Unidades de potencia de un Fórmula 1

Las unidades de potencia de los motores de Fórmula 1 son una de las piezas más importantes de estos monoplazas actuales. Estos motores son motores de combustión interna altamente sofisticados, diseñados para ofrecer una combinación perfecta de potencia, eficiencia y durabilidad. En este artículo del IAD, analizaremos cómo funcionan las unidades de potencia de los motores de Fórmula 1 y los elementos clave que las componen.     

Antes de profundizar en cómo funcionan las unidades de potencia de los motores de Fórmula 1, es importante comprender la estructura de estas unidades. Las unidades de potencia de los motores de Fórmula 1 son motores híbridos que incluyen dos componentes principales: un motor de combustión interna y un sistema de recuperación de energía.

Cómo se compone un motor de Fórmula 1.

El motor de combustión interna es el componente principal del motor y está diseñado para ofrecer una potencia impresionante a pesar de su diminuto tamaño. Los motores de Fórmula 1 son motores V6 turboalimentados que utilizan tecnologías avanzadas como la inyección directa de combustible, los sistemas de admisión variable y la sobrealimentación para ofrecer una potencia máxima de más de 1000 HP de potencia.

MGU-K 

El sistema de recuperación de energía es el segundo componente principal de las unidades de potencia de los motores de Formula 1 y está diseñado para aprovechar la energía que normalmente se pierde durante la frenada y la aceleración. Este sistema llamado MGU-K (Motor Generator Unit-Kinetic) se compone de la siguiente manera.

El MGU-K y su función principal es convertir la energía cinética en energía eléctrica, la cual puede ser utilizada para recargar las baterías o para proporcionar energía adicional al motor.

Este sistema está compuesto por un motor eléctrico que se conecta directamente al cigüeñal del motor de combustión interna. Cuando el conductor pisa el pedal del freno, el MGU-K recibe la energía cinética que se genera durante la desaceleración del vehículo y la convierte en energía eléctrica. Esta energía se almacena en las baterías y puede ser utilizada posteriormente para proporcionar una potencia adicional al motor.

Además de su función de recuperación de energía, el MGU-K también puede actuar como un motor eléctrico para proporcionar energía adicional al motor durante la aceleración, lo que se conoce como boost. Esto se logra al invertir el proceso de recuperación de energía, es decir, convirtiendo la energía eléctrica almacenada en las baterías en energía cinética que impulsa el vehículo hacia adelante.

MGU-H

El MGU-H, o Motor Generator Unit – Heat, es otro componente clave en los sistemas de propulsión híbridos utilizados en la Fórmula 1. A diferencia del MGU-K, que recupera la energía cinética durante la desaceleración del vehículo, el MGU-H recupera la energía térmica generada por el motor de combustión interna.

El MGU-H está compuesto por un motor/generador eléctrico que se conecta directamente al eje del turbo, el cual es accionado por los gases de escape del motor. El MGU-H puede funcionar de dos maneras principales:

• Recuperación de energía: Durante la aceleración, el turbo gira a altas velocidades y los gases de escape generan una gran cantidad de energía térmica. El MGU-H recupera parte de esta energía térmica y la convierte en energía eléctrica, que se almacena en las baterías para su posterior uso.
• Control del turbo: El MGU-H también puede funcionar como un motor eléctrico para controlar la velocidad del turbo. Al aumentar o disminuir la velocidad del turbo, se puede ajustar la cantidad de aire que entra en el motor de combustión interna, lo que a su vez afecta la cantidad de combustible que se quema. Esto permite que el motor de combustión interna funcione de manera más eficiente y reduce el consumo de combustible.

Comunicación con la ECU.

El motor de combustión interna y los sistemas de recuperación de energía y calor están controlados por una unidad de control electrónico (ECU) que se encarga de coordinar el funcionamiento de estos componentes para maximizar la potencia y la eficiencia del motor.

La ECU es responsable de controlar la operación del MGU-K y del MGU-H, lo que implica la monitorización de las condiciones de funcionamiento del motor y de la batería, la gestión de la energía almacenada en la batería, la distribución de la energía al MGU-K, al MGU-H y la optimización de la eficiencia del sistema. La ECU se comunica con el MGU-K y el MGU-H mediante protocolos de comunicación como el CAN (Controller Area Network) y el LIN (Local Interconnect Network), lo que permite una comunicación bidireccional en tiempo real entre los componentes del sistema de propulsión híbrido.

Electrónica.

La ECU de un Fórmula 1 se encuentra concretamente instalado en la trompa del mismo, con una apertura frontal para su refrigeración que los equipos suelen instalar en la punta de la nariz del cono. Este dispositivo funciona con código ensamblado que recoge los datos del propulsor, transmisión, sistema de suspensión, componentes del chasis y otros elementos electrónicos clave. Encripta los datos y los retransmite al equipo. Estos siguientes sdispositivos permiten el control del motor, ya sea por la ECU o por los ingenieros en el BOX.

• SECU TAG-310B o TAG-320B: Ya sea la unidad empleada desde 2006 a 2013 o la de 2013 hasta la actualidad.
• Interfaz LIU-4: Es otro dispositivo que se encarga del acondicionamiento de la señal para los sensores de posición LVDT de cinco hilos.
• Fuente de ignición/inyección PB2006: Proporciona fuentes de alimentación reguladas alrededor del auto, así como la administración de la ignición de alta potencia y las etapas en un motor de 10, 8 o 6 cilindros.
• Receptor de microondas LRX-310B: Modula con una antena integral el vuelta a vuelta cuando se transmite entre la ECU y los transmisores de pista.
• HIU-3 (unidades hub de interfaces): Se monta una en cada esquina del coche, es decir, en las cuatro ruedas. Estas unidades envían señales a través de dos redes CAN para reducir el cableado en los ejes del monoplaza y ahorrar peso.
• EDR-400: Es una especie de medio de almacenamiento compacto desarrollado únicamente para aplicaciones en competición. Cuenta con 42 entradas directas, además de entradas de las unidades de interfaz de sensores CAN. Con una capacidad de 1 GB, GPS y una opción integrada de telemetría a velocidad de 115,2 kbps.
• CBM-470B: Se trata de una unidad de telemetría para el motorsport y aplicaciones de automoción en coches de calle, diseñada para apoyar la transferencia inalámbrica de datos y proporcionar el registro de datos local. La unidad corre bajo un procesador Intel Atom, y una distribución RTOS (Real Time Operating System) de Linux.

Sensores de un Fórmula 1

Actualmente, la ECU monitoriza alrededor de 120 funciones de múltiples tipos. Además, algunos de los sensores soportados por la nueva ECU de McLaren son:

• Válvulas de presión del aire alimentación del motor. (ahora motores turbo, con mayor presión que los atmosféricos).
• Válvula del tanque de aire del motor.
• Presión de las entradas de aire, tanto las del airbox como la de los sidepods o pontones.
• Sensor de temperatura ambiente.
• Sensor de las cámaras de la FOM.
• Sensores del cigüeñal del ICE.
• Tensión de alimentación del inyector de combustible.
• Sensor del margen izquierdo y derecho UEGO.
• Sensores de la posición del tambor de cambio de caja de cambios.
• Velocidad de rotación del eje de la caja de cambios.
• Sensores de posición del embrague.
• Sensor de presión hidráulica del embrague.
• Sensores de aceleración lateral (G), utilizados por ejemplo cuando ocurre un impacto o accidente para ver las Gs soportadas por el piloto.
• Sensores de aceleración longitudinal (G).
• Sensor de presión hidráulica de diferencial.
• Sensores de la posición de la aceleración del motor.
• Demanda del controlador manual.
• Presión del freno delantero.
• Presión del freno trasero.
• Habilitador del controlador manual.
• Presión de sistema hidráulico.
• Sensor de tiempo por vuelta.
• Selección del modo garaje.
• Interruptor de encendido y apagado del motor.
• Sensores para cada rueda.
• Medidor de presión de aceite de la caja de cambios.
• Medidor de presión de aceite del motor.
• Medidor de presión del cárter del motor.
• Medidor de presión de refrigeración del motor.
• Medidor de la presión de combustible.
• Sensor de presión conducto de admisión de combustible.
• Sensor del nivel del colector de combustible.
• Sensor de temperatura del aceite de la caja de cambios.
• Sensor de temperatura del aceite del motor.
• Sensor de temperatura de la refrigeración del motor.
• Sensor de temperatura del combustible.
• Sensor de temperatura de la salida del tubo de escape.
• Entradas analógicas adicionales.
• Entradas de interruptores adicionales.
• Entradas de velocidad adicionales
• Sensor de LVDT 1 adicional.

Autor: Nelson Vigliani

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