都用 1.6L 发动机 买菜车为何跑不过 F1 赛车?

易车 04-16

世界一级方程式锦标赛(FIA Formula 1 World Championship),简称 F1。

上周末是 F1 中国站 15 周年,首先要恭喜红牛车队的 Ricciardo 获得了 2018 中国分站冠军,而各位朋友圈里的 F1 粉丝量变化曲线如下:

大家都知道 F1 赛车速度快,0-100km/h 加速时间仅 2.3 秒。在 2016 年欧洲大奖赛的排位赛中,博塔斯曾做出过极速 378.035km/h(借助了前车尾流)。

但是,很多车迷却还不知道,本赛季F1 赛车搭载的是一台 1.6L 涡轮增压 V6 发动机。有人就纳闷了,我家的车也是 1.6L 排量,加速为何这么慢?仅仅是因为少了两个气缸吗?今天,我们借着 F1 中国站的余温,一块来聊聊这个有趣的话题。

(注:国际汽联(FIA)在 2006 年规定发动机要从之前的 3.0L V10 改为 2.4L V8,并禁止使用涡轮;2014 年后才更改为现在使用的 1.6L 涡轮增压 V6 发动机。)

首先,要想动力强,燃烧燃料的速度必须快,达到该目的方法有 2 种:

1. 制造气缸巨大的发动机,使其每次吸入和燃烧的燃料更多;

美国 Liebherr T264 搭载的就是大型发动机。它的车身大小和一间小别墅差不多,自重 363 吨,发动机比一辆轿车还要大。它的发动机排量高达 78L,但其最高转速只有约 1,900rpm,最高车速仅 64km/h,但它的最大功率却高达 3,000kW。

2. 增加燃烧的次数,虽然每次燃烧的燃料较少,但燃烧速度快,也可以达到让燃料快速燃烧的目的。

F1 赛车整体最小重量只有约 734kg,仅比一辆 2010 款的江南奥拓重 60kg。发动机最大马力达 800 至 1,000 匹,仅怠速转速便高达 5,000 至 8,000rpm,而运转最高转速更是高达 19,000rpm。

(注:2014 年,国际汽联不仅把 F1 赛车的发动机最高转速限定在 15,000rpm,而且又对燃油流速做了限制,最终导致最高转速在 12,000 转左右。)

其次,我们需要知晓什么是长行程 / 短行程发动机:

活塞从上止点到下止点的行驶距离称为行程,气缸的直径称为缸径。如果行程大于缸径,则称为 " 长行程发动机 ",反之则称 " 短行程发动机 "。

a. " 长行程发动机 "在低速时的转矩特性更佳,因此被一些强调拖动能力的车辆使用,如货车、矿山车等,也就是上文第 1 点所提到的 " 大型发动机 "。

b. " 短行程发动机 "拥有尺寸更短的活塞和连杆,因此它更擅长高速运转,像 F1 赛车、高性能超跑等均采用短行程发动机,也就是上文第 2 点中提到的 " 高速发动机 "。

另一方面,喷油压力也是 " 高转速发动机 " 的特性之一。

上文中提到,当下 F1 赛车发动机的转速高达 12,000 转,所以发动机完成一次工作循环的时间极短,即留给发动机喷油的时间很短,因此气缸内的燃油喷射压力必须得比民用车强大很多。

为了在更短时间喷射出更多燃油,国际汽联规定 F1 赛车发动机的燃油喷射压力上限为 500bar(1bar=1.02kg/cm2),而民用车发动机才 150~200bar。

赛车发动机的运转声音一般都很大,而发动机噪音主要来源于燃油在气缸中被点燃爆炸的响声。F1 赛车在高速行驶时,引擎发出的声浪高达 160 分贝,比播音 747 飞机起飞时的噪音还要大。

MGU 和 DRS

现在的 F1 赛车提速快,还受益于 ERS 能量回收系统。该系统分为 MGU-K(刹车能量回收)和 MGU-H(废气热能回收)两部分,都是为了提升加速能力。此外,DRS 可变形尾翼在开启时,可减少 F1 赛车在直道上的空气阻力,以提升大直道末端的尾速。

F1 赛车引擎寿命短

虽然 F1 赛车引擎的动力十分强悍,但在 F1 历史上,它的寿命曾经非常短。2003 年前,国际汽联对每家车队每个赛季的引擎数量没有要求,车队可以随便换引擎。但从 2004 赛季开始,每台引擎必须完成一个周末的比赛(4 次练习赛、排位赛、正赛)。

为了进一步照顾资金、技术都不足的小车队,从 2005 赛季,国际汽联规定一台引擎至少完成两站比赛;2009 年规定,整个赛季一共只能使用 8 台引擎;2015 年规定缩减为 4 台引擎;到了 2018 赛季,引擎数量被缩减至 3 台。

AMG Project One

F1 赛车发动机动力之彪悍,民用车自然对它垂涎若渴。2017 年,梅赛德斯 - 奔驰在北美车展上发布了搭载 F1 发动机的 " 神兽 "- 限量 275 台的 AMG Project One。

该车搭载梅赛德斯 F1 车队 W07 赛车所使用的 1.6L 涡轮增压 V6 发动机(源自 2015 赛季中 Lewis Hamilton 使用的同款发动机)。而 AMG Project One 还搭配一套混合动力系统和 4MATIC+ 四驱系统,使得最大功率超 740kW,0-200km/h 加速时间少于 6 秒,最高时速超 350km/h。

不过,AMG 部门表示,虽然 AMG Project One 的发动机经过重新调校,其红线转速被设定在 13,500rpm,但寿命只有 3.1 万英里(约合 4.99 万公里)。

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