Power Unit Ferrari, un puzzle complesso

Il recente Gran Premio di Austria ha rappresentato un momento particolarmente critico per la Scuderia Ferrari.

La Power Unit che ha beneficiato del primo aggiornamento ADUO non è stata in grado di imprimere alla SF-26 la spinta necessaria a lottare stabilmente per la vittoria. Contrariamente alle attese, la PU italiana è parsa, in Austria, ancora più in difficoltà rispetto alle gare precedenti.

A differenziare la vettura di Maranello dalle altre vi sono alcune ben precise scelte tecniche che, in modi diversi, potrebbero diventare protagoniste della prossima campagna di aggiornamenti.

Il turbo miniaturizzato non è più un vantaggio

La prima sostanziale differenza risiede nell'ormai famigerato gruppo turbocompressore dell’unità motrice Ferrari.
Dopo la modifica del sistema di partenza, la precisa scelta tecnica di adottare giranti di diametro ridotto sembra aver ormai esaurito ogni vantaggio garantito dalla minore inerzia. Venuti meno i vantaggi, rimangono quelle caratteristiche che si sono tramutate in pesanti limitazioni su un tracciato come quello della Stiria, da sempre particolarmente severo per i motori per via della rarefazione dell’aria causata dall’altitudine combinata all'effetto dato dal gran caldo.

Il gruppo turbocompressore della SF-26, per compensare la minore densità dell'aria, è costretto a eseguire un maggiore lavoro sul fluido, aumentando maggiormente il numero di giri rispetto ai concorrenti per ottenere la stessa pressione di boost.
Va tenuto presente che esiste comunque un massimo numero di giri consentito da regolamento.
Se la portata in massa non cambia (importante per la corretta combustione), aumenta di contro la portata in volume e potrebbe farlo potenzialmente fino al massimo valore smaltibile (o di blocco), spingendo il punto di lavoro della turbomacchina in condizioni molto lontane dall'ideale.

In sostanza, la gara austriaca potrebbe averci mostrato tutti i limiti dell'attuale impianto di sovralimentazione della Rossa, specialmente agli alti regimi, che si è tradotto in divario mai registrato nelle precedenti sette gare.
Risulta spontaneo temere la futura gara in Messico, posta a una altitudine tripla rispetto a quella del Red Bull Ring.

Trovano in questo modo solida giustificazione le indiscrezioni che vedrebbero gli uomini della GES al lavoro per allineare, in ottica del secondo aggiornamento ADUO, le proprie scelte progettuali a quelle dei competitor aumentando il diametro delle giranti.

La combustione e il ruolo dell’intercooler

La seconda differenza, tra la PU di Maranello e quella degli altri costruttori, sarebbe la capacità di immettere aria più calda in camera di combustione: il cosiddetto motore “caldo”

Ferrari sarebbe decisa a non abbandonare questa strada estremizzandone ulteriormente il concetto ma è molto più difficile comprendere quali siano i motivi dietro questa scelta che, per certi versi, appare controintuitiva.

Il ruolo dell’intercooler infatti è opposto a questa strategia: abbassare la temperatura dell’aria sfruttando il passaggio di quest’ultima all’interno di uno scambiatore di calore (tipicamente aria-aria per limitarne il peso). L’effetto desiderato è aumentarne la densità per mettere a disposizione più molecole di ossigeno per ogni ciclo e realizzare una migliore combustione e, in definitiva, ricavare maggiore potenza.

Vi sono però una serie di variabili e implicazioni che vanno tenute presente.

I moderni V6 impiegati nella Massima Serie sono progettati per lavorare con miscele estremamente magre (con rapporti aria carburante pari a 1:45 o 1:50, ovvero 45 parti di aria per una di combustibile) quindi, se si pensa a un motore tradizionale a benzina, la combustione non potrebbe nemmeno avvenire.
Interviene quindi lo studio di metodi di ottimizzazione della combustione più simili a quelli di cicli diesel, ovvero l’uso di precamere nelle quali localmente la miscela è arricchita e da dove la fiamma propaga per mezzo complesse strategie di gestione del fronte della stessa.

Il fenomeno del "knock"

La progettazione della camera di combustione in un motore di questo tipo, caratterizzato anche da rapporto di compressione molto elevati, deve tenere conto del fenomeno del “knock" o detonazione.
Il “knock” o detonazione avviene quando la miscela si auto-accende per semplice effetto dell’aumento di pressione e temperatura generando una combustione incontrollata che può essere molto dannosa per l’integrità del propulsore.

Se Ferrari avesse progettato la propria camera di combustione in modo che, sfruttando le proprietà del carburante sviluppato da Shell, la temperatura in cui si innesca il fenomeno del knock fosse più alta dei rivali, allora potrebbe diminuire le dimensioni dell’intercooler raffreddando meno l’aria in ingresso.

A parità di portata massica immessa, che è definita dal compressore, la carica più calda favorisce la combustione di miscele così magre.
A parità di volume della camera di combustione, una temperatura più alta innalza anche la pressione, aumentando la spinta sul pistone ma anche gli sforzi meccanici.
Questo punto giustificherebbe la scelta di costruire le testate in acciaio, materiale che ha caratteristiche meccaniche migliori rispetto all’alluminio.

Va inoltre ricordato che in Formula 1 si cerca il migliore compromesso di tutto il sistema.
Un intercooler più piccolo richiede minore superficie di scambio termico, è meno pesante, occupa meno spazio disturbando meno i flussi interni alla vettura e favorisce l’installazione in un volume che deve essere più limitato possibile per ragioni aerodinamiche.

Il lavoro fatto da Ferrari assieme a Shell sul punto di knock rende meno controintuitivo il concetto di motore “caldo”, giustificando il mantenimento di questa strategia in ottica dei futuri aggiornamenti ADUO.

Foto copertina www.ferrari.com

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