Quanto Può Girare Ad Alti Regimi Un Motore Di F1?

• Gli attuali motori di F1 sono limitati a 15.000 RPM secondo le regole della FIA, ma di solito funzionano tra 11.000 e 12.000 RPM per massima efficienza.
• I vecchi motori di F1 come i V10 superavano i 20.000 RPM, ma le moderne power unit ibride privilegiano l’erogazione di potenza, il flusso di carburante e la sostenibilità.
• RPM, coppia e cavalli lavorano insieme per ottimizzare accelerazione, velocità e affidabilità del motore in Formula 1.

I motori moderni di Formula 1 sono limitati a un massimo di 15.000 giri al minuto (RPM) dai regolamenti FIA, anche se la maggior parte dei team opera tipicamente tra 11.000 e 12.000 RPM durante le gare per mantenersi nei limiti della potenza massima e dell’efficienza del carburante.

In epoche precedenti, specialmente con i motori V10, le F1 potevano arrivare oltre i 20.000 RPM, ma i progressi nella tecnologia ibrida, le restrizioni del flusso di carburante e le misure di contenimento dei costi hanno abbassato quei limiti.

Le attuali unità V6 turbo-ibride da 1.6 litri danno priorità all’erogazione di potenza, affidabilità e sostenibilità piuttosto che al solo numero di giri.

Quanto può davvero girare un motore di F1?

Ci sono due modi per rispondere: il limite di giri imposto attualmente dalla FIA e il potenziale fisico del motore F1 senza restrizioni.

• Limite regolamentare: dal 2014, tutte le power unit F1 sono limitate a 15.000 RPM. In configurazione da gara, funzionano tipicamente tra 11.000 e 12.000 RPM a causa del flusso di carburante e delle curve di efficienza.
• Limite ingegneristico: storicamente, i motori potevano girare molto più in alto. I V10 da 3.0 litri dei primi anni 2000 raggiungevano abitualmente oltre i 19.000 RPM. Alcuni modelli in fase di sviluppo hanno superato i 20.000 RPM.

Un esempio eccezionale di ambizione ingegneristica venne da Cosworth. Per perfezionare il loro V10 alla fine degli anni ’90, Cosworth sviluppò un prototipo monocilindrico che arrivava a 20.000 RPM. Questo “mula di prova” consentì di analizzare il comportamento ad alti RPM, la dinamica della combustione e la durabilità dei componenti senza i costi di un motore completo.

Informazioni tecniche chiave:

• Mule da test: Cosworth ha usato motori monocilindrici per simulare le condizioni di un motore completo. Erano più semplici, economici e veloci da iterare.
• Fidelità degli RPM: questi mule eguagliavano il regime di rotazione dei motori completi, offrendo dati precisi su carichi, comportamento della distribuzione e condizioni termiche.
• Estrapolazione di potenza: il mula monocilindrico del V10 da 900 cv produceva 90 cv. Analogamente, un mula a tre cilindri per la V12 da 1.000 cv dell’Aston Martin Valkyrie generava 250 cv, validando il modello di scalabilità.

Con questi numeri, è lecito supporre che se la Formula 1 rimuovesse le limitazioni agli RPM, i costruttori di motori potrebbero certamente superare i 15.000 giri odierni.

I team moderni usano ancora motori di prova ridotti durante lo sviluppo, specialmente per configurazioni aspirate ad alto regime, destinate a uso stradale o prototipale. Queste tecniche restano fondamentali per spingere le prestazioni contenendo costi e tempi.

Perché le vetture di Formula 1 girano a regimi così elevati?

I motori di Formula 1 raggiungono giri estremamente alti perché più giri al minuto significano più cicli di combustione, quindi maggiore potenza. L’elevata velocità del motore consente di estrarre prestazioni massime da una cilindrata compatta, restando entro i limiti regolamentari.

Ecco come viene generata la potenza in una moderna power unit ibrida di F1:

• Motore a combustione interna (ICE)
  L’attuale V6 turbo da 1,6 litri genera potenza attraverso cicli di combustione rapidi. I gas in espansione spingono i pistoni, facendo girare l’albero motore. Più veloce gira (entro limiti meccanici sicuri), più potenza si ottiene al secondo.
• Alti RPM = alta densità di potenza
  Essendo limitati a 1,6 litri, i team si affidano agli alti RPM per ottenere l’energia necessaria. A 12.000 RPM, il motore compie 200 rotazioni al secondo, generando potenza eccezionale da un pacchetto relativamente piccolo.
• MGU-K (Unità motore-generatore – cinetica)
  Recupera energia in frenata, la converte in elettricità e la immagazzina. Può poi rilasciare fino a 120 kilowatt (160 cv) direttamente alla trasmissione.
• MGU-H (Unità motore-generatore – termica)
  Cattura energia dai gas di scarico del turbo, inviandola al MGU-K o depositandola nella batteria. Mantiene anche il turbo a regime ottimale per ridurre il lag, trasformando il calore in energia elettrica.

Questi sistemi permettono alle F1 di combinare la potenza del motore ad alti regimi con la coppia elettrica istantanea. Il risultato è un’accelerazione esplosiva, maggiore efficienza e recupero energetico da calore e frenata, cruciali per la strategia ingegneristica della F1 moderna.

Come fa un motore di F1 a produrre così tanti giri?

Albero motore, cambio e semiassi lavorano insieme per muovere i pistoni in su e in giù nei cilindri, generando energia che viene trasferita alle ruote. Il veicolo si muove.

Basse velocità del pistone significano meno stress su bielle e alberi, oltre a minori consumi. Le F1 presentano spesso un elevato rapporto alesaggio/corsa, che permette maggiore potenza e velocità del motore.

È tipico che le F1 abbiano un rapporto alesaggio/corsa di 2,5: il pistone è 2,5 volte più largo della distanza che percorre. Questo richiede valvole più grandi, con conseguente aumento del flusso d’aria e miglioramento della combustione.

Cos’è la coppia e perché è importante in Formula 1?

La coppia è la forza rotazionale generata dal motore per far girare l’albero motore e quindi le ruote. In F1, è importante quanto i cavalli, perché determina la rapidità d’accelerazione, specialmente in uscita di curva o al via.

Ecco cosa incide sulla coppia nelle prestazioni F1:

• Definizione
  Misurata in Newton-metri (Nm), è la forza torcente applicata a un oggetto rotante. Nella F1 è ciò che fa muovere le ruote attraverso cambio e trasmissione.
• Coppia vs Cavalli
  I cavalli misurano quanto lavoro è fatto nel tempo, la coppia è la forza che lo compie. Coppia elevata a bassi RPM aiuta l’accelerazione, mentre alti cavalli ad alti giri favoriscono la velocità di punta. I motori F1 offrono bilanciamento ottimale di entrambi.
• Importanza in gara
  I motori F1 moderni generano la coppia massima a circa 10.500–11.500 RPM, dove sono più efficienti. Una coppia costante in questo intervallo offre risposta prevedibile all’acceleratore.
• Recupero energetico
  Il MGU-K aggiunge fino a 160 cv direttamente all’albero motore, offrendo coppia elettrica in fase di accelerazione e riducendo il turbo lag.
• Rapporti di trasmissione
  Le F1 impiegano cambi fissi a 8 rapporti (più la retro) selezionati prima della stagione. I rapporti più bassi moltiplicano la coppia per accelerazione esplosiva; quelli alti favoriscono velocità. Gli ingegneri li ottimizzano sulla base della curva di coppia e del tracciato.

In sostanza, la coppia è la forza che mette in moto una F1. Senza di essa, i regimi elevati sarebbero inutili. Gestire bene la coppia è fondamentale per tempi sul giro, trazione e usura gomme.

Quanti cavalli sviluppa una F1?

Una moderna Formula 1 produce circa 1.050 cavalli combinando motore termico ed elettrico.

Ecco il dettaglio:

• Motore a combustione interna (ICE)
  Il V6 turbo da 1.6 litri eroga circa 850 cv da solo, secondo mappatura motore e modalità carburante.
• MGU-K
  Recupera energia in frenata e fornisce fino a 120 kilowatt (circa 160 cv) per un massimo di 33,3 secondi a giro.
• Totale combinato
  ICE + MGU-K = 1.000 a 1.050 cv, a seconda del circuito, strategia d’impiego energetico e condizioni meteo.
• Qualifiche vs gara
  In qualifica si usano mappature più potenti. In gara l’energia è gestita per ottimizzare consumi e durata batterie, riducendo leggermente la potenza massima.
• Limiti di flusso carburante
  La FIA impone un limite di 100 kg/h, misurato a massimo 10.500 RPM, per bilanciare resa ed efficienza.

Anche se i cavalli sono impressionanti, una F1 si affida anche a recupero energetico, gestione coppia, aerodinamica ed equilibrio telaio per trasformarli in prestazioni sul giro.

I moderni motori di F1 sono meraviglie ingegneristiche che bilanciano prestazioni estreme e limiti regolamentari. Sebbene limitati a 15.000 RPM, queste power unit ibride sono ottimizzate per fornire potenza di picco tra 11.000 e 12.000 RPM, massimizzando coppia, flusso carburante ed efficienza. Con un’eredità di V10 ad alti regimi e l’evoluzione dei sistemi di recupero energetico, i motori F1 di oggi privilegiano l’affidabilità e la gestione intelligente della potenza al semplice numero di giri. Comprendere l’interazione tra RPM, coppia e cavalli offre una visione più profonda di ciò che rende una F1 non solo veloce, ma straordinariamente efficiente sotto pressione.

Tradotto dall’articolo originale in inglese “How High Can An F1 Engine Rev?“