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主宰战场或任人宰割!F1动力科技大观~多汽缸架构

2020-06-15 点赞:339 浏览量:531
主宰战场或任人宰割!F1动力科技大观~多汽缸架构话说近十年来,F1赛车引擎最高转速可达18000~20000rpm!这的确是一个惊人的数据,箇中关键之前已经讨论过了,但是读者有没有想过,为何要使用3.0L V10及2.4L V8设计?区区2.4升的排气量,有必要使用八汽缸?体积庞大且结构複杂,不符合竞技精神。目前市售车2.4L引擎多半使用直四设计,F1引擎採用四缸设计岂不是更小更轻?但答案是:除非採用增压设计,否则最大马力将达不到现行规範的一半!关键为何?答案就在于活塞冲程与引擎压缩比设计。
主宰战场或任人宰割!F1动力科技大观~多汽缸架构 在2.4L V8引擎之前,F1动力规範为3.0L引擎,可採用V10或V12架构,两种规格任选,但基于体积与重量,各车队不约而同选择了V10引擎。 为了让读者更了解冲程设计的关键,首先来谈谈「活塞速度」,先从超级跑车看起。FERRARI 458 Italia堪称目前市售车自然进气引擎的极致,可于9000rpm爆发出570hp最大马力,换算引擎排气量每公升可输出126.6匹马力,远超越其他市售车引擎的水準。结构设计上,458 Italia的活塞缸径与冲程分别为94mm与81mm,在9000rpm高转速下,活塞速度为每秒24.3m,每秒移动24.3公尺看似不是一个很夸张的数字,因为音速高达每秒333公尺,子弹高达900m/sec以上。
然而活塞的作动乃是来回式的「折返跑」,对活塞座、插销与连桿的应力承受是一大考验。事实上,考虑摩擦力、耐用度、散热、润滑、材料与结构强度等诸多因素,引擎活塞每秒移动25m大概就是引擎结构设计的上限,虽然还可以再快,但是耐用度将急遽下滑。
就算是F1引擎,採用重量最轻、结构最强的活塞,搭配钛合金连桿,活塞速度也难以突破27m/sec的门槛,这是一个物理上的限制,接着来探讨一下,如果F1引擎採用市售车的结构设计,结果会如何?以Honda Accord为例,缸径与冲程为87mm与99mm,引擎转速想要拉到一万转,活塞速度高达每秒33m,转速达两万转时,活塞速度则是66m!远超乎当今机械结构的极限,更别说「上看二万转」!
从基本看起,马力计算方式为「马力=扭力×转速」,相同排气量的引擎,除非藉由增压结构,否则以自然进气设计而言,扭力输出仅能靠压缩比等细微设计来小幅提升,很难大幅跃进,增进马力的唯一方式就是高转速化。因此没有18000rpm的加持,就不可能以2.4L引擎压榨750hp以上的马力。此时唯一方式就是採用极短的冲程设计,搭配八汽缸架构,这关係到容积计算问题,相信数学或机械头脑好的读者应该很快就能体会。
目前F1引擎的活塞尺码大约在95~100mm之间,冲程约为40mm,活塞结构极其轻薄,整体设计概念完全不同于一般的市售引擎。因此FIA制订规範时,并非刻意要用V8引擎刁难各车队,而是非得採用8汽缸以上的设计,才能达到今日的动力水準。
主宰战场或任人宰割!F1动力科技大观~多汽缸架构
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