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四缸的方程式

2021-09-20李尔欣

名车志 2021年9期
关键词:排量吸气涡轮

李尔欣

换作十年前,哪怕是刚入坑的小白都未必相信F1赛车会搭载V4发动机,但现如今,就连汽车运动圈内的相关人士都觉得这并非无风起浪。

因为Formula 1委员会已在今年2月份举行的某次会议上批准通过有关自2022年起冻结PU动力单元研发的提案,而与会的FIA、F1,以及各车队和动力单元制造商的代表也都同意从2025年开始,启用全新的“lowr cost,carbon neutral,sustainably fuelled hybrid units”动力单元。

而要同时降低成本和碳排放,减少汽缸数无疑是最为直接的解决方案,具体到现役的1.6升涡轮增压V6混合动力单元,那自然是把里头的发动机从V6换威V4。

另外,在确定于2025年更新动力单元后,从车队到相关制造商都不再对媒体避讳“V4”或“a four-cylinder engine”等字眼,转而站队表明态度。而海外媒体更是直言,随着Stetano Domenicali在今年1月份离开兰博基尼到F1出任CEO,大众利用保时捷919 Hybrid那套涡轮增压V4混合动力系统为个别F1车队供应动力单元的可能性已大幅上升。

尽管届时究竟搭载何种动力单元,还得由World Motor Sport Council世界汽车运动理事会来定夺,但F1车迷却已忍不住提出质疑:基于涡轮增压V4发动机组成的混合动力系统,当真能满足F1赛车必要的动力需求吗?

答案是:可以。虽说单论发动机本身的输出功率,2.0升涡轮增压V4的确不及1.6升涡轮增压V6,但保时捷曾于2018年4月用特制的919 Hybrid Evo赛车在比利时斯帕赛道跑出1分41.770秒的固速,比系统功率同在700千瓦上下的梅赛德斯F1 WO7 Hybrid赛车此前留下的纪录还要快0.783秒。可见这套涡轮增压V4混合动力系统的实力并不输现役F1赛车使用的动力单元。

事实上,V4发动机的短板向来就不是输出功率,而是平顺性和耐用性。例如在1907年,就有一辆赛车搭载排量高达20升的V4发动机出战French Grand Prix,仅跑4圈便因故退赛,却在赛后发现其车速已达到创纪录的164公里/小时。

不幸的是,受四冲程内燃机结构所限,V4发动机很难修正其天生缺陷。如果汽缸夹角为60度,虽然可以收紧体积并降低重心,但需要加装平衡轴。要是像保时捷919 Hybrid的V4发动机那样用90度的汽缸夹角,虽能有效改善平顺性,但若点火顺序设置不当,就会因点火不均匀而产生严重的抖动。

所以,除蓝旗亚、福特等少数车厂外,很少有制造商会给旗下的量产车配备V4发动机,并且到20世纪80年代后,连这些厂商都不再青睐V4发动机。

好在,对于F1赛车来说,只要动力够劲,运转够顺滑,哪怕静谧性略差些也无伤大雅。只不过,眼下最大的问题是,并非所有车队都支持V4方案。

比如Mercedes-AMG和Alpine兩个车队就明确反对引入V4发动机。在他们看来,与1.6升涡轮增压V6混合动力系统相关的研发技术业已成熟,只需继续优化系统即可降低成本并减少碳排放,而不必再从零开始耗费大量时间、成本、人力去开发新的动力单元。

当然,2025年的F1赛车最终会采用哪套方案,还得几经讨论,再由世界汽车运动理事会来决定。而眼下,新动力单元唯一确定的就是F1定下的五大关键目标:

·Environmental Sustainability and social andautomotive relevance注意环境可持续性,以及汽车工业的社会关联

·Fully sustainable fuel使用完全可持续性燃料

·Creating a powerful and emotive Power Unit创造性能强劲而澎湃的动力单元

·Significant cost reduction显著降低成本

·Attractiveness to new Power Unit manufacturers能吸引新的动力单元制造商加入

保时捷 919 Hybrid

历史上确实有不少搭载V4发动机的赛车,但其中最有名的,无疑是保时捷919 Hybrid。这款由保时捷依照LMP1勒芒原型车组规格打造的耐力赛车,具备高达约900马力的系统功率,其中有一半来自那台2.0升涡轮增压V4发动机。

保时捷的涡轮增压V4发动机采用90度V形汽缸夹角,最大功率约500马力,专用于驱动后轴的车轮。但在参赛的第一年,保时捷并未解决发动机的抖动问题,以至于未能一举夺冠。直到保时捷重新设计并调整点火顺序后,抖动的问题才得以解决。此后,保时捷便连续三年斩获FIA WEC耐力赛的年度车队总冠军。

F1动力单元进化时间轴

1950年

规定机械增压发动机的排量不可超过1.5升,而自然吸气发动机的排量上限则为4.5升,对发动机没有明确限制。

1952年

临时改用Formula Two规则,允许赛车搭载2.0升自然吸气发动机,出现V8和水平对置四缸。

1954年

赛事回归Formula One规则,但自然吸气发动机的排量上限被降至2.5升,而机械增压的最大排量更只有750毫升,以至于车队全部转投自然吸气发动机阵营。

1957处

二战前出现的中后置发动机布局登陆F1赛场,2.0升自然吸气直列四缸发动机开始成为标配。

1961年

发动机排量被限制在1.5升,车队以及配套的供应商从此开始专心研究各种发动机技术。

1965年

本田RA272赛车以十二缸发动机亡,导首场F1赛事的胜利。那款1.5升自然吸RV12发动机也就此成为经典。

1966年

自然吸气发动机排量上限放宽到3.0升,为此BRM车队打造出破天荒的水平对置十六缸发动机,结果昙花一现。

1967年

Cosworth推出经典的3.0升自然吸气DFV双四气门V8发动机。

1977年

虽然F1早在1966年就已经允许车队使用1.5升的增压发动机,但直到1.5升Renault-Gordini EF1 V6涡轮增压发动机登场,才打破自然吸气的垄断。

1987年

规定自然吸气发动机的最大排量为3.5升,车队可自由选用V8、V10或V12发动机。

1998年

自1995年啟用3.0升规格后,车队首次统一使用3.0升自然吸气V10发动机。

2004年

依然是3.0升自然吸气V10,但F1要求车队在整个比赛周末只能使用一台发动机。在2005年更延长到两个周末。

2006年

2.4升自然吸气V8发动机登场,动力输出被限制在700~750马力之间,但Cosworth推出F1历史上首款转速20000转份的发动机。

2009年

F1赛车的动力系统首次加入KERS动能回收系统,可在自然吸气V8的动力之外,短暂地补充80马力。

2014年

F1正式引入PU动力单元的概念。那时,F1赛车的动力单元包括1.6升涡轮增压V6发动机,以及由MGU-H热能电机、MGU-K动能电机和ES储能模块组成的ERS动能回收系统在内的六大模块。

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