Sala Stampa F1

La “camera” dei segreti.

Iniziamo un viaggio alla scoperta dei punti salienti riguardanti il regolamento delle power unit.

L’attualità degli ultimi mesi ci porta a soffermarci su quello che sarà lo stravolgimento tecnico che riguarderà soprattutto la struttura della monoposto nella sua interezza, pensiamo al cambio delle gomme dove si passerà al profilo basso 18” per sostituire le odierne 13”, fino al nuovo package aerodinamico e quindi al sistema di sospensioni che per il 2022 vedrà una netta rivoluzione in accordo con le nuove regole.

I rumors su un congelamento delle power unit (recentemente avallato dalla F1 Commision) e di alcune aree del sistema ibrido, ha in qualche modo abbassato l’asfissiante luce dei riflettori su quello che era il sistema termo-ibrido delle F1; il congelamento previsto per i prossimi mesi,  può far pensare in prima battuta che i propulsori non subiranno evoluzione alcuna, ma i tecnici da stagione a stagione hanno avuto e avranno sempre modo di ottimizzare quanto più possibile l’unità termica.

Gli appassionati ed il grande pubblico sono soggetti ad assorbire da un punto di vista visivo i vari cambiamenti regolamentari che si palesano sul lato aerodinamico e telaistico, e spesso si bypassa l’attenzione da tutto ciò che è nascosto dal tessuto carrozzeria. Il vero cuore dei regolamenti è quello che indissolubilmente lega le parti “nascoste” agli occhi dei più, alla più estrema ricerca della performance.

Non a caso spifferi di inizio stagione parlano di miglioramenti per quasi tutti i motoristi che parteciperanno alla stagione di Formula 1 2021. Senza addentrarci troppo nei meandri dell’intero regolamento, citiamo solo alcuni dei vincoli che nelle ultime stagioni hanno segnato il confine oltre il quale non andare:

– Ciclo termodinamico a 4T;

– Cilindrata di 1600cc (+0/-10cc);

– Regime massimo di rotazione 15000rpm;

– Massima portata di combustibile pari a 100kg/h;

– Alesaggio imposto pari a 80mm (+/- 0.1mm);

-Massimo rapporto di compressione geometrico 18.0;

– Regime minimo del propulsore non oltre i 4000rpm;

– pressione limite in camera di combustione;

Partendo da questi si può ragionare sulla strada intrapresa nell’ultimo periodo per indagare quello che è lo sviluppo della camera di combustione, ovvero il cuore dell’unità termica, dove risiedono i segreti delle unità termiche.

Ci soffermiamo sul concetto di  camera di combustione per evitare di reiterare quanto già  evidenziato da molti rumors e riportato da alcune testate, tra la fine dell’anno scorso e l’inizio del 2021, a proposito  dell’iniezione (che però resta ovviamente legato allo sviluppo della suddetta).
Di fatto si è molto parlato di “Jet Ignition” ovvero il sistema di iniezione all’avanguardia  prodotto dalla tedesca Mahle per la Ferrari; sistema di alimentazione che a dire il vero è già stato sperimentato “nel lontano” 2016.

Fig:Classici sistemi di alimentazione.

I sistemi di alimentazione per i motori da competizione sono svariati e non basterebbe una trattazione unica per poterli descrivere tutti; attualmente le power unit utilizzano iniettori ad alta precisione limitati a 500 bar di pressione. Il compito per i motoristi non è certamente semplice alla luce dei limiti sul consumo massimo che è certamente il parametro più stringente che influenza maggiormente il sistema ibrido. La combustione nei motori sovralimentati ad accensione comandata è soggetta al fenomeno della detonazione o comunque a tutti quei fenomeni di cinetica chimica che rendono la combustione non omogenea; anche con i più evoluti strumenti di indagine e CFD, questo è ancora il più grande limite del motore sovralimentato rispetto all’aspirato.

La tendenza dei motoristi, a quanto pare, è quella di estremizzare (come da tradizione F1) il concetto di stratificazione della carica, ovvero creare una distribuzione non omogenea di combustibile in camera di combustione così da ottenere, localmente nei pressi della candela di accensione, una miscela che consenta una propagazione del fronte di fiamma, al fine di ridurre combustioni anomale ed aumentare l’efficienza; non ultimo si tende a “studiare” il sistema ad elevati rapporti di compressione  sfruttando miscele quanto più povere.

In sintesi, per far ciò oltre al sistema di iniezione sopracitato si deve appunto ridisegnare totalmente il sistema cilindro-testa-pistone e cercare una convergenza tra i risultati empirici e quelli delle simulazioni computerizzate.

Di fatto il sistema di alimentazione è strettamente legato a tanti altri parametri derivanti dal sistema di aspirazione e scarico, che a sua volta è strettamente legato al compound turbocompressore; riprodurre dei modelli parametrizzati che aderiscono quanto più possibile alla fisica di tal problema non è cosa facile.

La combustione per certi versi rappresenta quello che è il concetto di “variazione ciclica” già citato in altri nostri articoli, ovvero quelle innumerevoli fluttuazioni a cui sono soggetti i parametri standard quali pressione, temperatura e volume in un fenomeno a frequenza ciclica.

È chiaro quindi come la dicitura “ congelamento” delle power unit racchiude effettivamente delle interpretazioni non sempre univoche e come sempre il “congelamento” di alcuni parametri può aprire anche spunti di migliorie, e spingere l’evoluzione avanti come stiamo vedendo con la potenza delle power unit dell’ultimo biennio.

Ing. Daniele Musco

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