Chuyện vắn F1 (P5)

Ở bài trước, khi nói về đội đua Red Bull Racing (RBR) tôi đã nhắc tới một con người vốn xuất thân là một chuyên gia về khí động học nhưng với tài năng thiên bẩm của mình ông đã biến những thiết kế cơ khí tưởng chừng không liên quan gì đến khí động học phải phục vụ việc sinh downforce, một trong những thiết kế đó là “Exhaust Blown Diffusor” hay EDB.

Hãy quay trở lại quá khứ và nói về chiếc RB7, chiếc xe mà chúng ta đã được chiêm ngưỡng tận mắt tại Hà Nội trong khuôn khổ sự kiện khởi động cho chặng đua F1 tại Việt Nam vào năm 2020. Chỉ vài ngày trước chặng đua tại Tây Ban Nha năm 2011, FIA gửi thư đến tất cả các đội thông báo họ sẽ hạn chế hiệu quả của hệ thống cánh khuếch tán gió (diffuser) sử dụng năng lượng khí xả hỗ trợ. Hệ thống được biết đến với cái tên exhaust blown-diffuser (EBD). Hệ thống này sử dụng năng lượng từ luồng khí xả thổi vào diffuser. Luồng khí xả với nhiệt độ và áp suất cao sẽ làm tăng tức thời cái gọi là flow-mass của luồng khí tại vị trí cục bộ đó, qua đó tăng độ khuếch tán (expansion ratio). Hệ quả là diffuser sẽ làm luồng khí đi dưới gầm xe thoát nhanh hơn, từ đó làm tăng downforce (DF). Đây là giải pháp tăng DF hiệu quả nhất bởi drag (hệ của của việc sinh DF) sinh ra là tối thiểu.

Vậy cụ thể FIA cấm cái gì. Xin thưa ngay là họ không cấm EBD như nhiều người nghĩ. EBD chỉ hoạt động hiệu quả khi luồng khí xả đủ lớn, thông thường là ở vòng tua máy lớn. Tuy nhiên khi xe vào cua, đây là lúc cần EBD nhất thì các tay đua lại phải bỏ chân ga và nhấn phanh. Khi đó tua máy giảm và EBD mất hiệu quả. Điều này dẫn đến 1 sự tụt giảm ghê gớm về DF và rất nguy hiểm. Để giải quyết điều này các kỹ sư động cơ phải thực hiện những gì? Đầu tiên họ phải can thiệp vào engine control unit (ECU) để điều chỉnh phương thức hoạt động của động cơ (engine mapping). Cụ thể là điều chỉnh độ mở của bướm ga. Chân ga của xe F1 không được điều kiển trực tiếp từ bàn ga đến bướm ga như xe thương mại thông thường mà thông qua cảm biến chân ga. Cảm biến này ghi nhận độ mở của chân ga và đối chiếu với engine mapping rồi từ đó quyết định độ mở của bướm ga. Để đảm bảo tua máy vẫn đủ cao khi tay đua nhả chân ga, các kỹ sư điều chỉnh engine mapping để khi đó bướm ga vẫn mở mà 1 lượng hỗn hợp nhiên liệu vẫn được đưa xuống buồng đốt.

Đến đây các kỹ sư lại gặp phải khó khăn thứ 2 cần giải quyết đó là khi vòng tua máy vẫn cao như nói ở trên trong khi tay đua lại đạp phanh việc hổn hợp nhiên liệu nổ trong buồng đốt khi đó sẽ gây nhưng tổn thất vật lý với động cơ và rất nguy hiểm. Giải pháp được đưa ra là điều chỉnh thời điểm đánh lửa của bugi. Cái này gọi là engine retarding. Khi đó hệ thống kiểm soát động cơ sẽ điều chỉnh lùi thời điểm đánh lửa đến sau khi hỗi hợp nhiên liệu được đẩy ra ngoài sau chu kỳ nổ. Khi đó hỗn hợp sẽ nổ tại cổ góp khí xả trong hệ thống xả và năng lượng của luồng khí xả vẫn được duy trì qua đó suy trì hiệu suất của EBD như hình mình họa.

Thông thường hỗn hợp nhiên liệu sẽ cháy trong buồng đốt để làm chạy động cơ. Sau đó khí xả theo van xả ra ngoài qua hệ thống xả. Nhưng ở các góc cua, khi tay đua nhả chân ga và đạp phanh thì rất ít khí xả được đưa ra ngoài qua ống xả bởi khi đó bướm ga không mở và không có hỗn hợp nhiên liệu nạp vào buồng đốt như khi tay đua nhấn ga. Nhưng với hệ thống đánh lửa được điều chỉnh lùi thời điểm đánh lửa mọi việc sẽ khác.

Kế hoạch cấm của FIA là cấm can thiệp vào engine mapping để qua đó kiểm soát độ mở của bướm ga khi tay đua nhả ga. Mục tiêu của FIA là cắt độ mở xuống còn 10% so với khi bướm ga được mở toàn phần. Tuy nhiên chỉ sau đó vài ngày FIA đã thay đổi quyết định của mình sau khi các đội có những phản ứng nhất định.

Vậy EBD hoạt động thế nào. Như nói ở trên EBD dùng năng lượng của luồng khí xả để tăng expansion ratio tại diffuser. Vị trí hiệu quả nhất cho hệ thống này để ống xả thổi vào là khu vực 5cm ở 2 mép ngoài của phần cuối bộ gầm xe. Vị trí này không chịu các quy định ngắt nghèo về độ mở của gầm do vậy nó là vị trí lý tưởng. Khi FIA thực hiện lệnh cấm thì những đội dùng thiết kế này như RedBull, Ferrari, McLaren sẽ chịu ảnh hưởng nhiều nhất, những đội còn lại cũng chẳng hơn gì vì họ cũng đã và đang áp dụng phương pháp này.