностями стабилизации нового процесса сгорания во время резких падений оборотов, возникающих во время переключения передач. После тренировочных сессий Honda переоборудовала предыдущие двигатели Spec 2 для квалификации и гонки, как и планировалось. Было обнаружено, что двигатель изначально набрал около 40-50 л. с. только с этим изменением, что было существенно больше, чем предполагалось по оценкам. Это увеличение и метод, которым оно было достигнуто, вывели двигатель за пределы его структурных конструктивных ограничений и, как следствие, потребовали дальнейшей работы над двигателем, чтобы он мог выдерживать повышенный уровень мощности, уникальный процесс сгорания и дальнейшую синхронизацию с коробкой передач Red Bull для сглаживания поведения переключения передач. Новый процесс сгорания находился в зачаточном состоянии и изначально был очень нестабильным, поэтому потребовалось больше времени на разработку, чтобы понять и усовершенствовать силовой агрегат. [15]
RA619H был первым силовым агрегатом Honda, поставленным Red Bull Racing , дебютировавшим в RB15 . Это также был первый случай, когда Honda одновременно поставляла двигатели двум командам в нынешнюю гибридную эру Формулы-1, продолжая при этом сотрудничество со Scuderia Toro Rosso , устанавливая их на STR14 .
Двигатель был дальнейшей доработкой первоначальной концепции двигателя RA617H, представленной в 2017 году. Вслед за RA618H новый двигатель имел более полную версию процесса «быстрого сгорания». Honda усовершенствовала калибровку и оборудование, чтобы лучше использовать метод сгорания, а топливный партнер ExxonMobil разработал новый тип топлива, который стабилизировал процесс как раз к гоночному дебюту. Двигатель имел улучшения по всем направлениям с усовершенствованиями систем впуска и выпуска для оптимальной компоновки при одновременном повышении производительности, MGU-K имел усовершенствованные механические компоненты для повышения надежности при работе в условиях высоких температур, электромагнитные внутренние элементы были в значительной степени перенесены с 2018 года. MGU-H имел новый статор, разработанный для работы при повышенных температурах воды с меньшим радиатором, двигатель MGU-H теперь мог работать сильнее в определенных режимах двигателя с высокой производительностью, соединительный вал был увеличен по длине для размещения нового большего компрессора, но динамика этого вала была дополнительно улучшена для обеспечения надежности.
В течение всего сезона Honda сосредоточилась на улучшении управления энергией и калибровки для улучшения управляемости и извлечения оптимальной производительности из силового агрегата в течение всего сезона. Во время Гран-при Франции Honda представила новый компрессор, который значительно увеличил эффективность компрессора за счет улучшения его аэродинамических характеристик. В то же время она обнаружила метод калибровки, позволяющий в значительной степени поддерживать целевую производительность при высоких температурах окружающей среды и высотах. Для следующей гонки они реализовали эти выводы для Гран-при Австрии, который проводится на высоте более 750 м над уровнем моря, где двигатель работал безупречно на высокой мощности при высоких температурах, когда у конкурирующих производителей возникли проблемы с охлаждением. Макс Ферстаппен выиграл эту гонку, что он приписывает постоянным усилиям Honda и готовности продолжать расширять горизонты. [16]
К этому моменту выходная мощность RA619H практически сравнялась с конкурирующим двигателем Mercedes, что стало значительным шагом вперед с момента возвращения Honda в 2015 году.
RA620H стал четвертой и последней версией архитектуры двигателя, представленной Honda в 2017 году. Он устанавливался на автомобили Red Bull Racing RB16 и Scuderia AlphaTauri AT01 в сезоне Формулы-1 2020 года .
Новый процесс сгорания, открытый в 2018 году и полностью интегрированный в RA619H 2019 года, обеспечил существенный прирост мощности и эффективности, однако, значительное увеличение давления в камере и часто нестабильная детонация при определенных условиях стоили долговечности двигателя внутреннего сгорания. Для RA620H Honda разработала новый тип поверхностного покрытия под названием «Kumamoto Plating» или «K-Plating». Этот запатентованный материал был нанесен на отверстия цилиндров и различные другие поверхности, которые подвергались высоким нагрузкам. Это резко снизило износ цилиндров при высокоскоростном сгорании и позволило Honda предпринять дальнейшие шаги по улучшению эффективности и работы этого процесса сгорания.
Текущая конструкция MGU-K и MGU-H прошла интенсивные испытания на прочность и производительность во время зимних каникул, и были определены их жесткие пределы производительности. Поэтому в 2020 году MGU-K работал жестче и менее консервативно, что давало больший крутящий момент и рекуперацию при торможении. Для MGU-H были разработаны новые, более агрессивные калибровки рекуперации и новый режим, известный как «Extra Harvest». Этот режим двигателя позволял максимально допустимую рекуперацию энергии за короткий промежуток времени, что создавало большую нагрузку на агрегат, поэтому использовался только при абсолютно оптимальном режиме. Компрессор был дополнительно увеличен для повышения эффективности двигателя, а корпус турбины теперь был напечатан на 3D-принтере (аддитивное производство) из инконеля, что позволило создавать более сложные формы, а вспомогательные устройства двигателей были дополнительно усовершенствованы для снижения паразитных потерь. Благодаря новой возможности производства компонентов аддитивным способом корпус MGU-H теперь производился этим методом, что увеличило прочность и снизило вес. Стальные поршни ДВС теперь также печатались на 3D-принтере, что позволило сделать ребра и углубления в местах, которые были невозможны при ковке и механической обработке, что еще больше увеличило прочность и снова снизило вес. [17]
В попытках найти большее повышение эффективности Honda разработала устройство под названием «Charge Air Cooler 2» или CAC2. Ранние варианты этого были представлены на двигателе 2016 года и являются основной частью фирменного «звука Honda», который силовые агрегаты издают при замедлении и переключении на пониженную передачу. CAC2 удерживает сжатый воздух, который в противном случае был бы выпущен в атмосферу, внутри системы и закачивается в камеры сгорания «неработающих» цилиндров, этот перенаправленный сжатый воздух имеет множество преимуществ, но в первую очередь он обеспечивает дополнительную движущую силу на выхлопной турбине, даже когда цилиндры не работают, это позволяет создать эффект ложного «анти-лага». Это можно использовать для раскрутки турбонагнетателя без использования мощности аккумулятора на MGU-H для приведения в действие турбонагнетателя или использовать для регенерации большего количества энергии с MGU-H в режиме регенерации для хранения в аккумуляторе, а во-вторых, этот сжатый воздух создает охлаждающий эффект внутри камеры, что увеличивает долговечность и устойчивость к детонации в процессе эксплуатации. [18]
RA620H можно рассматривать как силовой агрегат, в котором обычный консервативный подход Honda к обеспечению надежности, однажды установленный, начал меняться на агрессивный рывок, чтобы максимизировать потенциал этой архитектуры. Honda посчитала, что они, по сути, достигли этого предела в середине сезона, и начала работу над совершенно новым, с нуля разработанным дизайном, который планировалось внедрить в течение двух лет.
После первоначального начала соответствовать производительности силового агрегата Mercedes в 2019 году, шаг производительности, сделанный в 2020 году с силовым агрегатом M11 EQ Performance , даже по сравнению с собственными достижениями Honda, был существенным. Это убедило Honda ускорить разработку своего нового двигателя, который изначально планировалось дебютировать в 2022 году вместе с новыми автомобильными правилами. Позднее решение означало, что у них было всего шесть месяцев, чтобы завершить двигатель и подготовить его к гонкам в сезоне Формулы-1 2021 года . Honda признала, что это будет монументальным вызовом и сопряжено с большим количеством рисков, но считала, что это будет единственный способ обогнать Mercedes. Партнер по команде Red Bull Racing, увидев предлагаемые улучшения, которые принесет новый силовой агрегат, дал свое благословение, и, таким образом, родился RA621H, приводящий в действие Red Bull Racing RB16B и AlphaTauri AT02 . [19]
Этот двигатель был кардинальным изменением по сравнению с предыдущими итерациями, при этом вся основная архитектура ICE была переработана впервые. Расположение распределительного вала было изменено и теперь значительно более компактно, ниже и ближе друг к другу в головке цилиндра. Это изменило угол наклона клапана и форму камеры сгорания, увеличив степень сжатия ICE, понизив его центр тяжести и изменив характеристики воздушного потока. Блок цилиндров теперь был изготовлен из цельного куска нового сплава заготовки, а не из литого, что радикально увеличило прочность блоков, что позволило уменьшить шаг отверстия цилиндра, расположив цилиндры ближе друг к другу. Эти основные структурные изменения привели к значительному уменьшению общего размера двигателя по высоте, длине и ширине. В ходе обсуждения с Red Bull Racing и Alpha Tauri смещение ряда было изменено, впускной коллектор был дополнительно оптимизирован для производительности и компоновки, а выпускные коллекторы были переработаны и стали асимметричной установкой, радикально отличающейся от левого к правому ряду, чтобы улучшить настройку импульса выхлопа и лучше оптимизировать компоновку в обоих автомобилях. MGU-H имел значительно улучшенные магниты и новый изолятор, что улучшило эффективность охлаждения, а также увеличило выходную мощность и крутящий момент, а MGU-K имел пересмотренное передаточное отношение, что еще больше улучшило рекуперацию при движении накатом или торможении и общий крутящий момент при движении автомобиля, а также имел совершенно новый корпус, который был более устойчив к вибрации.
С существенно улучшенной тепловой эффективностью нового ICE пришел компромисс, сокращение отработанной энергии выхлопных газов, что отрицательно влияет на производительность турбокомпрессора и гибридной регенерации. Ключевым моментом для инженеров Honda было найти баланс в повышении эффективности ICE и выходной мощности пускового двигателя, но без потери слишком большого количества тепловой энергии выхлопных газов, что нанесло бы ущерб потенциалу регенерации для батареи. Чтобы смягчить потери, узел турбокомпрессора был пересмотрен в попытке более эффективно использовать то, что было доступно, и компрессор был снова увеличен в размере, при этом колесо компрессора имело значительные изменения в лопатках, а сама турбина также была модифицирована. [17]
Honda также впервые представила совершенно новый накопитель энергии (ES), который находился в стадии разработки с 2016 года. Целью было создание батареи, которая сочетала бы в себе улучшение энергоэффективности со значительным снижением веса. Было обнаружено, что технология, используемая в новом элементе сверхвысокой энергии батареи, представляет собой разработанную Honda ES с использованием углеродных нанотрубок (CNT), электродов элемента батареи, содержащих углеродные частицы, и электричество течет через эти частицы. Заполняя пространства между частицами углерода нанометровыми трубчатыми CNT (диаметром одна миллионная миллиметра), можно достичь чрезвычайно низкого сопротивления и позволить электричеству течь более свободно. Демонстрируя значительное снижение сопротивления и износа в течение срока службы, характеристики сбора и развертывания энергии силового агрегата существенно улучшились. Объемная выходная плотность (Вт на кг) нового ES, представленного в 12-м раунде сезона 2021 года, в 1,3 раза больше (улучшение на 130%), чем у ES, использовавшегося в 2020 и 2021 годах. Это позволило автомобилям иметь доступную гибридную энергию гораздо чаще и гораздо более быструю возможность регенерации по сравнению с остальными участниками. По сравнению с Energy Store 2015 года, даже при значительном улучшении плотности и эффективности, совершенно новый аккумулятор на 26% меньше и на 15% легче, что вносит большой вклад с точки зрения управления энергией и оптимизации характеристик вождения автомобиля. [20]
Все эти изменения привели к созданию силового агрегата, который стал значительно мощнее и надежнее, став при этом еще меньше и легче оригинального двигателя RA615H "Size-Zero" 2015 года. Это дало командам огромные преимущества, теперь они могут создавать более агрессивную компоновку кузова, что способствовало развитию аэродинамики. Силовой агрегат быстро стал лидером поля с превосходной мощностью, возможностями рекуперации энергии и выдающейся надежностью и стал ключевым фактором, позволившим Максу Ферстаппену впервые в своей истории выиграть чемпионат мира среди водителей в сезоне 2021 года.
RBPTH001 — это усовершенствованный двигатель RA621H, предназначенный для использования в чемпионате мира Формулы-1 2022 года (и впоследствии в чемпионате мира Формулы-1 2023 года ), который будет использоваться в автомобилях Red Bull Racing RB18 и AlphaTauri AT03 в 2022 году, а также в автомобилях Red Bull Racing RB19 и AlphaTauri AT04 в 2023 году. Он представляет собой последнее разрешенное изменение конструкции силового агрегата перед началом заморозки двигателей 1 марта 2022 года. [21]
После официального выхода Honda из F1 двигатели по-прежнему разрабатываются, производятся, собираются, обслуживаются и поддерживаются на трассе компанией Honda и останутся таковыми до конца сезона 2025 года, когда начнется новая эра двигателей. Honda разработала силовой агрегат RBPTH001 2022 года в своем научно-исследовательском и опытно-конструкторском центре в городе Сакура, префектура Тотиги, которым управляет гоночное дочернее предприятие Honda, HRC (Honda Racing Corporation) .
Основные разработки двигателя были направлены на то, чтобы приспособиться к использованию нового топлива E10 и связанным с ним проблемам. Конструкция молекулы этанола означает, что он имеет более низкую теплотворную способность как горючий компонент по сравнению с эквивалентным объемом бензина, что делает процесс сгорания менее эффективным и, следовательно, мощность снижается. Обычно это компенсируется сжиганием большего количества топлива (и соответствующим увеличением воздуха, обычно в форме повышенного давления наддува) для компенсации более низкой плотности энергии, однако это не вариант, поскольку правила F1 ограничивают расход топлива до 100 кг/час, поэтому для восстановления потерянного потенциала мощности двигатель необходимо будет сильнее нагрузить и сделать более термически эффективным, чтобы извлечь больше доступной топливной энергии.
Однако у этанола есть некоторые полезные характеристики, которые можно использовать. Новая топливная смесь E10 более устойчива к детонации, что позволяет двигателям работать в более напряженном состоянии при хорошем контроле, поэтому для RBPTH001, наряду со значительными улучшениями всех технологий, внедренных за последние 6 лет в силовой агрегат, результатом стала серьезная эволюция, которая сделала даже регламентированную максимальную степень сжатия 18:1 ограниченной, несмотря на то, что она была чрезвычайно высокой целью, когда Honda впервые присоединилась к F1 в 2015 году. Это, наряду с повышением номинального давления наддува, помогло повысить эффективность сгорания и снизить потери мощности, вызванные топливом с более низкой энергией, по сути, используя больше доступной энергии топлива для компенсации. Однако это значительно увеличивает нагрузку на силовой агрегат, поскольку давление в цилиндрах теперь самое высокое из всех, что были. Поэтому камера сгорания и механизм были дополнительно доработаны для соответствия новым характеристикам сгорания и топливу с более низкой калорийностью, внутренние детали нижней части были усилены, а карта опережения зажигания была полностью изменена по сравнению с двигателем 2021 года. MGU-H и турбина были перенастроены, чтобы лучше справляться с изменением плотности выхлопных газов E10, и были сделаны дополнительные уникальные внутренние изменения для снижения потерь на щели при сгорании. Этанол также имеет более высокую скрытую теплоту испарения, чем бензин, поэтому повышенное содержание этанола дало эффект охлаждения заряда, снизив температуру камеры сгорания, это преимущество позволило внести ранее упомянутые изменения и позволило Honda увеличить номинальную температуру проточной воды двигателя, это означало, что он требовал меньшего охлаждения и обеспечивал дополнительное аэродинамическое преимущество для команд, строящих автомобиль, имея возможность уменьшить размеры впускного и выпускного отверстий охлаждения. [22]
Коленчатый вал и геометрия блока цилиндров были скорректированы для обеспечения надежности при новых условиях сгорания E10, в то время как дальнейшее развитие покрытия Kumamoto от Honda было применено к отверстиям цилиндров. Полученный силовой агрегат весит немного больше, чем RA621H, только за счет усиленных внутренних компонентов. Даже столкнувшись с проблемой пониженного содержания энергии в новом топливе, двигатель 2022 года достиг более высокого значения теплового КПД, чем двигатель 2021 года. С двигателями дорожных автомобилей, достигающими от 20 до 35%, Honda достигла результата, значительно превышающего 50%, что делает RBPTH001 одним из самых мощных и эффективных бензиновых поршневых двигателей, когда-либо созданных.
RBPTH002 был разработан для использования в сезоне Формулы-1 2024 года , заменив RBPTH001, который использовался в сезонах 2022 и 2023 годов. В настоящее время используется в Red Bull Racing RB20 и Visa Cash App RB VCARB01 . С заморозкой двигателя с 2022 года разработка силового агрегата была ограничена только повышением надежности. В 2024 году Honda внесла дополнительные улучшения в RBPTH001, чтобы увеличить долговечность двигателей, это повысило надежность силового агрегата с увеличенными пороговыми значениями гоночной дистанции до того, как деградация начнет снижать производительность. Эти улучшения позволили командам запускать двигатель в более высоком состоянии мощности (более агрессивные режимы двигателя) в течение более длительных периодов времени без каких-либо негативных последствий. Это позволяет использовать более производительный силовой агрегат в течение сезона. Конкретные подробности изменений пока не были раскрыты общественности, но внесенные изменения были достаточно радикальными, чтобы оправдать новое обозначение в серии двигателей, как RBPTH002. [23]
* Сезон ещё продолжается.
** Исторический рекорд по количеству побед за сезон - Red Bull Racing
{{cite web}}: CS1 maint: url-status ( ссылка ){{cite web}}: CS1 maint: бот: исходный статус URL неизвестен ( ссылка ){{cite web}}: CS1 maint: url-status ( ссылка )