F1 | Ferrari, é veramente il turbo il problema?

27 Giugno 2014 – Secondo alcune voci, la Ferrari sarebbe alla ricerca di un nuovo fornitore degli elementi della sovralimentazione. In molti indicano proprio la turbina come il punto debole della PU di Maranello, ma è davvero lì che risiedono tutti i problemi del propulsore Ferrari?

Lo scorso GP d’Austria ha evidenziato, ancora una volta, le carenze prestazionali della monoposto Ferrari. Secondo voci che circolano attualmente tra gli addetti ai lavori, i tecnici Italiani starebbero valutando l’ipotesi di cambiare il fornitore del turbo.

La questione è piuttosto intricata, vediamo di far chiarezza.

kers_2MGU-H: È il motogeneratore direttamente connesso alla turbina, recupera il moto della girante, tramite un asse, e ne ricava energia. Quest energia può essere dislocata su due percorsi, verso il pacco batterie che ha capacità limitata a 4 MegaJoule o direttamente verso l’MGU-K.

MGU-K: È il motogeneratore che recupera energia in frenata, ed è limitato a 120kw (160cv circa) di potenza massima. Quando si sente parlare dei fatidici 33 secondi al giro di utilizzo dell’Mgu-K, si tratta, sostanzialmente, di una semplificazione. (I 33 secondi è il tempo teorico, secondo cui una batteria di 4MegaJoule  può fornire energia al motore elettrico da trasformare in potenza). In effetti, sfruttando la seconda via, quella diretta MguH->MguK non ci sono limiti. Ed è esattamente questo il punto a favore di Mercedes.

La maggior efficienza del propulsore mercedes si traduce in una tempo di ricarica minimo il che consente di sfruttare il surplus energetico a dovere.

Fatte queste dovute premesse, analizziamo le motivazioni alla base delle differenze di performance tra le motorizzazioni. Prendiamo in esame gli ultimi due appuntamenti:

Canada e Austria ospitano circuiti con molte caratteristiche affini, il primo è un tracciato “on-off” dove ci si affida alla potenza del motore e alla trazione, il secondo è un po meno severo in termini di tempo sull’acceleratore ma con i numerosi allunghi e la minore pressione atmosferica, costringe il complesso Mgu-H/Turbo ad un superlavoro.

Entrambi i tracciati, inoltre, sono poveri di curve, ciò implica meno frenate e quindi uno scarso recupero da parte dell’MGU-K. L’ MGU-H quindi deve svolgere un superlavoro per recuperare e trasferire energia al K.

I motorizzati Mercedes si sono quindi trovati nella loro situazione ideale, ovvero dei layout che consentissero loro di sfruttare questo trasferimento diretto e non limitato.

In Ferrari, non sono certo degli sprovveduti:  Che per quanto se ne dica, non è il turbo piccolo o grande il punto focale della questione.

E’ infatti importante sottolineare che con il flussometro, la quantità di carburante immissibile in camera di combustione è limitata a 100kg/h che corrispondono, in base alle varie densità di carburante, a circa 140 litri di combustibile. Con le opportune conversioni ricaviamo un altro numero, 39 millilitri al secondo. Questo è il valore massimo che un attuale motore di F1 puo bruciare. Immettere più aria, aumentare i valori barometrici (la pressione di sovralimentazione non è limitata), non avrebbe alcun effetto positivo, il motore a combustione deve rispettare un preciso rapporto stechiometrico (14.7 parti di aria /1 carburante), ed è proprio in virtù di ciò che  i motori non superano i 13500 rpm. Il limite, da regolamento è ben superiore, 15000 rpm, ma raggiungerlo vorrebbe dire aumentare la velocità della turbina, quindi la quantità di aria immessa, cosa del tutto inutile se non si possono usare più di 39 ml/s di carburante.

Quindi perchè il turbo piccolo (se veramente lo è) non sarebbe un problema?

Perchè sono scelte progettuali, i tecnici di Maranello, hanno a disposizione un banco prova, e migliaia di GB di simulazioni. Un turbo più grande soffrirebbe di maggior Turbo-Lag (maggior inerzia rotazionale), il che costringerebbe l’ MGU-H ad intervenire più spesso, per accelerare la turbina e ridurne gli effetti dissipando quindi energia, non farlo comprometterebbe la guidabilità ritardando la risposta del motore. La Mercedes ha/avrebbe installato una frizione per “bypassare” il problema, incrementando però il peso complessivo e spostando il baricentro più in alto. 
Va inoltre considerato l’aspetto di gestione elettronica della Power Unit, il tempo di ricarica, la tipologia di accumulatori, e gli eventuali buffer a base di supercondensatori.

Ogni filosofia progettuale ha il suo pro e il suo contro, la Ferrari potrebbe aver scelto un turbo più piccolo, ma ciò di per se, non implica che sia una scelta sbagliata.

Dov’è quindi il problema?

Sezione scarico Ferrari
Scarico Ferrari, click per zoomare.

Il turbo prodotto per Ferrari dal partner storico Honeywell (ex Garret) sarebbe in difficoltà già nello smaltimento dei gas di scarico, anzi, questi ultimi, per effetto di alcune onde di pressione generate dal turbo stesso, tornerebbero indietro, rendendo tutto il gruppo meno efficiente. A supporto di questa ipotesi, al gran premio di Barcellona la Ferrari modificò lievemente la forma dello scarico, cercando di arginare il problema con una forma conica piuttosto che cilindrica. A sinistra la versione in uso da Barcellona in poi, QUI quella precedente.

La verità e sotto il cofano delle vetture, ma proprio in virtù di questo assunto, fare delle ipotesi senza aver progetti in mano, è quantomeno fuorviante. Il tempo ci dirà se effettivamente il turbo verrà sostituito, ma visto e considerato che quanto detto sopra è basato su un minimo di dati trapelati e sull’osservazione del comportamento delle vetture, dovremmo esser consapevoli del fatto che puntare il dito ad indicare uno o l’ altro componente è un esercizio di stile, e non può, di fatto, rappresentare verità assoluta.

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