TECNICA: l'evoluzione dell'HCCI sfrutta una pre camera! - FUNOANALISITECNICA F1ANALISITECNICA
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TECNICA: l'evoluzione dell'HCCI sfrutta una pre camera!

Ciò che ultimamente è sulla bocca di tutti è la nuova tecnologia che Mercedes e Ferrari hanno inglobato nelle loro Power Unit di Formula 1, ossia l'HCCI, in inglese "Homogeneous Charge Compression Ignition"


Questa nuova caratteristica delle tanto complesse Power Unit di Formula 1 combina l'accensione per compressione tipica dei motori a ciclo Diesel con quella ad accensione comandata di un classico motore a benzina. Ciò che viene quindi fatto è utilizzare in base ai diversi carichi operativi, o una o l'altra tipologia di accensione.

HCCI: si arriva a rendimenti di combustione oltre il 40%! 
Con un sistema di combustione HCCI si dice si possa raggiungere un rendimento di combustione attorno al 43-45%, un valore circa il 15% più elevato dei "vecchi" V8 di Formula 1. E' facile dedurre che a parità di condizioni di funzionamento, il consumo specifico di un motore che utilizza la tecnologia HCCI è sicuramente inferiore. Entriamo meglio nei dettagli.

In un motore dove si sfrutta l'HCCI la fase di combustione è piuttosto veloce, tale per cui la trasformazione può essere considerata a volume costante consentendo quindi di dissipare meno energia rispetto ad un motore convenzionale, con notevoli vantaggi sul consumo specifico. Oltre a ciò, grazie ad una miscela molto magra si riesce ad ottenere un ulteriore miglioramento del rendimento e quindi dei consumi.

Per generare l'autoaccensione della miscela sono necessari dei rapporti di compressione molto elevati, tipici dei motori Diesel, ad accensione per compressione, altrimenti c'è il rischio di incorrere in quel fenomeno conosciuto con il termine di misfire. La possibilità di incrementare il più possibile il rapporto di compressione dà notevoli benefici in termini di prestazioni e di efficienza del motore, grazie ad un migliore rendimento termodinamico soprattutto rispetto al motore ad accensione comandata.

HCCI: la difficoltà sta nel controllare l'esplosiva combustione!
In un motore ove è presente la tecnologia HCCI è molto più difficile controllare la combustione rispetto che ad un classico motore a combustione ad accensione comandata; questo perchè entra fortemente in gioco la cinetica chimica della combustione che controlla l’autoaccensione della carica in diversi punti nella camera di combustione. 

Poi, come detto più volte su queste pagine, uno svantaggio non trascurabile è che la potenza massima ottenibile è ancora limitata da un drastico aumento di pressione durante l'innesco della combustione che può produrre forme di detonazione pericolose per l’integrità del motore. Ed è proprio per questo motivo, come vi diciamo da molte settimane, che all'aumentare del carico diventa sempre più difficile controllare e gestire la fase di accensione. Ed è proprio questo il motivo per cui l'utilizzo in modalità di accensione spontanea avviene solo ai carichi medi, medio-bassi e bassi.

HCCI: la sua evoluzione ha tratto spunto dalla tecnologia "Mahle Jet Ignition?
E qui arriviamo alle ultime informazioni raccolte da FUnoAnalisiTecnica: sembrerebbe che in quello che abbiamo chiamato HCCI Plus sia stata introdotta una piccola pre camera su ciascun pistone che comunica direttamente con la camera di combustione principale. E' proprio all'interno di questa piccolissima camera di combustione secondaria che verrebbe compressa "spontaneamente" una piccola quantità di miscela piuttosto ricca. Sembra si sia quindi evoluta la difficile tecnologia HCCI, sfruttando alcuni vantaggi presenti in un'altra interessante tecnologia brevettata dall'Azienda Mahle: la "Jet Ignition".

Essa infatti, sfrutta una pre camera esterna alla camera di combustione vera e propria per accendere, in questo caso per temperatura (quindi con una candela) e non per pressione come nell'HCCI, una piccola quantità di miscela che verrà poi inviata in camera di combustione per completare l'accensione del resto della carica, molto molto magra in questo caso.


Tornando all'HCCI, agli altri carichi, quando la combustione avviene per accensione comandata, sarà una "classica" candela ad accendere la miscela aria - combustibile. In questo caso, la camera di combustione secondaria viene bypassata, sfruttando unicamente la camera di combustione principale.

Grazie alle modifiche sopra esposte, sembra che i motoristi siano riusciti a salire con il rendimento di combustione fino a valori oltre il 45%.

FERRARI: l'azienda Mahle collabora già con Ferrari e Mercedes! 
E' di pochi giorni l'annuncio che Mahle, azienda che ha progettato l'innovativo processo di combustione magra descritto velocemente appena sopra, ha ampliato la sua collaborazione con la Scuderia Ferrari includendo nella fornitura anche dei componenti definiti "cruciali" del motore a combustione interna. 

"Consideriamo MAHLE un partner importante nel continuo sviluppo dei nostri propulsori", ha dichiarato James Allison, direttore tecnico di Scuderia Ferrari. "Apprezziamo non solo il loro alto livello di competenze tecnologiche, ma anche l'eccezionale affidabilità dei loro prodotti".

Ma a quanto sembra le attività di sviluppo di Mahle per la Ferrari si trovano anche nei processi di combustione innovativi, diventati fondamentali nell'era di questi complessi motori ibridi.

GP CANADA: Renault è pronta a far debuttare la sua versione di HCCI PLUS
Come abbiamo già scritto nella Review Tecnica del Gran Premio di Cina, Renault durante lo scorso inverno ha lavorato moltissimo, in un'area dove si potevano apportare modifiche senza l'utilizzo di gettoni visto che quell'area non è "protetta" dal regolamento tecnico, ossia il software. 

Il primo aggiornamento 2016 dell'unità motrice francese, con circa 40 CV teorici in più (circa 5 decimi al giro ipotetici), dovrebbe debuttare nel Gran Premio del Canada. Gran parte del lavoro è stato svolto proprio sulla camera di combustione e in generale sulla parte endotermica della Power Unit. L'obiettivo dei francesi è stato quello di aumentare ulteriormente le pressioni in camera di combustione nonché i rapporti di compressione per riuscire nell'intento di spostare un po più in la rispetto al normale, il limite di detonazione.

Grazie a @f1talks per alcune informazioni

The PJ

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11 commenti

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22 aprile 2016 18:11 delete

Nei Vostri vari post riguardanti il motore - molto interessanti per un profano di meccanica come me -, mi è sfuggita una cosa.
A puro livello teorico, ovvero immaginando una situazione di efficienza perfetta, la compomente endotermica della PU Ferrari è equiparabile all'attuale Mercedes?

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elpapi
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23 aprile 2016 00:32 delete

Certo che è incredibile come Montezemolo e Domenicali ai tempi abbiano accettato un regolamento tecnico in cui Mercedes era avanti di anni.
La Mahle è di Stoccarda o sbaglio? Sarà imparziale?

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23 aprile 2016 09:27 delete

Ottimo articolo ragazzi,siamo abituati bene! Come viene by-passata la pre camera quando si raggiungono altri carichi di lavoro?

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23 aprile 2016 14:14 delete

La pre camera può creare la possibilità di oltrepassare i limiti imposti per quanto riguarda il consumo istantaneo?

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elpapi
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23 aprile 2016 15:34 delete

Certo che è incredibile come Montezemolo e Domenicali ai tempi abbiano accettato un regolamento tecnico in cui Mercedes era avanti di anni.
La Mahle è di Stoccarda o sbaglio? Sarà imparziale?

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Fabio
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23 aprile 2016 15:47 delete

già... come mai hanno accettato un regolamento del genere sapendo già come era messa la mercedes? Mister E deve essere stato molto molto convincente....chi vuole intendere.....
la MAHLE è ustriaca

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Fabio
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23 aprile 2016 15:52 delete

tornando agli aspetti tecnici , l'HCCI lavora anche con l'anticipo di accensione che con una reazione a catene genera autoaccensioni successive.
mixando iniezione stratificata e accensione multispark

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25 aprile 2016 10:09 delete

http://www.motorsportmagazine.com/f1/ferraris-formula-1-jet-ignition/

conferme ulteriori ;)

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26 aprile 2016 23:39 delete

Quindi, in pratica, nella camera di scoppio vera e propria si inietta una quantità di miscela molto magra e nella piccola precamera, invece una quantità più ricca che deve fungere da innesco, in questo modo si ottiene il controllo completo della combustione senza dover ricorrere a pressioni estremamente esagerate, visto che l'accensione è comunque comandata e non spontanea, ma soprattutto si controlla in toto l'accensione e non si verificano quegli inconvenienti dovuti all'accensione spontanea.

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gianca
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28 aprile 2016 11:46 delete

Appunto, che dimensione ha la precamera? Come controlla la fia che tramite questa precamera non si superi il limite di carburante concesso, sia in accellerazione che oltre i famosi 10500 giri? Perchè con l'hcci plus serve per forza la precamera, non potrebbero iniettare tutto con uno o più iniettori, rimanendo sempre sotto il controllo dei consumi da parte della fia? Sa tanto di trucco per oltrepassare il limite di consumi in prova e durante quei famosi 5-10 giri in gara per distanziare gli avversari, ovviamente se usato continuamente in gara la benzina non basterebbe per finire la gara...

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