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车圈难题:F1赛车发动机只有1. 6T?
[发布时间] 2019年08月22日 18:49:31 [新闻来源] 未知 [阅读数]
 
  车圈难题:F1赛车发动机只有1. 6T?

F1赛车是有规则限制的,不然只要有相应技术储备、硬件支持、足够大的涡轮以及不计成本的投入理论上1.6T可以压榨出更强的动力,千匹马力只是规则限定下的标准。

 
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这样做的好处一是降低了准入门槛,让一些在赛场上竞争力弱的车企减少了资金投入;二是避免各大车企之间无底线的攀比竞争,如果不计成本和规则合个车企的对动力的压榨一定是无底线的,最终大大增加投入甚至失去F1的精神而不计成本的研发和投入技术往往和民用车没半毛钱关系自然也起不到带领行业技术革新的作用;三是让F1上的一些顶尖技术和原理在民用车有一定的交集,最终让还是民用车得到实惠;四是FIA的规则也是不断更新的,F1也需要植入节能、环保的理念,新规则下F1也开始往混动方向发展。

说了一些相关知识只是让我们对F1有更客观的认识。F1是世界顶级方程式锦标赛它不是单纯的比速度,在极速背后可能是我们想不到的资金、技术储备和最前沿的技术创新支持。

FIA对F1动力的限制就近经过了三个阶段:第一阶最大排量3.0L,最大缸数10缸;第二阶段最大排量2.4L,最大缸数8缸;第三阶段也就是从2014年开始实行的最大排量1.6L以内,最大缸数6缸,也就是我们如今所看到的F1都采用1.6T+V6的动力核心。当然在10缸之前还有V12的引擎,只是年代久远不多赘述。

1.6T为何能实现如此强悍的动力?

理论上:

从内燃机的原理上看,发动机的动力来源是燃油的燃烧爆炸产生的高温、高压驱使活塞上下周期运动从而带动曲轴旋转输出动力。那么很好理解,如果这台发动机的最大热效率一定那么它想要做更多的功就需要喷更多的油进行燃烧,不然不可能无中生有那么多动力(能量守恒没有原因)。所以,F1的油耗可以达到百公里50-60L,这也是F1能产生强大动力的根本源泉,不考虑油耗或者说对发动机的优化只注重性能而忽略油耗就是F1发动机的特点。

如果燃油不是问题,那么想要提高发动机的功率就需要从转速和扭矩上考虑。功率=扭矩×转速/9550,从扭矩上入手肯定不切合实际,因为扭矩过大势必要增加行程,虽然在某一动态加速瞬间大的扭矩提供了较大的驱动力(或者说加速度),但增加扭矩增大行程后就不利于提升发动机的高转速功率。因为某一速度下行驶功率才是决定车辆加速和极速的恒定指标,而扭矩过大转速肯定就上不去这对于跑极速耐力赛的F1赛车来说可能半圈没到就被甩到最后了。而太大的扭矩完全就是浪费,因为F1本来才700-900公斤根本用不到,通过提高转速来压榨最大功率才是赛车追求的。所以F1的扭矩不需要太大但是转速一定要上去,因此提高转速成了实现其强大动力的方法。

 
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如果燃油和转速、扭矩不是问题了剩下的就得通过换气(进排气)系统来优化继续压榨动力。正常情况发动机的进气和排气都不可能完全充分那么就搞个涡轮增压吧,涡轮增压的好处是不消耗发动机动力反而利用了部分废气能量,所以它可以继续提高发动机的输出功率。由于F1怠速都可以保持在5000-8000转,所以它的增压器都是大惯量的涡轮可提供5个大气压的增压压力(家用一般是1.5-2.5个大气压)。在保证了足够的进气密度后只需要使劲喷油让燃油充分燃烧就行了。对排气的优化肯定是降低背压和减小排气干涉对排气顺畅的影响,采用独立直排排气系统,什么三元催化、消音器之类不存在的。

如果以上都没问题了,下来就是提升发动机的热效率,通过提高压缩比、降低换气损失、降低摩擦、提高转化率等技术实现。如果热效率足够高说明燃烧相同的燃料就有更多的能量转化为有用功,那么如果多喷燃油发动机的功率上限也会相应提升。当然以上只是主要考虑方向,还有点火系统的改进也能有效提升功率,比如奔驰提出的“预燃烧”技术;配气正时和升程技术的优化也一定是最佳精度;喷油系统的设计也是为了更完全燃烧等等。

实际上:

 

如果要实现以上理论的条件,精度、技术、硬件材质、电控、高压等硬件的支持才是实现的基础。比如:

喷油精准、高压、雾化充分,因为应对的可能是15000转/分的频率,这对喷油硬件来说不光是精度和压力的考验,散热、耐高温、高压也是重中之重

高转速下散热和硬件强度是技术难题,需要匹配强大的散热系统和特殊合金材质制作的气缸、活塞(铝合金)、连杆(钛合金)机构等硬件机构

涡轮的质量、散热、润滑高效得不到保证分分钟趴窝

气道、油道、燃烧器形状、活塞设计、气门等等都需要尽最大可能减小阻力进行抛光处理或者特殊设计。

总之F1的发动机基本上是集最顶尖的发动机技术和顶级的硬件材质才能通过以上理论来实现动力输出最大化,排除研发成本单就发动机材质和制造成本就达到了12-15万美元而每一赛季大概会备100台引擎供车队使用。当然这还不是一劳永逸,一台F1赛车发动机的寿命只有3000-5000公里。

F1向混动趋势方向进化

 

1.6T V6单缸排量0.267L,还是大缸径短行程的设计,只有不断的提升转速才能在单位时间内更换更多的新鲜空气参与燃烧。在增压的作用下氧气可以最大限度提高,而喷油往往也会加浓喷射以提高每个工况的功率输出,喷油多了、燃烧多了、做功也多了而只要硬件能承受就可以爆发出更多的动力。所以,对于F1引擎来说1.6T爆发个八九百匹也是稀松平常。

为何不搞千匹不是更厉害,因为FIA对发动机的寿命也有要求了,也就是一个赛季最多只能用三台发动机而一箱燃油也必须满足跑完此次圈数要求。所以混动和高热效率发动机才是现在F1的方向,强大的ERS不仅能回收动能、热能还可以提供动力输出,配合发动机也可以轻松超过1000匹并且降低了发动机油耗、提升了硬件耐用性。最终就是降低了成本,减少了资源浪费并且这些技术可能为民用车带来突破和实惠。

 
 
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