A lezione dall’Ing. Manganelli: L’importanza del sistema di scarico in MotoGP

Honda HRC ha annunciato che da questa stagione MotoGP utilizzerà sistemi di scarico realizzati da Akrapovic. L’azienda slovena, oltre mille dipendenti, prende il posto dell’italiana SC-Project che è stata fornitrice nelle ultime annate. Akrapovic ha una relazione con Honda di lunga durata: il primo titolo Mondiale conquistato da questa nota azienda produttrice di sistemi scarico risale al 2000, equipaggiando la Honda VTR V2 vincitrice in Superbike con Colin Edwards. La stessa Akrapovic collabora con Honda anche sul fronte F1, dove in qualità di motorista di RedBull Racing, ha fatto doppietta 2021-22 con Max Verstappen. L’ingegnere Mario Uncini Manganelli, ex progettista di Oral, KTM, Aprilia e Mercedes AMG F1, guida alla scoperta di questo componente decisivo per le prestazioni MotoGP.

Quanto è importante il sistema di scarico su una MotoGP?

E’ fondamentale, tanto che ci sono due-tre stadi di sviluppo durante la stagione. I top team utilizzano anche sistemi differenti in base alle specifiche dei tracciati: ci sono impianti progettati per le piste veloci, che favoriscono la potenza massima. E altri che migliorano l’accelerazione, quindi aumentano le doti di coppia, e sono utillizzati sui tracciati più guidati. Prestazione significa anche peso: quindi si lavora anche in questa direzione, oltre che sulla distribuzione del peso. La progettazione avviene per mezzo di sistemi 1D, cioè monodimensionale. Ci sono programmi molto affidabili che simulano il funzionamento di motori multicilindri. E’ possibile individuare le prestazioni nette già in simulazione numerica, quindi riuscire a disegnare lo scarico migliore dal punto di vista termodinamico. Il lavoro successivo è quello di modellare in 3D lo scarico all’interno del complessivo motoveicolo, cioè realizzare un cosidetto “root piping” (giro scarico) che sia idoneo al montaggio e allo smontaggio in maniera rapida ed efficace.

Quali sono le prerogative tecniche di uno scarico MotoGP?

La tecnologia che il fornitore mette in campo è fondamentale. Ci sono parti realizzate come deformazione plastica, cioè piegando i tubi con varie tecnologie. Altre parti sono realizzate in fusione, specialmente le parti collegate con le viti prigioniere alla testata motore, chiamate collettori. Sono microfusioni in titanio, molto sottili: devono essere estremamente affidabili. Il fornitore ha un ruolo chiave: un reparto corse più progettare il miglior scarico, ma poi serve che sia realizzato a regola d’arte.

Quali sono i componenti principali dello scarico?

Il primo elemento sono i collettori di uscita dalle testate, poi i tubi primari che generalmente sono separati. Cioè generalmente ogni cilindro ha un collettore e un tubo primario. Più a valle ci sono le unioni, in gergo termodinamico “punti caldi”, in cui si uniscono i flussi di differenti cilindri della stessa bancata. Oppure vengono incrociati uno di una bancata e uno dell’altra, a seconda dell’ordine di scoppio. E’ questo che comanda l’unione dei cilindri anche se ultimamente abbiamo visto scarichi che avevano combinazioni fra cilindri differenti dall’ordine di scoppio. Questo perchè magari si va a cercare l’intonazione di determinate frequenze di onde di pressione, che prima non era possibile identificare via software in maniera chiara. Il tubo termina con un secondario e il silenziatore.

In genere i motori 4 in linea, come Yamaha e com’era Suzuki MotoGP, hanno un solo secondario-silenziatore. I motori 4V hanno bancate separate: cioè hanno uno scarico con primari che hanno un’unione fra di loro e il silenziatore che esce sul fianco destro della moto, in basso a fianco della ruota, per non interferire con la catena di trasmissione che opera sull’altro lato. Il collettore, primario e secondario della bancata posteriore percorrono il sottosella, più lontano possibile dal serbatoio per evitare surriscaldamento della benzina, e finiscono con un silenziatore dietro la sella. Nel V4 in genere gli scarichi sono progettati per bancate, ma ci sono stati casi nei quali si univano un cilindro della bancata anteriore con quella posteriore. Dipende dall’ordine di scoppio e anche dall’esperienza nella simulazione dell’ufficio tecnico di ogni Costruttore impegnato in MotoGP.

Che materiali vengono usati?

In genere il titanio. Le tecnologie di produzione invece sono differenti. Il collettore è una fusione a spessore sottile, con appropriate nervature, a cui viene collegato per montaggio fisico il tubo primario. I tubi sono piegati con delle maschere di piegatura, ottenuti d modelli in 3D. Le unioni sono tubi saldati insieme. Il secondario è un tubo generalmente più grande. Il silenziatore è composto da una parte interna fonoassorbente, progettata in modo che lo scarico rientri nei valori regolamentari di rumore. L’esterno, cioè l’involucro del silenziatore, per l’uso in pista è in carbonio. In sala prova però sui sistemi di scarico vengono effettuati test molto lunghi, con il motore a pieno carico per più tempo (cioè il massimo della potenza, ndr) per cui si usano silenziatori con casse esterno in titanio. Il peso è maggiore del carbonio, ma anche la resistenza. In pista le stress termico è inferiore, ecco perchè si può usare il carbonio per sfruttarne la leggerezza.

Lo scarico è progettato dal reparto corse o dal fornitore?

E’ sempre progettato dal reparto corse, che ha in mano il modello 3D dell’intero veicolo. Quindi conosce alla perfezione la modellazione 3D che è fondamentale per definire il percorso che gli scarichi compiono all’interno della moto. Ma non è escluso che fornitori di altissimo livello come SC-Project o Akrapovic possano avere direttamente dalla Casa il sistema di modellazione 3D. Il loro compito più impegnativo è studiare il sistema di scarico più realizzabile e ottimizzabile, soprattutto dal punto di vista delle giunzioni. Sono i punti in cui si collegano fra di loro il collettore e il tubo primario, con differenze di diametro dei tubi, studiati con una determinata tolleranza.

Poi ci sono molle di collegamento che permettono di avere un montaggio flessibile, perchè le vibrazioni sono assai elevate. Se il tubo è rigido per troppa lunghezza, c’è il rischio che si creino delle crepe. Quindi: in genere i sistemi sono progettati in reparto corse e industrializzato dal fornitore.

Akrapovic è fornitore Honda HRC anche per la F1?

So che Akrapovic era fornitore Honda F1 all’epoca dei motori aspirati, quindi molti anni fa. Per l’attualità non ho conferme. In F1 gli scarichi sono in acciaio, perchè coi motori turbo di oggi le temperature di esercizio sono assai più elevante rispetto a quelle che si registrano sui propulsori MotoGP. Le auto inoltre stanno a pieno carico per molto più tempo. In F1 si usano leghe d’acciaio inconel, cioè la famiglia degli acciai inox.

Come si sceglie il fornitore tecnico?

La scelta del fornitore non è solo tecnica, ma riguarda anche aspetti diversi: visibilità, sponsorizzazioni, prodotti di serie aftermarket che escono con un determinati componenti realizzati da uno specifico fornitore. Aprilia, per esempio, ha fatto il cammino inverso rispetto ad Honda HRC: era Akrapovic, ma da alcuni anni è passata SC-Project. Probabilmente Honda HRC ha deciso di andare con Akrapovic per motivazioni che non sono unicamente tecniche.

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