La sensazione, più che avvalorata dai fatti, è una sola: ci hanno rifilato l’ennesima sola!
Ebbene, il ritorno in grande stile della motorizzazione turbocompressa in Formula 1 si è già trasformata – e ancora dobbiamo vederli in azione – in una sequela di imposizioni, divieti, unificazioni e congelamenti regolamentari.
Seguendo il cammino tracciato sin dal 2006 con gli ormai pensionandi V8 di 90° aspirati di 2400cc, la FIA (con il consenso dei Team…) ha di fatto relegato il motore a mero accessorio innominato: unificato, standardizzato, sottaciuto, quasi disconosciuto. Un fattore tecnico ieri preponderante e ben valorizzato, oggi, al contrario, tradito e rinnegato senza ritegno alcuno.
Dunque, la Formula 1 passerà da unità aspirate abbondantemente unificate ad unità turbocompresse ancor più standardizzate nelle caratteristiche tecniche. Ecco la carta d’identità essenziale dei motori F1 2014.
Saranno obbligatoriamente ammessi solo propulsori a pistoni, 4 tempi, di 1600cc di cilindrata (+0/-10cc di tolleranza). Il regime massimo di rotazione è fissato a 15.000 giri/minuto: si tratta, pur nella odiosità della imposizione di tale parametro, di un regime invero piuttosto sostenuto trattandosi di unità turbocompresse. Verosimilmente, i motoristi potrebbero realizzare unità caratterizzate da un regime ancor più elevato, come accadeva per i V8 di 2400cc, capaci, al banco e senza vincoli, di toccare e oltrepassare i 20.000 giri.
Frazionamento e architettura sono imposti: 6 cilindri in V di 90°. Anche il numero delle valvole è imposto: 4 valvole per cilindro, 2 di aspirazione, 2 di scarico. L’alesaggio è anch’esso forzosamente fissato per regolamento: 80mm (+/- 0,1mm di tolleranza). Giacché cilindrata e alesaggio sono rigidamente regolamentati, la misura della corsa del pistone è vincolata. Dati tecnici diffusi a riguardo – e che fanno riferimento al nuovo Renault RS34 – parlano di una corsa di 53mm.
Per quanto riguarda il Turbo, il regolamento FIA contempla solo ed esclusivamente la configurazione monoturbo, collocato in posizione centrale. Turbina e compressore, debitamente coassiali, debbono essere a singolo stadio. Vietate turbine a geometria variabile.
I gas di scarico (ossia i collettori di scarico) debbono fuoriuscire all’esterno del V: ciò comporta che le valvole di aspirazione siano disposte obbligatoriamente all’esterno del V stesso. È consentito l’impiego di un solo terminale di scarico, disposto centralmente. Ai punti 5.8.4 e 5.8.5 (5.8: Exhaust System), i legislatori della FIA hanno inserito un sostanzioso numero di norme atte a regolamentare (ossia, soffocare sul nascere la libertà e la creatività progettuali) gli ultimi 150mm del terminale di scarico, nonché la carrozzeria attorno ad esso.
Nello specifico, ecco cosa cambierà: il terminale di scarico (ossia, gli ultimi 150mm) dovrà presentare angolazioni, nelle viste dall’alto (rispetto alla linea di mezzeria della vettura) e laterale (rispetto al Piano di Riferimento), pari a +/- 5° e tra 0° e 5°, dovrà essere collocato tra 350mm e 550mm sopra il Piano di Riferimento e a non più di 100mm dalla mezzeria della vettura (quindi, è tollerato un piccolo disassamento del terminale), infine, posizionato in modo tale che l’intera circonferenza del terminale di scarico giaccia tra due piani verticali e perpendicolari alla linea di mezzeria della vettura e che si trovino tra 170mm e 185mm dietro l’asse ruote posteriore. In sostanza, il terminale di scarico deve sboccare appena dietro l’asse delle ruote posteriori. Inoltre, non è ammessa la presenza di carrozzeria in corrispondenza del terminale di scarico (compresi elementi dell’ala posteriore). Evidentemente, decade senza appello la funzione aerodinamica dei gas di scarico, tanto ricercata negli ultimi anni.
Ne consegue, alla luce di tali cavilli, un posizionamento obbligato del turbocompressore, dietro il motore e, appunto, in posizione centrale.
Altre limitazioni e vincoli toccheranno il numero dei perni di biella (3, quindi due bielle debbono insistere sul medesimo perno, vietate bielle sfalsate), il posizionamento dell’albero motore – coincidente con la linea di mezzeria della vettura e posizionato a 90mm (+/-0,5mm di tolleranza) sopra il Piano di Riferimento –, la misura minima del diametro dello stelo delle valvole (a profilo di alzata e fasatura fisse) pari a 5mm.
Il peso minimo del cosiddetto “Power Unit” (ossia, il solo motore endotermico) è pari a 145Kg; il baricentro del motore deve essere collocato ad almeno 200mm sopra il Piano di Riferimento.
Come accennato in precedenza, il regolamento vieta le turbine a geometria variabile, intelligente e collaudata soluzione tecnica largamente impiegata nella produzione di serie e nelle competizioni (Audi R18 LMP1). Tuttavia, i legislatori lasciano una porta aperta ad un’altra, interessante soluzione, abbandonata allorché vennero introdotti i V8 di 2400cc. Al punto 5.9.3 (5.9: Variable Geometry System), si afferma che, solo per l’anno 2014, saranno ancora vietate le trombette di aspirazione ad altezza variabile. Se ne deduce, pertanto, che, a partire dal 2015 o anni successivi, la FIA potrebbe riaprire le porte a tale espediente tecnico, davvero redditizio e che ben si sposa anche con la motorizzazione sovralimentata.
Si abbandona la iniezione indiretta (imposizione regolamentare tipica dell’era dei motori aspirati) e si passa a quella diretta, quindi con la miscela aria-benzina iniettata direttamente in camera di combustione. Peccato si tratti, ancora una volta, di una imposizione e non di una scelta. Ad ogni modo, questo tipo di iniezione è l’ideale nei motori sovralimentati. È consentito l’impiego di un singolo iniettore per ogni cilindro: non sono ammessi iniettori posti a monte delle valvole di aspirazione e a valle delle valvole di scarico. Il carburante può essere inviato agli iniettori ad una pressione massima di 500 bar.
Permesso l’uso di una singola candela per cilindro.
La FIA, verosimilmente in accordo con i Team, ha profondamente modificato il regolamento tecnico, mediante correttivi, cancellazioni o aggiunte. La norma che determinava lo spessore minimo degli ingranaggi della distribuzione (pari a 8mm) non compare più. Anche il peso minimo del “power unit” (motore termico) è stato abbassato di 10Kg: precedentemente, infatti, la FIA aveva stabilito un peso minimo pari a 155Kg. Cancellata anche la norma che prescriveva che al di sopra dell’80% della quantità massima di carburante consentita, almeno il 75% dovesse essere iniettato direttamente nei cilindri, ossia in camera di scoppio.
A tal proposito, possiamo dire che la Formula 1 2014 sarà, a tutti gli effetti, una formula-consumo. Se in passato, la Formula 1 – all’epoca della convivenza tra Turbo ed aspirati, nello specifico dal 1984 al 1988 – aveva optato per una regolamentazione della capacità dei serbatoi (220 litri, 195 litri, 150 litri), oggi la FIA intraprende la strada del controllo della portata di carburante.
Questa scelta è stata deliberata alla luce della assenza di una pressione massima di sovralimentazione, allo scopo, anzitutto, di calmierare e livellare il più possibile le prestazioni delle vetture. Quindi, non viene seguita la strada che portò, nel 1987, alla limitazione della pressione di sovralimentazione a 4 bar (e consumo massimo pari a 195 Litri) e, nel 1988, a 2,5 bar (consumo massimo pari a 150 Litri).
La portata di carburante non deve eccedere i 100Kg/h, pari a oltre 100 Litri/h. Non solo: al punto 5.1.5 (5.1: Engine Specification) si esplica una formula matematica – Q (Kg/h) = 0.009 N (rpm) + 5.5 – ad indicare la quantità di carburante da non superare al di sotto dei 10,500 giri/minuto.
Come gestiranno piloti e Team le nuove unità? La vita dei motori sarà ulteriormente allungata: ogni pilota, infatti, avrà a disposizione appena 5 unità a stagione, ma i Team spingono per averne 6. Un numero, invero, alquanto esiguo. Inoltre, il fattore “consumo” sarà determinante: in molti tracciati, infatti, i Team dovranno fare i conti con il carburante a disposizione; si parla di una riduzione dei consumi del 35%. Tuttavia, poiché le performance sul giro debbono essere simili o uguali a quelle del 2013, sarà importante centellinare, in alcuni Gran Premi (specie quelli sui tracciati veloci, come Monza) il carburante: infatti, a seconda delle piste, si potrà andare al di sotto del limite dei 100 Kg/h, molto vicini a tale limite o, addirittura, ben oltre il limite consentito per regolamento. Ma è ovvio che, per regolamento, non si potranno avere i valori di consumo del 2013: circa 170Kg/h.
Novità anche per quanto riguarda i cosiddetti “sistemi di recupero dell’energia”. Dal 2014, le monoposto di Formula 1 saranno dotate di due differenti moto-generatori elettrici. Il primo moto-generatore è, nella sostanza, quello che dal 2009 conosciamo col nome di KERS, ribattezzato dai legislatori della FIA col nome di MGU-K (Moto Generator Uniti Kinetic). Esso verrà connesso esclusivamente e permanentemente prima della frizione, ossia all’albero motore, cioè davanti il motore stesso. Il regime massimo di rotazione della MGU-K non deve superare i 50,000 giri/minuto. La coppia massima deve essere pari a 200Nm. Dunque, ulteriori paletti a limitare la già precaria, dubbia (e inutile) funzionalità dell’ex KERS. La potenza del MGU-K è di 120 kW (oggi di 60 kW), corrispondenti a 163 CV. Come il KERS, anche il “neo” MGU-K si attiverà a partire da una velocità di crociera della vettura di 100 Km/h.
La quantità totale di energia “immagazzinabile” negli accumulatori (o più semplicemente, batterie) è di 4MJ al giro: la MGU-K potrà fornire al massimo 2MJ al giro al cosiddetto Energy Store (il cui peso deve essere di almeno 20Kg e non più di 25Kg).
A questo punto subentra il neonato MGU-H, altisonante e raffazzonatissimo acronimo in salsa pseudo-ambientalista di Motor Generator Unit Heat. Si tratta, sebbene il regolamento faccia riferimento ad un presunto “calore” (heat), di un moto-generatore calettato coassialmente al turbocompressore (fatevene una ragione, sostenitori della teoria del “calore”…). Il calore, infatti, non interviene in alcun modo, né viene recuperata “energia termica” dal Turbo.
Il regime massimo di rotazione del MGU-H è, secondo regolamento, di 125,000 giri/minuto.
Ufficialmente, i valori di ricarica-rilascio energia da e per l’Energy Store sono illimitati, ossia non fissati per regolamento. Tuttavia, il regolamento fissa a 4MJ l’ammontare massimo di energia immagazzinabile nell’ES e rilasciabile dall’ES e spendibile in qualità di potenza-extra: un massimo di 2MJ al giro vengono, per regolamento, dal MGU-K, altri due è facile che provengano dal MGU-H.
Entrambi i motogeneratori (MGU-K e MGU-H) verranno raffreddati a liquido (altro che “recupero del calore” e dell’energia termica).
La sfida, se vogliamo, più solleticante affrontata dai tecnici risiede nella collocazione in vettura – nei limiti regolamentari – e nel raffreddamento ottimale degli organi in questione: moto-generatori, batterie, cablaggi, centraline, frizioni e così via. Le alte temperature d’esercizio unite agli elevatissimi regimi di rotazione, infatti, costituiscono sempre uno spauracchio, specie quando si è all’inizio di un nuovo ciclo tecnico-regolamentare.
Dunque, prestazioni implementate rispetto agli odierni KERS. Il MGU-K, come detto in precedenza, funzionerà come l’attuale KERS. Il MGU-H, benché uguale nella sostanza tecnica (un moto-generatore elettrico, nulla di più, nulla di meno), è connesso al turbocompressore: pertanto, in fase di ricarica delle batterie (in pratica, una sorta di dinamo), verrà attivato dalla turbina, mossa a sua volta dai gas di scarico. In fase di rilascio dell’energia, ossia quando fungerà da motore elettrico, aiuterà la girante del compressore, incrementandone il regime di rotazione: più aria compressa immessa nei cilindri anche ai bassi regimi, ossia eliminazione del cosiddetto Turbo-lag, il ritardo di risposta del Turbo.
Si tratta, invero, di un sistema non solo complesso e farraginoso, ma anche, e soprattutto, inutile (e costosissimo: ma la FIA non è ossessionata dai costi?). Al fine di eliminare il Turbo-lag, infatti, esistono le turbine a geometria variabile. In più, sarebbe stato possibile adottare due turbocompressori allo scopo di lenire gli effetti “nocivi” del Turbo-lag. Ed è pur vero che, grazie all’affinamento tecnologico delle giranti e della gestione elettronica del motore, anche i Turbo privi di geometria variabile offrono risposte sempre più ottimali anche ai bassi-medi regimi.
Le ragioni che hanno portato all’adozione di un doppio sistema di moto-generatori elettrici sono palesi: la FIA, spalleggiata dai Team, vuole attribuire alla Formula 1 una certa visione ambientalista del proprio ambiente attraverso sistemi di propulsione ibridi molto “propagandistici” ma, nei fatti, molto poco funzionali e redditizi. Sappiamo bene che la retorica “verde” ed “eco-sostenibile” (che predica, anzitutto, il contenimento delle emissioni di CO2…) sta inondando sempre più, dopo la produzione di serie, anche tutto il mondo delle competizioni automobilistiche, non solo Formula 1.
Ma non è tutto: i moto-generatori elettrici non verranno gestiti dal pilota. Il KERS, come noto, viene attivato – nella sua fase di rilascio dell’energia precedentemente accumulata nelle batterie in fase di decelerazione-frenata – dal pilota mediante un pulsante sul volante. È il pilota, oggi, a decidere quando e dove attivare il KERS. Dal 2014, non sarà più così. Il tutto, infatti, verrà gestito – ad ogni giro – dalla apposita centralina elettronica. Dunque, si avrà un funzionamento autonomo della propulsione ibrida, similmente a quanto avviene sui Prototipi LMP1 ibridi impegnati nel World Endurance Championship, sui quali è vietato l’uso di pulsanti “push-to-pass” o similari. In questo caso, è il solo pedale dell’acceleratore a stabilire l’attivazione della propulsione elettrica.
Tecnicamente parlando, quale sarà l’uso in pista dei suddetti moto-generatori elettrici? Ebbene, tanto MGU-K quanto MGU-H aiuteranno rispettivamente il motore endotermico e la girante del compressore ai bassi-medi regimi. Il loro impiego, pertanto, sarà circoscritto alle fasi di accelerazione, in cui serve maggiore spunto. Del resto, agli alti regimi, intervengono i limitatori: il motore endotermico non può superare i 15.000 giri/minuto, il MGU-K i 50,000 e il MGU-H i 125,000.
Valori che, probabilmente, toccheranno: oggi, i V8 vanno spesso al limitatore, ossia 18,000 giri/minuto, ed il KERS tocca i 40,000 giri/minuto.
Fattori tecnici che non hanno vantaggiose ricadute sulla velocità di punta delle vetture.
Ma non è tutto. La FIA, allo scopo di lenire o eliminare del tutto gli effetti del Turbo-lag, ha imposto cambi ad 8 rapporti, anch’esso rigidamente (e stupidamente) regolamentato sino all’inverosimile. Verosimilmente, si tratterà di cambi qualificati da rapporti iniziali sensibilmente corti e ravvicinati, tali da offrire più spunto in accelerazione. Ciò, unito al doppio sistema MGU-K e MGU-H, contribuirà ad avere il motore sempre al giusto regime di rotazione. Ma quanta inutile complicazione…
Un ulteriore risvolto tecnico – diretta conseguenza dell’introduzione del doppio sistema ibrido – è il sensibile aumento del peso minimo delle monoposto di Formula 1. Si passerà dai 642Kg del 2013 ai 690Kg del 2014. Un incremento, appunto, determinato dall’adozione dei moto-generatori (e annessi accumulatori, cablaggi, ecc.) e di un motore endotermico più pesante. Ne consegue anche una differente – e maggiorata in termini di peso – ripartizione dei pesi tra asse anteriore e posteriore: nel 2013, questa ripartizione è di almeno 292Kg all’anteriore e almeno 343Kg al posteriore. Nel 2014, non meno di 314Kg dovranno gravare sull’asse anteriore, non meno di 369Kg su quello posteriore.
La modifica regolamentare più vistosa, tuttavia, risiede nella cancellazione della voce “Electric mode”, precedentemente inserita al punto 5.19 del regolamento tecnico FIA 2014. Questa norma prescriveva la percorrenza della pit-lane mediante la sola trazione elettrica.
Un cavillo regolamentare a ragione depennato. Quali le motivazioni? Avanziamo due ipotesi: i moto-generatori elettrici non riescono a garantire la percorrenza nelle pit-lane, oppure, l’idea di vedere auto avvolte dal silenzioso ronzio dei motori elettrici non ha allettato Bernie Ecclestone – ossessionato e senza motivo reale disgustato dal sound dei motori Turbo – e addetti ai lavori…
Certamente, risulta alquanto difficile digerire auto da corsa che si muovono in pit-lane grazie a dei “freddi” e per nulla emozionanti motori elettrici.
Anche la presa d’aria motore – la quale porta aria alla girante del compressore – è rigidamente regolamentata (5.14: Engine Air Intake).
È consentito un massimo di due prese d’aria così collocate nella carrozzeria: tra la parte anteriore del bordo d’ingresso del cockpit e un punto, in senso longitudinale, situato a 500mm davanti l’asse ruote posteriore. Inoltre, dovranno essere situate a non meno di 200mm, in senso verticale, sopra il Piano di Riferimento. In più, ogni presa d’aria motore deve essere visibile frontalmente, con o senza pilota all’interno dell’abitacolo.
E non finisce qui. È stata introdotta la voce Rear Brake Control System (punto 11.7 dell’Article 11, Brake System). Si tratterebbe di una sorta di frenata elettro-assistita: la FIA ha voluto introdurre questa soluzione allo scopo di coadiuvare il pilota in fase di frenata, andando a compensare l’effetto del nuovo e potenziato MGU-K.
Immancabile, infine, l’accenno alla potenza effettiva dei neonati o nascituri V6 Turbo. Si parla di 600 CV, o forse qualcosa in più. Dai moto-generatori elettrici arriveranno altri 150 CV. Cavalli, questi ultimi, teorici, non effettivi. Infatti, occorre tenere sempre ben presente che le batterie si scaricano gradualmente (infatti, il ciclo di questi motori elettrici è una sequenza di ricariche-scariche), quindi la potenza massima erogata da siffatti moto-generatori è massimale solo per pochi secondi.
Il motore termico e i moto-generatori (e relativa altra componentistica) dovranno essere realizzati secondo le specifiche FIA sui materiali di costruzione.
L’intento della FIA, mediante l’introduzione dei V6 Turbo, è una sola, chiara e manifesta: relegare, ancor di più, il motore a mero accessorio, puntando su una unificata e forzosa efficienza energetica. I motoristi, infatti, avranno le mani legate e la fantasia imbrigliata. Le unità, del resto, verranno congelate nello sviluppo: questo congelamento – intrapreso dalla FIA ormai da tanti, troppi anni – serrerà le proprie maglie di anno in anno, soprattutto a partire dal 2015.
Infatti, come accaduto per i V8 aspirati di 2400cc, la FIA (grazie alla pressione dei Team) dovrà contemplare il cosiddetto Balance of Performance: tradotto, una serie di deroghe regolamentari atte a favorire questo o quel motorista qualora qualsivoglia motore lamenti un iniziale gap in termini di prestazioni-affidabilità. Eccezioni regolamentari, invero, spesso sottaciute al grande pubblico, sì legali ma che, al contempo, producono un equilibrio prestazionale artificiale e ingozzato dai legislatori a seconda delle esigenze di campionato.
Ad ogni modo, la scaletta dei congelamenti è già stata stilata e, se rigorosamente rispettata, entro il 2019 avremo persino le pompe dell’acqua congelate. Sarà un congelamento graduale, di anno in anno sempre più aspro e ossessivo.
Il regolamento tecnico ed il regolamento sportivo sviscerano approfonditamente i termini e le norme relative alla omologazione e al congelamento dei motori. Questi ultimi (e relativi specifiche e progetti) dovranno essere consegnati alla FIA entro il 28 febbraio 2014. Solo una tipologia di motore può essere consegnata e, quindi, omologata. Spetterà alla FIA, in accordo con tutti i motoristi impegnati nella categoria, promuovere o bocciare eventuali modifiche presentate da qualsivoglia Costruttore: modifiche, come specificato dai legislatori della FIA, intese a consentire l’equità di prestazioni tra tutte le unità omologate. Al contempo, la FIA stabilisce che le eventuali modifiche debbono esclusivamente riguardare affidabilità, sicurezza e costi (accettate solo variazioni progettuali che vadano a far costare di meno il motore).
Al livello di pure prestazioni, ancora è decisamente presto per fare previsioni oggettive. Il timore è che le monoposto di F1 2014 girino più lente di quelle 2013: un timore forse fondato e che si basa, essenzialmente, sulla minor potenza del motore termico, sulla vita del propulsore stesso ulteriormente allungata, sul peso minimo regolamentare accresciuto, sulle dimensioni delle gomme posteriori inalterate rispetto a quelle 2013 (molti attendevano gomme più larghe al fine di assecondare al meglio la potenza offerta dai moto-generatori elettrici) e sulla aerodinamica, resa ancor più inefficiente (il carico deportante diminuirà ancora).
È pur vero che le gomme odierne – per di più caratterizzate da mescole e degrado alquanto discutibili – ben sopportano potenze dell’ordine di oltre 700 CV, senza presentare vistosi e nocivi pattinamenti, anche a KERS attivato. Il MGU-K, tuttavia, ha prestazioni sensibilmente implementate, e sappiamo che i motori elettrici hanno quale rilevante peculiarità il poter entrare in coppia (ricordiamo, però, che la coppia massima del MGU-K è fissata per regolamento) sin dai bassi regimi.
Si tratta, al momento, di timori virtuali, ancora tutti da verificare e dimostrare. Certo è che, almeno in fase di progettazione e agli inizi delle loro vite, i nuovi V6 Turbo potranno palesare una affidabilità ballerina, soprattutto per ciò che concerne gli aspetti legati alle temperature d’esercizio degli organi meccanici ed elettrici ad essi connessi. Come accadde agli albori dei V8 di 2400cc, la cui affidabilità ha raggiunto livelli assoluti (le rotture capitano, ma ormai sono rare quanto la criptonite…) grazie, inizialmente, a benzine speciali usate sottobanco dai Team (e col silenzioso beneplacito della FIA…), al congelamento delle unità e al già menzionato Balance of Performance.
Infine, non possiamo fare a meno di avanzare due considerazioni finali. La prima riguarda la estrema laboriosità del regolamento tecnico. Un delirio esistenziale – come già abbiamo avuto modo di definirlo – redatto da burocrati della peggior specie, coadiuvati da consulenti che, evidentemente, trovano sadico piacere nel complicare ogni punto messo per iscritto. Cosa ancor più grave, i Team sottoscrivono tale regolamento.
La seconda riguarda, inevitabilmente, il confronto con il passato, con quel passato in cui, anche in Formula 1, ruggivano i motori Turbo. Un confronto ad armi impari, tanto imbarazzante quanto doveroso: da anni di sfida tecnica senza quartiere ad un presente ed un futuro contraddistinti da un pauperismo demagogico senza precedenti e privo di giustificazioni.
L’immediato futuro, tuttavia, verrà scritto da V6 Turbo ibridi ancora tutti da scoprire.
Al momento, si inseguono molte voci. Solo la pista potrà offrire responsi oggettivi. Rimaniamo in attesa.
Scritto da: Paolo Pellegrini