Cómo Mercedes fabricó el mejor motor híbrido de F1 y por qué espera con ansias el 2016

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El año pasado, Mercedes dominó la Fórmula 1. Los Silver Arrows ganaron 16 de las 19 carreras, y sus pilotos Lewis Hamilton y Nico Rosberg terminaron la temporada en primer y segundo lugar. Pero, ¿cómo ha dominado Mercedes la Fórmula 1 durante dos años y por qué sigue siendo el favorito para ganar la temporada 2016? Parte de la respuesta está en sus pilotos de clase mundial y su sofisticado chasis, pero el motor híbrido que los impulsa podría ser uno de los mayores contribuyentes al éxito del equipo.

El mejor motor de F1 vino de Motorsport Valley

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Diseñado en respuesta a los cambios en las reglas del motor, el Mercedes Hybrid PU106A es el fruto de un período concentrado de investigación, desarrollo y aprendizaje. Impulsado por una sinergia de turbo, motor eléctrico y tecnología de combustión interna, es el motor más complejo, eficiente y potente que jamás haya fabricado Mercedes.

Aunque está diseñado para ser el mejor motor del mundo de la F1, el PU106A beneficia el conocimiento de todo el establo de Daimler, desde automóviles eléctricos hasta camiones diésel. Y las lecciones aprendidas por Mercedes ya están llegando a nuestros autos de carretera.Para descubrir el motor de vanguardia detrás de dos años récord, me senté con Andy Cowell, el director gerente de Mercedes AMG High Performance Powertrains, y el cerebro detrás del mejor motor de F1.

El PU106 es el potente motor Mercedes jamás fabricado

Brixworth está a un corto trayecto en coche de Milton Keynes, y se encuentra en el área del Reino Unido conocida como Motorsport Valley , un área altamente concentrada de pymes dedicadas a la competición. Y también es el hogar de los trenes motrices de alto rendimiento Mercedes AMG.

Es aquí en el Reino Unido, no en Alemania, donde Mercedes comenzó a trabajar en la unidad de potencia más avanzada que jamás haya desarrollado.

Cambios en las reglas y la necesidad de relevancia

La Fórmula 1 ha tenido durante mucho tiempo la reputación de estar desconectada de la tecnología automotriz de vanguardia, pero en 2014 cambió las reglas.

FEl organismo rector de 1, la Federation Internationale de l'Automobile (FIA), decidió hacer que el deporte fuera más ecológico agregando dos reglas básicas pero extremadamente efectivas: los motores no podían usar más de 100 kg de combustible para una distancia de carrera, y no eran No se permite consumir combustible a más de 100 kg por hora. El desafío competitivo es cómo [extraer] la mayor cantidad de energía de esa cantidad de combustible e impulsar el automóvil, agrega Cowell. La F1 se había convertido en una carrera de eficiencia.

El mayor cambio se produjo con el tamaño del motor: los motores V8 de 2.4 litros estaban descartados y las unidades V6 de 1.6 litros más pequeñas estaban adentro. Para compensar la reducción en la capacidad del motor, la FIA les dio a los fabricantes de motores acceso a una nueva caja de trucos. .

Se permitieron tecnologías que anteriormente no estaban permitidas; de modo que se permitió la inyección directa, un conjunto de turbocompresor y un sistema híbrido más grande, explica Cowell. Los motores ahora tenían 120 kW de potencia eléctrica de barril, el doble de la potencia de los antiguos sistemas de recuperación de energía cinética (KERS) vistos por primera vez en 2009, y también podían usar una máquina eléctrica para recuperar la energía térmica residual y potenciar el turbo.

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Si bien esto presentó un nuevo conjunto de desafíos para los ingenieros de F1, también significó que, por primera vez en décadas, los objetivos de la F1 estaban alineados con la industria automotriz en general. Para producir el mejor motor, los equipos tendrían que esforzarse por lograr la eficiencia, exactamente lo que queremos de nuestros coches de carretera.

Un nuevo conjunto de reglas y desafíos.

A pesar de la reducción de capacidad, Mercedes pudo recuperar una gran cantidad de caballos de fuerza gracias a la adición de un turbocompresor. Una de las formas más efectivas de aumentar la potencia y la eficiencia, los turbos funcionan capturando los gases de escape de desecho y usándolos para encender un compresor conectado al motor. ¿El resultado? Se fuerza más aire al motor, lo que aumenta la potencia y la eficiencia.

Mercedes no tenía experiencia con un turbo, después de todo, la última vez que se usaron en F1 era anterior al equipo, por lo que se basaron en el conocimiento de otras partes de la compañía Daimler. Aunque Mercedes usa turbos en sus autos de carretera, fue la división de camiones de Daimler la que resultó más útil para Cowell y su equipo: la enorme cantidad de potencia involucrada en el motor de F1 significaba que encajaban mejor.

El flujo de aire que ingresa al motor y el flujo de aire de escape es muy similar, por lo que el compresor y las ruedas de la turbina son de un tamaño similar, explica Cowell. Si miras la rueda del compresor de un automóvil de carretera, está en el centro de tu mano, una cosita diminuta. Si miras una camioneta, o una F1, está colgando del borde de tu mano. Y con eso obtienes diferentes características, diferentes cosas para desafiar.

En la búsqueda de más potencia, el turbo había aumentado de tamaño, pero eso exacerbó un problema fundamental con la tecnología: el turbo lag. Debido al tiempo que tarda el gas de escape en hacer girar la turbina, el retraso del turbo está presente en muchos automóviles de carretera en la actualidad. Lo experimentamos cuando estás sentado en el semáforo, pisa el pedal y te escabulles, dice Cowell. Y luego el poder llega de repente de una manera particularmente incontrolada.

Mercedes tuvo un problema. Si bien el retraso del turbo puede estar bien para los autos de carretera, plantea un problema potencialmente catastrófico para un auto de carreras. Los conductores confían en una potencia suave y controlada para aprovechar al máximo un automóvil, y el retraso del turbo reduciría tanto la confianza del conductor como el tiempo de vuelta general.

Pero también había una solución para eso: un motor eléctrico podía hacer girar el turbo mucho antes de que llegaran los gases de escape. Al presionar el pedal del acelerador, la máquina eléctrica con su respuesta instantánea y su capacidad de par de baja velocidad puede hacer girar el compresor y alimentar el motor con aire antes de que el sistema de escape se energice con los gases de escape, explica Cowell. Y para ahorrar espacio, los ingenieros de Mercedes dividieron la turbina y el compresor e integraron cuidadosamente la unidad del generador de motor en el medio de los dos conjuntos.

Lidiando con el factor híbrido

Aunque el motor V6 de 1.6L y el turbo son más sofisticados que cualquier cosa que se pueda ver en la carretera, es el sistema Energy Recovery System (ERS) el que representa la mejor aplicación de los nuevos motores de F1. Diseñado para aumentar el rendimiento y la eficiencia simultáneamente, el sistema ERS de Mercedes fue uno de los mejores en la parrilla el año pasado, y está desarrollando tecnología directamente relacionada con los vehículos híbridos enchufables actuales.

El sistema ERS se puede dividir en varias partes: energía, almacenamiento y recuperación, y estas funcionan como una sola para obtener la máxima energía disponible.

Las baterías del motor están bajas en el automóvil por razones de manejo, y pueden almacenar alrededor de cuatro megajulios de energía, suficiente para encender 10,0000 bombillas de 20W. Luego, esta potencia se alimenta a un motor de 120 kW conectado al eje trasero del automóvil, y ese sistema por sí solo vale la asombrosa cantidad de 160 hp, aproximadamente la misma potencia que un automóvil familiar. ¿Y la recuperación? Al reducir la velocidad, el motor de 120 kW del automóvil actúa como una dinamo, devolviendo la energía no utilizada a las baterías del automóvil. El motor eléctrico utilizado para evitar el retraso del turbo también puede recuperar energía, creando un ciclo de composición eficiente.

Desde bloques de lego hasta motores de carreras

El motor tenía que encajar en un chasis con requisitos específicos, y eso significaba que los ingenieros de Cowell tenían que trabajar con el resto del equipo de Mercedes. [Nosotros] pensamos, ¿qué es lo que realmente queremos de la unidad de potencia? Mucho poder.

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¿Y qué no queremos de la unidad de potencia? No queremos que tenga sobrepeso, porque los autos con sobrepeso son autos lentos. No queremos mucho rechazo de calor, porque mucho rechazo de calor requiere radiadores grandes, lo que ralentiza la aerodinámica.

Estos compromisos terminaron dando forma al motor, y los ingenieros de Brackley y Brixworth tuvieron que considerar cada compensación. Cowell resume su espíritu: si va a hacer que el automóvil sea más rápido, persígalo, y si no lo hace, no lo haga.

Probando tu trabajo

Todas las pruebas [iniciales] tenían que realizarse en fábrica, que es algo con lo que nos sentimos cómodos, admite Cowell. Desde hace mucho tiempo, no ha habido muchas pruebas durante la temporada y las pruebas de pretemporada son limitadas. Con los tiempos de entrega de los componentes de la unidad de potencia, no puedes hacer el primer día de pruebas en pista en el invierno y recuperarte si hay algún problema antes de la primera carrera. Si encuentras algo el primer día de las pruebas de invierno, eso es malo; vas a tener una mala primera mitad de la temporada, solo por los tiempos de entrega.

CONTINÚA EN LA PÁGINA 2: Descubra cómo Mercedes le dio los toques finales a su motor y qué tiene planeado para el próximo año.