Simulazione di una Power Unit di Formula 1

Molto interessante il progetto realizzato dall'Università di Cranfield dove è stato progettato e collaudato al banco prova un propulsore turbo conforme alle nuove regole imposte dalla Fia per questa stagione.
Grazie a questo studio riusciamo a scoprire qualche dato in più sulle potenze raggiunte e sui livelli di coppia che si possono ottenere con queste Power Unit.
Come ben sappiamo le Power Unit sono composte da: motore V6 1.6 di cilindrata con iniezione diretta di benzina, turbocompressore e due sistemi di recupero energia (MGU-K + MGU-H).
Infine, sono stati considerati, nella progettazione della P.U due importanti parametri limitanti: consumo carburante in gara di 100 Kg e portata massima di 100 kg/h sopra i 10.500 giri/min.
Sotto i 10.550 giri/min, la portata di carburante è regolata dalla seguente equazione:

Q [kg/h] = 0.009 * N[RPM] + 5.5

Ecco il grafico sull'andamento della potata di carburante in base ai giri del motore


Figura 8 mostra i valori prestazionali ottenuti dal solo motore endotermico senza l'utilizzo dell'energia recuperata dalla MGU-H. MGU-H è stata utilizzata a regime medio bassi per eliminare il fenomeno del turbo lag. La potenza massima ottenuta è stata di 454,82 kW a circa 10.550 giri/min, mentre la coppia massima si è ottenuta a 7000 giri/min con un risultato di 415,48 Nm. Se volete conoscere la potenza massima in Cv basta che moltiplichiate la potenza in Kw per il coefficiente 1,35:

Pmax (Cv)= 454,82 * 1,35 = 614 Cv

Si può notare dal grafico in basso  che la coppia rimane pressoché costante dai 5000 giri/min  fino ai 10.500 giri/min grazie all'assistenza della MGU-H.


La curva di potenza MGU-H è illustrato nella Figura 9.


Prima dei 9200 giri/min, l'MGU-H agisce come motore sulla turbina per limitare il turbo lag in modo da offrire al motore endotermico la giusta potenza anche a regimi medio/bassi.
Sopra i 9200 giri/min, l'MGU-H inizia ad agire come generatore e permette di recuperare energia che vine immagazzinata nel pacco batterie collocato sotto il serbatoio.
Il grafico di Figura 10 ci permette di capire le prestazioni globali sommando la potenza del motore endotermico e quella della MGU-K che per regolamento può offrire una potenza di per 120 Kw per 33,3 s. In questo grafico non è inclusa la potenza recuperata dalla MGU-H che non viene immagazzinata nelle batterie ma viene mandata diretta al "ex kers". Questa energia recuperata non è regolamentata e più se ne riesce a sfruttare e meglio è per le prestazioni globali della P.U.
La potenza massima ottenuta è di 574,82 Kw a 10500 giri/min con un valore massimo di  coppia  di 611,83 Nm raggiunto a 5000 giri/min.

Pmax (Cv)= 574,82 * 1,35 = 776 Cv


Se osservata il grafico di figura 8 e quello di figura 10 potete facilmente notare che la coppia data dal MGU-K a 500 giri/min è di 200 Nm come imposto dal regolamento tecnico. Questa coppia è stata limitata perché il solo MGU-K riesce a sviluppare ben 229,35 Nm.
La curva di potenza con MGU-K è una linea parallela che si pone sopra alla curva senza MGU-K. La differenza tra le due curve è semplicemente la potenza data dalla MGU-K che è una costante di 120 Kw.  Tuttavia, siccome la potenza aggiuntiva è costante, la coppia aggiuntiva si va a ridurre in funzione della velocità del motore come dimostrato dalla seguente equazione:

Torque [N/m]= (Power [kW] • 9550)/Engine speed (RPM)

Pertanto sarà molto vantaggioso sfruttare la MGU-K a bassi regime, in uscita dalle curve medio/lente per avere una migliore accelerazione.






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