F1-2014: Hệ thống năng lượng mới

Hệ thống phục hồi năng lượng trên xe F1 của mùa giải 2014 sẽ phát triển lên một tầm cao mới.

Trong ba mùa giải vừa qua, thế giới F1 đã trải nghiệm hệ thống phục hồi động năng-KERS. Nó cho phép các tay đua lựa chọn thời điểm sử dụng trong một vòng chạy để giải phóng 60kW năng lượng tái sinh trong khoảng 6,7 giây. Năng lượng tái sinh đó là điện năng được chuyển hóa từ động năng thừa của động cơ khi xe giảm tốc.

Trong mùa giải 2014, hệ thống phục hồi sẽ được mở rộng để tận dụng thêm nhiệt năng của dòng khí xả để chuyển hóa thành năng lượng hữu ích phục vụ chiếc xe sau đó. Thiết bị này được gọi là hệ thống phục hồi nhiệt năng (Thermal Energy Recovery System-TERS). TERS cùng với KERS (được đổi tên thành ERS-K) sẽ tái tạo năng lượng dư thừa để bổ sung cho động cơ turbo đạt công suất tương đương với động cơ 2,4 lít trong quá khứ.

ERS có hai bộ phát năng lượng, một là MGU-K (Motor Generator Unit – Kinetic) và MGU-H (Motor Generator Unit – Heat). MGU-H được lắp đặt trực tiếp với bộ turbo và biến đổi nhiệt năng của dòng khí xả thoát ra từ turbo thành điện năng được lưu trữ trong pin cho đến khi được giải phóng bởi động cơ điện (MGU-K) để tăng tốc khi cần thiết.

Hệ thống pin dự trữ có dung lượng tối đa lên tới 4MJ (gấp 10 lần năm 2013), trong khi đó, sức mạnh của ERS lớn gấp hai lần hệ thống KERS cũ (161bhp/80bhp), do đó, thời gian các tay đua giải phóng toàn bộ năng lượng tích trữ trong pin nhiều gấp 5 lần so với năm trước, ở vào khoảng 33 giây.

Sơ đồ cơ bản của hệ thống ERS

Tuy nhiên, thực tế các tay đua sử dụng năng lượng tích trữ phức tạp hơn nhiều. Thông thường, toàn bộ 4MJ tích trữ trong pin được chuyển đến động cơ MGU-K trong một vòng đua, nhưng đôi khi 2MJ có thể được dùng vào việc khác. Điều này phụ thuộc vào chiến thuật sử dụng năng lượng của tay đua. Việc triển khai năng lượng tích trữ có thể hạn chế với mục đích sử dụng phần còn lại để tăng tốc và qua mặt đối thủ vào thời điểm sau đó. 

Quy trình hoạt động của ERS có thể được mô tả đơn giản như sau:

- Khi cuộc đua bắt đầu, pin lưu trữ được nạp đầy năng lượng. Khi các tay đua đang chờ đợi đèn báo xuất phát tắt, động cơ MGU-H làm quay turbo để triệt tiêu bất cứ độ trễ của không khí nén nếu có.

- Ngay khi xe lăn bánh, bánh xe bị trượt với mặt đường chấm dứt, động cơ MGU-K đi vào hoạt động.

- Khi xe đang được tăng tốc tối đa, hệ thống turbo được tăng cường, động cơ MGU-H sẽ cung cấp năng lượng của nó thông qua MGU-K, năng lượng vượt quá giới hạn sẽ được lưu trữ vào pin.

-Khi tay đua hãm xe và vào cua, MGU-K được sử dụng để nạp năng lượng cho pin, và duy trì tốc độ quay của turbin nhằm tránh hiện tượng trễ turbo (hiện tượng này xảy ra khi động cơ tăng tốc nhưng hỗn hợp không khí-xăng tăng áp từ turbo chưa vào xi lanh kịp thời).

Khi chiếc xe ra khỏi khúc cua và có thể tăng tốc, chu trình được lặp lại. Năng lượng di chuyển qua lại giữa MGU-H và MGU-K không giới hạn, do đó, việc sử dụng nhiên liệu sẽ là một vấn đề lớn đối với các tay đua trong mùa giải sắp tới. Nhiên liệu dùng trong một chặng đua sẽ giảm 35% so với mùa giải trước, các kỹ sư và tay đua phải tính toán kỹ lưỡng nhằm cân bằng tốc độ khi tấn công và tăng tốc với khả năng hoàn tất cuộc đua với lượng xăng vừa đủ.