Giorgio Piola的F1技术分析

技术分析:F1在2020年后将迎来哪些引擎技术?

F1对四年后的全新赛车发动机方案进行讨论,各引擎制造商达成一致,与民用车的相关性将不再是未来F1引擎研发的首要课题。

在上周举行的会议中,国际汽联(FIA)、F1管理有限公司(FOM)和各引擎制造商就2021年后赛车引擎的研发方向进行了讨论。会议进展顺利,多方就此达成共识。

然而,这样的共识究竟会推进F1的发展,还是会制约这项赛事前进的脚步?

目前使用的V6混合动力单元过高的复杂程度和高昂的价格一直以来广饱受诟病,其性能在现有规则框架下也根本无法达到人们的预期。

自2014赛季以来,F1实现了单场比赛的燃油损耗降低了30%、热效率提升约50%以及引擎功率达到1000 PS水平的目标。这样一来,F1目前面临的核心问题在于,这项赛事究竟希望以什么样的定位呈现在车迷面前?

弃用MGU-H?

就技术本身而言,能量回收系统(Energy Recycle System,ERS)对混合动力引擎的效率和性能起到至关重要的作用。然而,多家引擎制造商曾抱怨MGU-H(热能电机组)部件的价格过高,研发难度较大。

饱受争议的不仅仅是MGU-H部件本身,MGU-K(动能电机组)和MGU-H部件之间的能量传递过程过程同样受到质疑——这两个部件之间的能量交换过程使引擎的复杂程度大幅提高,车手和车队不得不采取谨慎的操作以保证引擎的全局效率及性能,而这些根本无法呈现在观众眼前。

目前来看,引擎制造商认为MGU-H在提高效率方面所起到的作用并非决定性因素,并且对弃用MGU-H的引擎方案表示欢迎。引擎制造商在讨论中流露出不希望该部件出现在2021版F1引擎中的意向。

涡轮增压引擎的未来

目前看来,2014赛季中旨在减小发动机体积并增加混合动力程度的提议确实是欠缺考虑。目前,这项赛事希望推进赛车性能的提升,考虑将涡轮增压技术重新回归到引擎上。

基于这一目标,F1考虑在引擎两侧各增设一个涡轮增压装置,以实现提高功率质量比的目标,提高比赛的观赏性。

就功率质量比而言,车重成为混合动力时代较上一时期迎来大幅改变的参数。2017赛季,F1赛车的车重下限值为728 kg,较V8时代的车重增加约100 kg。

因此,新的引擎方案必须扭转这一趋势并降低赛车的重量。

引擎动力的难题

未来性能更加强劲的F1引擎将以1200-1300 PS的功率水平作为目标。其中MGU-K/KERS部件将在其中扮演重要角色,较V8时代的60 kW增加一倍,目前该部件可输出120 kW功率。

下一代引擎的开发将沿用同样的路线,将其功率水平升高至240 kW(约320 PS)。然而,这样的设想是否具有可行性,以及这些增加的功率是否可以馈入赛车的全局功率还是仅仅作为与早起版本KERS相类似的暂态能量,目前仍存在变数。

两者或许可以并行使用:其中的120 kW(约160 PS)如目前的方案一样,作为引擎功率的一部分,同时为车手提供额外电能,用于在赛道上进行超车和防守。

对于在不使用MGU-H的情况下增加MGU-K的作用而言,能量的回收成为需要考虑的几个议题之一。尤其是存在对车手的操控平衡提出更高要求的可能性,这就好像需要在通过每个弯时都需要拉手刹一样。

然而,在前轴设置MGU-K部件也成为会议中的议题之一。但该部件仅仅用于能量存储,以保证整体方案的简洁。

汽油喷射技术是否会带来更高的引擎声浪

在置顶混合动力引擎规则框架时,有两种送油方案可供选择:气道喷射和直接喷射,但最终保留了后者。然而,直接喷射方案引起了各车队的竞争,比如法拉利车队在上赛季所引入的湍流射流点火技术。

在新赛季调整后的规则框架下,这一技术是否会有所改变成为值得关注的一个方面。在新一代引擎的开发中,增大发动机声浪同样成为目标之一。

当然,在弃用MGU-H的情况下,涡轮增压装置必然会对引擎发出响亮的嘶吼带来积极作用,但其他注油技术同样会为引擎带来更高的分贝数。

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