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F1进一步采取可持续化生物燃料的意义

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F1进一步采取可持续化生物燃料的意义
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2020年,在整个世界发生巨变时,F1也加速面向未来的变革,尽管重大的技术规则改革被推迟到2022年,但在常常被忽视却同样重要的燃油技术领域上,革新正在悄然进行着……

与新冠病毒的搏斗还远没有结束,但是地球环境变化敲响的警钟驱使着人们对可持续发展环境的思考。作为世界上历时最悠久的汽车赛事之一,站在赛车技术最高峰的F1多年前就启动了可持续化发展的议题,尤以引擎技术和燃油技术作为重点探索领域。

2009年试验性地使用了动能回收技术后,F1从2014年全面进入了混合动力时代,以1.6升涡轮增压引擎搭配能量回收系统。引擎时代的更迭,离不开燃油技术的“同步”发展。虽然现行的引擎规则至少延续到2025年,但燃油规则却发生着改变。

第二代生物燃料开发

去年年底,F1提出在未来百分之百使用生物燃料——“先进可持续燃料”,作为2030年实现“净零碳排放”大目标的措施之一。为此,当时计划从2021年起,燃油的生物成分所占比重必须达到10%,但受新冠肺炎疫情影响后推迟到2022年。

生物燃料被视为可再生能源开发利用的重要方向。事实上,2019赛季F1已经要求燃油中必须最少含有5.75%生物成分,但对具体成分没有规定。F1首席技术官帕特·西蒙兹表示,新则实施后生物成分增加至10%的同时,也在类型上规定为先进可持续乙醇,必须是不会对食物链带来显著影响的第二代生物燃料,例如使用玉米的外壳或林业、家庭废品作为材料,以便为未来迈入使用第三代合成化的生物燃料打下基础。

尽管新的燃油规则将推迟一年实施,但是燃油供应商没有丝毫怠慢的余地。本赛季,法拉利长期的合作伙伴壳牌(Shell)发现燃料乙醇在冷却方面的作用,将其作为最新的探索方向,来帮助实现引擎性能的优化。

Charles Leclerc, Ferrari F1 Driver, at Shell Trackside Lab

Charles Leclerc, Ferrari F1 Driver, at Shell Trackside Lab

Photo by: Ferrari

壳牌F1项目开发经理贝内奥特·普莱(Benoit Poulet)向Motorsport中文网解释说:“尽管引擎规则保持不变,但这些动力单元的性能依然在提升。同时,2022年对生物燃料的使用符合壳牌的发展。

“我们很高兴燃料乙醇将是接下来要在F1使用的生物成分,因为首先根据规则,生物燃料的使用将进入第二阶段,这显然是F1向可持续方向发展的又一步。燃料乙醇有着冷却燃烧的明确特性。当你在手指上涂抹一点这种胶体的时候,你会感觉到一点凉意。当你在引擎里注入燃料乙醇的时候,也正是如此。

“2022年很快就会到来,相关的工作已经开始进行,为了充分利用它的特性。我能够说的是,通过燃料乙醇的使用,因为它的额外冷却特性,引擎将变得更有效率。”

近年来,随着F1技术规则的改变,引擎性能不断推向更高水平,赛车的单圈速度变得更快,不断刷新赛道纪录。根据壳牌的统计,法拉利2018年赛车在单圈时间上比先前赛季提高了21%。固然,百分之百的生物燃料是必然的发展方向,但技术上如何在做到可持续化的同时,不损失F1赛车作为最顶尖技术代表的根本——引擎的性能?

“从壳牌的角度来说,我们想要达到可持续化,并且要把在可持续发展方面的标准带到F1,确保当我们在实现其他目标的时候,保证可持续发展,”普莱解释说。

“接下来,性能和效率之间是一个平衡的问题,这会在年复一年的进步中实现。我相信随着不同的优化方式和新想法的运用,我们能够在性能和效率方面达成平衡。

“我们绝对不会让步,我们会朝着这个目标努力,不会牺牲燃油的可持续性和F1燃油的标准。所以,我们一定会以最佳方式做到性能和效率的提升。”

Sebastian Vettel, Ferrari SF1000, Charles Leclerc, Ferrari SF1000

Sebastian Vettel, Ferrari SF1000, Charles Leclerc, Ferrari SF1000

Photo by: Mark Sutton / Motorsport Images

燃油效率由来已久

一直以来,引擎与燃油的技术发展相辅相承。在F1每一次引擎规则的修改,对燃油供应商同样提出挑战。

过去十年里,除了混合动力技术的使用之外,最大的改变其实是2009年后禁止比赛中加油。而提起“加油“,最著名的比赛无疑是2004年法拉利与迈克尔·舒马赫在马尼库尔以出人意料的4停,战胜了3停的雷诺/费尔南多·阿隆索。

但是数据统计显示,尽管取消了赛中加油,与之前的V8引擎相比,混合动力单元在燃油效率方面节省了40%,却实现了更多动力,赛车在赛道上的单圈时间取得了进步。

当前的规则下,完成总里程少烧超出300公里的正赛,赛车携带的燃油总量不得超过110公斤,而且动力单元的燃油流量必须控制在100公斤/小时之内。

对于“效率”成为燃油供应商的头号任务时,普莱表示,壳牌在与法拉利的合作中早就开始了对燃油效率的注意。

“2010年是第一次针对燃油效率进行研发,因为过去你总是能加入新燃油,虽然加油必然会在停战时间上带来一定的损失,但是峰值动力仍比燃油效率重要,”普莱说道。

“到了2014年,燃油效率变成了明确的目标,成为最重要的参数。我们把2010至2014年期间掌握的经验,运动到新引擎规则中,以此实现不超过110公斤的燃油规定。而从2020年起,我们需在相同数量级的基础上,提取最多的性能。“

Charles Leclerc, Ferrari SF1000

Charles Leclerc, Ferrari SF1000

Photo by: Charles Coates / Motorsport Images

对于车手来说,没有加油带来的挑战便是比赛中不能任何时刻都保持全力使用燃油。虽然初期让人担心的燃油耗尽的尴尬场面没有发生过,但确实有车手为了节省燃油而放弃追逐或眼睁睁看着自己被超过的场面。不过,随着车队在燃油管理上的经验不断累积,供应商对燃油效率不断的改进,如今车手们已经对燃油管理驾轻就熟。

现役车手中只有基米·莱科宁、刘易斯·汉密尔顿和塞巴斯蒂安·维特尔这三位老将拥有赛中加油的经验,而包括法拉利当家车手查尔斯·莱克勒克(Charles Leclerc)在内的年轻一代车手,从踏入方程式起就与燃油管理打交道。

“我从没参加过加油的比赛。现在重要的是在比赛里节约燃油,”莱克勒克向Motorsport中文网表示。“与工程师们一起,我们总是试着带最少的燃油,但是不能损失速度。背后有很多工作,每个周末我们都要找到最好的方案来尽快地完成比赛,同时尽可能少用燃油。”

“因为没有加油,我们需要做很多的燃油管理。当你在比赛中这么做的时候,必然会改变驾驶风格。主要就是在刹车点前松开油门,试着少用油,以及一些弯角里也可以这么做。

“好在,法拉利与壳牌长期以来建立了重要的合作关系。壳牌的工程师非常留意细节,会帮助我们提高表现、可靠性以及整体的效率。”

技术发展的时间效率

随着F1进一步的成本控制措施,燃油和机油的开发也愈加受到限制,从过去无限制开发配方,到前几年每个赛季5-6种,再到2020年起只允许各用一种。与此同时,本赛季的季前测试减少到6天,并且没有季中测试,而明年的季前测试可能进一步减少,意味着燃油供应商的开发工作只能更多地在电脑上进行。

位于德国汉堡的壳牌工厂,有50人的团队围绕F1项目进行工作,全年付出2.1万工时。对于赛道测试变得越来越稀缺,普莱坦言更多地转向了数字化模拟,但重点是追求时间效率。

“除了燃油效率,F1中还有另一个极其重要的效率:时间效率,“他解释说。“在快速开发新产品的过程中,你可以获得多少知识? 获得新知识的速度至关重要。 因此,我们几年前就开始对模拟和数字化进行投资。

“我们现在拥有这些计算机,它们在后台运行,模拟燃料和机油在虚拟引擎中如何表现。及时在测试限制之前,我们始终运用这种模拟来进行开发工作,例如每年我们进行超过10万次模拟,经过夜以继日的模拟,把最好的方案带到马拉内罗。

“我们依靠数字化系统和马拉内罗的测试设备,充分利用有限的赛道测试,把赛道上收集到的信息注入数字系统,从而了解更多。此外每场比赛我们都有两名在现场的燃油工程师,他们会收集所有的信息,反馈给汉堡工厂。例如,我们会知道赛道环境的温度对引擎来说可能比预计低了一点。这是重要的评估过程之一。”

Shell Hamburg Factory

Shell Hamburg Factory

Photo by: Shell Motorsport via Getty Image

更大的社会价值

F1对于2025年之后的引擎规则讨论已经在进行中,主要围绕两个方向,即简化和更加“绿色”,从而更加便于技术上反哺民用车制造行业。对参赛的燃油供应商来说,配合引擎技术推出新产品的终极目的,也是把技术和经验运动到民用车市场。

“混合动力引擎对燃油效率的重视,带来两个关键点,”在壳牌工作了13年的普莱表示。“首先,涡轮增压器混合动力非常灵敏,我们很高兴从燃料方面和引擎方面引入新技术来改进整体的引擎性能。 ”

“另一个也面向日常客户,因为壳牌公司还致力于向客户提供燃油效率。 因此,这确实在两个方面是互通的。在与法拉利一起通过优化引擎效率来提升引擎性能的许多工作中,大量的成果最后运用在全球化的客户服务中。”

身为当前F1最炙手可热的车手,莱克勒克对于驾驶他热爱的赛车同时,还在民用车领域扮演的作用感到欣喜。

“这也是让我对F1十分热爱的原因之一,”摩纳哥车手说道,“这是一项始终处于科技顶级水平的行业,我知道99%我们的燃油与我们日常的汽车是相同的。

“所以本质上,我们在F1做的研发,都会转移到民用车,这对车手也非常有趣。显然我们希望在赛道上有最好的性能,同时还有可靠性。很高兴壳牌会把所有这些运用到民用车上。”

通过在F1赛道上的技术创新,树立行业的风向标,已经成为众多技术公司参与这项赛事的宗旨。

如今,全球相继瞄准在未来实现净零碳排放,壳牌定下了2050年达成这一目标。而F1把时间定在2030年,对这家享誉全球的能源公司意味着什么?

“我们欢迎F1提出的这个目标,因为这与壳牌的主张一致,”普莱说道。“对我们来说,它带给我们更多对环境的积极影响,向世界展示壳牌是一家能源公司,并且是一家致力于开发不同形式能源的公司。”

“我们全力支持F1的这个举措,不仅因为将使用不同的燃油或不同的引擎,而且作为F1能源需求的一部分达成净零碳的目标。”

Charles Leclerc, Ferrari F1 Driver, at Shell Trackside Lab

Charles Leclerc, Ferrari F1 Driver, at Shell Trackside Lab

Photo by: Ferrari

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Author Frankie Mao