F1 2014: uno sguardo ai nuovi motori V6 Turbo

Carissimi amici di BlogF1.it. Prima di parlarvi – come promesso – dei motori 2014, vorrei fare alcune considerazioni sul GP d’Italia a Monza.  La McLaren sta confermando la bontà della sua vettura in tutte le condizioni di carico aerodinamico, mentre la Red Bull con il basso carico proprio non vuole andare. La Ferrari si è dimostrata all’altezza della situazione e avrebbe potuto anche centrare la pole. Perez, che bravo! Assolutamente impeccabile, coriaceo, veloce e maturo. Le gomme gli hanno dato una grande mano e lui ne ha approfittato immediatamente con grande grinta.

Ancora una volta, la chimica dei compound ha messo il suo zampino: le dure in low working range erano certamente inferiori rispetto alle medium in high working range, perché la temperatura dell’asfalto era molto alta. Paradossalmente, le dure erano meno consistenti delle morbide, proprio perché l’asfalto era molto caldo. Perez, facendo uno stint con meno benzina e gomme medium, è riuscito a sfruttare il miglior compromesso che la Pirelli aveva messo a disposizione dei team. Certamente, i primi dieci della griglia non potevano fare la stessa strategia del pilota Sauber e questo gli ha consentito di essere su un altro pianeta. A Monza si è dunque verificata una situazione opposta a quella di Silverstone, dove le hard – in low working range – andavano benissimo rispetto alle medium, poiché la temperatura dell’asfalto era molto bassa.

Guardando in casa Ferrari, sono un po’ preoccupato, perché Alonso doveva vincere per aumentare il gap sugli altri e demoralizzare gli avversari. E invece ha vinto il suo avversario “peggiore”. Ora ci aspettano 7 gare dove si utilizzerà alto carico – eccetto in Brasile – e gomme abbastanza morbide. La Ferrari negli ultimi GP ha mostrato di andare forte su circuiti con basso carico utilizzando gomme dure, mentre è andata meno bene in condizioni opposte. Occorono nuovi sviluppi sulla Rossa. A mio parere servono almeno altri 4 decimi di guadagno in laptime. McLaren sarà fortissima con entrambi i piloti e Red Bull tornerà nella mischia dei primi. E non dimentichiamo la Lotus, che continuerà a essere competitiva con Kimi. I 37 punti di Alonso sono troppo pochi per fargli dormire sonni tranquilli.

Bando alle ciance, adesso. Voglio parlarvi di motori, l’anima del motorsport. Il carissimo amico, nonché collega, ing. Maurizio Bollini – attualmente CEO della MET s.r.l. – mi ha dato ottimi suggerimenti per fare una ricerca di quello che è stato il motore nel passato e di quello che sarà nel prossimo futuro, ovvero nel 2014. Devo assolutamente ringraziarlo per la qualità e la competenza delle informazioni che mi ha fornito.

Dal 2014, in F1 si utilizzeranno innovativi motori di nuova concezione rispetto a quelli utilizzati dal 2006 ad oggi. Prima di descriverne i punti essenziali, vorrei ripercorrere le evoluzioni dei motori di Formula 1, sui quali ho avuto il piacere di lavorare insieme a Paolo Martinelli e Gilles Simons. Uno degli ultimi progetti motoristici che ho vissuto è stato quello che ha visto la riduzione della cilindrata da 3500cc a 3000 cc nel 1995. L’obiettivo regolamentare era quello di ridurre le prestazioni dei motori. In quel periodo in Ferrari adottavamo il V12, mentre Renault Sport il V10 e la Ford Cosworth il V8. Queste diverse tipologie di motori avevano differenti caratteristiche prestazionali in termini di potenza, consumo e guidabilità e non era sempre chiaro quale potesse essere il favorito su un determinato circuito.

In quegli anni, i motoristi avevano poche restrizioni sul progetto e quindi l’attività di progettazione e quella ai banchi era veramente intensa. Si lavorava per migliorare le prestazioni del motore su tutti i fronti: materiali sempre più leggeri e resistenti, riduzione peso, miglioramento rendimento volumetrico (per aumentare l’alimentazione del motore, quindi la potenza), miglioramento della combustione, riduzione attriti e – non ultimo –  sviluppo dell’elettronica di controllo e la componentistica elettrica ed elettromeccanica del motore. Il banco dinamico veniva utilizzato per riprodurre l’utilizzo motore sui tracciati e studiarne miglioramenti della guidabilità, oltre che per le attività di calibrazioni dei parametri. Si faceva un gran lavoro attorno al pistone, aumentando sempre più l’alesaggio, al fine di ridurne la corsa e poter raggiungere regimi di rotazione sempre più elevati. L’incremento di alesaggio comportava un naturale degrado della qualità della combustione che era poi recuperato lavorando sulla fluidodinamica, sulla camera di combustione e sui sistemi di accensione e iniezione.

La Magneti Marelli ha sempre fatto un grande lavoro per fornire bobine, iniettori ed elettronica di controllo sempre più performante per consentire uno sviluppo motore che faceva grandi passi in avanti, grazie anche alla guida dell’ing. Roberto Dalla. In pratica, a ogni gara, si potevano avere novità prestazionali sul motore al punto di poter utilizzare per la qualifica unità con specifica più elevata (in quegli anni i motori si utilizzavano per una gara, per una percorrenza totale di circa 450 km, poi passavano ad altri utilizzi). Nel 1996 la Ferrari decise di abbandonare il propulsore V12 a favore del V10, sempre da 3000 cc di cilindrata, che risultava più adatto alla varietà di tracciati in calendario. Per tanti anni si è lavorato su questo progetto, portando progressi notevoli in termini di potenza, guidabilità e affidabilità che ha portato Schumacher a vincere praticamente tutto, con continuità.

Nel 2005 iniziò il processo di cambiamento regolamentare sui motori, imponendo una durata di almeno due gare ad ogni unità. Nel 2006 avvenne il passaggio ai V8 da 2.4 litri: un motore più piccolo e con un minor numero di componenti al fine di ridurre costi e prestazioni. L’anno seguente lo sviluppo venne congelato e nel 2008 il regime di rotazione venne limitato a 19.000 rpm. Nello stesso anno, venne poi introdotta la centralina unica allo scopo di regolamentare meglio la gestione delle unità propulsive. Nel 2009 il regime di rotazione è stato ulteriormente ridotto a 18.000 rpm, sempre con lo scopo di allungare la vita dei motori e ridurre i costi, imponendo l’uso di 8 motori per stagione, per pilota. Nello stesso anno ha debuttato il KERS, ovvero il sistema di recupero di energia. Lo sviluppo del motore prima del 2007 era qualcosa di veramente intenso. Indubbiamente, il peso prestazionale relativo al sistema vettura era molto alto, contrariamente ad oggi, dove praticamente sono permessi solo sviluppi aerodinamici per avere miglioramenti di performance oggettivi.

Fatta questa doverosa premessa, vediamo – punto per punto – quali sono stati i principi che hanno ispirato le specifiche dei motori che debutteranno nel 2014.

Aumento dell’efficienza e sviluppo sostenibile. L’introduzione del turbo e l’iniezione diretta GDI ad alta pressione (500 bar invece dei 100 bar d’iniezione non diretta dei motori V8) sono punti chiave. Possiamo stimare un aumento di efficienza del motore almeno del 5-7% rispetto agli attuali V8 aspirati. Non è poco.

Mantenimento del contenuto spettacolare della categoria. Saranno dei V6 da 1600 cc che girano a 15000 rpm, anziché V8 che girano a 18000. Il rombo generato sarà ovviamente inferiore come timbrica, ma l’unione di motore e ERS (sistema di recupero energetico della turbina e dalla frenata) porterà ad avere potenze di 750 cv, di cui circa 600 prodotti solamente dal motore a combustione e 160 cv prodotti dai motogeneratori definiti MGUK, Moto Generator Unit Kinetic.

Nuove opportunità tecnologiche. Il sistema di alimentazioni motore (turbo, plenum, etc.) sarà liberamente definibile, giacché non è prevista una limitazione sulla pressione, ma piuttosto sul consumo di benzina che sarà limitato a 100 Kg/h per regimi superiori a 10500 rpm. Stessa cosa per le strategie di controllo del complesso sistema motore + turbo + motogeneratori elettrici e batteria. Il sistema ERS avrà prestazione doppia rispetto all’attuale. Inoltre, la gestione della turbina sarà nuova rispetto al passato, dove si utilizzava una valvola di sovrapressione per limitare la pressione. Nel progetto 2014, il motogeneratore definito MGUH (Moto Generator Unit Heat) è calettato sulla turbina. La conseguenza è che la turbina può essere frenata dalla MGUH – recuperando energia elettrica – oppure può essere accelerata, per generare potenza istantanea. Questa è una novità interessante. La portata benzina sarà controllata con un dispositivo fornito dalla FIA, in grado di misurare con precisione come i sistemi Coriolis e con piena dinamica la portata istantanea della benzina. Questo consentirà di limitare l’utilizzo di portate superiori, mediante collegamenti con la centralina elettrica di controllo. Questi sistemi sono ben collaudati già da alcuni anni.

Riduzione costi. Questa voce sarà effettiva quando comincerà la fase di produzione, che serve anche per fornire unità di propulsione alle squadre clienti a costi inferiori di quelli attuali. I materiali molto costosi sono proibiti e questo aiuterà a realizzare propulsori più economici e ripetibili. Il motore sarà in sé più semplice e con alesaggio pistoni di “soli” 80 mm contro i quasi 100 mm dei motori V8 e sarà dotato di un singolo turbocompressore. Sono banditi i materiali a matrice composita, leghe di magnesio, ceramiche composite e leghe col verillio, tutti materiali molto leggeri e tenaci, ma estremamente costosi.

Sicurezza. Ricordo il grande lavoro per rendere sicuro il sistema elettrochimico delle batterie a bordo vettura. Ormai il sistema è maturo e quindi è possibile lavorare con sistemi a maggiore densità di energia, sicuri per le persone.

Sviluppo tecnologie utilizzabili nelle vetture stradali. Metterei al primo piano il recupero energetico in frenata e successivi sviluppi dell’iniezione diretta, rispetto a quanto già disponibile sulle vetture stradali. Inoltre, i combustibili dovrebbero avere maggiore contenuto di etanolo, un bio combustibile, passando dall’attuale E10 a E20 (pari al 20% di etanolo) allineandosi così alle normative future. La componentistica  sarà realizzabile con materiali non estremi, come alluminio, titanio, acciaio e non con materiali ceramici complessi. Questo porterà all’applicazione futura sulle vetture di serie.

Rispetto agli odierni propulsori, i V6 del 2014 saranno avviabili dal pilota senza assistenza esterna e dovranno percorrere la pitlane col solo motore elettrico. Su questo punto, presumo verranno introdotte norme di sicurezza maggiori per il transito delle persone dai garage ai muretti, in quanto le vetture diventeranno pericolosamente silenziose in pitlane.

La centralina unica MES (McLaren Electronic Systems) sarà utilizzata fino al 2015, ma quella per i motori turbo avrà prestazioni e caratteristiche superiori a quella attualmente in uso. Il risparmio di carburante che possiamo stimare è un numero compreso tra il 19% e il 24%, stando alle personali simulazioni dell’ing. Bollini, al netto delle informazioni che si possono desumere dai calcoli a questo livello di sviluppo. Il valore di efficienza finale lo conosceranno solo i motoristi una volta raggiunto il livello finale di sviluppo.

E’ sicuramente il migliore progetto motore di F1 dell’ultimo ventennio con la grande possibilità di lavoro interdisciplinare tra motoristi e elettronici. Il lavoro al banco sarà intenso e interessante, come pure l’utilizzo in pista già dai primi test.

Ha ragione Adrian Newey a dirsi un po’ “preoccupato” dell’influenza che avranno questi motori sulle prime gare della stagione 2014. Infatti, per la prima volta negli ultimi 8 anni, il motore riprende un ruolo da protagonista.
Oltre alla prestazione sarà fondamentale raggiungere presto l’affidabilità. Non dimentichiamo che i V8 attuali a fine 2013 avranno raggiunto un livello di esperienza finale, in termini di utilizzo, prossima a un milione di chilometri tra banchi, gare e test pista e già da anni beneficiano del lavoro di affidabilità svolto nelle prime stagioni del loro utilizzo e le successive riduzioni di specifica di utilizzo.

I motopropulsori del 2014, invece, dovranno trovare la loro affidabilità quasi interamente ai banchi prova da qui a fine 2013, prima dei test invernali pre-campionato in pista del 2014. Un altro aspetto che non va messo in second’ordine sarà la guidabilità del motore, ovvero come sarà sviluppata la curva di potenza e di coppia, in modo da facilitare l’utilizzo della farfalla da parte del pilota. Insomma, tanti – ma proprio tanti – punti aperti che renderanno interessante l’introduzione di questo nuovo propulsore.