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IndyCar Mid-Ohio

Así funciona el nuevo sistema de motor híbrido eléctrico en IndyCar

Te explicamos cómo un nuevo tren motriz aumentará la potencia de la principal serie de monoplazas de Estados Unidos en óvalos, así como en circuitos permanentes y callejeros.

Graham Rahal, Pruebas híbridas en Indianápolis

Graham Rahal, Indianapolis Hybrid Testing

Foto de: Penske Entertainment

La IndyCar Series inaugura una nueva era en la ronda de este fin de semana en Mid-Ohio con el lanzamiento a mitad de temporada de su motor híbrido, que ha sido fruto de la colaboración entre Chevrolet y Honda.

El actual motor de combustión interna V6 biturbo de 2,2 litros, un incondicional en el principal campeonato norteamericano de open-wheel, sigue en su sitio.

Pero, a partir de este fin de semana, se combina con una unidad generadora de motor (MGU) eléctrica de bajo voltaje (48 V) y un sistema de almacenamiento de energía (ESS) de supercondensadores de 320 kilojulios por vuelta, ambos instalados dentro del cárter situado entre el motor de combustión interna (ICE) y la caja de cambios, para formar esta unidad híbrida de IndyCar, la primera de su clase.

IndyCar Hybrid unit: Energy Storage System on top; Motor Generator Unit below

Unidad híbrida de IndyCar: Sistema de almacenamiento de energía arriba; unidad de motor-generador abajo

Foto: Honda

Cómo funciona el sistema híbrido de IndyCar

La MGU y el ESS son dos de los cuatro componentes principales que forman el Sistema de Recuperación de Energía (ERS), que pesa 42,5 kilogramos y también incluye un convertidor CC/CC y un Dispositivo de Control de Tensión.

Producido por Honda Racing Corporation USA (HRC), el ESS consta de 20 supercondensadores -diseñados por Skeleton- que almacenan la energía cosechada por la MGU hasta que es utilizada por los pilotos.

La decisión de utilizar un supercondensador en lugar de una batería (como la que se utiliza en la categoría GTP del Campeonato IMSA SportsCar) se debió a su capacidad para capturar y desplegar la energía con mayor rapidez. El ESS, que funciona con una tensión máxima de 60 V y 2.000 amperios, es capaz de cargarse por completo y desplegarse en 4,5 segundos.

Y aquí es donde entra en juego la MGU, producida por EMPEL en colaboración con Chevrolet e Ilmor, ya que captura la energía producida al frenar y la convierte en electricidad que se almacena en el ESS.

La MGU, que funciona a un máximo de 12.000 rpm, también está conectada al árbol de transmisión del motor, lo que permite al conductor utilizar la energía recogida para obtener hasta 60 CV adicionales. Si se combina con el sistema push-to-pass en circuitos de callejeros y urbanos, el piloto puede obtener más de 120 CV adicionales.

IndyCar Hybrid's MGU

MGU del IndyCar Hybrid

Foto: Honda

Desarrollado por Brightloop, una empresa con sede en París (Francia), el convertidor CC/CC está situado en la parte trasera y garantiza que la energía procedente del ESS o la MGU se emita al voltaje adecuado -12 V- para el tren motriz actual.

"Los sistemas eléctricos normales de los coches son de 12 voltios", dijo el presidente de HRC, David Salters, en un episodio de la serie de tecnología híbrida en el canal de YouTube de Honda Racing US.  

"Este [convertidor CC/CC] toma estos 60V, 40V, 50V, lo que sea - porque está constantemente subiendo y bajando - y le da una buena estabilidad de 12V en el cerebro del coche, MGU, todo ese tipo de cosas se mantiene a 12V.

"Por eso se llama DC-to-DC; un voltaje para otro voltio. ... Normalmente, estas cosas son dos o tres veces más grandes, pero el tamaño y el embalaje son muy caros, así que esto está hecho a medida para nosotros".

En lo que es más o menos un fusible sobredimensionado, el Dispositivo de Control de Tensión es un componente de seguridad que modera el sistema, para que nunca supere los 60V.  

Los componentes se conectan con la unidad de control del motor (ECU), la TAG-400i suministrada por McLaren Applied, con un software adicional que se utilizará para salvaguardar la correcta sincronización entre el ERS y los motores Chevrolet y Honda.

IndyCar Energy Storage System's supercapacitors

Supercondensadores del sistema de almacenamiento de energía de IndyCar

Foto: Honda

El ERS captura la energía generada al frenar y la utiliza para cargar los supercondensadores del ESS, un proceso conocido como regeneración.

Un conductor puede controlar manualmente este proceso de regeneración de energía, o puede ser moderado automáticamente por la tecnología. En la regeneración automática, el software dictará el nivel de regeneración que se producirá, mientras que el procedimiento manual permitirá al conductor un mayor control sobre el nivel de captación de energía.

Un botón en el volante activa la captación de energía a un ritmo determinado, mientras que una leva en la parte trasera del volante cambia la cantidad de regeneración.

Además, el conductor activa manualmente el despliegue de la energía almacenada en el ERS mediante un botón en el volante. La cantidad de energía almacenada por vuelta variará en función de la longitud y el tipo de circuito.

"Hay varias formas de regenerar", dijo Salters. "El piloto puede hacerlo de forma totalmente manual con los pedales del embrague, de modo que aumente linealmente la regeneración al entrar en una curva o cuando lo desee.

"O se puede hacer con el software, que comprueba si el piloto ha levantado el pie del acelerador y tiene unos umbrales que le indican que empiece a regenerar, o hay otro modo en el que comprueba la presión de los frenos, los umbrales y empieza a regenerar".

Sting Ray Robb, AJ Foyt Racing, at Indianapolis Hybrid Testing

Sting Ray Robb, AJ Foyt Racing, en las pruebas híbridas de Indianápolis.

Foto de: Penske Entertainment

Cómo funciona el sistema híbrido de la IndyCar en óvalos

Aunque este proceso se centrará principalmente en los circuitos de callejeros y urbanos, también se empleará en los óvalos de alta velocidad de la IndyCar.

El funcionamiento en óvalos, como el Indianapolis Motor Speedway, consistirá en levantar el pie del acelerador al trazar, en cuyo caso se producirá la regeneración. A continuación, el piloto tendrá la posibilidad de desplegar el impulso de energía extra cuando se encuentre en la fase de ejecución de un adelantamiento.

"Cuando te acercas a un coche en un óvalo grande, los pilotos levantan el pie del acelerador al entrar en la curva", explica Salters. "En un óvalo corto, están levantando y acelerando todo el tiempo, así que todo eso da margen para la regeneración".

"Los pilotos pueden decidir cuánto regenerar, así que la próxima vez que se acerquen al coche de delante pueden desplegarlo y adelantar".

La potencia máxima actual del híbrido es de 60 CV, pero existe la posibilidad de mejorar el sistema para que produzca más en función de las necesidades de la IndyCar y sus dos proveedores de motores. Además, el ERS genera 45 Newton-metros de par motor.

Marcus Ericsson, Andretti Global, at Indianapolis Hybrid Testing

Marcus Ericsson, Andretti Global, en las pruebas híbridas de Indianápolis

Foto de: Penske Entertainment

"El piloto tiene el control del estado de carga", añadió Salters. "Puede pasar del 100% al 0%, es decir, de 60V a 30V.

"Aquí entra y sale mucha energía, que hay que cuidar, así que tenemos que refrigerar los supercondensadores y el motor eléctrico mediante un sistema de refrigeración (una bomba y un radiador adicionales) que los mantiene en un estado optimizado en cuanto a temperatura".

Otra de las ventajas de la unidad híbrida es que el piloto puede arrancar o volver a arrancar el coche sin ayuda -cortesía del ERS- para evitar que los coches se queden parados y provoquen banderas amarillas en toda la carrera, reduciendo también el riesgo para los equipos de seguridad encargados de atender a los coches detenidos en el circuito. 

En este caso, el ERS siempre tendrá suficiente energía en reserva - incluso si el estado de carga del conductor es del 0% - para permitir múltiples reinicios del motor cuando sea necesario.

Honda power unit, Indianapolis Hybrid Testing

Unidad de potencia de Honda, pruebas híbridas de Indianápolis

Foto de: Penske Entertainment

El motor se acopló y probó inicialmente con potencia híbrida en agosto de 2023 en Sebring International Raceway, y desde entonces 30 pilotos han recorrido 25.921 millas en los últimos 10 meses.

Otros lugares de pruebas han sido óvalos como el Indianapolis Motor Speedway (IMS), Milwaukee Mile y Gateway, con sesiones en circuitos de carretera en Barber Motorsports Park, Homestead-Miami Speedway, IMS y Road America.

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