http://www.omnicorse.it/magazine/21747/f1-tecnica-scopriamo-lo-ers-del-motore-turbo-2014-parla-roberto-dalla-di-marelliScopriamo l'ERS del motore turbo 2014
La Formula 1 del 2014 apre una nuova via motoristica: propulsori V6 di 1600 cc con il turbocompressore e iniezione diretta. L’obiettivo della FIA è proporre delle unità che siano in grado di raggiungere le stesse potenze dei V8 attuali, ma con consumi ridotti del 35%. Il regime di rotazione del motore termico sarà di 15 mila giri e il peso minimo di 155 kg. In una stagione si potranno utilizzare solo cinque unità contro le otto concesse adesso con gli aspirati da 2,4 litri.
Jean Todt, presidente della Federazione Internazionale, vuole restituire al motore un ruolo utile alla ricerca, perché ci sia una ricaduta sul prodotto di serie. E per questo ha previsto l’apertura all’ibrido. Non solo il KERS, il motogeneratore che recupera l’energia in frenata, in uso sulle monoposto dal 2008 (con una stagione di stop nel 2009), ma anche l’ERS, l’energy recovery system, che avrà il compito di rendere più efficiente l’uso del turbocompressore con una pressione di sovralimentazione piuttosto limitata.
Ferrari, Mercedes e Renault sono i costruttori che stanno lavorando ai V6 turbo dopo che il tentativo della PURE di Craig Pollock si è fermato per problemi di finanziamenti. I nuovi propulsori spaventano i team clienti che temono un’impennata dei costi che potrebbero destabilizzare il Circus. Si parla di 15 milioni di investimento, almeno all’inizio.
Adrian Newey teme che il “cuore” possa tornare ad essere un elemento prestazionale tale da condizionare i risultati dei Gp: si è lamentato su Autosprint, lasciando intendere che gli ulteriori vincoli aerodinamici possono riportare la ricerca sulla meccanica. E non è detto che sia un male: dove sta scritto che la F.1 debba essere solo un esercizio di galleria del vento?
Dentro la V del 6 cilindri verrà montato il sistema di sovralimentazione: troveremo, come al solito, compressore e turbina ai quali si aggiungerà un motore elettrico (motor generator unit heat: MGUH) che potrà essere montato fra i due componenti, oppure a monte. Quando il motore elettrico frena la turbina si recupera energia: funziona come un secondo motogeneratore e invertendo la funzione si può pilotare il motore elettrico per fare funzionare la turbina non solo con la fluidodinamica dello scarico, ma anche con l’energia precedentemente immagazzinata. È possibile agire per ridurre il ritardo di risposta del turbo e riempire i buchi nell’utilizzo del motore.
Abbiamo incontrato Roberto Dalla, responsabile della Magneti Marelli Motorsport: “Il motore elettrico genererà una potenza di 90 KW e potrà girare ad un regime di 120 mila giri. Dovrà lavorare in una zona calda del motore perché subirà le temperature che si sprigionano dal sistema di scarico e dovrà essere adeguatamente raffreddato”.
Di quali unità di misura parliamo?
“I gas di scarico arrivano a 900 gradi, mentre il motore elettrico funziona a 200 gradi. Sarà necessario raffreddarlo con un sistema ad acqua o ad olio. Quello che vi mostriamo è un turbo-compound pensato per l’endurance, quello di F.1 sarà più piccolo”.
Perché questa soluzione attrae i costruttori?
“Nonostante i vincoli regolamentari imposti dalla FIA ci sarà molta libertà d’azione: questo è un tema che non interesserà solo il mondo delle corse. A Monza abbiamo incontrato delle Case che non corrono e hanno mostrato interesse a questa tecnologia che indica il futuro nello sviluppo delle vetture ibride. I motori avranno un rendimento più efficace, recuperando l’energia che oggi viene sprecata”.
Il motogeneratore potrà essere montato fra turbina e compressore o a monte dei due…
“Stiamo studiando le due soluzioni, ma in F.1 è più probabile che si sviluppi il motore elettrico lateralmente per necessità di installazione in vettura”.
E non è più un segreto per nessuno se anticipiamo che una delle prime applicazioni stradali si vedrà sulla Ferrari Enzo che è in gestazione a Maranello. Gli studi sul V6 di F.1 del Cavallino, quindi, avranno un’immediata ricaduta anche sul prodotto, per quanto esclusivo e di nicchia.
Il KERS anima la F.1 dal 2008: il sistema completo al debutto pesava più 30 kg e aveva una serie di problemi…
“E’ vero: il motore elettrico riusciva a funzionare solo per una parte della durata di un Gp perché non si riusciva a smaltire tutto il calore che produceva. Nella prima fase di sviluppo, quindi, i tecnici non sono andati a cercare un aumento delle prestazioni (la potenza 80 cv e l’energia utilizzabile sono definite per regolamento), ma hanno lavorato sul duty cycle, vale a dire il tempo di utilizzo: oggi siamo arrivati al 100%In prima battuta abbiamo aumentato le prestazioni, non la potenza o l’energia che è definita per regolamento, ma il duty cycle, il tempo di utilizzo: oggi è arrivato al 100%. Questo motore che genera 60 KW potrebbe far funzionare una vettura totalmente elettrica per il tempo determinato dalle batterie”.
Lo sviluppo del KERS è passato per i materiali e una sensibile riduzione del peso…
“Nel 2011 sono stati introdotti materiali nuovi: si può notare la veste in carbonio, ma c’è stata una miniaturizzazione del motogeneratore: abbiamo risparmiato mezzo chilo sui quattro che pesava il particolare. L’intero sistema ora non supera i 20 kg, ma è difficile scendere ancora. Abbiamo lavorato anche sull’elettronica: la centralina di gestione del KERS ha componenti interne più leggere. C’è una maggiore complicazione di sistema con diversi connettori che ne facilitano l’inserimento nel lay out della macchina”.
Su una pista veloce come Monza in quanto si poteva quantificare l’utilizzo del KERS
“E’ stato valutato in circa quattro decimi di secondo: anche se non se ne parla molto, ha una sua influenza sulle prestazioni. Ci sono squadre che lo usano per sommare l’effetto del DRS in rettilineo e tentare i sorpassi in staccata e altre che, invece, preferiscono scaricare l’energia accumulata all’uscita delle curve, scegliendo due o tre accelerazioni nelle quali si può aiutare la monoposto per raggiungere prima la massima prestazione. Sono filosofie molto diverse che vengono studiate con specifiche strategie e simulazioni”.
Quanti motogeneratori si usano in un campionato?
”Nel 2008 se ne usava uno a Gran Premio, anche perché la ricerca era continua e i costi esorbitanti. Oggi con due o tre pezzi si fa un campionato: ogni unità può coprire 7/8 mila km senza problemi”.
Nel 2014 con i motori turbo il sistema ERS avrà un ruolo ancora maggiore…
”Non c’è dubbio! Cominciamo dal KERS che è montato fra motore e cambio: nel 2014 potrà erogare una potenza doppia di quella attuale. Erogherà 120 KW e girerà a 32 mila giri al minuto. Il Motor Generator Unit - Heat (MGUH) del turbo, invece, potrà esprimere 90 KW girando a 120 mila giri, che sono quelli della turbina. Sarà possibile integrare la gestione elettronica di entrambi i sistemi inserendo due centraline nella stessa scatola. Oggi le monoposto dispongono di batterie con una capacità vincolata dalle regole, ma nel 2014 avranno arriveranno a 2 megajoule”.
L’aspetto interessante è che l’energia che verrà recuperata dal MGUH si potrà
mandare alle ruote attraverso un canale libero...
“Non ci sono vincoli normativi per cui sarà questo un campo di ricerca utile a cercare le prestazioni. Vedremo come si evolveranno i lay out delle macchine, ma non appena si trova un pertugio lì ci si butta nello sviluppo”.
Si spiegano, quindi, certe perplessità di Adrian Newey, perché nel 2014 si riparte da zero. La F.1 inizierà una sorta di mutazione: molti sistemi che oggi hanno comandi elettro-idraulici potrebbero diventare solo elettrici, sfruttando l’energia che è disponibile sulla vettura. Il sistema ibrido, pertanto, sarà più integrato nella macchina: per cominciare spariranno l’alternatore e la batteria della vettura, ce ne sarà una per tutte le funzioni della monoposto…
“Forse non vedremo grandi cambiamenti al primo anno, ma poi è pensabile che tutti sviluppino la nuova via elettrica. La batteria del 2014 peserà 25 kg contro i 10 di quella attuale, ma spariranno regolatore di tensione, alternatore e batteria. Il sistema ibrido si sparge su tutta la macchina. La batteria che genererà in prima battuta corrente di 300/400 volt che verrà convertita anche in altre tensioni: 12 e 48 volt e in futuro ci potrebbe essere anche la 90 volt”.
La tensione di 48 volt alimenta gli attuatori del motore termico. Si potrebbero comandare le funzioni più semplici: drive by wyre, cambio e servosterzo…
”Stiamo già percorrendo questo percorso: con una tecnologia meno esasperata riusciamo già a fare funzionare una Gp2 con il cambio pilotato elettricamente al posto del sistema elettroidraulico. Stiamo facendo dei test e non è detto che la soluzione vada in macchina l’anno prossimo anno o in quello successivo”.
Avere l’alta tensione sulla monoposto non crea problemi di sicurezza?
“L’esperienza del KERS ci ha permesso di risolvere i dubbi. Piuttosto potrebbero nascere delle interferenze sui vari sistemi elettronici che sono installati sulle monoposto. Curiamo ogni aspetto della questione…”.
C’è una previsione di costo? Le squadre clienti sembrano preoccupate che i motori possano scatenare un’impennata nelle spese…
”Lo studio del KERS era partito senza vincoli di costo, trattandosi di qualcosa di nuovo. Ora, invece, abbiamo messo dei limiti e siamo convinti che i costi della ricerca possano ricadere almeno in parte sul prodotto di serie che nei prossimi anni beneficerà dell’ibrido”.
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