Siamo ormai abituati a sentire ed ad usare il termine Power Unit, ma effettivamente quanto ne sappiamo su questo argomento? Nel 2014 assistiamo ad uno dei cambi regolamentari più importanti di questo sport che affligge sia l’aerodinamica che il motore, introducendo per la prima volta dopo 26 anni il turbocompressore accompagnato da un particolare sistema di recupero energia che definisce il concetto di Power Unit. E’ proprio su questo ultimo aspetto che ci concentreremo, affrontando forse gli aspetti più difficili legati a questo argomento ossia: MGU-H E MGU-K. Prima di catapultarci direttamente sull’argomento elettrico è bene fare una piccola introduzione sul funzionamento e sul ciclo termodinamico di un motore turbo.
Il funzionamento di un motore turbo
Quando parliamo di turbo non facciamo altro che riferirci ad un motore endotermico al quale viene aggiunto il cosiddetto “turbocompressore” e nel nostro caso parliamo di un V6 (sei cilindri) con cilindrata di 1600 cm3 . Affinché si abbia la combustione è necessario introdurre nella camera di combustione il combustibile (benzina) e il comburente (ossigeno-aria). In un motore turbo la particolarità principale è quella che per aumentare la potenza di erogazione l’aria aspirata incontra prima il compressore, che la “comprime”, e successivamente l’intercooler. Quest’ultimo componente ha la semplice funzione di raffreddare l’aria, che ha visto aumentarne la temperatura dopo che è stata compressa, per ottenere quindi un fluido con maggiore densità (avere maggiore massa d’aria su volume). Dopo il processo di combustione e prima di raggiungere lo scarico, i gas incontrano la turbina e cedono una parte della loro energia cinetica per metterla in funzionamento. Questo aspetto è fondamentale in quanto la turbina e il compressore sono collegati allo stesso albero motore. Lo scopo della turbina è quindi quello di sfruttare i gas di scarico per mettere in moto il compressore. Il ciclo si conclude con l’emissione all’esterno dei gas di scarico.
MGU-H e MGU-K
Dopo aver fatto una necessaria introduzione sul funzionamento del motore turbo, andiamo ad analizzare più nel dettaglio la parte elettrica degli attuali propulsori di F1. L’MGU-H e l’MGU-K sono due motogeneratori, ossia sono in grado di funzionare sia da generatori di corrente che da motori, posizionati rispettivamente sull’albero turbina-compressore e sull’albero motore.
L’MGU-H svolge la funzione di generatore di corrente sfruttando l’energia in eccesso dai gas di scarico e diminuendo il regime di funzionamento della turbina. E’ importante ricordare che per motivi strutturali vi è un limite di “velocità” alla quale la turbina può girare e, tale limite, viene controllato appunto dall’ MGU-H o dalla valvola wastegate. La funzione di motore la svolge invece gestendo la rotazione del gruppo turbo-compressore per diminuire al minimo il fenomeno del turbo lag . Dal punto di vista regolamentare non vengono segnati limiti di recupero di energia da parte di questo elemento.
L’MGU-K viene invece utilizzato come generatore di corrente durante tutta la fase di frenata, gestita dal brake by wire, trasformando l’energia cinetica dell’albero motore in energia elettrica. Viene sfruttato come motore scaricando sugli pneumatici circa 164 cavalli. Dal punto di vista regolamentare vi è un limite di energia recuperabile fissato a 2MJ al giro.
La complessa parte elettrica di queste PU viene completata dalla presenza di una batteria a ioni di litio (con capacità di 4MJ) che consente l’immagazzinamento e il prelievo di energia. Da sottolineare come tale componente funzioni a corrente continua e che va in contrasto con i due motogeneratori che funzionano a corrente alternata. Per questo motivo è presente un inverter che svolge le funzioni di trasformare la corrente da continua ad alternata, o viceversa. Concludiamo il nostro viaggio all’interno di questo complesso “mondo” spiegandovi un piccolo trucchetto che i team sfruttano per avere sempre il massimo dei cavalli dalla parte elettrica: come spiegato in precedenza sono presenti dei limiti per l’MGU-K nella raccolta di energia, ma tali limiti non sono esistenti per l’MGU-H. Non essendo vietato il passaggio di corrente tra i due dispositivi, la complessa elettronica delle PU consente all’MGU-H di rifornire direttamente MGU-K, senza passare prima dalla batteria, “bypassando” così il limite dei 2MJ previsti dal regolamento tecnico.
