PERCHE’ LE F1 NON SFIAMMANO?

Perché le Formula 2 sfiammano in staccata, mentre le Formula Uno… no?

Potrebbe sembrare una semplice curiosità fine a se stessa; invece, dietro questa domanda si nasconde un mondo.

Per prima cosa, dobbiamo capire perché a volte escono fiamme dallo scarico di un motore.

Le avrete viste anche voi, alcune auto lo fanno spesso. Sfiammano le Lamborghini quando si mettono a sgasare, le macchine di Fast and Furious, le F1 degli anni ‘80, le moto…

E sfiammano anche le F2. 

Ci sarà una ragione alla base di questo fenomeno, no? In realtà non ce n’è una sola.

Per capire meglio l’argomento dobbiamo analizzare cause ed effetti.

EFFETTI

Le fiammate che noi vediamo uscire dallo scarico di un motore sono l’effetto. 

Lo scarico è ciò che collega l’ambiente del motore con l’ambiente esterno. Dentro al motore non c’è ossigeno, perché è stato bruciato durante la combustione, mentre nell’ambiente esterno c’è tanto ossigeno. Quindi, se dentro allo scarico, per qualunque motivo, ci sono dei residui di carburante, questo carburante quando entra a contatto con l’ossigeno può prendere fuoco. Lo scarico, estremamente caldo, innesca e promuove la reazione.

Abbiamo, quindi, l’effetto: la fiamma.

CAUSE

E invece, se cercassimo una causa? Perché mai ci dovrebbe essere del carburante nello scarico? Possono esserci diversi motivi. Proviamo a esplorare i più interessanti.

Causa #1 – Qualcosa non va.

In un motore a combustione interna l’obiettivo principale è ottenere una combustione rapida e completa del carburante-

Perché mai, quindi, dovrei avere del carburante che non ha bruciato… e ritrovarlo nello scarico?!?!

Perché qualcosa non ha funzionato correttamente.

I motori sono dei meccanismi complicatissimi. Parliamo di pezzi di metallo che anche in una semplice Panda fanno su e giù 50 volte al secondo. C’è aria che si muove, valvole che si aprono e si chiudono, olio per lubrificare, particelle di metallo che si sta consumando…

Insomma, ci sono mille motivi per cui può verificarsi una combustione incompleta.

E quando si verifica otteniamo la fiammata dallo scarico.

Questo fenomeno è tipico dei motori sportivi e soprattutto di quelli aspirati, che usano miscele ricche di carburante, ossia con più benzina di quella che servirebbe ad ottenere la combustione completa.

Però, in questo caso, le fiamme sono piccole e irregolari e soprattutto si verificano a pieno carico, quando il pilota preme a fondo l’acceleratore. E soprattutto si tratta di un fenomeno indesiderato, strano, raro.

Non è la situazione che vediamo e abbiamo descritto in partenza. Le fiammate le vediamo chiaramente e soprattutto le vediamo quasi sempre in rilascio, quando il pilota toglie il piede dall’acceleratore, per frenare o per cambiare marcia. Perchè? Qui c’è la seconda possibile causa, ovvero:

Causa #2 – Lo si fa apposta.

Sembrerà assurdo, ma se pensiamo che a noi malati di motori piace fare casino inutilmente, uno dei motivi per cui gli scarichi sfiammano è perché i progettisti vogliono che succeda. Stanno proprio cercando le fiamme. Vogliono fare scena. 

Quindi cosa fanno? Programmano la centralina per far sì che spari del carburante nel momento sbagliato, in modo che non bruci, finisca nello scarico e prenda fuoco. Lo si fa nel tuning; lo fanno anche i Costruttori per creare lo scoppiettio nelle auto sportive.

Stiamo parlando di circo però, di scena. Nel motorsport non si cerca la scena, ma la prestazione. Quindi perchè nel motorsport succede?

Causa #3 – Overrun e Motori Aspirati

Questo fenomeno accade solo nei motori ad iniezione indiretta, ossia con l’iniettore posto prima della valvola di aspirazione e succede quando si toglie di colpo gas, cosa che succede soprattutto nelle auto da corsa. E’ raro che in un’auto stradale si guidi così, a meno che non stai scappando da una rapina. In questo caso, succede che nei condotti di aspirazione si trova ancora del carburante, che quindi non viene bruciato.

Questo carburante finisce nello scarico e prende fuoco.

Questo fenomeno è molto frequente nei motori aspirati ad altissima prestazione, come i V10 di F1 dell’era Schumacher. Lì, infatti, si usava una miscela ricca con un eccesso di carburante, il che accentuava il fenomeno.

In quei motori, inoltre, i progettisti in alcuni casi iniettano volutamente un po’ di benzina in rilascio, cioè quando alzi il piede dall’acceleratore perchè la benzina assorbe il calore e aiuta a raffreddare il motore. Quindi si sono inventati un metodo per abbassare le temperature, che però come conseguenza causa poi le fiammate.

Sempre nei motori aspirati ad altissime prestazioni, i progettisti programmavano la centralina in modo da non tagliare completamente l’iniezione di benzina, quando il pilota alzava il piede. Tutto ciò per rendere più docile una nuova richiesta di coppia, ottenendo una successiva erogazione non troppo violenta. E questo chiaramente portava ad avere fiammate.

Causa #6 – Anti-lag

L’ultima causa riguarda il turbo-lag, ossia il ritardo nella risposta del turbo dovuto al fatto che quando si alza il piede dal gas, la turbina rallenta e quando si accelera nuovamente, ci mette un po’ a riprendere a girare.

Se la turbina ci mette un po’ a riprendere a girare, la macchina ci metterà un po’ a ricominciare a spingere.

Ecco, usare la benzina nel condotto di scarico può aiutarci a ridurre il turbo lag.

Anzi, useremo direttamente le fiamme in questo caso.

Iniettando piccole quantità di benzina anche quando il motore è in rilascio e calibrando bene il loro comportamento nel condotto di scarico, possiamo ottenere una fiamma che entra nella turbina. 

E quindi cosa fa la fiamma? Energizza la turbina. L’aiuta a rallentare di meno. 

Quando torneremo sul gas, la turbina dovrà accelerare di meno e quindi la risposta del turbocompressore sarà più veloce.

Geniale, no? E anche spettacolare, perché quella fiamma dopo aver passato la turbina uscirà dallo scarico principale!

Certo, è un’operazione complessa e costosa. Perché usiamo carburante, quindi consumiamo. E perché sottoponiamo la turbina e l’intero scarico al passaggio di una fiamma, che aumenta l’usura dei componenti.

Infatti, questa strategia si usa principalmente nel Motorsport, dove ci sono soldi da buttare via, oppure nelle macchine sportive ma in maniera mooolto tranquilla, giusto per ottenere qualche scoppiettio simpatico.

Spiegare nel dettaglio quest’ultima strategia è complesso e molto tecnico.

F2 e F1

Abbiamo presentato le principali cause per cui le fiamme escono da uno scarico. 

Allora possiamo rispondere alle domande di inizio video.

Perché le F2 sfiammano così tanto in staccata?

Proprio per le strategie di anti-lag. I motori di F2 sono un po’ silenziosi ma sono delle bestie mica da ridere. Hanno un V6 turbo da 620 cv che però non ha l’MGU-H, il motore elettrico che in F1 aiuta la turbina a ridurre il turbo-lag.

Quindi, come fanno le F2 a ridurre il turbo-lag? Lo fanno utilizzando altri trucchetti un po’ più tradizionali. Come, appunto, le fiamme in rilascio.

Inoltre in F2 non hanno il problema del consumo di carburante: le gare sono più corte e senza limiti di consumo.

Perchè le F1, invece, non sfiammano in staccata? Perchè in F1, invece, nonostante il motore sia più potente e la turbina quindi richieda ancora più energia, esiste l’MGU-H, che si occupa di ridurre il turbo-lag grazie alla sua coppia elettrica applicata direttamente al compressore. Quindi, usiamo l’elettricità recuperata in frenata e non consumiamo la benzina, che in F1 è limitata.

E non roviniamo i componenti. Fantastico.

Ok. Finalmente abbiamo svelato il mistero. Peròò…se sentite il motore Honda, lui borbotta in staccata e addirittura, con la luce giusta, si può vedere qualche piccolissima fiamma uscire dallo scarico.

Perchè? Le strategie di controllo di un motore di F1 sono una delle cose più complicate dell’ingegneria. Capire esattamente cosa succeda nello scarico di una F1 è un’impresa quasi impossibile. Una piccola fiammata o un piccolo scoppio potrebbero derivare da strane strategie di ricarica legate all’MGU-H, per quali abbiamo bisogno di molta energia nella turbina.

O chissà quale altro motivo. Queste cose, purtroppo per noi, le sanno solo gli ingegneri Honda. Noi possiamo solo provare a immaginarlo…

Alberto Naska e Luca Ruocco