Cosa alimenta il motore e il gruppo motopropulsore di un’auto di F1?

Dall'introduzione del KERS nel 2009, le auto di Formula 1 non dipendono più esclusivamente dai motori a combustione e il termine “motore” è stato sostituito da “gruppo motopropulsore” per riflettere il fatto che la propulsione non si basa più solo su un motore a combustione.

Nel 2009, la FIA ha introdotto la regola KERS nella Formula 1, istituendo un sistema di sovralimentazione che recupera l'energia cinetica durante la frenata. Fin dai suoi esordi, il gruppo motopropulsore si è evoluto fino a diventare un insieme di cinque parti che comprende tre motori distinti e in grado di fornire almeno 1.000 CV al suo picco. Solo il motore a combustione interna (ICE) e il motore cinetico (MGU-K) azionano effettivamente l'auto; il motore termico (MGU-H) si limita a produrre elettricità che viene poi fornita al MGU-K.

Componenti del gruppo motopropulsore di F1 – ICE – motore a combustione interna – MGU-K – unità di recupero dell'energia cinetica – MGU-H – unità di recupero dell'energia termica – ES – accumulo di energia (batterie) – CE – elettronica di controllo

Questi componenti sono suddivisi in due gruppi: l'MCI stesso e il sistema di recupero dell'energia (ERS). Il peso minimo combinato è stato aumentato a 150 kg per la stagione 2021, rispetto ai 145 kg del 2020.

Motore a combustione interna Il motore a combustione interna è composto dal motore stesso e da un turbocompressore. Il motore è collegato al cambio, mentre il turbo aumenta la pressione di aspirazione dell'aria per massimizzare la potenza. Il regolamento impone un motore V6 a quattro tempi da 1,6 litri con sei cilindri disposti ad un angolo di 90° e un totale di 24 valvole. Non deve superare i 15.000 giri/min ed è limitato ad un flusso di carburante di 100 kg all'ora una volta che il regime supera i 10.500 giri/min. Il carburante viene iniettato direttamente a 500 bar per cilindro e la turbina di scarico del turbo è limitata a 125.000 giri/min.

Durante un giro di Gran Premio, i sei cilindri si accendono più di 46.000 volte e, a pieno carico, il turbo esercita su ogni pistone una forza paragonabile al peso di quattro elefanti. ### Sistema di recupero dell'energia (ERS) L'ERS comprende l'MGU-H, l'MGU-K e le batterie e deve essere in grado di immagazzinare fino a 4 MJ di energia per giro. Il peso delle batterie è limitato a 20-25 kg, sufficienti per questa capacità di 4 MJ. Dall'introduzione del KERS nel 2007, le batterie hanno perso 87 kg, offrendo al contempo una capacità di accumulo molto superiore e una scarica più rapida. Mercedes rivendica un aumento dell'efficienza del 56% rispetto alla normativa del 2009.

MGU-K – montato sull'asse posteriore, questo dispositivo cattura l'energia cinetica quando il pilota frena. Un motore a frizione blocca le ruote, trasforma l'energia cinetica in elettricità e la immagazzina nella batteria. La carica immagazzinata può poi essere rilasciata per aggiungere fino a 161 CV (121 kW) su richiesta. Limiti tecnici: 50.000 giri/min, 2 MJ immagazzinati per giro, 4 MJ possono essere erogati e la potenza massima può essere utilizzata per 33,3 secondi.

MGU-H – situato tra la turbina e il compressore del turbo, recupera il calore dai gas di scarico. A differenza dell'MGU-K, l'MGU-H può funzionare in modo continuo, alimentando direttamente l'MGU-K o ricaricando la batteria. Il suo regime massimo è di 125.000 giri/min e non ha limiti pratici in termini di energia immagazzinata o fornita. Tutti questi sottosistemi sono orchestrati da sofisticati componenti elettronici di controllo. I moderni computer decidono in ogni momento quale fonte di energia utilizzare, quanta energia prelevare dalla batteria e l'intensità del recupero dell'energia di frenata. I piloti possono modificare queste impostazioni dal volante, ma la logica sottostante funziona automaticamente. ### Affidabilità e riutilizzo dei componenti

Da diverse stagioni, la FIA esorta i costruttori a realizzare motori in grado di resistere a più gare, un obiettivo facilitato dalla riduzione della cilindrata dalla metà, che passa da 12 L a 1,6 L, e dall'imposizione di un limite di regime. Tuttavia, la complessità stessa degli attuali propulsori aumenta il rischio di guasti: tutti i componenti sono interconnessi, quindi un singolo guasto può porre fine a un giro. Il numero e l'interconnessione dei componenti dominano ora il quadro dell'affidabilità.

Ripartizione tipica dei componenti per pilota (2020-2021) – Motore a combustione interna: 3 unità – MGU-K: 2 unità – MGU-H: 3 unità – ES (batterie): 2 unità – CE (elettronica): 2 unità

L'evoluzione di questi sistemi riflette la storia più ampia dei motori di F1, una storia di continuo adattamento e progresso tecnologico.

Il rombo di una vettura di Formula 1 è cambiato notevolmente negli ultimi quattro decenni, passando dai fragorosi V12 degli anni '80 ai silenziosi motori ibridi di oggi. Questa storia è caratterizzata da una costante riduzione delle dimensioni dei motori e dalla loro elettrificazione, motivata tanto dalle normative quanto dalla ricerca dell'efficienza.

Prima del 1990, i team potevano scegliere tra motori V12, V10 o persino V8, ciascuno dei quali erogava potenza bruta a modo suo. Gli anni '90 hanno visto l'emergere del V10 come architettura dominante, un equilibrio tra velocità e affidabilità che ha definito un'intera generazione di gare. Un cambiamento decisivo è avvenuto nel 2001, quando la FIA ha imposto un V10 da 3 litri, uniformando così la cilindrata sulla griglia di partenza. Sei anni dopo, la formula è stata nuovamente modificata: è diventato obbligatorio un V8 da 2,4 litri, segnando il primo grande passo di questo sport verso motori più piccoli e più efficienti in termini di consumo di carburante. L'introduzione del KERS nel 2009 ha aggiunto una nuova dimensione elettrica, consentendo ai piloti di recuperare e riutilizzare l'energia per brevi spinte di potenza aggiuntiva. Questa esperienza ha aperto la strada alla revisione del 2014, quando il campionato ha adottato motori V6 turbo-ibridi da 1,6 litri dotati di un sistema ERS completo – MGU-K (cinetico) e MGU-H (termico) – trasformando il calore residuo e l'energia di frenata in un vantaggio competitivo. Oggi solo tre costruttori forniscono questi sofisticati motori: Mercedes, Renault e Ferrari. Honda, partner di lunga data, si è ritirata dopo la stagione 2021, spingendo Red Bull a lanciare il proprio programma motoristico a partire dal 2022. L'elenco dei precedenti fornitori sembra un pantheon dell'ambizione automobilistica: BMW, Peugeot, Toyota e molti altri sono arrivati e se ne sono andati, lasciando ciascuno un'impronta sull'evoluzione tecnica di questo sport.