Honda e la F1: una storia esemplare

Avere informazioni sui motori da corsa non è mai facile, specialmente se si tratta di quelli che azionano le monoposto da Gran Premio. Qualche tempo fa però la Honda, davvero benemerita sotto questo aspetto, visto che già all’inizio degli anni Novanta aveva pubblicato alcune interessantissime memorie sulle sue formidabili realizzazioni di Formula Uno, tanto turbo quanto aspirate (dal 1989 in poi), ha rilasciato diverse importanti informazioni relative alla tecnica e allo sviluppo dei suoi motori da competizione costruiti dal 2000 in poi.

Il ritorno sulla scena in forma diretta è avvenuto con un dieci cilindri a V di 80° di 3000 cm3 che, con un alesaggio di 95 mm e una corsa di 42,24 mm, ruotava a 17500 giri/min ed erogava circa 780 cavalli (la potenza specifica era quindi di 260 CV/litro). La distribuzione, comandata da due cascate di ingranaggi collocate anteriormente, era bialbero con gli eccentrici che agivano su punterie a bicchiere.

Un po' di numeri

Le valvole erano quattro per cilindro e venivano richiamate da molle pneumatiche. La potenza assorbita dal complesso della distribuzione era di oltre 40 cavalli. Ogni pistone, del peso di 255 grammi, veniva vincolato alla propria biella (in titanio) da uno spinotto del diametro di 18,7 mm. Il basamento era dotato di canne riportate in umido, del tipo con bordino d’appoggio superiore. Il motore aveva un peso a secco di 108 kg.

Nel 2002 è avvenuta una riprogettazione completa. L’angolo tra le due bancate di cilindri è passato a 94°. L’alesaggio è cresciuto a 97 mm e la corsa è scesa a 40,52 mm (queste misure sono state mantenute anche nei motori successivi). Per quanto riguarda la distribuzione, le punterie sono state sostituite da bilancieri a dito con riporto superficiale di DLC (Diamond Like Carbon), con notevole vantaggio anche in termini di riduzione della massa mobile.

Valvole in alluminiuro di titanio

Questa soluzione è eguale a quella che già impiegavano i più accreditati motori della concorrenza. Le valvole sono state realizzate con un composto intermetallico dalla ridottissima densità, l’alluminiuro di titanio (Ti Al) e, per quanto se ne sa, la Honda è stata unica nell’adottare questo materiale. Verso la fine della stagione è apparso un nuovo basamento con canne integrali (questo schema costruttivo è stato adottato su tutti i motori successivi); lo spessore della parete che separava le canne contigue è sceso da 11 a 9 mm, con ovvi vantaggi ai fini della compattezza.

Il 2003 ha visto il passaggio a una soluzione già impiegata dagli altri costruttori impegnati nel mondiale di Formula Uno, con le due valvole di aspirazione di ogni cilindro non perfettamente parallele tra loro, ma leggermente inclinate (in altre parole, con una disposizione “radiale”). Assolutamente inedito, e davvero rivoluzionario, era il disegno delle bielle, dotate di fusto non più con l’usuale sezione ad H ma cavo internamente. Il procedimento di fabbricazione non prevedeva una foratura o il ricorso alla elettroerosione, ma la realizzazione di ogni biella in due parti simmetriche, che venivano poi unite con il sofisticato procedimento detto Diffusion Bonding.

Motore da 99 kg

Il peso del motore, ora a V di 90° (angolo mantenuto anche in seguito), è sceso a 99 kg. Le valvole di aspirazione avevano un diametro di 40,6 mm e quelle di scarico di 31,8 mm. Il diametro dello spinotto è diminuito, passando a 17 mm. L’albero a gomiti, in acciaio da nitrurazione al cromo molibdeno vanadio aveva i perni di biella da 34 mm (prima erano da 36 mm) e quelli di banco da 46 mm (prima erano da 48 mm). Occorre qui ricordare che perni di diametro minore sono vantaggiosi ai fini del contenimento delle perdite per attrito.

Un’altra grande dimostrazione dello straordinario livello tecnologico raggiunto dalla casa giapponese si è avuta nel 2004, con l’adozione di pistoni in composito a matrice metallica (MMC), del peso di soli 210 grammi ciascuno, e con la realizzazione di sedi delle valvole integrali con la testa. Grazie alla deposizione di un sottile strato di materiale, applicato mediante un procedimento al laser, è stato possibile eliminare i tradizionali anelli-sede installati con interferenza. Oltre a un migliore passaggio del calore e a una riduzione degli spessori delle pareti nelle zone in questione, ciò ha consentito di installare valvole leggermente più grandi (quelle di aspirazione sono passate a 41,6 mm e quelle di scarico a 32,6 mm).

Il basamento è diventato ancora più compatto grazie alla adozione di canne “siamesi”; lo spessore della parete di separazione è passato a soli 6 mm e la quantità di acqua all’interno del motore (il cui peso è sceso a 91 kg) si è ridotta a 2,1 litri (contro i precedenti 3,2).

Si torna alle bielle convenzionali

Il 2005 ha visto, a causa del regolamento, il ritorno alle bielle di disegno convenzionale, con fusto dotato di sezione ad H. Tra le sperimentazioni compiute, va ricordata quella relativa a un albero a gomiti lavorante su cuscinetti a rotolamento e non su bronzine. Questa strada è stata abbandonata non per ragioni di complessità costruttiva, ma per la difficoltà di ottenere una durata in grado di soddisfare le severe norme stabilite dalla Federazione Automobilistica.

Hanno invece trovato impiego nuove bronzine di minore spessore (1,5 mm invece di 2,0) prive di guscio in acciaio e con materiale antifrizione di nuovo tipo (una lega a base di rame, con elevata conduttività termica). Grazie ad esse è stato possibile ottenere una diminuzione della temperatura di lavoro di questi componenti particolarmente sollecitati. Il peso del motore è sceso a soli 88 kg.

La stagione 2006 è stata quella del passaggio dai 3000 a dieci cilindri ai V8 di 2400 cm3. Il nuovo regolamento ha vietato l’impiego nel motore dei materiali compositi a matrice metallica e dei composti intermetallici. Per le valvole si è quindi tornati alle leghe di titanio, mentre per i pistoni si è passati alla lega di alluminio 2618 (al rame, con notevoli tenori di magnesio e di nichel), che del resto è quella da tempo standard, in quanto impiegata da tutti i costruttori di motori da corsa. Il peso di ciascun pistone, sempre del diametro di 97 mm, è aumentato leggermente, passando a 230 g.

Per quanto riguarda le valvole, quelle di aspirazione sono state dotate di stelo cavo. Molto interessante, dal punto di vista tecnico, è stata l’adozione di segmenti in titanio, con sofisticati riporti superficiali (DLC, WCC, CrN). Lo spessore della parete tra le canne contigue è passato a 9,35 mm. Questo motore in gara ruotava a 19600 giri/min, e al banco raggiungeva i 20.000 giri/min. La potenza era appena inferiore a 750 cavalli. La velocità media dei pistoni era di circa 26 metri al secondo e la potenza specifica di poco superiore a 310 CV/litro.

2007 e 2008 all'insegna della riduzione delle perdite meccaniche

Nel 2007 e nel 2008, con il massimo regime di rotazione dei motori limitato dal regolamento a 19000 giri/min, lo sviluppo si è concentrato a livello di dettaglio. Particolare attenzione è stata dedicata alla riduzione delle perdite meccaniche. Grazie a un certosino lavoro di ottimizzazione, con graduale utilizzazione di diversi tipi di DLC, sempre più evoluti, la potenza necessaria per l’azionamento del complesso della distribuzione è scesa a circa nove cavalli. I migliori risultati sono stati ottenuti abbinando un riporto di maggiore durezza sull’albero a camme con uno meno duro (e di minore spessore) sui bilancieri a dito.

Questo sviluppo ha anche reso possibile un sensibile aumento della pressione di contatto sopportabile dai due componenti, cosa che ha consentito l’adozione di eccentrici con profilo più spinto e più aggressivo.

In seguito il regolamento ha praticamente congelato lo sviluppo dei motori di Formula Uno. Questo contribuisce a rendere le informazioni fornite dalla Honda ancora più valide e attuali.