I SEGRETI DEL BOTTONE MAGICO: Capitolo 1 - La carburazione

Da quando nel 2014 è cominciato il dominio motoristico Mercedes, sino al sorpasso di Hamilton su Vettel la scorsa domenica nel GP di Spagna 2017, il "Bottone Magico" sembra essere diventato il nuovo tormentone tecnico della Formula 1. Tutti ne hanno sentito parlare, molti ne parlano, ma non tutti sanno di cosa si tratta quando si parla di mappature.
In effetti le moderne Power Units (PU) in F1 sono sistemi estremamente complessi: motore termico, turbocompressore, 2 motori elettrici. Una grande orchestra che, per suonare insieme quel tanto criticato suono che sentiamo quando questi mostri sfrecciano a 330 km/h sul rettilineo del traguardo, ha bisogno di un bravo direttore.  La centralina elettronica (ECU). 
Una mappatura in pratica è un insieme di istruzioni che indicano alla centralina che tipo di comportamento deve avere la PU.  Quali strumenti devono suonare e come.

Come ho detto il sistema di propulsione di una moderna F1 è davvero troppo complesso per parlarne in un unico articolo.  Questo perciò sarà il primo di una serie di articoli in cui esploreremo uno per uno tutti i parametri che cambiano il comportamento della PU e tutti i componenti su cui agiscono.

Oggi parleremo di CARBURAZIONE:

Con lo spaccato di quello che da molti è stato definito il miglior motore 6 cilindri aspirato della storia dell'automobile, cominciamo a parlare del parametro che definisce il carattere di un motore termico. 
Senza entrare nel merito di come funziona un motore termico, per parlare di carburazione ci basta sapere che all'interno del cuore pulsante dell'auto ad ogni "scoppio" avviene una reazione chimica di combustione: il carburante (che in ogni caso è una combinazione di atomi di Carbonio e Idrogeno), con una scintilla o a causa dell'alta pressione, reagisce con l'aria (che principalmente è composta da Azoto e Ossigeno) per formare vapore d'acqua (Ossigeno e Idrogeno) e anidride carbonica (carbonio e ossigeno). L'azoto è inerte ed esce dallo scarico così come è entrato nel condotto di aspirazione, se non per il fatto che, ad alte temperature, tende a combinarsi con l'ossigeno formando i tanto dannosi NOx, oggi però non parliamo di inquinamento.   Se vuoi approfondire l'argomento combustione, passa su Wiki!  😉


Ciò che della combustione è importante tenere a mente per noi è che:

1. Gli atomi in questione si combinano tra loro in quantità definite e sempre uguali (Legge di Proust).   Quindi per bruciare una certa quantità di carburante sarà necessaria una certa quantità di ossigeno. Il carburante in eccesso non brucerà.  L'aria in eccesso non brucerà carburante.
2.  Per completare una reazione di combustione è necessario un certo tempo.  Un tizzone di legno per bruciare ci mette un po'.  

Esisterà perciò un unico rapporto tra la quantità di aria e quella di carburante che ci darà la combustione perfetta.  Questo rapporto è detto RAPPORTO STECHIOMETRICO ed ha un valore di 14,7 per la benzina, 14 per il gasolio. Questo significa che per bruciare un kg di benzina saranno in generale necessari 14,7 kg di aria. 

Nei motori a scoppio però entra in gioco anche il fattore tempo.  La durata della fase di combustione, infatti, dipende dal regime di rotazione del motore.  Ciò che accade è che, in generale, se si inserisce nella camera di scoppio l'esatto rapporto aria/carburante stechiometrico, un certo quantitativo di carburante e aria non farà in tempo a bruciare e finirà nello scarico diventando fondamentalmente inutile ai fini dell'erogazione di potenza.  Per raggiungere perciò la massima efficienza (ovvero fare in modo che tutto il carburante venga bruciato nella camera di scoppio) sarà necessario far girare il motore con un rapporto aria/carburante un po' al di sopra dello stechiometrico, ovvero con un po' meno carburante per ogni scoppio. Meno carburante bruciato significa meno consumi, ma anche meno potenza.   Allo stechiometrico in realtà, sempre per questioni di tempo, non si ha neppure il massimo di potenza ottenibile.  Con una miscela leggermente più ricca (sotto lo stechiometrico) è possibile infatti far si che, sebbene una maggiore quantità di miscela finisca incombusta nello scarico, all'interno della camera di scoppio bruci più carburante rispetto a quanto accadrebbe allo stechiometrico.  Tutto questo può essere riassunto in un grafico di questo tipo:

Ricapitolando: 
- Con una carburazione leggermente più ricca rispetto allo stechiometrico è possibile ottenere più potenza a discapito dei consumi.
- Con una carburazione lievemente più magra è possibile raggiungere la massima efficienza del motore a discapito della potenza erogata.  

Se una volta la carburazione veniva fatta regolando una vite nel carburatore, oggi è la centralina a controllare tutto.  E' facile immaginare che per una F1 la centralina vada a lavorare intorno allo stechiometrico in gara, al di sopra se è necessario risparmiare carburante, al di sotto quando invece servirà piena potenza in condizioni di qualifica o per effettuare un sorpasso.  

Questo era il primo (se vogliamo il più scontato) effetto del tanto vituperato Magic Button.  
Continua a seguirmi se vuoi conoscere gli altri..  Alla prossima!  😃