F1 2014: uno sguardo ai nuovi motori V6 Turbo

12 settembre 2012 00:37 Scritto da: Luigi Mazzola

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.

50 Commenti

  • Con il turno la bravura degli ingegneri non serve più sono sicuro che con questi motori la F1 perderà tanto spettacolo

  • Avete già detto molte cose interessanti,,, io vorrei solo dire abbasso l’aerodinamica et il monogomma torni la competizione sui motori… buon BlogF1.it a tutti.

  • Solo una costatazione: abbassare la cilindrata ed il numero di cilindriin F1, gia’ fa pensare che si voglia sperimentare nuove tecnologie per poi applicarle alle vetture stradali, di fatto utilitarie ed accessibili alla maggior parte degli utenti, naturalmente a prezzi accettabili.Molta tecnologia sperimentata in F1 gia’ fa parte di molte auto stradali e piu’ andremo avanti e piu’ le acquisteremo di serie e non come accessori.Lo spettacolo per la maggior parte degli utenti e’ vedere sorpassi, molte piste come Montecarlo per esempio sono solo bisness perche’ di sorpassi se ne vedranno sempre bem pochi.I nuovi impianti e le nuove regole sulla deportanza hanno portato a delle gare molto piu’ avvincenti per noi che seguiamo la F1 da casa. Ben vengano alcune restrizioni come giri motore, centraline,cilindrata etc etc purche’non cambino cio’ che noi vogliamo e cioe’ GARE-SPETTACOLO.

  • Un bel post che rende omaggio ai motori, che dire anche la meccanica è stata importante quanto l’aerodinamica.
    Comunque mi rendo conto adesso di quanto era incredibile la f1 del passato, il motore turbo del 2014 sara’ sempre ingabbiato in un regolamento che lo renderò dopo qualche tempo un accessorio standard. Leggendo il post mi rendo conto di quanto sia cambiata la F1 e quanti tecnici e aziende coinvolte nella progettazione del motore siano spariti dalla scena senza una vera ” Selezione ” sportiva. Posso capire l’abbandono del v12 verso il v10 quella fu’ una evoluzione, ma il congelamento dei motori e l’abbandono dello sviluppo non è stata una evoluzione ma un cambio radicale di questo sport che prima del 2005 era quasi un altra categoria. In questo momento di grande cambiamento sarebbe stato molto piu’ interessante rendere libero lo sviluppo dei motori per trasferire la tecnologia alle auto di produzione che nel corso dei prossimi anni subiranno un cambiamento epocale per via dell’inquinamento e dei costi del petrolio. Mi sarebbe piaciuto mandare in pensione Newey come sono stati mandanti in pensione tutti gli ingegneri meccanici nel 2006 .

  • Salve ragazzi,
    dai dati forniti dall’ing.Mazzola (un grande!!!) ho fatto due calcoli (molto) approssimativi su questi tipi di motori.
    Ecco i dati da me calcolati:

    corsa = 53 mm
    rapporto corsa/alesaggio = 0.6625
    W(velocità media del pistone) = 26.5 m/s

    Ora prendo in considerazione che la potenza max sia di 750 cv (551,55 kW).
    Il consumo (mc) di carburante (prendendo il valore max dal regolamento) ogni secondo è di 0,02777 (27,77 gr/s).
    Ottengo il consumo specifico pari a 181,307 g/kWh (0.181 Kg/kWh) che corrisponde al massimo consumo dopo i 10500 giri/min.
    Considerando il potere calorifico inferiore della benzina ( Hi= 44000 kJ/Kg) otteniamo un rendimento globale del motore pari a 0,452.
    La pressione media effettiva (pme) = 27,5775 bar
    La coppia generata (a 15000 rpm) = 351,30 Nm

    Considerazioni:

    I dati ovviamenti sono indicativi, ho assunto il potere calorifico della benzina perchè non conosco quello reale usato in f1.Inoltre il consumo specifico minore (a parità di potenza) è tale quando la coppia è massima, quindi con un regime di rotazione inferiore ai 15000 rpm.
    Per quanto riguarda la pme, risulta essere (IMHO) abbastanza veritiera.

    Aggiungo anche questa riga dal regolamento tecnico per il 2014:

    5.1.5)
    Below 10500rpm the fuel mass flow must not exceed Q(kg/h) = 0.009 N(rpm)+ 5.

    Mi scuso in anticipo per eventuali errori “madornali”!!
    Ogni commento è ben accetto!

    • Bravo! 😀 Credo che per arrivare a dei calcoli del genere e poterli confrontare con i tuoi ci starei almeno un’ora, e non so con quanta competenza!

      Hai considerato però che i CV del motore termico saranno solo 600? Perchè allora i dati sul consumo specifico e di conseguenza sul rendimento cambierebbero :)

      Inoltre la coppia mi sembra davvero pochina, considera che (a titolo di confronto) il 1.4 T-JET della fiat, con 120CV eroga già più di 200Nm di coppia…

      • Concordo per il fatto che i CV saranno solo 600… Per la coppia il discorso è che il T-Jet ha 120 CV a 6000 rpm e la coppia massima (200 Nm) a circa 1500 rpm. Per le F1 i regimi di rotazione sono un pochino diversi… regimi più alti => coppia minore, a parità di potenza (Potenza=CoppiaxNumero di giri)

  • Come sempre un ottimo articolo!!!

    Una piccola domanda rivolta ai lettori:

    con i nuovi motori V6, quale sarà il massimo quantitativo di benzina (attualmente 180 litri) ?

    Grazie

  • Sinceramente ho alcune perplessità! In ordine:

    1) Balance of Performance. Questa filosofia tanto assurda quanto cara alla (Ma)Fia, verrà veramente abbandonata per una vera competizione motoristica?

    2) Una F1 coi cavalli di una GT stradale appassionerà i giovani?

    3) Dubito che la tecnologia sviluppata per questi motori avrà un ritorno sulle utilitarie, mi sembra tutto troppo costoso.

    Ciao,Stefano.

    • Sui punti 1 e 2 posso capire le perplessità. Sul terzo punto non riesco a capire cosa dovrebbero fare di diverso per permettere una ricaduta sulle auto di serie…
      Più che imporre gli stessi motori che si stanno imponendo sul mercato e la stessa tecnologia ibrida, cosa dovrebbero fare?
      Ovviamente è tutto costoso, come lo erano i freni a disco quando vennero usati la prima volta su una F1… per questo certe cose si sperimentano prima nelle corse…

      • Il discorso è che, secondo me, un’utilitaria con il Kers a 11 000€ non la vedremo mai. Non la ritengo una tecnologia riproducibile in grande serie ad un prezzo accessibile alla maggior parte del mercato.

      • Quindi le auto ibride per te non sono il futuro… scusa, ma mi permetto di non essere d’accordo. Come possono dimostrare i micro-ibridi già in vendita, i prezzi stanno calando, via via che si trovano soluzioni ai problemi tecnici. Uno dei modi più efficaci per fare ricerca in questo senso è utilizzare queste tecnologie nel mondo delle corse, dove i budget sono molto più ampi.

      • Una vettura ibrida è una macchina che oltre al motore termico ed un serbatoio ha anche un motore elettrico ed un pacco batterie. Due oggetti costosi, secondo me, troppo costosi per permetterne una diffusione di massa.

        Ciao,Stefano.

        P.S. Sull’automobile Ibrida si fa ricerca da pochi anni, ma sui motori elettrici e sulle batterie da oltre un centinaio di anni, i progressi sono stati enormi, non so quanto ci sia ancora del margine da risicare.

      • Ad ognuno le proprie opinioni allora. Tieni conto percò che auto come la Honda Jazz/Insign, la Toyota Prius/Auris, stanno riscuotendo un notevole successo e i prezzi stanno diventando competitivi. Su motori elettrici e batterie si fanno ancora progressi e ci sono ancora molti progressi da fare. Oltre al fatto che anche le auto elettriche, oggi, cominciano ad essere realmente acquistabili (Renault in testa).

    • Scusa ma non capisco il punto 2…
      Nell’articolo si parla di 750 CV erogati dai V6 in collaborazione con i sistemi MGUK…
      Attualmente i V8 erogano tra i 725 e i 745 CV!!!! Quindi non capisco il tuo dubbio…
      L’unico che concepisco è il suono del motore, ma i V12 ormai li ricordiamo solo noi matusa!!!! O_o

      • Oggi la F1 ha, all’incirca un’audince pari ad un terzo della F1 pre Mosley e viene trasmessa anche in Cina,Russia,India e altri paesi, ma soprattutto mancano i giovani. Con l’era Mosley, la F1 ha emozionato/interessato sempre meno i giovani, e secondo me, non è dovuto alla concorrenza delle moto, ma all’impoverimento tecnico e cavallerie sempre più simili alle Gt, quindi meno impresionanti. La nuova F12 ha 740 CV e l’erede della Enzo viene accreditata di otre 800 aggiungici le regole anti-agonismo di Todt e le partenze sul bagnato dietro la safety car e secondo me, non ci sarà un’inversione di tendenza nell’audience della F1.

        Ciao,Stefano.

      • Non lo so, posso sbagliarmi… ma confrontare le GT stradali che spesso vengono prodotte in pochissimi esemplari per qualche sceicco con la F1 secondo me non è il nodo della questione.
        il calo audience è dovuto a molti fattori tra cui anche quelli culturali, faccio un esempio quanti di voi seguono il Giro d’Italia? Quando ero un ragazzino durante il Giro erano tutti attaccati a TV e radio, oggi non è più così i motivi sono tanti, l’evoluzione di alcuni sport non è stata paritetica a quella della comunicazione/percezione delle esigenze del pubblico.
        Lo spettacolo deve essere garantito ma non a scapito della sicurezza, i fattori in gioco sono molti e complessi e di sicuro vanno incastrati tutti in un puzle che come risultato finale deve dare un utile altrimenti non ci si muove, ma questo è il mondo degli affari in generale!
        Non dico che le cose così come sono, vanno bene ma secondo me non è così semplice trovare una soluzione quando ci sono diversi fattori in gioco!
        Quello che intendo è che sbloccare gli sviluppi sui motori potrebbe non risolvere il problema, il rischio in questo caso sarebbe la fuoriuscita dal circus di diverse scuderie che non avrebbero i budget per affrontare un campionato e non parlo della Marussia ma magari anche di team di metà classifica quali Sauber, Williams e via dicendo…

      • Per Gt stradali io mi riferivo al top della serie Ferrari e Lamborghini, quando la F1 era la F1, le F1 correvano in pista con circa il doppio dei cavalli del Testarossa e del Countach e si qualificavano con quasi il triplo della potenza. Erano numeri mostruosi anche oggi e le qualifiche erano seguite anche da persone che poi si disinteressavano a tutto il resto. C’è poi da dire che la meccanica è intuitiva, non serve documentarsi molto per comprendere i fondamentali. Oggi invece le potenze sono da Gt e la discussione verte su concetti tutt’altro che intuitivi che, secondo me, allontanano le masse.
        Il discorso sicurezza, non sono i CV che uccidono, ma le velocità in curva generate dalla deportanza che sono pericolose. Senna 1994 e Piquet nel 1987 sono usciti nello stesso punto del Tamburello. Senna con circa 750cv a impattato a 290 Km/h, Piquet con quasi 1200cv a 270 Km/h è sulle deportanze che, secondo me, bisogna lavorare per la scurezza.

        Ciao,Stefano.

      • eheh, la nuova enzo ne ha circa 920, con kers… 😉

      • Hem… se riesci ad averne una ricordati di me, faccio volentieri anche il portaborse! Oppure ancora meglio… In questo caso… l’autista!!!!

    • MotoreAsincronoTrifase

      beh certo adesso e’ cosi’. Anche l’esp era una cosa troppo costosa quando fu introdotta in f1 ma poi ora e’ sulle utilitarie. Le tecnologie introdotte nelle corse si vedono sulle vetture stradali dopo 10-20 anni

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