F1 – ANALISI DEI PROBLEMI ALLA POWER UNIT FERRARI NEL 2022

Concluso il campionato mondiale di F1 è il momento di tirare le somme. Soprattutto in casa Ferrari, per capire cosa è andato storto e dove migliorare in vista del 2023. A parte gli errori al muretto e dei piloti, anche l’affidabilità della F1-75 ha lasciato in parte a desiderare. Dopo un inizio entusiasmante, che ha fatto sognare i tifosi del Cavallino, la monoposto di Maranello ha iniziato a dare i primi segni di cedimento. Gran parte dei problemi sono derivati dal motore, il cosiddetto “Superfast” che si è dimostrato molto fragile in più di un’occasione.

Le problematiche non hanno riguardato solo il team principale, ma anche l’Alfa Romeo Racing e la Haas (motorizzate sempre Ferrari) hanno subito svariati ritiri per colpa della PU. Per gli amanti delle statistiche possiamo dire che le tre scuderie motorizzate Ferrari occupano gli ultimi 3 posti nella classifica del numero di giri effettuati in gara nel 2022. Al primo di questa c’è la Mercedes con 2486 giri. Ferrari al penultimo posto ne ha percorsi “solo” 2222. 264 giri in meno non è poca cosa, stiamo parlando quasi di 5 Gran Premi!!

Per capire la natura di questi problemi occorre fare un passo indietro. Il 2022 è stato l’anno in cui è entrato in vigore il nuovo regolamento con l’adozione delle vetture a effetto suolo. Ferrari ha fatto un gran lavoro portando in pista una monoposto molto competitiva, anche da un punto di vista motoristico. Il nuovo motore 066/7 era finalmente in grado di tenere testa a Mercedes e ad Honda. Sin dai test invernali abbiamo potuto constatare la bontà del progetto, in particolare in termini di coppia disponibile ai bassi regimi. La F1-75 è stata sempre molto performante infatti in trazione, soprattutto all’uscita dalle curve lente. Con l’avvento del nuovo regolamento la FIA ha imposto anche l’utilizzo di carburante ad alto contenuto di etanolo (10%), motivo per cui tutti i motoristi hanno dovuto rivedere i parametri della combustione. Questo ha dato la possibilità a Ferrari di poter lavorare con tutte le variabili in gioco.

Per cercare di recuperare il gap dalle concorrenti la PU è stata riprogettata sfruttando nuovi materiali, e migliorando la combustione e la propagazione della fiamma all’interno del cilindro. Per fare ciò è stato sicuramente evoluto anche il sistema di iniezione TJI (Turbolent Jet Ignition) che il team di Maranello adotta dal 2016. Questo sistema prevede una maggiore efficienza energetica in camera di combustione, in quanto la benzina non viene più iniettata direttamente in camera (iniezione diretta), ma una minima parte viene introdotta in una piccola pre-camera, posta sopra alla camera principale e collegata ad essa tramite orifizi. Il combustibile in pre-camera, mescolato con l’aria viene acceso da una candela. La miscela calda innescata con moto turbolento (da qui il nome) raggiunge la camera principale, dove un secondo iniettore immette l’altra quantità di combustibile. Questo sistema è geniale perché attraverso il moto turbolento della miscela calda, il combustibile in camera viene innescato in più punti e non più in un singolo punto come nell’iniezione diretta. In questo modo è possibile ottenere una combustione più omogenea e lineare con un maggior incremento di pressione e minor rischio di detonazione.

La fonte di ispirazione del TIJ non è nulla di nuovo, in quanto ricorderete che anche i vecchi diesel anni ‘80-’90 usavano l’’iniezione indiretta’, accendendo una parte di combustibile nella pre-camera per poi propagare l’accensione della miscela fresca nella camera principale. La genialità in questo caso è stato nell’evolvere questo sistema per adattarlo a un ciclo diverso, che è quello benzina con una accensione comandata e non spontanea. L’iniezione indiretta permette così di aumentare il rapporto di compressione, migliorando il rendimento del sistema. Con l’iniezione diretta in un ciclo Otto, infatti, il rapporto di compressione non può essere aumentato all’infinito. Il rischio infatti sarebbe quello dell’accensione spontanea della carica fresca prima dell’intervento della candela, compromettendo difatti una combustione ottimale.

Tornando in tema ai problemi del  066/7 Ferrari, non mi sentirei di dire che tutti i guai derivino dall’evoluzione del TJI, potrebbe essere magari una delle cause. In un sistema complesso come quello di una PU di una monoposto di F1, non è sempre facile andare a capire le problematiche, anche perché le continue rotture fanno immaginare a dei problemi le cui cause possono essere o non facilmente ricavabili o diverse di volta in volta. In generale abbiamo visto come i ritiri siano stati causati da un surriscaldamento della PU, calore che di volta in volta ha portato a delle rotture diverse. Tra le parti più delicate del sistema possiamo trovare anche le valvole e il turbocompressore. Ammettiamo, ad esempio che le alte temperature provochino il cedimento della valvola di scarico (come avvenuto a Baku sulla vettura di Leclerc), chi ne risentirebbe immediatamente è proprio il turbocompressore, poiché i detriti che si formano dalla rottura vanno a finire direttamente nella girante del turbo.

Il turbocompressore è infatti una “turbomacchina” composta da due elementi collegati direttamente tramite un albero: il turbo e il compressore.

Il turbo è l’elemento che raccoglie i gas di scarico della combustione. Quando questi entrano nell’elemento mettono in moto una girante cedendo parte della loro entalpia. L’entalpia ceduta viene convertita in energia meccanica mettendo in rotazione l’albero collegato alla girante. Il turbo in una F1 è a singolo stadio e ha una geometria fissa. Il compressore a sua volta si aziona proprio grazie alla rotazione dell’albero che mette in moto una girante centrifuga che comprime l’aria in ingresso nel cilindro.

Il sistema turbocompressore permette di aumentare quindi la pressione dell’aria in ingresso, sovralimentando il motore e quindi aumentando la sua potenza. Tutto l’apparato ruota a velocità elevatissime, parliamo di oltre 120.000 RPM. Ecco perché qualsiasi impurità o detrito in ingresso alla turbina, a quelle velocità, può portare a dei danneggiamenti non indifferenti della girante.

La sfida in casa Ferrari, probabilmente è stata anche quella di aumentare la potenza del motore aumentando la pressione in camera di combustione. L’innalzamento delle temperature non sempre è stato gestito al meglio, dovendo ricorrere da un certo punto in poi all’utilizzo di mappature meno aggressive per salvaguardare il motore.

Nel GP del Messico, complice l’alta quota, abbiamo visto come le monoposto di Maranello fossero in difficoltà anche dal punto di vista motoristico. L’aria rarefatta del luogo voleva dire peggior raffreddamento e soprattutto maggiore importanza del sistema turbocompressore, per far entrare la giusta quantità di comburente in camera di combustione. Motivo per cui le rosse hanno corso con mappature protettive per non sollecitare troppo la PU in una situazione non ottimale di funzionamento.

I motori che soffrirono di meno in quel frangente furono i Mercedes. Questo non dovrebbe sorprendere, in quanto come riportato dalla classifica citata a inizio articolo, la loro affidabilità e bontà è ormai nota già dal 2014 e dopo anni di dominio assoluto.

Ferrari ha fatto un gran lavoro per riportare in un solo anno al top il suo motore in F1, motivo per cui ora deve cercare di risolvere i problemi di affidabilità legati a un progetto molto buono ma anche estremo rispetto al passato.

Dove poter migliorare allora? I motori per regolamento sono congelati fino al 2025. Ma la FIA prevede deroghe, in modo che i team possano andare a migliorare i loro progetti solo per risolvere problemi di affidabilità e sicurezza. Sta ai motoristi di Maranello capire dove intervenire, probabilmente introducendo un miglioramento dei processi produttivi e dei materiali utilizzati, in modo che possano resistere maggiormente alle sollecitazioni e alle alte temperature. Nel corso della stagione avranno fatto esperienza del nuovo motore e analizzato molti dati. Il fatto che i problemi del 066/7 non siano stati risolti da subito avvale ancor di più l’ipotesi di una complessità non banale del problema. Anche stravolgere i processi produttivi durante una stagione in corso non è facile, per questo ora lo stop invernale potrà giocare sicuramente al loro vantaggio.