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 trưởng đội Christian Horner tại nhà máy.
Tuy nhiên, hệ thống động lực (power unit) cũng là một yếu tố rất quan trọng đối với đội đua đến từ nước Áo. Hệ thống trên chiếc RB18 được biết đến với cái tên chính thức là Red Bull Powertrain (RBPT) và được phát triển hoàn toàn bởi Honda.
Quá trình tạo nên hệ thống động lực này được giám sát bởi các kỹ thuật viên người Nhật Bản. Nhiều người trong số họ cũng đã chuyển đến Milton Keynes (Anh) để phát triển hệ thống động lực chính thức đầu tiên của riêng RBPT cho mùa giải 2026.
Newey và Red Bull và công cuộc cải thiện công suất động cơ
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 hệ thống động lực ngày càng trở nên khó khăn hơn.
Hywel Thomas - Giám đốc điều hành của Mercedes-AMG HPP (bộ phận động cơ) từng cho biết: "Khi chúng tôi giải quyết những vấn đề của mùa giải 2021, vấn đề trong sự kết nối giữa hệ thống động lực và khung xe trở nên rõ ràng hơn. Hai thành tố lớn này không thể được 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. 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 Red Bull đã lên kế hoạch cho mối quan hệ hợp tác với Honda.
Trưởng đội 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 hệ thống động lực 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.
Buồng đốt là bước đầu tiên trong mục tiêu bám đuổi Mercedes và Ferrari
Bắt đầu vào năm 2019, hành trình bám đuổi Mercedes sau đó đã giúp Red Bull giành được bốn chức vô địch tay đua (từ 2021 đến 2024) và hai chức vô địch đội đua (năm 2022 và 2023). 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. Họ đi từ vị trí cuối cùng trên đoàn đua đến việc trở thành "sách tham khảo" cho các đội khác.
Nhìn chung, hệ thống động lực cho chiếc RB18 cho thấy tiềm năng toàn diện nhất vào năm 2021, 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 và 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 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" cũng 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.
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 hệ thống động lực của mình, đồng thời thay đổi 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. Đối tác Nhật Bản đã thành công đến mức các đối thủ trên đường đua hiện tại cũng phải nghiên cứu giải pháp của họ.
Có một giải pháp của Honda được gọi là "bộ làm mát Charge Air 2", được giới thiệu trên hệ thống động lực năm 2021. Trong kỷ nguyên hybrid, việc duy trì năng lượng trong chu trình nhiệt 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 hệ thống động lực 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 MGU-H hơn (để giảm độ trễ tăng áp).
Ở thời điểm ban đầu, hệ thống động lực này đã được định hướng là một sản phẩm hoàn toàn mới. Tuy nhiên, giám đốc phát triển động cơ F1 của Honda lúc bấy giờ - ông Asaki đã chia sẻ rằng "vì một số lý do" mà họ "đã quyết định không đưa nó vào đường đua".
Tuy nhiên, tới cuối năm 2021, hãng đã quyết định đưa gói nâng cấp cuối cùng cho hệ thống động lực của mình vào đường đua. Ngoài CAC2, Honda còn hợp tác chặt chẽ với Red Bull để tối đa hóa tiềm năng của hệ thống động lực mới.
Một điểm đáng chú ý là sau khi áp dụng "lớp phủ Kumamoto", trọng tâm của hệ thống động lực đã được hạ thấp, đồng thời hiệu suất đốt được nâng cao, từ đó cải thiện đáng kể khả năng thu hồi năng lượng.
Cải thiện hiệu suất đồng nghĩa với việc có ít năng lượng được lưu trữ hơn, bởi vì nguồn năng lượng dư thừa trong khí thải đã được giảm đi. Ngay sau đó, Honda buộc phải tăng năng lượng đầu ra tổng thể từ trục khuỷu, đồng thời đảm bảo mức năng lượng đủ tốt ở quá trình thải khí, đặc biệt là ở khía cạnh nhiệt độ.
Pin cải tiến giúp cải thiện hiệu suất điện
Không chỉ có những bước tiến lớn ở lĩnh vực hấp thụ nhiệt của bộ động cơ, phần điện mới là thứ mà Honda dùng để tạo ra khoảng cách với các đối thủ, đặc biệt là vào mùa giải 2022.
Trong giai đoạn Honda hợp tác với McLaren, nhiều dòng xe đua khác nhau của McLaren đã phải đối mặt với vấn đề về hiệu suất thấp của hệ thống thu hồi năng lượng (bao gồm cả pin lưu trữ).
Sau khi tập trung nghiên cứu pin lưu trữ, Honda đã nỗ lực phát triển công nghệ của riêng mình dựa trên công nghệ nano carbon.
Sự đổi mới của hãng nằm ở việc tăng khả năng lưu trữ năng lượng. Asaki cho biết: "Loại pin mới này được phát triển trong một dự án kéo dài vài năm, với mục đích kết hợp cải tiến hiệu quả sử dụng năng lượng và giảm trọng lượng."
Nói tóm lại, nhà sản xuất Nhật Bản đã cố gắng tạo ra một loại pin hiệu quả hơn, nhỏ hơn và nhẹ hơn so với loại pin trước đây. Pin mới có điện trở thấp, công suất rất lớn, chu kỳ sạc và xả được rút ngắn đáng kể.
Tại Spa 2021 (Bỉ), Honda lần đầu tiên giới thiệu bộ trữ năng lượng mới. Theo Asaki thì "công nghệ mới này rất hữu ích đối với Honda trong các lĩnh vực khác ngoài F1 để tiến tới mục tiêu trung hòa carbon, thúc đẩy tiến bộ trong vận chuyển và cho phép người dùng trên khắp thế giới cải thiện cuộc sống hàng ngày của họ."
Chiến lược "thu hoạch" năng lượng nhờ các thành phần điện
Trong quá trình phát triển hệ thống động lực Honda, chúng ta không thể không nhắc tới hệ thống thu hồi năng lượng - cái mà hãng gọi là "chế độ thu nạp bổ sung".
Hệ thống này có thể tạo ra tối đa 2MJ năng lượng được phục hồi thông qua máy phát điện động năng (MGU-K) và "trút" vào pin. Đây là một cách thông minh để vượt qua giới hạn của các quy định trong bộ môn đua xe thể thao Công thức 1.
Hệ thống có thể truyền hơn 2MJ năng lượng từ MGU-K đến pin, miễn là MGU-H hoạt động như một bộ tái tạo năng lượng cao hơn giá trị 2MJ ở mỗi vòng đua.
Tuy nhiên, MGU-H không thể đồng thời nhận năng lượng từ MGU-K trong khi đang truyền năng lượng tới pin. Để làm được điều này cần có sự gián đoạn liên tục trong quá trình gửi năng lượng từ MGU-K đến MGU-H với chu kỳ kéo dài 25 mili-giây.
Có một điều mà chúng ta cần nhớ: Honda là nhà cung cấp động cơ chịu ảnh hưởng nặng nề thứ hai bởi Chỉ thị Kỹ thuật (Technical Directive) trong kỳ nghỉ đông 2019/2020 - một chỉ thị đã "làm tê liệt" gần như hoàn toàn hệ thống động lực của Ferrari.
Chỉ thị này đã khép lại một "vùng xám" quan trọng liên quan đến việc sử dụng MGU-H, đến mức mà Honda đã phải đưa ra thông số kỹ thuật của bộ điều khiển điện mới vào năm 2020.