F1赛车1.6T如何爆发1000马力,预燃室技术解读,小排量大功率

第一汽车网 2024-04-27 人围观

随着量产车从大排量转向小排量,F1比赛也慢慢将排量降了下来,从曾经的V12,V10,再到V8,如今则是1.6T的涡轮增压V6发动机,对于这样的排量,在没有电机辅助的情况下,如何迸发出850马力左右的功率,甚至排位赛突破1000马力,F1运用了哪些黑科技?下面我们从技术角度来详细分析。

规则限制内的技术探索

F1被称为方程式赛车,也就是在规则之内打造赛车,其发动机也有严格的规定,整个发动机很小,一场比赛只能加110kg的汽油,在全油门下需要跑2小时以上,因此在油耗方面也不能太高,否则无法完成比赛。

在发动机的排量方面,规定为1.6L,也就是所有车队的发动机排量一致,气缸夹角为60度,缸径为80 毫米、冲程为53毫米,采用大缸径短冲程的设计,可以让发动机达到更高的转速,在这些数据规定下,工程师绞尽脑汁,压榨每一滴汽油的能量,如果比对手多1马力,意味着更快的加速和更高的车速。

提高热效率,超过50%的热效率

发动机动力的秘密在于其热效率。简而言之,热效率是工作能量与浪费能量的百分比,如何减少热量的损失,减少摩擦的损失,让更多能量用于做功,是工程师开发的重点,F1发动机的热效率能够达到50%。考虑到街车的热效率在30%-40%之间,这个数据令人印象深刻,一些混动专用发动机的热效率可以提高到44%左右,但这类发动机将水泵和空调压缩机等部件用电机驱动,减少内燃机的负担,与F1不同。

F1的发动机有几项技术来提高热效率,首先就是压缩比,F1规则规定发动机的冲程不能超过 53 毫米,这意味着活塞只有两英寸左右的移动空间。大多数车辆的压缩比在8:1到13:1 之间,而F1发动机的压缩比高达 18:1,这使得活塞可以移动更远的距离,在每个燃烧阶段获得更多的动力。

实现50%热效率的另一个主要因素是空燃比。当启动发动机时,需要更浓的燃油和空气混合物,而正常驾驶时混动比例会降低,但在踩油门时,由于引入了更多空气,节气门开口变大,因此需要更多燃料。平均而言,发动机的空燃比为 14.7:1,也就是14.7份的空气,需要1份的汽油。然而,F1 发动机能够以30:1的比例运行,这意味着30份空气与1份燃料混合,带来一种稀薄的混合物。

这种设计被称为稀薄燃烧,但稀薄的混合物意味着点火并不容易,F1专门设计了一个预燃烧室,也就是每个气缸有2个燃烧室,主气缸上方是一个较小的气缸,喷油器将初始混合物喷在小气缸内,点火后再进入主气缸,通过预燃烧设计,让燃油更均匀地分布在气缸内,充分燃烧,每一滴油可以发挥更大的能量。

当在街上驾驶普通车辆时,燃油/空气平衡通常会处于富油状态,燃油通常不能充分利用,与稀薄燃烧的效率无法相提并论,但另一方面,F1赛车需要使用更高标号的汽油,同时无需符合碳排放规定,在排放方面又有更高的自由度,当然也无需颗粒捕捉器等影响动力部件。

高增压高转速,15000rpm

F1发动机的涡轮增压值比普通家用车更高,以+2bar的增压运行,而家用车的涡轮增压数值大多数为+0.5bar到+1bar,因为这会给发动机缸体带来很大的压力,F1的缸内采用特殊材料制成,包括曲轴、连杆等均采用航空级的钛合金,以应对压力,当然成本更高,过高的压力也会影响发动机的寿命,家用车需要考虑耐久度和后期的保养成本。

其次,发动机的转速是普通车的2倍以上,F1发动机以10000转/分以上的转速运行,高转速达到15000转/分,而普通家用车的转速在4000-6000转/分,F1采用短行程的活塞设计,满足高转速运行的需求,简单来说,发动机旋转得更快,因此每个气缸点火更频繁,同样的时间内,燃烧更多的燃料和空气,当然也释放更多的能量,产生更大的马力。

但这两种设计会严重影响发动机的寿命,比如赛车都需要定期翻修发动机,1-2场比赛就需要大修,而一台发动机的寿命也只有数千公里,这在家用车上无法使用,在AMG ONE超跑上,奔驰使用了F1技术的发动机,经过改进,降低转速,发动机的寿命可以增加到5万公里。

选车侦探观点:F1发动机没有排放和噪音限制,设计上更为自由,也不用考虑发动机的维护成本和使用寿命,可以尽量压榨动力,通过高压缩比、稀薄燃烧、预燃室、高转速和高涡轮增压值等,让1.6T发动机爆发出800-1000马力的功率,但在家用车上难以实现。大家觉得F1发动机怎么样?欢迎讨论。

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