Dettaglio della parte terminale dello scarico della Ferrari F1-75
Sul fronte motoristico F1 2022 il progresso tecnologico più marcato rispetto alla scorsa stagione è certamente rappresentato dalla power unit Ferrari 066/7. Le moderne unità turbo-ibride rappresentano la massima espressione tecnologica della simbiosi tra le componenti di recupero dell’energia dissipata (termica e cinetica) e i tradizionali motori a combustione interna (ICE).
La genesi del recupero tecnico dell’unità propulsiva di Maranello parte dal gran premio di Sochi della scorsa stagione in cui la monoposto di Leclerc fu equipaggiata dal nuovo sistema ibrido costituito da ERS, MGU-K, batteria e elettronica di controllo. La nuova piattaforma ibrida sviluppata in chiave 2022 è stata introdotta con largo anticipo per valutare l’improvement delle performance e dell’affidabilità.
La principale novità presentata è stata il range di tensione più ampio (tra gli 800 / 900 Volt) rispetto alla precedente generazione. La componente ibrida, nonostante sia stata ulteriormente affinata, non può essere considerata la sola artefice di un balzo prestazionale mai raggiunto dai costruttori a cavallo di due stagioni e con un regolamento tecnico sostanzialmente invariato.
Tutti gli indizi portano a un enorme sviluppo del motore a combustione a interna, tesi avvalorata anche dai dolorosi problemi di affidabilità accusati da Leclerc e Magnussen nel corso del gran premio di Baku.
Uno dei principali protagonisti dei moderni motori di Formula 1 è la precamera di combustione, elemento fondamentale nello sviluppo della power unit Ferrari, introdotta in occasione del gran premio del Canada nel 2015. La partnership con l’azienda tedesca Mahle ha consentito al team di Maranello di recuperare uno dei principali svantaggi rispetto al V6 Mercedes che l’adottava tale tecnologia sin da inizio 2014.
Tale componente, imprescindibile nel raggiungimento di un corretto processo di combustione, ha assunto ulteriore importanza nel 2022, complice l’introduzione di carburanti con il 10% di etanolo biologico miscelato alla “classica” benzina. Il processo di combustione magra Mahle Jet Ignition è costituita da tre fasi: pre-iniezione, combustione e post combustione.
Fase di pre-iniezione e combustione
Il sistema di iniezione è dotato di una piccola camera di accensione che ospita una candela convenzionale la quale è collegata alla camera principale da una serie di piccoli orifizi che creano getti in rapido movimento di prodotti parzialmente combusti che accendono la carica principale.
Questi getti di gas caldo penetrano in profondità nella camera di combustione principale per creare un effetto di accensione distribuito. Attraverso diversi getti di accensione, a seconda dell’applicazione, la carica principale viene accesa in più siti, determinando una combustione rapida e stabile. Il processo di combustione delle unità turbo-ibride è una variante dell’HCCI (Homogenous Compressed Charge Ignition).
Una miscela molto magra, ossia con più aria rispetto ai comuni motori a benzina, viene iniettata in maniera fine nell’intera camera di combustione, dove raggiunge in vari punti e contemporaneamente le condizioni necessarie all’auto-accensione. Ciò dà vita ad una fiamma velocissima, particolarmente efficiente (in accordo con gli stringenti limiti del flussometro) e a bassa temperatura, caratteristica estremamente utile al contenimento delle emissioni nocive.
Fase di post combustione
Durante la fase di post combustione viene iniettata una piccola quantità di biocarburante, senza innescare la combustione, al solo scopo di abbattere le temperature in camera di combustione.
Nei circuiti più esigenti in termini di consumi, è necessario smagrire l’iniezione e quindi utilizzare una percentuale di carburante più bassa nella fase di post combustione, per un minor tempo. Potrebbe non essere un caso che le rotture alla power unit di Charles Leclerc si siano verificate al Montmelò e a Baku, due tra i circuiti più critici in termini di consumi.
La necessità di centellinare ogni litro di biocombustibile, ha giocoforza limitato il quantitativo di carburante da dedicare alla fase di post combustione causando un innalzamento eccessivo delle temperature e l’inevitabile rottura della componente endotermica. Probabilmente l’abile gestione della fase di post combustione è all’origine dell’interesse da parte della federazione internazionale al terminale di scarico del propulsore Ferrari.
Le ispezioni effettuate dai delegati tecnici dell’organo federale avrebbero rinvenuto una sensibile quantità di una sostanza viscosa negli scarichi delle monoposto di Lelcerc e Sainz. L’indiscrezione lascia intendere che la “sostanza” sia il residuo del carburante incombusto rilasciata dalla power unit 066/7 a valle della fase di post combustione.
Precisando che nessuna infrazione è stata rilevata nelle analisi post gara sui biocarburanti prodotti da Shell per Ferrari, le suddette verifiche rappresentano l’ennesima dimostrazione che la federazione sembra non disporre del know-how per poter analizzare il corretto comportamento del processo di combustione nel cuore delle monoposto di Formula 1.
L’utilizzo dei biocarburanti E10 rende ancora più evidente il debole impianto di controllo dell’ente con sede a Parigi. Una delle criticità nell’utilizzo dell’etanolo è legata all’elevato valore dell’energia necessaria per la sua vaporizzazione (900 kJ/kg contro i 450 della benzina).
La porzione di etanolo sottrae infatti energia alla miscela di aria e carburante per passare allo stato gassoso. Tale processo contrasta la fine distribuzione della miscela necessaria a rendere quasi istantanea la sorta di auto-accensione, oltre ad abbassarne la temperatura allontanandola dal corretto valore di innesco.
Quasi tutti i costruttori hanno prodotto e sviluppato power unit che in pochi mesi hanno pareggiato e in alcuni casi superato le prestazioni superiori rispetto alle specifiche dello scorso anno nonostante l’utilizzo del carburante E10. L’auspicio è che l’incapacità di controllo palesata dalla FIA non venga compensata a suon di direttive tecniche sulla base di un know-how lontano anni luce rispetto a quello dei team.
Autore e infografiche: Roberto Cecere – @robertofunoat
Foto: F1, Scuderia Ferrari F1