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.

51 Commenti

  1. sara’ tutto sempre gestito da centraline elettroniche uniche e plafonate una volta trovata l’affidabilità e un po’ di esperienza nelle configurazioni e tutti saranno li vicini … con lo spettacolo indegno degli ultimi anni … ossia .. spettacolo ma asettico e dettato da congegni elettromeccanici .. vedi DRS KERS ecc. .. ecc…

  2. A me personalmente non mi dispiaceva vedere la bmw di Montoya avere 900cv e girare a 19.000giri il minuto. Magari ci faceva solo 900 metri e poi c’era la classica fumata bianca però a Monza si toccava i 370km/h…spettacolo. Cmq l’importante è che il motore torni a contare di più di adesso e su questo penso siamo tutti d’accordo!

  3. Preferisco che il mondiale di F1 dipenda in maniera importante dalle prestazioni del motore prodotto dai costruttori anzichè da come si utilizzano i pneumatici uguali per tutti. Secondo me sarà un cambiamento che ci restituirà la vera anima della competizione. Benvenuto V6 Turbo!

  4. Grazie Ingegnere, articolo succulento 🙂

    Mi chiedo cosa cambierà intorno al motore… Unità più piccola ed efficiente, quindi anche serbatoi più piccoli; immagino che la cosa avrà un certo peso anche nelle scelte aerodinamiche per il retrotreno delle vetture.
    Qualcuno sa per caso se diminuirà anche il peso a secco minimo delle monoposto?

    Per quanto riguarda i tempi sul giro: le velocità di punta magari saranno un filino più basse, ma la percorrenza di curva? Alla fine della fiera, è lì che si fa il tempo.

  5. Mah… Vogliono diminuire i costi con i motori turbo, questi sono pazzi, un motore turbo a 15.000 giri deve essere molto piu resistente del odierno V8 a 18.000 giri, e con l’utilizzo di materiali piu scadenti, la vedo dura farli durare 3-4 gran premi (le piste aumentano, e il numero di motori totali diminuisce).
    Poi non è vero che un motore turbo consumi meno (intendo con l’acceleratore a tavoletta, perchè a velocità bassa costate con acceleratore a filo, senza andare ad utilizzare il turbo, data la minor cilindrata e numero di cilindri qualcosina si risparmia), il consumo minore è dovuto dalla iniezione elettronica, piu di 100cv in meno (dovuti ai 3.000 giri in meno), e la maggior potenza del kers, non sicuramente perchè è “turbo”.
    Comunque questa “Formula riduzione costi”, è un controsenso assurdo, i costi non sono molto piu bassi, e vanno tutti sulla aerodinamica, che non serve a niente, tutte le altre componenti che possono essere utilizzate anche nelle auto normali, sono tutte bloccate.
    Nelle auto odierne ormai ci sono molte componenti utilizzate nelle f1 degli anni passati, e nel futuro che avremo? Una aerodinamica schifosa? Perchè l’aerodinamica delle F1, se utilizzata in una auto stradale, farebbe andare l’auto metà e consumare il doppio.
    Spero non congelino lo sviluppo anche di questi nuovi propulsori, almeno così in futuro si potranno avere nuove tecnologie utilizzabili realmente.
    Vorrei citare i motori Vtec Honda, che sono un piccolo esempio che dagli investimenti nelle competizioni, esce qualcosa di buona per le auto stradali, affidabilità assurda, quasi 10.000 giri senza soffrire , e consumi minori rispetto alla concorrenza, esperienza personale.

    1. Per quanto possa concordare su qualcosa di quello che hai detto, trovo bizzarro lamentarsi del fatto che conti solo più l’aerodinamica in un post che parla dei nuovi motori. A quanto pare l’intento, nel vietare materiali compositi e costosi, è proprio quello di avere più ricadute sulle vetture di serie…
      P.S.: vtec Honda buoni e consumano poco, ma 10.000 rpm?? Forse non stiamo parlando degli stessi motori…

      1. Intendevo dire che i soldi spesi nello sviluppo della aerodinamica potrebbero essere utilizzati per il motore, quindi migliorare prestazioni,emissioni,consumi,durata ecc…
        Invece l’aerodinamica è bloccata all’uso delle F1 e quindi sono soldi “buttati”.
        Per i Vtec: nelle versioni giapponesi prodotte negli anni 90 arrivavano a quasi 10.000 giri.

      2. Avevo capito cosa volessi dire. Il fatto è proprio quello: in questo articolo si parla di motori turbo, quindi si parla di prendere la direzione della relativa perdita di importanza dell’aerodinamica e del maggior ritorno per le auto di serie. Non capisco il tuo scetticismo sui motori turbo…
        Il vtec a cui ti riferisci è quello della Honda s2000 per caso? Spettacolare, ma per i consumi prenderei ad esempio gli ultimi iVtec, sempre Honda. Ma queste sono discussioni off-topic =)

  6. ragazzi io avrei una domanda…
    secondo voi miglioreranno le velocità di punta delle vetture con questi motori?
    si potrà ritornare ad avere prestazioni e tempi sul giro delle ormai imbattibili annate 2003-2004?
    e che senso avrebbe continuare ad utilizzare il drs quando la variabile spettacolo, oltre che dalle gomme, sarà fortemente influenzata dai motori?

      1. secondo me neanche, anzi si potevano raggiungere con l’aerodinamica sofisticata del 2008 e con i v10 del 2004… sarebbero stati siluti secondo me…

    1. La velocità di punta è abbastanza irrilevante… anche negli anni ’40 andavano ai 300 km/h, ma il tempo sul giro è un’altra cosa!
      Non vedo perché non possano migliorare le prestazioni, considerando che l’evoluzione telaistica e aerodinamica c’è sempre… oltre che degli pneumatici, che non sono per niente irrilevanti, anzi!

  7. perdonate l’ignoranza: nell’articolo leggo che “nel 96 la ferrari decise di passare al V10 perchè piu adatto alle caratteristiche dei vari circuiti”. Ma non fu una prescrizione regolamentare ad imporre 10 cilindri a tutti?

    1. quello successe solo nel 2000 (se non erro)…
      infatti si vociferava che all epoca honda stava pensando ad un ipotetico v12 che poi per i regolamenti non potè mai prendere piede…

      1. io sapevo honda…. considerato anche che toyota ha incominciato ad operare nel 2001…anno in cui la regola era già entrata in vigore
        forse sbaglio!:)

  8. mi chiedo dove andremo a finire con questa F1! capisco che si debba volgere lo sguardo al nuovo, alle nuove tecnologie… ma quella bella F1 “barbara” degli anni ’90 così come piaceva al sottoscritto (quella dei V12, o dei V10 che giravano a quasi 20.000 rpm, ancora ricordo i camera-car di Schumi a 19.800 giri/min) è ormai scomparsa e sempre più andrà nel dimenticatoio…

    già oggi dove l’aerodinamica la fa da padrona!

    buon proseguimento a tutti!

  9. Positivo:
    Il motore guadagna influenza sulle prestazioni
    Tecnologie avanzate per ridurre consumi, che possono essere anche trasferite alle automobili di uso giornaliero

    Negativo:
    Ancora troppe prescrizioni, mi sembra…
    Perché non dare via libera all’ angolo di V, ai scarichi all interno dell V (se già si deve utilizzaro uno scarico unico), ai regimi di rotazione,allesaggi e corse, ecc. ecc.
    Se c’è un limitatore di flusso, i limiti sono già abbastanza stretti.

  10. L’arrivo dei nuovi propulsori segnerà per certo la fine del periodo di “pace dei sensi” raggiunto finora con i V8 limitati e congelati. Ci sarà una diminuzione dell’impiego di materiali costosi ed altrettanto resistenti con l’aumento di componenti meccaniche usurabili come turbina ed altri congegni di recupero dell’energia. Il che equivale inevitabilmente all’aumento dei cedimenti. Prepariamoci al ritorno in pista di nebbioni d’olio e fuochi d’artificio perché se queste sono le condizioni e le premesse, a vincere almeno per il primo anno saranno le scuderie con motori più adeguati e bilanciati. Il che non significa necessariamente Ferrari, Mercedes o Renault. Ecco perché, se Alonso vuole vincere con tranquillità qualche altro titolo, gli conviene affrettarsi per queste 2 stagioni. Dal 2014 sarà nuovamente tutto da riscrivere, con buona pace soprattutto di Newey (che fra l’altro si vocifera stia cominciando a preparare i bagagli dalla RB, segno che il periodo di vincita facile è quasi finito).

  11. Bellissimo articolo. Ne vedremo delle belle dal 2014.

    Altra cosa: Premesso che sono convinto che Hamilton rimarrà in McLaren, quest’articolo è la dimostrazione che non sarebbe una tragedia (o al meno non lo si può dire a tavolino) firmare con la Mercedes.

  12. Le premesse ci sono tutte…ho paura che se ci sara’ disparita’ di prestazioni tra i vari motoristi la Fia possa tornare dettare regole appiattendo i motori a comparse..

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