[情報]主宰賽場或任人宰割!F1動力科技大觀~多汽缸架構
AutoNet 汽車日報
記者:Vincent
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Renault R27 Engine
話說近十年來,F1賽車引擎最高轉速可達18000~20000rpm!這的確是一個驚人的數據,
箇中關鍵之前已經討論過了,但是讀者有沒有想過,為何要使用3.0L V10及2.4L V8設計
?區區2.4升的排氣量,有必要使用八汽缸?體積龐大且結構複雜,不符合競技精神。目
前市售車2.4L引擎多半使用直四設計,F1引擎採用四缸設計豈不是更小更輕?但答案是:
除非採用增壓設計,否則最大馬力將達不到現行規範的一半!關鍵為何?
答案就在於活塞衝程與引擎壓縮比的設計。
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在2.4L V8引擎之前,F1動力規範為3.0L引擎,可採用V10或V12架構,
兩種規格任選,但基於體積與重量,各車隊不約而同選擇了V10引擎。
為了讓讀者更瞭解衝程設計的關鍵,首先來談談「活塞速度」,先從超級跑車看起。
FERRARI 458 Italia堪稱目前市售車自然進氣引擎的極致,可於9000rpm爆發出570hp最大
馬力,換算引擎排氣量每公升可輸出126.6匹馬力,遠超越其他市售車引擎的水準。結構
設計上,458 Italia的活塞缸徑與衝程分別為94mm與81mm,在9000rpm高轉速下,活塞速
度為每秒24.3m,每秒移動24.3公尺看似不是一個很誇張的數字,因為音速高達每秒333公
尺,子彈高達900m/sec以上。
然而活塞的作動乃是來回式的「折返跑」,對活塞座、插銷與連桿的應力承受是一大考驗
。事實上,考慮摩擦力、耐用度、散熱、潤滑、材料與結構強度等諸多因素,引擎活塞每
秒移動25m大概就是引擎結構設計的上限,雖然還可以再快,但是耐用度將急遽下滑。
就算是F1引擎,採用重量最輕、結構最強的活塞,搭配鈦合金連桿,活塞速度也難以突破
27m/sec的門檻,這是一個物理上的限制,接著來探討一下,如果F1引擎採用市售車的結
構設計,結果會如何?以Honda Accord為例,缸徑與衝程為87mm與99mm,引擎轉速想要拉
到一萬轉,活塞速度高達每秒33m,轉速達兩萬轉時,活塞速度則是66m!遠超乎當今機械
結構的極限,更別說「上看二萬轉」!
從基本看起,馬力計算方式為「馬力=扭力×轉速」,相同排氣量的引擎,除非藉由增壓
結構,否則以自然進氣設計而言,扭力輸出僅能靠壓縮比等細微設計來小幅提升,很難大
幅躍進,增進馬力的唯一方式就是高轉速化。因此沒有18000rpm的加持,就不可能以2.4L
引擎壓榨750hp以上的馬力。此時唯一方式就是採用極短的衝程設計,搭配八汽缸架構,
這關係到容積計算問題,相信數學或機械頭腦好的讀者應該很快就能體會。
目前F1引擎的活塞尺碼大約在95~100mm之間,衝程約為40mm,活塞結構極其輕薄,整體
設計概念完全不同於一般的市售引擎。因此FIA制訂規範時,並非刻意要用V8引擎刁難各
個車隊,而是非得採用8汽缸以上的設計,才能達到今日的動力水準。
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目前F1賽車的缸徑約為97mm,衝程大約在40mm左右,在18000rpm時,
活塞速度約為24m/sec。
http://ppt.cc/z7WV
既然買得到F1引擎的鈦合金汽門,鋁合金活塞當然也有出售,
活塞直徑雖大,但造型設計極為輕薄。
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