Formula 1, GP Bahrain. Tutti i segreti delle Power-Unit delle grandi rivali Ferrari e Mercedes

Formula 1

Paolo Filisetti

Dall'avvento dell'ibrido nel 2014 la Power-Unit è diventata una delle grandi protagoniste della Formula 1. Come ogni componente di una monoposto di F1 anche la PU è estremamente complessa e Ferrari e Mercedes hanno in alcuni casi percorso strade progettuali diverse. Scopriamo quali. Il GP del Bahrain è in diretta esclusiva su Sky Sport F1 HD canale 207 e con SkyQ l'incredibile definizione del 4K HDR

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Le attuali power unit, introdotte nel 2014 sono composte da sei elementi distinti: 1) la batteria (Energy storage); 2) il motore a combustione interna; 3) la MGU- H; 4) la MGU- K; 5) il turbocompressore; 6) l’Elettronica di controllo.
Ognuno di questi elementi, banale (ma non troppo) sottolinearlo, contribuisce alla generazione della potenza complessiva prodotta, ed alla sua gestione. Dando per scontato il funzionamento del motore a combustione interna, un V6 di 1600CC, che mediante il turbo, contribuisce per oltre 800 CV alla totale potenza complessiva prodotta di circa 1000 CV, è interessante analizzare le altre componenti.

La MGU-H, motor generator unit – H

E' di fatto un motogeneratore che, appunto, ha la doppia funzione di motore elettrico e generatore, connesso mediante un alberino al compressore del turbo.  Nella fase di carica, immagazzina energia, che viene inviata all’ Energy storage (batteria) o direttamente all’ MGU – K. Nella sua funzione di motore, invece, consente incrementare i giri del turbocompressore, riducendo l’effetto del turbo lag (ritardo). Il passaggio tra la fase di carica e quella di propulsione è gestita dall’elettronica.

Su entrambe le power-unit Ferrari e Mercedes è posto all’interno della V tra le bancate dei cilindri, ma nel caso della MB, la sua posizione è equidistante da turbina e compressore, mentre sulla power-unit Ferrari 062 Evo, come negli anni scorsi è posto davanti al compressore. Indubbiamente la posizione adottata dalla Ferrari, sulla carta implicherebbe maggiori stress termici indotti. La temperatura massima di esercizio è di 200°C, ma generalmente viene mantenuta molto più bassa mediante adeguata refrigerazione, il peso è di circa 6 KG

L’MGU-K, motor generator unit – kinetic

Come intuitivamente suggerisce il nome stesso, trasforma l’energia cinetica sviluppata solo in fase si frenata, dai freni posteriori in energia elettrica, immagazzinandola nel pacco batterie o utilizzandola come incremento di potenza a quella fornita dal motore endotermico fornendo 120 KW (kilowatt) di potenza max. Questo apporto avviene secondo le strategie STRAT pre-impostate gestite dal pilota. Si ricordi l’episodio di Baku di 2 anni fa, in cui Hamilton, di fatto a metà rettilineo perdeva l’apporto della MGU-K.

Di fatto l’inglese subì il fenomeno di DE- RATING che indica l’esaurimento della potenza aggiuntiva, prima di una fase di rilascio dell’acceleratore. In pratica, anche se Hamilton continuava a premere  l’acceleratore a fondo, l’energia disponibile, era stata già rilasciata tutta, nella prima parte del rettilineo (non vi era un tempo di ricarica sufficiente perché durasse sino alla fine dei lunghi rettifili di Baku). In sostanza vi fu un errore di programmazione delle STRAT. In sostanza vi fu un errore di programmazione delle STRAT.
Sulle power-unit di Mercedes e Ferrari, l’MGU-K è posizionata in modo identico, sotto la bancata sinistra a lato del basamento. La sua temperatura di esercizio massima è 200°C e il peso poco meno di 10 KG

Il turbo compressore

E composto da due elementi distinti 1) la turbina che viene mossa dai gas di scarico poi espulsi dal singolo terminale centrale e il compressore 2), connesso alla turbina mediante alberino, che aspira e comprime l’aria in ingresso incrementandone la quantità immessa a parità di volume delle camere di combustione (dato da alesaggio e corsa).  In pratica, (banalmente) più aria entra, più è possibile bruciare carburante nella miscela aria/benzina, incrementando la potenza. Importante perché sia immessa più aria è che questa abbia un’elevata densità. 

Come noto, all’’aumento della temperatura l'aria diminuisce la sua densità, per questo motivo è adottato a valle del compressore uno scambiatore di calore che la raffredda prima di entrare nel plenum (cassoncino di aspirazione inferiore), per poi essere aspirata nella camera di combustione.  

La temperatura di esercizio della turbina è di circa 1000°C quella del compressore introno a 200°C. Sulle power-unit di Mercedes e Ferrari, differisce macroscopicamente la posizione del compressore. Sulla power-unit tedesca, è infatti posto anteriormente alla bancata dei cilindri, unito da un lungo alberino sia alla MGU-H sia alla turbina, posta dietro le bancate dei cilindri. Questa collocazione garantisce temperature di esercizio basse, non soggette al trasferimento del calore prodotto dalla turbina.

Sulla power-unit Ferrari 062 Evo, invece il compressore è connesso a monte della turbina, subendone, in teoria il trasferimento del calore da essa prodotto. È utile però sottolineare che questi elementi sono raffreddati tramite un sistema di refrigerazione a fluido per mantenere la loro temperature entro il limite massimo dei 200°C. Temperature superiori, ridurrebbero fortemente le capacità di carica, e ne potrebbero generare la rottura per attriti interni e tensioni anomale.

Le batterie (Energy Storage)

Sono poste di fatto sotto il serbatoio carburante, isolate e raffreddate a fluido, per mantenere una temperatura massima di esercizio di circa 80 gradi. Oltre questa temperatura si avrebbero fenomeni di carica parziale e di cariche parassite, che potrebbero danneggiarle. Con temperature più elevate gli elementi della batteria tenderebbero addirittura a fondersi. Il peso massimo delle batterie è di 25 kg circa.
Per quanto riguarda l’elettronica di controllo, in entrambi i casi è posizionata lontana dagli elementi “meccanici” della power-unit, nella parte inferiore anteriore delle fiancate.

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