Unidad de potencia híbrida Honda V6 para Fórmula 1

Unidad de potencia híbrida Honda V6 F1
Unidad de potencia RA621H
Descripción general
Fabricante	Honda
Producción	2015-presente
Disposición
Configuración	V6 a 90° con turbo híbrido único MGU-H y motor eléctrico cinético MGU-K
Desplazamiento	1,6  L (98  pulgadas cúbicas )
Diámetro interior del cilindro	80  mm (3,15  pulgadas )
Carrera del pistón	53  mm (2,09  pulgadas )
Material del bloque de cilindros	Aleación de aluminio
Material de la culata	Aleación de aluminio
Tren de válvulas	24 válvulas (cuatro válvulas por cilindro), DOHC
Relación de compresión	13:1-18:1
Rango de RPM
Velocidad de ralentí	3.000 rpm
Velocidad máxima del motor	15.000 rpm
Combustión
Turbocompresor	Turbocompresor híbrido con presión de sobrealimentación de 3,5 a 5,0 bares
Gestión	McLaren TAG-320 (2014-2018) más tarde TAG-320B (2019-actualidad)
Tipo de combustible	2015-2021: gasolina sin plomo Mobil Synergy 94,25 % + 5,75 % biocombustible , 2022-actualidad: gasolina sin plomo Mobil Synergy 90 % + 10 % biocombustible E10
Producción
Potencia de salida	830 a 1040  caballos de fuerza (619 a 776  kW )
Dimensiones
Peso seco	145–150  kg (320–331  lb ) en total
Cronología
Predecesor	Motor Honda V8 F1

La unidad de potencia híbrida de la serie RA6 de Honda es una serie de motores de carreras V6 turboalimentados híbridos de 1,6 litros que cuentan con un motor eléctrico de recuperación de energía cinética (MGU-K) directamente engranado al cigüeñal y un motor eléctrico de recuperación de energía térmica (MGU-H) conectado a través de un eje común al conjunto del turbocompresor. Desarrollado y producido por Honda Motor Company (y posteriormente bajo su organización Honda Racing Corporation a partir de 2022) para su uso en Fórmula Uno . Los motores han estado en uso desde la temporada 2015 de Fórmula Uno , inicialmente a cargo del entonces recién restablecido equipo de trabajo McLaren Honda . ^[1] A lo largo de los años de desarrollo, la salida de la unidad de potencia se incrementó de aproximadamente 760 a más de 1000 caballos de fuerza mientras se utiliza la misma cantidad de combustible, como lo exigen las regulaciones técnicas impuestas (límite de caudal másico de combustible de 100 kg por hora). Los equipos que han utilizado estos motores a lo largo de los años incluyen McLaren , Scuderia Toro Rosso , Scuderia Alpha Tauri , RB Formula One Team y Red Bull Racing .

*La congelación del desarrollo de motores se aplicó a partir de 2022 en un esfuerzo por reducir el gasto. Las especificaciones de rendimiento de la unidad de potencia instaladas en los autos en la primera sesión de la temporada 2022 se congelaron hasta el final de la temporada 2025 y no se pudieron introducir mejoras de rendimiento. Sin embargo, los fabricantes pueden realizar mejoras de confiabilidad durante la congelación.

** Las estimaciones de producción del sistema son lecturas finales al final de la temporada.

La normativa de motores híbridos de Fórmula Uno que se introdujo en 2014 había atraído a Honda a volver como proveedor de motores debido al desafío técnico avanzado y la dirección centrada en el medio ambiente. Habiendo planeado participar en la temporada 2016 en una asociación de fábrica con McLaren, el entonces director ejecutivo de McLaren, Ron Dennis , había presionado a Honda para que acelerara su debut hasta la temporada 2015, ya que su contrato actual con Mercedes estaba a punto de expirar. Honda había decidido aceptar la entrada temprana creyendo que estaban en el buen camino con su concepto de unidad de potencia. ^[2]

Habiendo ingresado a la Fórmula Uno en la temporada 2015, un año antes de lo planeado inicialmente, y experimentando dificultades durante los primeros años con respecto al rendimiento y la confiabilidad, principalmente debido a subestimar el desafío técnico y estar fuera del mundo de la Fórmula Uno durante más de 7 años, el motor híbrido Honda V6 experimentó un ascenso estratosférico en el desarrollo después de haber comenzado como un diseño poco confiable y de poca potencia para convertirse en un éxito ganador del campeonato mundial. Convirtiéndose en el primer fabricante en ganar una carrera de Fórmula 1 con dos equipos diferentes en la era híbrida V6, así como entre muchos otros récords importantes de constructores y pilotos de F1 . En particular, Max Verstappen y Red Bull Racing , con un récord de 19 victorias en el Campeonato Mundial de Fórmula Uno de 2023 , batiendo su propio récord de 15 el año anterior, que a su vez superó el récord anterior en poder de McLaren Honda en la década de 1980. ^[3]

El RA615H fue el primer diseño de Honda para su uso en la era de los motores híbridos V6 de la Fórmula 1, y debutó en la temporada 2015 de Fórmula 1 para impulsar el McLaren MP4-30 . Era muy singular en comparación con los diseños de sus rivales Renault, Mercedes y Ferrari, que ya habían estrenado unidades de potencia la temporada anterior, y, como tal, Honda sintió que su mejor oportunidad para recuperar el tiempo de desarrollo perdido era adoptar un enfoque agresivo y radical.

Los puntos de enfoque principales de la unidad, a pedido de McLaren , fueron dimensiones extremadamente compactas y capacidad de alta temperatura de funcionamiento que pudiera funcionar con requisitos de enfriamiento reducidos para ayudar al rendimiento aerodinámico y los objetivos del centro de gravedad. ^[4] El conjunto del turbocompresor de la unidad era una disposición compacta pero compleja del compresor axial con el MGU-H instalado entre las carcasas de la turbina y el compresor, todo montado dentro de la V del motor en su totalidad. Esto permitió un motor significativamente más corto en comparación con los conceptos de Renault, Ferrari y Mercedes por los cuales sus conjuntos de compresores sobresalían de ambos extremos del bloque en diferentes formatos. El sistema de inducción, que incluye la entrada, los filtros, el plenum de admisión y los conductos de admisión variables, era todo pequeño y de diseño ornamentado para encajar bajo las estrechas dimensiones de la carrocería. Esto hizo que todo el sistema fuera compacto, pero también muy complejo. El colector de escape era un diseño pequeño de tipo "log" (donde un tubo alojaba los puertos para cada cilindro en cada banco), esto fue muy beneficioso para los requisitos de empaque y permitió una carrocería significativamente más ajustada. ^[5] El resultado fue un motor que demostró ser por lejos el más pequeño en el campo, ganándose el apodo de "El tamaño cero" de McLaren, ya que les dio la libertad de ser agresivos con la aerodinámica de la carrocería, lo que resultó en un empaque extremadamente ajustado y una carrocería eficiente con el objetivo de lograr ganancias significativas en esta área sobre la competencia. ^[6]

Después de debutar públicamente por primera vez en el MP4-30 en la prueba de pretemporada de 2015 en Jerez , comenzaron a circular rumores de que el motor era extremadamente poco confiable, consumía mucho combustible y tenía una potencia significativamente menor. Esto se hizo evidente con la cantidad muy limitada de carreras en circuito que McLaren Honda pudo hacer debido a varios problemas que aparecieron con el motor. Se descubrió rápidamente que, si bien la naturaleza compacta del conjunto del turbocompresor era beneficiosa para el empaque, resultó ser muy infradimensionado y, como tal, tenía capacidades de compresión de aire deficientes, lo que resultó en una potencia y un potencial de eficiencia de combustión significativamente menores . El sistema de admisión, aunque también compacto, su complejidad y compromiso en la forma, orientación y tamaño ideales también resultaron demasiado perjudiciales para el rendimiento y la confiabilidad. Todo esto tuvo más efectos secundarios en el lado de energía híbrida de la unidad de potencia, que tenía capacidades de regeneración deficientes. La falta de experiencia de Honda en la programación y el control de una unidad de potencia tan compleja hizo que la identificación de problemas específicos fuera difícil y llevara mucho tiempo. Además, la naturaleza compacta de todo el concepto obstaculizaba seriamente la gestión térmica y la severidad de las vibraciones del motor, lo que a menudo provocaba el sobrecalentamiento de varios componentes, específicamente el MGU-H, con resonancias y vibraciones incontroladas que conducían a constantes fallas del sistema híbrido y daños terminales en el motor.

Honda sostuvo que estos eran problemas iniciales, descubiertos solo después de montar el motor en un chasis móvil bajo cargas de carrera por primera vez y que los resolverían rápidamente. Sin embargo, a medida que avanzaba la temporada, los problemas de confiabilidad y la capacidad de completar una distancia de carrera se convirtieron en una preocupación tal que los motores, que ya tenían poca potencia, necesitaban funcionar en un estado de potencia reducida para reducir la carga térmica en un intento de aumentar la longevidad, lo que comprometió gravemente el rendimiento general del automóvil en comparación con la competencia. El restrictivo sistema de "token de desarrollo" que usaba la F1 en ese momento ralentizó el desarrollo significativamente, limitando los desarrollos que se podían llevar adelante en la temporada en un momento dado, lo que llevó a retrasos más prolongados. La falta de experiencia y datos de Honda con las nuevas regulaciones, problemas fundamentales con el concepto de motor "Size Zero", además de ingresar al campeonato demasiado pronto, fueron las razones dadas por la propia Honda para el desempeño mediocre.

El RA616H hizo su debut en las carreras en el McLaren MP4-31 en la temporada 2016 de Fórmula Uno . Este motor, que en gran medida seguía el concepto "Size Zero" del RA615H, tuvo importantes desarrollos en un esfuerzo por aumentar tanto la potencia como la fiabilidad. Tras conversaciones con McLaren, se acordó asignar más espacio para la unidad de potencia, por lo que el motor creció considerablemente en tamaño. Todo el sistema de inducción fue rediseñado y elevado, esto permitió que su conjunto de compresor "dentro de la V" se elevara más alto, lo que permitió más espacio para una versión más grande, esto proporcionó más potencia y también mejoró la regeneración de calor para el sistema híbrido, aunque todavía estaba restringido al montaje dentro de la V del motor. El nuevo colector de admisión más alto tenía más espacio, por lo que se desarrollaron conductos de admisión más grandes y refinados para alimentar mejor el motor y se pudo simplificar ligeramente, por lo que aumentó la fiabilidad del sistema de admisión variable. El colector de escape fue completamente rediseñado con conductos individuales de igual longitud que eran más grandes, pero mucho más eficientes. El MGU-K tenía un conjunto de imanes más nuevo y eficiente que mejoraba la regeneración de la batería. El MGU-H también tenía imanes revisados ​​que eran mucho más resistentes al calor para ayudar a mejorar los problemas de confiabilidad. ^[7]

En general, Honda había realizado tantos cambios en el motor como permitía la regulación de "fichas de desarrollo" que todavía impone la Fórmula Uno. Honda dejó en claro que eran conscientes de las limitaciones de diseño fundamentales que tenía el concepto actual de unidad de potencia, pero que para abordar adecuadamente estos problemas, se necesitarían realizar cambios en el sistema de fichas para permitir una mayor velocidad de desarrollo en la temporada.

El motor demostró ser mucho más fiable y McLaren tuvo una temporada mucho mejor, sufriendo menos abandonos relacionados con el motor y, aunque seguía estando por detrás, era más competitivo en términos de potencia. Sin embargo, todavía se encontraron problemas fundamentales, con la fiabilidad del MGU-H, aunque mejorada, todavía lejos de los niveles aceptables tanto para McLaren como para Honda. El motor se mejoró aún más a lo largo de la temporada para intentar extraer el máximo potencial posible de la arquitectura actual y, además de alcanzar un punto relativamente estable y fiable hacia el final de la temporada, Honda creía que la arquitectura actual estaba en su límite y necesitaría cambios drásticos para seguir adelante.

A raíz de los problemas que enfrentaron el recién llegado Honda y algunos de los otros fabricantes en comparación con las unidades Mercedes líderes de su clase, la F1 anunció la eliminación del sistema de token de desarrollo para la temporada 2017 en adelante, lo que permitirá un desarrollo de unidad de potencia significativamente más rápido con la esperanza de que la competencia comenzara a nivelarse.

El RA617H hizo su debut en las carreras en la temporada 2017 de Fórmula Uno impulsando el McLaren MCL32 . Con la eliminación del sistema de token de desarrollo, Honda se movió para hacer un cambio radical, ya no restringido por el sistema de token. El resultado fue el RA617H, un diseño completamente nuevo con el cambio más notable siendo la configuración rediseñada del turbocompresor/MGU-H. El nuevo diseño ahora dividió la carcasa del compresor y la turbina y montó cada mitad en cada extremo del bloque de cilindros que sobresalía de la V. El MGU-H permaneció en el centro de la V y todo el conjunto estaba conectado a través de un eje. Esto aumentó la longitud del motor, sin embargo, también permitió una reducción significativa de la configuración del turbo/MGU-H y un tamaño de compresor y turbina mucho mayor (ya no restringido físicamente por el ángulo de inclinación dentro de la V), esto luego permitió que el sistema de inducción superior también se redujera drásticamente, lo que resultó en un motor de altura mucho menor con un centro de gravedad enormemente mejorado. Su diseño fue totalmente revisado, revisando la orientación de los corredores variables a una posición longitudinal, mientras que anteriormente estaban colocados horizontalmente, uno frente al otro. Esto mejoró enormemente el rango de extensión que podían operar, lo que mejoró el rendimiento en un rango de RPM mucho más amplio al mismo tiempo que simplificó el sistema, lo que trajo consigo una mayor confiabilidad. En una discusión con McLaren, el MGU-K tenía su posición del tren de engranajes invertida con una nueva estructura y ahora estaba montado más adelante en la PU para acomodar mejor el empaquetado y el diseño aerodinámico de la carrocería que McLaren estaba buscando, esto también proporcionó una reducción de peso y una mayor confiabilidad. El MGU-H fue revisado significativamente junto con el nuevo sistema de compresor, que ahora alberga imanes de mayor rendimiento para mejorar el campo de flujo, lo que mejoró el rendimiento de regeneración de la batería. El sistema de combustión también fue revisado por completo, ahora utilizando un sistema experimental conocido como encendido por chorro turbulento o encendido por precámara, que aumentó enormemente la potencia y el potencial de eficiencia, junto con varios otros cambios de material interno. Todas estas nuevas tecnologías implementadas en un solo motor significaron que Honda admitió que toda la unidad era tan experimental que era una medida de "alto riesgo" y que tomaría tiempo desarrollar todo el potencial de varios aspectos, pero creían que en última instancia proporcionaría un rendimiento mucho mayor. ^[8]

Cuando comenzaron las pruebas de pretemporada en Cataluña , España, se detectaron problemas fundamentales con la unidad de potencia. El tanque de aceite, que anteriormente estaba montado en la parte delantera del motor, ahora estaba obstruido físicamente por la nueva posición del compresor y, como tal, se rediseñó con una forma poco ortodoxa que rodea el compresor que, después del rodaje inicial en el nuevo McLaren MCL32 y de estar expuesto a cargas de G tan altas por primera vez, se descubrió que causaba que el flujo de aceite se volviera impredecible y restringido, y el motor a menudo perdía presión de aceite en situaciones de alta carga. Honda identificó rápidamente el problema y se puso a trabajar para crear un tanque de nuevo diseño para combatirlo, sin embargo, no estaría listo hasta la segunda semana de pruebas. El razonamiento presentado para el problema fue estimaciones incorrectas de simulación de dinámica de fluidos de las cargas laterales que producirían las regulaciones del automóvil de 2017, que eran mucho más altas de lo esperado. Mientras tanto, la contramedida temporal fue llenar en exceso el tanque de aceite para garantizar que el flujo siempre estuviera disponible, sin embargo, esto trajo sus propios problemas, a menudo se desbordaba hacia el sistema de admisión y dañaba otros componentes. Esto comprometió significativamente el funcionamiento y dificultó la realización de los programas de prueba tanto para el nuevo motor como para el nuevo chasis. ^[9] En la segunda semana de pruebas de pretemporada y cuando se instaló el tanque de aceite revisado, se observaron otros problemas. Nuevamente, las fuerzas sin precedentes del nuevo auto reglamentario de 2017 que se transmitían a través de la unidad de potencia, que actúa como un miembro estresado del auto, también provocaron vibraciones extremas en el tren de transmisión que causaron varias fallas auxiliares y, lo que es más preocupante, una falla catastrófica persistente del eje del turbo/MGU-H. El diseño de la carcasa del MGU-H para el RA617H lo vio fundido como parte del bloque de cilindros en un esfuerzo por mejorar la resistencia, sin embargo, esta solución en caso de mal funcionamiento, a menudo también dañaba terminalmente el ICE. ^[10] Los problemas con la unidad de potencia durante las pruebas fueron tan numerosos que McLaren Honda se encontró cambiando unidades de potencia completas sin cesar, en lugar de identificar y solucionar los problemas en un esfuerzo por ganar el mayor kilometraje posible en el auto para poder realizar pruebas de chasis.

Durante la temporada, el motor sufrió una gran cantidad de fallas. Honda admitió que estaba tardando más de lo esperado en comprender cómo operar el nuevo motor o en encontrar una solución viable a largo plazo para los problemas de vibración y equilibrio del eje que destruían el MGU-H. El motor ahora funcionaba en un estado de ajuste que producía menos potencia que el RA616H al que reemplazó del año anterior por problemas de confiabilidad e incluso con las actualizaciones constantes que se proporcionaron durante la temporada, el progreso fue inicialmente lento. Esto empañó la relación entre Honda y McLaren y ambas partes mostraron públicamente su frustración con la otra. La unidad de potencia finalmente comenzó a dar señales de progreso en la segunda mitad de la temporada, ya que Honda introdujo innumerables actualizaciones en el sistema de encendido de precámara con diferentes cantidades y tamaños de orificios de chorro para comprender mejor su funcionamiento y varias otras mejoras en los sistemas relacionados y, finalmente, la confiabilidad comenzó a mejorar visiblemente y Honda pudo volver a aumentar la potencia hasta el punto en que produjo más potencia que el RA616H al que reemplazó.

El RA618H se desarrolló para la temporada 2018 de Fórmula Uno y fue el primer motor Honda que impulsó a Scuderia Toro Rosso en el STR13 . Fue un desarrollo mucho más maduro de la nueva arquitectura de Honda presentada con el RA617H el año anterior.

El motor se benefició de que Toro Rosso fuera mucho más flexible con los requisitos de dimensión del motor que McLaren, y el equipo le pidió a Honda que construyera el motor como ellos consideraran conveniente y ellos construirían el auto en torno a él. Inmediatamente, el motor fue significativamente más confiable que el RA617H, y solo sufrió tres abandonos relacionados con el motor durante toda la temporada. El problemático MGU-H fue totalmente rediseñado con el aporte de la división aeroespacial de Honda, HondaJet, que aportó su importante experiencia en el diseño de turbofán de precisión. El eje del MGU-H y las turbinas adjuntas giran hasta un límite de regulación de 125.000 rpm y, con el diseño único del conjunto de turbo dividido, lograr que un eje tan largo esté perfectamente equilibrado a velocidades de rotación tan altas era primordial para la confiabilidad del conjunto. Como tal, se modificó completamente el tamaño y la forma del eje, se mejoraron sus cojinetes y se recibió un mecanismo de soporte estructural completamente nuevo que eliminó en gran medida los problemas de resonancia/vibración que afectaron a la iteración anterior. El rotor MGU-H fue totalmente rediseñado y ahora está alojado en una cámara de rotor presurizada que mejoró aún más el rendimiento y la confiabilidad y recibió imanes mejorados para mejorar el rendimiento. ^[4]

Ahora, al disponer de más espacio en el coche para trabajar, el embudo de admisión de aire se agrandó y se moldeó de forma más óptima para mejorar el flujo de aire hacia el motor, el colector de escape se optimizó aún más y se encaminó de forma diferente para adaptarse a la carrocería del STR13, al tiempo que se obtenía una mejora neta del rendimiento, el sistema de refrigeración diseñado para su uso en el STR13 era sustancialmente más eficaz, el motor recibió refuerzos estructurales y cambios de material para soportar mejor las fuerzas experimentadas por los coches de nueva generación y, como tal, la unidad de potencia aumentó ligeramente de peso, aunque siguió siendo la más ligera del campo. El MGU-K tuvo su estructura de soporte de cojinetes modificada para mejorar la fiabilidad y también recibió electroimanes de mayor eficiencia. ^[11]

Durante el GP de Canadá , Honda presentó la versión "Spec 2" de la unidad de potencia, que consistía en cambios en el sistema de combustión y el motor de combustión interna, únicamente en pos del rendimiento. El motor demostró ofrecer un notable salto adelante en potencia y se cree que fue esta unidad de potencia la que impulsó a Honda por delante de su rival Renault en rendimiento y confiabilidad. ^[12] Esta ganancia de rendimiento, la pronunciada curva de desarrollo y trayectoria, la inversión en sus instalaciones y el afán por ganar fueron suficientes para convencer a Red Bull Racing de contratar a Honda como su proveedor de unidad de potencia a partir de la temporada 2019 para reemplazar a Renault. ^[13]

Durante la investigación y las pruebas realizadas en 2018 en la sede de HRD en Sakura, los ingenieros de Honda, mientras probaban un prototipo de motor 2019 en el banco de pruebas, notaron un fenómeno de combustión por el cual las presiones de los cilindros y la potencia de salida se disparaban momentáneamente antes de desaparecer nuevamente. Esto ocurrió varias veces antes de que se descubriera que se debía a una falta de coincidencia de ciertas piezas de especificación que se instalaban en los motores de prueba. Esto llevó a Honda a implementar un proceso de control de calidad enormemente mejorado, pero también alentó a un equipo más pequeño de ingenieros a analizar este fenómeno más a fondo.

Red Bull Racing también había solicitado que Honda llevara tantas actualizaciones a sus motores como fuera físicamente posible, independientemente de las sanciones que se le impusieran a la Scuderia Toro Rosso, propiedad de Red Bull, si eso aceleraba el desarrollo en preparación para la temporada 2019. El resultado fue el motor de prueba "Spec 3", que hizo su debut en el Gran Premio de Rusia de 2018. Este motor era un prototipo de un nuevo tipo de proceso de combustión descubierto en el dinamómetro de Sakura después de que se realizaran más investigaciones y desarrollos para comprender el fenómeno. Apodado "combustión rápida" por Honda, es un proceso en el que se produce un evento de combustión significativamente más completo pero violento en ciertas condiciones que mejora drásticamente el rendimiento y la eficiencia del motor. ^[14]

En un motor convencional, se utiliza la "combustión por propagación de llama", donde el frente de llama dentro de la cámara de combustión comienza en el electrodo de la bujía y se propaga hacia afuera en dirección a las paredes del cilindro. Sin embargo, esta propagación lleva tiempo para ocurrir por completo, por lo que el momento óptimo de encendido está determinado por la velocidad de esta propagación, de modo que el pico del evento de combustión se produzca en la posición más óptima del pistón durante la carrera de potencia para que se aplique la máxima fuerza al cigüeñal. Debido a que este evento tarda en completarse, la energía liberada no se produce en su totalidad en este punto óptimo, por lo que se pierde el máximo potencial de trabajo. Por ejemplo, el momento del encendido suele configurarse para que la chispa se produzca cuando el pistón todavía se desplaza hacia arriba, ya que eso permitirá que el pico del evento de combustión se produzca en la posición óptima del pistón (precisamente cuando comienza su carrera descendente) para que se ejerza el máximo trabajo/potencia sobre el cigüeñal. Sin embargo, al avanzarlo hasta este punto (la chispa comienza demasiado pronto), para compensar el tiempo de combustión, puede provocar que la combustión inicialmente trabaje en contra del movimiento del pistón o preignición (detonación antes de lo previsto), esto causa golpeteo y estrés en el sistema y también puede reducir la potencia.

Con este nuevo proceso de combustión ("combustión rápida"), se optimizan condiciones como la relación de compresión y la mezcla de aire y combustible, de modo que las llamas se generan de manera uniforme alrededor de la circunferencia de la cámara de combustión, donde el autoencendido se desencadena por el choque de presión de las llamas de chorro disparadas desde los orificios de la precámara. Mientras que las llamas de chorro se extienden hacia la circunferencia desde el centro de la cámara de combustión, las otras llamas se extienden desde la circunferencia hacia el centro, de modo que la combustión se produce significativamente más rápidamente. Esto aumenta enormemente la velocidad de combustión, por lo que una parte mucho mayor de la energía liberada se produce en la posición más óptima del pistón durante cada carrera de potencia, lo que aumenta significativamente la potencia máxima y la eficiencia, y debido a este aumento en la velocidad de combustión, el tiempo de encendido puede ser más específico y optimizado, eliminando también esta pequeña cantidad de combustión que trabaja contra el pistón en la carrera ascendente, lo que aumenta aún más la eficiencia de la unidad de potencia. La combustión de este tipo permite utilizar una relación aire/combustible mucho más pobre que la típica, que de otro modo sería difícil de encender en un motor de combustión convencional. Este proceso requería un aumento sustancial en la relación de compresión y, aunque era muy beneficioso para la eficiencia, era extremadamente difícil de controlar y generaba aumentos significativos en las presiones de los cilindros, lo que afectaba la durabilidad del motor de combustión interna. ^[14]

El motor Spec 3 se probó en un coche por primera vez durante las sesiones de práctica en el Gran Premio de Rusia, y los pilotos informaron haber sentido un aumento sustancial de potencia, aunque había mucha vibración y un comportamiento inusual de los cambios de marcha. Esto se debió en gran medida a la dificultad de estabilizar el nuevo proceso de combustión durante las caídas repentinas de RPM que se experimentaban durante los cambios de marcha. Después de las sesiones de práctica, Honda reacondicionó los motores Spec 2 anteriores para la clasificación y la carrera como estaba previsto. Se descubrió que el motor había ganado aproximadamente entre 40 y 50 CV solo con este cambio inicialmente, lo que era sustancialmente más de lo que sugerían las estimaciones. Este aumento y el método con el que se produjo llevó al motor más allá de sus límites de diseño estructural y, como tal, necesitaba más trabajo en el motor para poder soportar el mayor nivel de potencia, el proceso de combustión único y un mayor trabajo de sincronización con la caja de cambios de Red Bull para suavizar el comportamiento del cambio de marcha. El nuevo proceso de combustión estaba en sus inicios y al principio era muy inestable, por lo que requirió más tiempo de desarrollo para comprender y refinar la unidad de potencia. ^[15]

El RA619H fue el primer motor Honda suministrado a Red Bull Racing , debutando en el RB15 . También fue la primera vez que Honda suministró a dos equipos en la actual era híbrida de la Fórmula 1 simultáneamente, continuando aún su relación con la Scuderia Toro Rosso , impulsando el STR14 .

El motor fue un refinamiento adicional del concepto inicial del motor RA617H introducido en 2017. Siguiendo al RA618H, el nuevo motor tenía una versión más completa del proceso de "combustión rápida". Honda había refinado la calibración y el hardware para utilizar mejor el método de combustión y el socio de combustible ExxonMobil había desarrollado un nuevo tipo de combustible que estabilizó el proceso a tiempo para el debut en la carrera. El motor tuvo mejoras en todos los ámbitos con refinamientos en los sistemas de inducción y escape para un empaquetamiento óptimo al tiempo que brindaba ganancias de rendimiento, el MGU-K tenía componentes mecánicos refinados para mejorar la confiabilidad en el funcionamiento a alta temperatura, los componentes internos electromagnéticos se trasladaron en gran parte de 2018. El MGU-H tenía un nuevo estator, diseñado para funcionar con temperaturas de agua más altas con un radiador más pequeño, el motor MGU-H ahora tenía la capacidad de ser empujado más fuerte en ciertos modos de motor de alto rendimiento, el eje de conexión aumentó en longitud para acomodar un nuevo compresor más grande, pero la dinámica de este eje se mejoró aún más para la confiabilidad.

A lo largo de esta temporada, Honda se centró en mejorar la gestión de la energía y la calibración para mejorar la capacidad de conducción y extraer un rendimiento óptimo de la unidad de potencia durante toda la temporada. Durante el GP de Francia, Honda presentó un nuevo compresor que aumentó en gran medida la eficiencia del compresor al mejorar su rendimiento aerodinámico. Al mismo tiempo, había descubierto un método en la calibración para mantener en gran medida el rendimiento objetivo durante altas temperaturas ambientales y altitudes. Para la siguiente carrera, implementaron estos hallazgos para el GP de Austria, que se lleva a cabo a más de 750 m sobre el nivel del mar, donde el motor funcionó sin fallas a alta potencia en altas temperaturas donde los fabricantes rivales estaban teniendo problemas de refrigeración. Max Verstappen ganó esta carrera, que atribuye a los esfuerzos constantes de Honda y la voluntad de seguir superando los límites. ^[16]

En este punto, la potencia del RA619H estaba estrechamente igualada a la del motor rival Mercedes, recuperando terreno significativo desde el regreso de Honda en 2015.

El RA620H fue la cuarta y última iteración de la arquitectura de motor que Honda presentó en 2017, impulsando el Red Bull Racing RB16 y el Scuderia AlphaTauri AT01 en la temporada 2020 de Fórmula Uno .

El nuevo proceso de combustión, descubierto en 2018 y totalmente integrado en el RA619H 2019, proporcionó importantes ganancias de potencia y eficiencia; sin embargo, las presiones de la cámara enormemente aumentadas y la detonación a menudo inestable bajo ciertas condiciones se produjeron a costa de la durabilidad del motor de combustión interna. Para el RA620H, Honda había desarrollado un nuevo tipo de revestimiento de superficie llamado "Kumamoto Plating" o "K-Plating". Este material patentado se aplicó a los orificios de los cilindros y a varias otras superficies que estaban expuestas a un alto estrés. Esto redujo drásticamente el desgaste del cilindro bajo el funcionamiento de la combustión a alta velocidad y permitió a Honda dar más pasos para mejorar la eficiencia y el funcionamiento de este proceso de combustión.

El diseño actual de MGU-K y MGU-H se sometió a pruebas de durabilidad y rendimiento rigurosas durante las vacaciones de invierno y se identificaron sus límites estrictos de rendimiento. Por lo tanto, para 2020, el MGU-K se utilizó con más fuerza y ​​de manera menos conservadora, lo que proporcionó más torque y regeneración al frenar. Se desarrollaron nuevas calibraciones de regeneración más agresivas para el MGU-H y un nuevo modo conocido como "Extra Harvest". Este modo de motor permitió que se produjera la máxima regeneración de energía permitida en un corto período de tiempo, lo que generó más estrés en la unidad, por lo que solo se usó cuando era absolutamente óptimo. El compresor se amplió aún más para aumentar la eficiencia del motor y la carcasa de la turbina ahora se imprimió en 3D (fabricación aditiva) con Inconel, lo que permitió crear formas más complejas y los accesorios del motor se refinaron aún más para reducir las pérdidas parásitas. Con la nueva capacidad de producir componentes fabricados aditivamente, la carcasa del MGU-H ahora se produjo con este método, lo que aumentó la resistencia y redujo el peso. Los pistones de acero del ICE también fueron impresos en 3D, lo que permitió tener nervaduras y hendiduras en lugares que no eran posibles cuando se forjaron y mecanizaron, aumentando aún más la resistencia y reduciendo nuevamente el peso. ^[17]

En un esfuerzo por encontrar más ganancias de eficiencia, Honda desarrolló un dispositivo llamado "Charge Air Cooler 2" o CAC2. Las primeras variantes de este dispositivo se introdujeron en el motor 2016 y es una parte importante del "sonido Honda" característico que producen los motores al desacelerar y reducir la marcha. El CAC2 mantiene el aire comprimido, que de otro modo se habría ventilado a la atmósfera, dentro del sistema y se bombea a las cámaras de combustión de los cilindros "que no están en funcionamiento". Este aire comprimido redirigido tiene múltiples beneficios, pero principalmente, permite una mayor fuerza motriz en la turbina de escape incluso cuando los cilindros no están en funcionamiento, lo que permite un falso efecto "anti-lag". Esto se puede utilizar para poner en marcha el turbo sin utilizar la energía de la batería en el MGU-H para impulsar el turbo, o se puede utilizar para regenerar más energía con el MGU-H en modo de regeneración para almacenarla dentro de la batería y, en segundo lugar, este aire comprimido crea un efecto de enfriamiento dentro de la cámara que aumenta la durabilidad y la resistencia a los golpes durante el funcionamiento. ^[18]

El RA620H puede considerarse como el motor en el que el enfoque conservador habitual de Honda para garantizar la fiabilidad, una vez establecido, comenzó a cambiar a un impulso agresivo para maximizar el potencial de esta arquitectura. Honda creía que habían alcanzado esencialmente este límite a mitad de temporada y habían comenzado a trabajar en un diseño completamente nuevo y desde cero, cuyo lanzamiento está previsto para dentro de dos años.

Después de comenzar a igualar el rendimiento de la unidad de potencia de Mercedes en 2019, el paso de rendimiento realizado en 2020 con la unidad de potencia M11 EQ Performance , incluso en comparación con las propias ganancias de Honda, fue sustancial. Esto había convencido a Honda de acelerar el desarrollo de su nuevo motor, que originalmente estaba planeado para debutar en 2022 junto con las nuevas regulaciones del automóvil. La decisión tardía significó que tenían solo seis meses para completar el motor y tenerlo listo para competir para la temporada 2021 de Fórmula Uno . Honda admitió que esto sería un desafío monumental y plantearía muchos riesgos, pero creía que esta sería la única forma de superar a Mercedes. El socio del equipo Red Bull Racing, después de ver las mejoras propuestas que traería la nueva unidad de potencia, dio su bendición y, como tal, nació el RA621H, que impulsa el Red Bull Racing RB16B y el AlphaTauri AT02 . ^[19]

Este motor fue un cambio drástico con respecto a las iteraciones anteriores, ya que se rediseñó por primera vez toda la arquitectura básica del motor de combustión interna. Se modificó el diseño del árbol de levas y ahora es significativamente más compacto, más bajo y más cerca uno del otro en la culata. Esto cambió el ángulo de la válvula y la forma de la cámara de combustión, lo que aumentó la relación de compresión del motor de combustión interna, bajó su centro de gravedad y alteró las características del flujo de aire. El bloque de cilindros ahora se mecanizó a partir de una sola pieza de nueva aleación de palanquilla en lugar de fundición, lo que aumentó drásticamente la resistencia de los bloques, lo que permitió reducir el paso del diámetro interior del cilindro, colocando los cilindros más cerca entre sí. Estos importantes cambios estructurales crearon una reducción significativa en el tamaño general del motor en altura, longitud y ancho. En una discusión con Red Bull Racing y Alpha Tauri, se invirtió el desplazamiento del banco, se optimizó aún más el colector de inducción para el rendimiento y el empaquetamiento y se rediseñaron los colectores de escape y se convirtieron en una configuración asimétrica que es radicalmente diferente de los bancos izquierdo y derecho para mejorar el ajuste del pulso de escape y optimizar mejor el empaquetamiento dentro de ambos autos. El MGU-H tenía imanes enormemente mejorados y un nuevo aislante, mejorando el rendimiento de enfriamiento mientras que también aumentaba la potencia y el torque de salida y el MGU-K tuvo su relación de transmisión revisada, lo que mejoró aún más la regeneración al andar por inercia o al frenar y el torque general de salida al conducir, y tenía una carcasa completamente nueva que era más resistente a la vibración.

La mejora considerable de la eficiencia térmica del nuevo motor de combustión interna supuso una contrapartida: la reducción de la energía de escape residual, que afecta negativamente al rendimiento del turbocompresor y de la regeneración híbrida. La clave para los ingenieros de Honda era encontrar el equilibrio entre aumentar la eficiencia del motor de combustión interna y la potencia de arranque, pero sin perder demasiada energía térmica de escape, lo que perjudicaría el potencial de regeneración de la batería. Para mitigar las pérdidas, se revisó el conjunto del turbocompresor en un intento de aprovechar de forma más eficiente lo que estaba disponible y se aumentó de tamaño nuevamente el compresor, con cambios significativos en las palas de la rueda del compresor y también se modificó la propia turbina. ^[17]

Honda también presentó por primera vez un nuevo sistema de almacenamiento de energía (ES), que se encontraba en fase de desarrollo desde 2016. El objetivo era crear una batería que combinara mejoras en la eficiencia energética con reducciones significativas en el peso. La tecnología utilizada en la nueva celda de batería de energía ultraalta resultó ser un ES desarrollado internamente por Honda que utiliza nanotubos de carbono (CNT), electrodos de celda de batería que contienen partículas de carbono, y la electricidad fluye a través de estas partículas. Al llenar los espacios entre las partículas de carbono con los CNT de tamaño nanométrico y forma de tubo (con un diámetro de una millonésima de milímetro), es posible lograr una resistencia extremadamente baja y permitir que la electricidad fluya más libremente. Al demostrar reducciones significativas en la resistencia y el deterioro a lo largo de su vida útil, las características de recolección y despliegue de energía de la unidad de potencia mejoraron sustancialmente. La densidad de salida volumétrica (vatios por kg) del nuevo ES introducido en la 12.ª ronda de la temporada 2021 es 1,3 veces mayor (una mejora del 130 %) que la del ES utilizado en 2020 y 2021. Esto permitió que los coches tuvieran energía híbrida desplegable disponible durante mucho más tiempo y una capacidad de regeneración mucho más rápida en comparación con el resto de la parrilla. En comparación con el Energy Store de 2015, incluso con la espectacular mejora en densidad y eficiencia, la nueva batería es un 26 % más pequeña y un 15 % más ligera, lo que contribuye en gran medida desde la perspectiva de la gestión energética y la optimización del rendimiento de la conducción del vehículo. ^[20]

Todos estos cambios se sumaron para crear una unidad de potencia que era significativamente más potente y confiable, a la vez que se volvía aún más pequeña y liviana que el motor RA615H "Size-Zero" original de 2015. Esto proporcionó enormes ganancias a los equipos, que ahora podían crear un diseño de carrocería más agresivo que ayudó al desarrollo aerodinámico. La unidad de potencia se convirtió rápidamente en la líder del campo con una potencia superior, capacidades de recuperación de energía y una confiabilidad sobresaliente y fue un factor clave para llevar a Max Verstappen a su primer Campeonato Mundial de Pilotos en la temporada 2021.

El RBPTH001 es un desarrollo del RA621H diseñado para su uso en el Campeonato Mundial de Fórmula 1 de 2022 (y posteriormente en el Campeonato Mundial de Fórmula 1 de 2023 ) y que impulsará el Red Bull Racing RB18 y el AlphaTauri AT03 en 2022 y el Red Bull Racing RB19 y el AlphaTauri AT04 en 2023. Representa el último cambio de diseño de unidad de potencia permitido antes de que comenzara la congelación de motores el 1 de marzo de 2022. ^[21]

Tras la salida formal de Honda de la F1, los motores seguirán siendo desarrollados, producidos, ensamblados, mantenidos y respaldados en la pista por Honda, y seguirán siendo así hasta el final de la temporada 2025, cuando comenzará una nueva era de motores. Honda desarrolló la unidad de potencia RBPTH001 2022 en su centro de investigación y desarrollo en Sakura City, prefectura de Tochigi, dirigido por la filial de carreras de Honda, HRC (Honda Racing Corporation) .

Los principales avances del motor fueron adaptarse al uso del nuevo combustible E10 y los desafíos que traía consigo. La construcción de la molécula de etanol implica que tiene un valor calorífico inferior como componente combustible en comparación con un volumen equivalente de gasolina, lo que hace que el proceso de combustión sea menos potente y, por lo tanto, se reduce la potencia. Esto generalmente se compensa quemando una mayor cantidad de combustible (y un aumento correspondiente de aire, generalmente en forma de mayor presión de sobrealimentación) para compensar la menor densidad energética, sin embargo, esto no es una opción ya que las regulaciones de F1 restringen el flujo de combustible a 100 kg/hora, por lo que para recuperar el potencial de potencia perdido, el motor necesitaría ser forzado más y hecho más eficiente térmicamente para extraer más del contenido de energía del combustible disponible.

Sin embargo, el etanol tiene algunas características beneficiosas que se pueden aprovechar. La nueva mezcla de combustible E10 es más resistente a la detonación, lo que permite que los motores funcionen en un estado de mayor estrés si se controla bien, por lo que para el RBPTH001, junto con mejoras significativas en todas las tecnologías introducidas en los últimos 6 años en la unidad de potencia, el resultado fue una evolución importante que hizo que incluso la relación de compresión máxima reglamentaria de 18:1 se sintiera restrictiva a pesar de ser un objetivo enormemente alto cuando Honda se reincorporó a la F1 por primera vez en 2015. Esto, junto con el aumento de la presión de refuerzo nominal, ayudó a aumentar la eficiencia de la combustión y mitigar las pérdidas de potencia provocadas por el combustible de menor energía, aprovechando esencialmente más energía del combustible disponible para compensar. Sin embargo, esto aumenta enormemente la tensión en la unidad de potencia, con las presiones de los cilindros ahora en las más altas que han sido. Por lo tanto, la cámara de combustión y el mecanismo se desarrollaron aún más para adaptarse a las nuevas características de combustión y al combustible de menor poder calorífico, se reforzaron los componentes internos del extremo inferior y se modificó por completo el mapa de sincronización del encendido con respecto al motor 2021. El MGU-H y la turbina se reajustaron para hacer frente mejor al cambio de densidad de los gases de escape del E10 y se realizaron otros cambios internos únicos para reducir las pérdidas por grietas en la combustión. El etanol también tiene un calor latente de vaporización más alto que la gasolina, por lo que el mayor contenido de etanol trajo consigo un efecto de enfriamiento de la carga, reduciendo las temperaturas de la cámara de combustión, este beneficio permitió que se realizaran los cambios mencionados anteriormente y permitió a Honda aumentar la temperatura nominal del agua corriente del motor, esto significó que requirió menos enfriamiento y proporciona un beneficio aerodinámico adicional a los equipos que construyen el automóvil, al poder reducir los tamaños de entrada y salida de enfriamiento. ^[22]

La geometría del cigüeñal y del bloque de cilindros se ajustó para garantizar la fiabilidad con las nuevas condiciones de combustión del E10, mientras que se aplicó un nuevo desarrollo del revestimiento Kumamoto de Honda a los orificios de los cilindros. La unidad de potencia resultante pesa un poco más que el RA621H, solo por los componentes internos reforzados. Incluso frente al desafío del contenido energético reducido del nuevo combustible, el motor 2022 logró un valor de eficiencia térmica más alto que el motor 2021. Con motores de automóviles de carretera que alcanzan entre el 20 y el 35 %, Honda había logrado un resultado muy por encima del 50 %, lo que convierte al RBPTH001 en uno de los motores alternativos de gasolina más densos en potencia y eficientes jamás desarrollados.

El RBPTH002 fue desarrollado para su uso en la temporada 2024 de Fórmula Uno , reemplazando al RBPTH001 que se usó en las temporadas 2022 y 2023. Actualmente impulsa el Red Bull Racing RB20 y el Visa Cash App RB VCARB01 . Con la congelación del motor en su lugar desde 2022, el desarrollo de la unidad de potencia se ha restringido solo a mejoras de confiabilidad. Para 2024, Honda realizó más mejoras en el RBPTH001 para aumentar la durabilidad de los motores, esto aumentó la confiabilidad de la unidad de potencia con mayores umbrales de distancia de carrera antes de que la degradación comenzara a reducir el rendimiento. Las ganancias permitieron a los equipos hacer funcionar el motor en un estado de mayor potencia (modos de motor más agresivos) durante períodos de tiempo más prolongados sin ningún efecto negativo. Esto permite una unidad de potencia de mayor rendimiento durante la temporada. Los detalles específicos de los cambios aún no se han revelado al público, pero los cambios realizados fueron lo suficientemente drásticos como para justificar una nueva designación en la serie de motores, como RBPTH002. ^[23]

* Temporada aún en curso.

** Récord histórico de más victorias en una temporada - Red Bull Racing