Turbina "frenata" dalla MGU-H - Se fosse questo il vero segreto della Power Unit Mercedes - FUNOANALISITECNICA F1ANALISITECNICA
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Turbina "frenata" dalla MGU-H - Se fosse questo il vero segreto della Power Unit Mercedes

Queste prime gare del campionato 2014 ci hanno mostrato la Mercedes con un vantaggio elevatissimo rispetto ai suoi diretti rivali.
Ascoltando le dichiarazioni di Aldo Costa, tale vantaggio non è da ricercarsi in un'area in particolare, bensì nell'ottimizzazione di ogni singola componente della vettura, con un'alta interazione tra di esse.
Ecco, interazione.
Questa è forse la parola chiave che i progettisti Mercedes avevano bene in mente nello sviluppare la Power Unit PU106A Hybrid.
Mercedes è riuscita ad impiantare nel motore termico una unità elettrica di prim'ordine, ed ha evitato il rigetto (come nelle operazioni chirurgiche umane, passatemi il termine) con una gestione elettronica sopraffina.
L'elettronica ormai permette di fare ogni cosa, pertanto quando si ha a che fare con essa, per realizzare cose superiori alla diretta concorrenza, bisogna pensare differentemente (Steve Jobs docet).
E' questo che molto probabilmente hanno fatto i motoristi Mercedes.
A livello meccanico-estetico, hanno ottimizzato al massimo il layout del gruppo moto-compressore (argomento già analizzato  nel precedente articolo http://www.f1analisitecnica.com/2014/04/i-segreti-della-power-unit-mercedes.html), ma probabilmente questo estro si annida anche nella gestione elettronica di questo originalissimo "Turbo".

Quando un motore termico sovralimentato viene fatto accelerare, esso aumenta la quantità dei gas di scarico espulsi, i quali permettono alla turbina di aumentare i propri giri. Quest'ultima, tramite un alberino, fa girare un compressore che immette l'aria in pressione nei cilindri. Essendo questo un sistema chiuso, l'aumento della pressione dell'aria in ingresso al motore aumenta la potenza del motore stesso, che genera ancora più gas di scarico, e quindi la turbina aumenta di giri, aumentando la pressione d'aria in ingresso al motore e così via...
Insomma, se non si limitano le pressioni, avviene l'autodistruzione del motore.
Per evitare questo, esiste una valvola, chiamata Wastegate: quando la pressione generata dal compressore raggiunge un valore target (3-4 bar, sto ipotizzando) tale valvola inizia ad aprirsi, creando un bypass ai gas di scarico, i quali andranno un pò verso la turbina, e un pò direttamente allo scarico. I motori turbo funzionano tutti così, ed è chiaro che l'energia dei gas non passanti per la turbina viene perduta.
La Mercedes deve aver trovato il modo di usare anche questa di energia, ma come???
Limitando il più possibile l'intervento della valvola Wastegate, l'unico componente che serve a "diminuire" la potenza ad un motore turbocompresso.
Quando la pressione del compressore raggiunge il valore target (e questo si ha normalmente durante la fase di piena accelerazione) l'elettronica imposta il motore MGU-H in modalità "Energy Recovery". Così facendo la turbina, e quindi il compressore a lei calettata, viene frenata ad un determinato numero di giri, mantenendo quindi costante la pressione al valore target.

In questo modo il motore termico genera la massima potenza, perché viene alimentato alla massima pressione prevista da progetto, ma allo stesso tempo il MGU-H sta recuperando l'energia che sarebbe andata dispersa con l'apertura della valvola Wastegate!
Questa energia viene inviata direttamente al MGU-K, visto che il regolamento non pone limiti alla quantità di energia trasferita tra i due motori elettrici.
Il risultato? Decine di cavalli sommati al motore termico, completamente GRATIS. Ecco spiegate le maggiori velocità in rettilineo rispetto ai rivali, che aprendo la valvola Wastegate come in un comune motore Turbo, perdono allo scarico energia preziosa.
Ovviamente, con le giuste strategie, questo sistema permette di ottimizzare prestazioni e consumi, permettendo alla monoposto Mercedes si essere la più prestazionale ed allo stesso tempo la più parca nei consumi.

Ora siamo il via alle discussioni che credo saranno molto accese...

Cristiano Sponton

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13 commenti

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GABRY
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16 aprile 2014 21:42 delete

non credo che nel momento in cui l' mgu-h entri in recovery trasferisca l'energia all'mgu-k in quanto si è visto che la pu mercedes è dolce iu uscita di curva per cui credo che in primis dia energia alle batterie per poi progrssivamente passarla all'mgu-k

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16 aprile 2014 21:55 delete

Viene utilizzata in rettilineo infatti

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Anonimo
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16 aprile 2014 22:06 delete

Io direi che un pensiero simile dovrebbero averlo fatto tutti i costruttori di motori.Non é un pensiero originale intendo,non convenzionale,con un punto di vista singolare.E' un pensiero logico,razionale,direi matematico.Anzi,aggiungerei,e non so se sia stato fatto da qualcuno,che il regolamento per le unita' motrici del 2014 doveva essere messo al vaglio di un ottimo staff di matematici,ancor prima che ad uno staff di ingegneri meccanici.
Se uno fra Mercedes,Renault e Ferrari non ha affrontato la questione del turcompressore,dell'MGU H e della gestione della coppia anche da questo intuibile punto di vista, sarebbe bello capirne il perche'.

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Anonimo
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16 aprile 2014 22:08 delete

Si, vabbè, ma l'utilizzo della mgu-h in questo modo non mi sembra sia una pensata da supergeni di un altro pianeta. Possibile che gli altri fornitori di pu non abbiano preso in considerazione questi aspetti? Inoltre, un team che volesse migliorare la propria pu come la ferrari, potrebbe farlo in corso di campionato? I motori sono "congelati" a inizio stagione, ma non è possibile effettuare alcun cambiamento?

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kroky78
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16 aprile 2014 23:31 delete

Questo spiega senz' altro come mai la Mercedes riesce ad usare sovrapressioni di alimentazione alte (maggiori della concorrenza?) pur restando nei parametri del debimetro. Non posso però credere che gli ingegneri della concorrenza non ci abbiano pensato, dal momento che quest' inverno anche io avevo ipotizzato che la coppia resistente del Mgu-h venisse usata per limitare la sovrapressione di alimentazione in luogo della waste-gate. Io pensavo addirittura che quest' ultima non venisse nemmeno montata nelle moderne PU. Invece tutti la usano, forse per motivi di sicurrezza, in caso si guastasse l' Mgu-h. Non credo nemmeno che, a livello costruttivo e di gestione, sia così complicato regolare la coppia resistente del generatore usando la pressione di alimentazione come retroazione. Evidentemente ci sono in gioco altri parametri importanti nell' equilibrio generale del sistema, ad esempio le quote massime di energia trasferibili al pacco batterie...

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Anonimo
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16 aprile 2014 23:38 delete

Il fatto é che il sistema offre la possibiltà di moltissime varianti nello sfruttare con il mgu k l'energia delle batterie e l'energia prodotta con il mgu h in eccesso ai 2 mjoule per ricaricare le batterie, per cui chi riesce a gestire meglio i flussi può usare per più tempo il mgu k, anche oltre i 33,3 secondi. Ora probabile che la Mercedes fornendo più team, ha potuto provare più varianti software rispetto ai motorizzati Renault e Ferrari. Ricordate i primi test? I Renault non giravano, e Ferrari non ha avuto gran aiuti da sauber e marussia, mentre i team Mercedes collaboravano fornendo i dati dei test per uno sviluppo comune.

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GSoul Dj
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17 aprile 2014 07:55 delete

E' vero, più che genialata Mercedes, mi chiedo come sia stato possibile che gli altri non siano arrivati alle stesse conclusioni.

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Anonimo
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17 aprile 2014 09:28 delete

Questo tipo di utilizzo dell'unità MGU-H è espressamente previsto dal regolamento, quindi non c'era bisogno di inventarselo. Sicuramente Mercedes lo gestisce meglio degli altri, ma tutti usano questa possibilità.

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17 aprile 2014 09:49 delete

Probabilmente tutti conoscono questo uso della MGU-H ma un conto è saperlo, un'altro riuscire a farlo funzionare al 100% , senza sottoporre il motore o la parte elettrica a sovraccarichi o malfunzionamenti .. .

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Anonimo
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17 aprile 2014 11:26 delete

E possibile che il compressore e la turbina non sono connessi direttamente?
La turbina potrebbe essere connessa al generatore e produrre sempre eletricita. Il compressore potrebbe essere girato soltanto quando sarebbe necessario. In questo modo non serve il waste gate.
E possibile?

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Anonimo
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17 aprile 2014 21:33 delete

Di questa funzione di recupero energia del mgu-h in fase di pressione massima del turbo se ne parlava già nel 2013 se non prima..quindi sicuramente è una tecnologia usata da tutti...piuttosto sembrerebbe che la Mercedes utilizzi compressore e turbina posti agli estremi del motore collegati da un albero che passa in mezzo alle due bancate, in questo modo il compressore mantiene temperature piu basse essendo distante dai gas di scarico, cosicché è possibile usare pressioni piu elevate e scambiatori di calore piu piccoli..

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Anonimo
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21 aprile 2014 11:14 delete

non può essere questo perchè è già previsto nel regolamento tecnico: 2MJ/giro ri recupero massimo dal MGU-K e 4MJ/giro di massima energia utilizzabile sull'MGU-K stesso, quindi tutti i team per usare i 4MJ/giro previsti devono perforza recuperare almeno 2MJ/giro dal MGU-H.
per il discorso della posizione della turbina distante che permette temperature più basse, l'afflusso maggiore di aria non è vantaggioso, perchè il problema di questo regolamento è il limite di 100kg/h di portata degli ignettori che limita la quantità di combustibile, quindi avendo il rapporto stecchiometrico da rispettare non serve a nulla avere più aria.

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Sderenno
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8 maggio 2015 16:20 delete

io mi chiedo se invece fosse possibile accumulare energia usando il sistema di recupero in frenata come traction control.

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