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了解F1运动系列五 赛车的引擎与变速箱

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  [汽车之家 赛事]  从某种意义上说,现代F1赛车的引擎和动力传输系统是机械工程学上最热门的研究课题,追求强大动力的竞争一直都非常激烈。

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  长久以来,对于引擎研发的极致追求似乎印证着伟大的汽车工程师费迪南-保时捷当初所说的格言:最完美的赛车在领先冲过终点的那一刻也化为灰烬。虽然这条宗旨在当代已不再适用(现在的赛车要求引擎至少可以维持一个比赛周末),但在F1赛车引擎设计中,设计师不得不在性能与耐久性上做出艰难的权衡。

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  F1赛车引擎发展的轨迹几乎是与F1运动本身相一致的。20世纪50年代,当时的F1赛车动力输出约为100马力/升。随着涡轮增压引擎时代的到来,1.5升的涡轮引擎最高可以达到750马力/升。1989年国际汽联禁止了涡轮增压引擎的使用,引擎又回到自然进气时代,动力输出的数据有所减弱,不过很快就收复了原先的失地。

  过去几年引擎大战的目标基线已经上升至1000马力的极限,一些车队在2005年使用3升引擎的条件下,可以达到300马力/升的动力输出水平。在此之后,3升V10的引擎便消失在人们的视野中。自从2006年起,比赛规定赛车一律使用2.4升V8引擎,输出功率相当于之前的80%。

  目前的F1引擎转速达到18000转/分钟以上时,每秒钟的进气量可以高达650升,也就是说换算至比赛距离,每100公里的油耗达到75升(相当于4加仑/英里)。在如此高的转速下,对于活塞的压力也达到了近9000倍于重力的压力值。这样一来,引擎故障成为近年来退赛最多的直接原因也就不足为奇了。

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  现代F1引擎相对于民用车,最显著的不同也是最坚固的部分就是引擎的气缸、活塞和气门的设计。从结构上考虑,引擎也是F1赛车非常重要的一部分。碳纤维构成的舱体骨架与引擎通过螺栓拧连在一起,同时牵引力系统和后悬挂也依次连接在引擎上。所以引擎必须保持相当高的坚固度。然而矛盾点就在于空气动力学要求引擎尽量轻,精简而且引擎的重心需要尽可能地放低,这样有利于降低赛车整体的重心,从而有效地降低赛车后部的高度。

  F1赛车的变速箱已经趋于高度自动化设计,车手只需要操作方向盘来选择挡位。序列式的变速箱同在摩托车中使用的原理基本相同,它可以取代传统的H门式变速箱更快速地变换选择挡位。尽管有如此先进的技术,但依据规则全自动的变速箱已经被禁止,同时也取消了起步控制系统的使用。

  这样做一方面是为了控制成本,同时也更加强调驾驶技巧(起步时手动控制离合器)。牵引力系统与引擎的后部直接相连,并且与扭矩偏向相关的差动齿轮相接。这样与电子辅助牵引力控制系统一起,能够确保最大动力的输出,目前大部分F1车队采用的都是7挡变速箱。

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  研发极端高技术含量的引擎必将极大地增加车队的开支负担,为些国际汽联于2005年出台了引擎的新规则,规定2个比赛周末只能使用一台引擎。如果车手在一站比赛中要求更换引擎,那么他的发车顺位将在排位赛的基础上退后10位发车。

  自2008年以来,类似的政策被应用到变速箱上。每台变速箱必须持续使用4个比赛周末。2009出台了更为严格的引擎限制规则,车手们被限定每赛季只能使用8台引擎。除了这些限制措施外,2006年底施加的引擎研发冻结令,意味着参赛车队不能改变其发动机的基本设计。

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