Rubrica: Curiosità della tecnica da corsa
Titolo o argomento: I nuovi motori F1 Turbo 1600 dotati di Exhaust Energy Recovery System
Chi non ricorda le famose F1 dell’era del turbo? Un’era (1977-1988) in cui le vetture, in configurazione da qualifica, raggiungevano la sconcertante potenza di 1200 cavalli con motori di soli 1,5 litri. Dal 1989 il turbo è stato bandito per regolamento ed i motori aspirati hanno conosciuto un’evoluzione senza pari. Grazie soprattutto agli enormi passi avanti condotti nel campo della scienza e tecnologia dei materiali, i motori di F1 sono stati in grado di raggiungere elevatissimi regimi di rotazione (oltre 20.000 giri al minuto) offrendo di conseguenza prestazioni disarmanti. L’evoluzione è stata tale da obbligare la FIA (Federazione Internazionale dell’Automobilismo), stagione dopo stagione, a modificare il regolamento diminuendo cilindrata e numero di cilindri (dai V12, V10, V8 di 3,5 litri sino agli attuali V8 di 2,4 litri) al fine di limitare le prestazioni, aumentare la sicurezza e non svantaggiare eccessivamente i team minori. Ora di nuovo, come fosse un fenomeno ciclico destinato a ricominciare, si riapre la stagione del turbo. Questa volta però con lo scopo di migliorare l’efficienza energetica dei motori, ridurre i consumi e quindi abbattere l’inquinamento e, per ultimo ma non meno importante, per fornire il know how necessario alla produzione di vetture stradali più “pulite”, con maggiore efficienza e autonomia.
Anno 2014, l’ennesima rivoluzione nella storia della formula uno sarà rappresentata dall’adozione di propulsori ad elevata efficienza V6 turbo di soli 1,6 litri. Si tratta di motori con sistema di iniezione ad alta pressione (oltre 500 bar), sovralimentazione mediante turbocompressore “singolo” e flusso di carburante controllato. Inizialmente il massimo regime di rotazione si attestava intorno a soli 12.000 giri al minuto. Successivamente, in seguito a contestazioni da parte dei team, si è giunti al limite di 15.000 giri al minuto. Questo per consentire una migliore gestione dell’erogazione della potenza nonché per il timore che il sound fosse meno entusiasmante ed i tifosi meno attratti. La trasmissione sarà dotata di un nuovo sistema di recupero dell’energia denominato E.E.R.S. molto più performante del K.E.R.S.. L’aerodinamica ed i relativi regolamenti rimarranno per molti aspetti invariati rispetto a quelli del 2011 anche se conterranno disposizioni per ridurre il consumo di carburante addirittura del 35%. Il peso minimo del veicolo sarà portato a 660 kg. I motori dovranno garantire una durata di ben 4.000 chilometri riducendo le spese sostenute dai team. Si punterà inoltre su tecnologie atte a ridurre gli attriti all’interno del motore per aumentarne l’efficienza e riuscire a rispettare i consumi massimi di carburante (26 grammi/secondo) imposti dal regolamento.
Tutto sommato si cercherà di mantenere prestazioni molto simili a quelle dei motori attuali in termini di potenza e velocità massima raggiungibile. Unico neo per l’abilità degli ingegneri motoristi sarà rappresentato dal dover lavorare molto sull’erogazione del motore che sarà decisamente differente rispetto a quella degli attuali motori.
Attenzione: la versione integrale del mio articolo relativo alle nuove F1, che saranno in pista dal 2014, è stata pubblicata sulla rivista di divulgazione scientifica Newton (numero di Settembre 2011) il cui sito web è: www.newtonline.it. Chi desidera ordinare un numero arretrato può contattare il servizio abbonamenti di Newton al numero: 02-76391923.
Complimenti!!!!!!
Sono stato un abbonatissimo alla rivista Newton sin dal primo numero fino alla loro chiusura nel 2008.
Non sapevo avessero ripreso a pubblicare (leggo nella web che hanno ripreso nel 2010), ma ti devo fare i miei più vivi complimenti per avere un tuo spazio in questa rivista che reputo autorevolissima oltre che molto interessante. Spero riuscire ad impossessarmi di una copia.. spero spediscano anche all’estero.
Grazie Davide 🙂
Leggo il tuo Blog da tantissimo tempo, anche se questa è la prima volta che mi decido a farti una domanda.
Quindi per prima cosa volevo farti i miei complimenti perchè è fatto benissimo e si trovano informazioni che sono quasi impossibili da reperire altrove nel web.
Vengo alla mia domanda. Leggevo del recupero di energia dalla turbina e mi chiedevo, qualcuno ha mai pensato di attaccare l’alternatore ad una turbina. Se un turbocompressore è in grado di girare a migliaia di giri, perchè non sfruttarlo per alimentare tutto l’impianto elettrico e magari anche tutte le pompe (lubrificanti, benzina, refrigerante)? Magari si potrebbe anche applicare un sistema simile senza sovralimentare un motore. Una sorta di turbina elettrica attaccata al condotto di scarico.
Ciao Leonardo,
alimentare direttamente delle utenze tramite l’alternatore crea diversi problemi per le fluttuazioni di corrente elettrica prodotta ai vari regimi di rotazione. Per tali ragioni si adotta un sistema di accumulo, nel caso dei veicoli è elettrochimico, ovvero la batteria, che garantisce prestazioni pressoché omogenee e può essere caricata in tutto il range di utilizzo del motore. Un po’ come se tu decidessi di utilizzare la pioggia per far girare un generatore e poi ti accorgessi che, interponendo tra l’agente atmosferico ed il generatore un serbatoio, puoi regolare il flusso di acqua con le caratteristiche più adatte alle tue esigenze e, soprattutto, nel momento in cui più ti serve.
Lo stesso esempio te lo potrei riproporre con il fotovoltaico (se ti interessa puoi leggere l’articolo seguente per il quale presto sarà disponibile il PDF completo della prova condotta questo inverno: http://ralph-dte.eu/2012/12/04/caso-di-studio-monitoraggio-e-analisi-delle-prestazioni-di-un-pannello-fotovoltaico-in-condizioni-tecniche-e-atmosferiche-sfavorevoli/ ).
Non so se mi sono spiegato bene e se l’esempio è chiaro. Considera poi che la pompa della benzina deve per forza essere alimentata prima dell’avvio del motore altrimenti questo come parte? La prima fonte di energia che avvia un motore è quella accumulata nella batteria e non nel serbatoio del carburante. Per quanto riguarda invece la pompa dell’olio, per ragioni di sicurezza e affidabilità, è meglio che sia solidale al motore mediante collegamento meccanico (finché gira il motore gira la pompa e la lubrificazione è assicurata).
La tendenza attuale è quella di ridurre le dimensioni dell’alternatore ed utilizzare il recupero di energia in frenata per ricaricare la batteria (o le batterie) del veicolo.
I sistemi turbocompound sfruttano l’energia recuperata dai gas di scarico dando la priorità ad un surplus di coppia da destinare all’albero motore. Da questo poi prenderanno energia anche il sistema di lubrificazione e raffreddamento. Una sorta di catena energetica in serie quindi, la tua proposta invece sarebbe una catena energetica in parallelo che però richiede l’adozione di pompe elettriche e, di conseguenza, una gestione elettronica complessa.
Conoscendo il settore automotive da vicino, credo che probabilmente preferiscano sfruttare una tecnologia “matura” piuttosto che avventurarsi in una ricerca che implica costi di ricerca, sviluppo, sperimentazione. Però mai dire mai.
Grazie mille per la risposta. Effettivamente mi ero posto il problema e pensavo si potesse usare un accumulatore per stabilizzare il sistema e dare l’impulso iniziale. Nelle mie elugubrazioni ero persino arrivato ad ipotizzare la rotazione degli alberi a camme tramite motori elettrici. Verrebbero eliminati tutti gli attriti meccanici non funzionali alla trasmissione di potenza. Comprendo che effettivamente la cosa richiederebbe uno sviluppo di un elettronica molto sofisticata e complessa. Però sarebbe bello poter sperimentare un sistema del genere.
Ciao Leonardo, per quanto riguarda gli alberi a camme motorizzati elettricamente (che in fondo non è un’idea tanto male) esiste già uno step di sviluppo successivo, ossia l’attuazione delle valvole senza alberi a camme della Lotus. Si chiama Lotus Active Valve Train ed utilizza attuatori idraulici e valvole elettroidrauliche. Lo trovi in questi articoli:
http://ralph-dte.eu/2011/05/22/la-distribuzione-senza-alberi-a-camme-lotus-avt-active-valve-train/
http://ralph-dte.eu/2011/05/24/lotus-active-valve-train-avt-circuito-idraulico-e-diagramma-distribuzione/
http://ralph-dte.eu/2011/11/14/performance-del-controllo-attivo-della-distribuzione-lotus-avt/
Purtroppo tante belle idee vengono anche a noi italiani ma per ragioni che esimono da questo discorso tecnico non ce le finanziano… e su questo ci sarebbe molto da argomentare…
Grazie mille.
Avevo gia letto i tuoi aricoli a riguardo del sistema Lotus, molto interessante anche se ancora non maturo.
🙂