MICHAEL+WHITELEY

2014赛季的F1赛车有了新的引擎和新的混合动力技术，但当车手们踩下油门的那一刻，究竟会发生什么？让我们来揭秘吧……

新赛季的F1即将揭幕，第一场比赛于3月中旬在澳大利亚的墨尔本拧响引擎。我们有很多期待，特别是关于国际汽联（FIA）强制通过的那些备受关注的规则变化，今年将带来什么样的比赛？涡轮增压引擎正在回归，KERS（能量回收系统）变得更加强大，甚至出现了新的能量回收方法。

2014年，这些改变如何影响F1赛车动力的传递？我们将会去探察，通过复杂的、系统的插图，去仔细的探究当车手的右脚踩下油门的一瞬间会发生什么，这一刻将会有多大的力量喷射到柏油赛道上。

为了那些想更深入了解F1赛车的人，我们甚至获得了一些公式，来帮助解释参与其中各种要素的关系。如果你在学校时没有好好学习物理课，也不用紧张——这些公式不是必选课。

踩下油门

如今，方向盘和刹车是F1赛车中惟一的机械控制系统。当油门踏板被踩下，一个十分灵敏的驾驶操作系统根据油门踏板的位置和发动机转速（来自行车电脑）、利用预先确定的策略来理解车手的意图。

一个连接到节流阀上的位置控制器决定着节气门打开的程度，它允许空气进入发动机。这些空气进入进气歧管后通过节气门进入气缸。

引擎

2014年，F1赛车使用的是1.6升涡轮增压V6发动机，而不是之前的2.4升自然吸气V8引擎。这些V6的发动机依然是四冲程，每个活塞的工作通过4个阶段，这就是我们比较熟悉的：吸气、压缩、点火、排气。

这四个阶段具体过程是：

吸气：活塞从上止点移动到下止点，空气通过节气门被吸入气缸，此时燃料直接喷入气缸内。

压缩：节气门关闭后，活塞向上移动压缩空气与燃料的混合物。

点火：火花点燃压缩后的油气混合物，燃烧产生的能量推动活塞向下运动并带动曲轴旋转。

排气：燃烧过程产生的气体随着活塞的往复运动通过排气阀排出。

这个过程持续运转，可以使曲轴转速达到15000rpm，提供源源不断的能盈。

涡轮增压

在四冲程的最后阶段，使用涡轮增压器的发动机，获得了一个提升输出功率的机会。从1988年起我们在F1中就看不到增压器了，在那之后它们一直被禁止使用。

现在，增压发动机被重新引入，通过向引擎里压进更多的空气（因此更节省燃料），以弥补瘦身了的发动机，大大提升了发动机的容积效率。

排出尾气中的残余热量，驱动涡轮旋转，剩余的废气从涡轮另一侧排出（见下页插图）。进气系统的侧面连接着制冷压缩机，这会使更多的空气进入发动机的进气歧管，在限定排量的情况下获取更多能量。由于涡轮在125000转/分钟的速度下运转，如果不受控制，涡轮增压器就会“增压”并迫使过多空气进入发动机，因此，现代的涡轮增压器采用了废气阀来转移涡轮叶片排出的气体。

能量节约

最新的F1动力单元的套简上有一个非常高明的设计系统，用来收集通常被浪费掉的能量。一个新的被称为MGU-H（Motor Generator Unit-Heat）的装置，收集从涡轮增压器中排出的废气热量，并把它们转换成电能，这些电能或者被储存在电池中，或者被直接用来驱动底盘上的电动机。这个系统是如此的巧妙，它还可以反向运转，利用存储的电能驱动涡轮在（发动机）低转速时旋转，消除涡轮的滞后带来的影响。大的涡轮有着大的滞后性，发动机在低转速下排出的气体并不足以带动涡轮旋转。消除这种滞后会使引擎更像是V8引擎，在低扭矩下也有线性的动力输出。

电池动力

在上一赛季，电力可以来源于同一类型的混合动力系统。今年，名字已经从KERS改为MGU-K（Motor Generator Unit-Kinetic），即使有了较高的容量，但还是在同样的方式下运转。简单说，这个装置与发动机的曲轴相连，既可以在制动的时候吸收能量，又可以增加输出功率（在2014年规则下，可达120kW/160bhp）。制动时，这个装置是个发电机，减轻制动带来的负荷，并向电池组补充能量。加速时，这个装置是车辆惟一的动力（在维修区）或者增加输出功率（在赛道中）。

传动

旋转的曲轴把动力输送到不需要离合器的8速序列式变速器，赛车行驶中变换挡位就不需要离合器了。差速器传输扭矩并把来自发动机的动力分配给连接在轮子上的两根传动轴上，限滑差速器多种多样，都能锁定内侧轮胎以防止空转。当赛车在拐弯时，差速器的这种特质可以通过电动液压控制系统做出改变来准确引导赛车前进。201 4年的规则允许使用这种系统，只要每场比赛有固定不变的设定。

轮胎

轮胎的功能是传递扭矩和提供最大的抓地力，还有尽可能长的工作寿命（除非爆胎）。这涉及到基本的滚动阻力的理论。

滚动阻力主要来自两个过程：接触地面的轮胎因滚动、变形会导致大概90%损耗，其次是克服路面的摩擦力。这受正常的负荷、轮胎气压、温度、承受的扭矩、车速、路面状况等支配。

结论

正如你所见，从车手踩下油门踏板那一刻，众多复杂的系统就相互影响，为冲向赛道的赛车输送动力。有些系统会应用到未来的公路车辆中（见下面小文字）。所以，当你下次观看F1的时候，花上几分钟去欣赏一下这些车辆背后最新的科学成果。也许你不知道，你早就使用着像它们一样的高科技了，而你还没有意识到。endprint