F1比賽相信很多朋友都看過，無論是很多年前所使用的2.4L自吸V8、亦或者是現如今采用的1.6T渦輪增壓V6發動機，都可以釋放出強大的動力，如2.4L V8發動機的功率可以達到1000匹，而新規則下的1.6T V6發動機依然可以做到750匹（混合動力單元），那麼為何F1引擎的排量那麼小，卻能釋放那麼強大的動力？

本田F1動力單元

什麼是功率（馬力）？實際上功率就是在單位時間内、做功的多少，也就是說在單位時間内做功越多、功率也自然越高！對于内燃機而言可以簡單的理解為單位時間内循環次數越多、每循環燃燒的燃料越多，所做的功也就越多（燒油多等于化學能轉換的動能更多），但重點是該如何在單位時間内獲得更多的循環、以及該如何讓每循環燒更多的燃油？

解決的方式就是提高轉速，隻要在單位時間内擁有更高的轉速、那麼就可以完成更多的循環（4沖機轉2圈完成1次循環），那麼在單位時間内能燃燒掉的燃油就更多，是不是在單位時間内獲得的功也更多了？那麼自然功率就可以被提高（單位時間内、做的功更多了，所以功率提高了），所以F1動力單元的一大特點就是高轉速，上世紀80年代轉速一度接近20000轉，06年更改規則将F1動力單元的轉速限制在18000轉，而在14年最終将轉速限制在15000轉！

即便是出于環保的考量、降低了轉速，但F1引擎的15000峰值轉速依然不是民用領域發動機所能比拟的，現如今的民用發動機斷油轉速過8000轉的都很少；而除了利用拉高轉速增加單位時間内循環次數的方式，另一種方式就是讓每一個循環都能燃燒更多燃料，這種方式同樣可以在單位時間内燃燒更多的燃料、獲得更多的功，這種方式其實就是增壓的方式、确切說是潛力更大的渦輪增壓！

什麼是平均有效壓力？可能很多朋友對這個詞彙不是很理解，實際上平均有效壓力就是單位氣缸工作容積發出的有效功稱為平均有效壓力（mep）、單位mpa，簡單的理解就是在單位體積的燃燒室内、平均有效壓力越大，那麼該燃燒室每循環做功越多；那麼提高平均有效壓力、就可以提高功率了，方式就是增壓，将更大體積的壓縮空氣壓入燃燒室内、讓燃燒室在體積不變的基礎上燃燒更多的燃油；

燃燒室容積不變、而燒的燃油卻多了，那麼是不是燃燒室内部的壓力也增加了？這就是渦輪增壓可以提高功率的原理（可以這麼去理解歧管壓力、平均有效壓力、輸出扭矩是成正比的）；現如今F1賽車使用1.6T的V6引擎，若想達到750匹左右的馬力（實際中存在差别、調整，具體動力參數不公開），平均有效壓力需要達到22.05 bar，活塞平均速度達到26.5米每秒！

等徑發動機

若想讓發動機峰值轉速更高、轉速攀升得更快，更短的活塞行程是重點、隻有行程更短才更利于轉速的拉高、迅速攀升，而根據行程-缸徑比，可以把發動機分為3類

1.等徑發動機：行程、缸徑一緻，這樣的機器性能均衡，比如豐田的2jz、本田的K20A、斯巴魯的FA20等等，采用這種設計的著名發動機很多！

更長的行程，使得曲軸力臂被拉得更長、扭矩特性好

2.長行程發動機：活塞行程長度要大于缸徑長度，因為行程更長、所以曲軸承受的負荷也更大，轉速偏低、轉速攀升慢，因為曲軸力臂更長、所以扭矩特性好，一些越野車、重卡的機器皆如此設計！

3.短行程發動機：缸徑大于行程，曲軸力臂更短、曲軸承受的負荷也更低，所以更适合拉高轉速、擁有更快的轉速攀升；因為曲軸力臂太短、所以扭矩特性差，但因為擁有超高的轉速、所以峰值功率高；比如寶馬N54發動機、日産VQ37HR發動機等，也包括F1的動力單元！

F1引擎缸徑一般為80毫米、行程卻僅有53毫米（s/D=0.66）；燃油噴射壓力接近500Bar左右，已經是民用發動機的3、4倍；渦輪增壓系統的峰值壓力在3.5-4.0Bar之間，這個壓力值已經接近民用渦輪增壓發動機峰值壓力的3、4倍，常見的民用增壓發動機壓力值一般在0.8-1.1Bar的範圍，比較有名的比如凱迪拉克ATSL所用的2.0T LTG發動機壓力值達到了1.3Bar（279匹），而F1的1.6T壓力值卻接近了4.0Bar，從而使得平均有效壓力達到了驚人的22.05Bar（接前文）！

實際上F1引擎就是最大限度的榨取機器的潛力、但代價就是犧牲壽命，一個賽季就要換4台引擎（過去換得更多），其實如果把民用渦輪增壓機、如2.0T，打上4Bar的壓力同樣可以達到1000匹馬力，隻不過機體強度是承受不住的，不斷産生的爆震也足以毀掉發動機；要知道2.0T最強的奔馳M133為了能達到400匹、将壓縮比降到了8.3，而F1引擎的壓縮比在14以上（2017年最新規則為壓縮比最高不超過18）！

那麼如此高的壓縮比、運行時超高的平均有效壓力，那麼F1引擎是如何抑制爆震的？第一點使用的是醇基燃料（賽車領域用的都是醇基燃料，然而很多車友會表示醇基燃料沒勁？），其次采用了湍流噴射點火系統；爆震無外乎就是點火後由于燃燒室壓力過大且溫度過高，導緻部分混合氣自燃；而點燃的混合氣（從上到下）、自燃的混合氣（從下至上）來一次對沖，也就是爆震了！

常規抑制爆震的方式無外乎降溫、減壓、降壓縮比等等，但這種方式不适合F1、平均有效壓力下降動力也受損了，所以F1引擎的湍流噴射點火系統就派上了用場；既然不可改變高溫、高壓的環境，那麼隻要确保點燃的混合氣傳播速度超過自燃混合氣的傳播速度即可；湍流噴射系統會在預燃燒室内将少量混合氣點燃、再噴射到主燃燒室；若火花塞跳火單一火點傳播速度慢，那麼預燃燒室内噴射出的無數火點、将迅速傳播引燃主燃燒室内所有混合氣，在自燃産生前、确保全部混合氣被點燃！

總而言之F1引擎之所以功率超高，無外乎是于超高的轉速、超高的平均有效壓力，也符合功率=扭矩*轉速這個公式，隻要能提高輸出扭矩、轉速，那麼兩者的乘積功率就一定會提高；所以F1賽車的1.6T動力單元憑借高達15000轉的轉速、增壓系統接近4.0bar的峰值壓力、以及平均有效壓力22bar，釋放出了峰值750匹左右的動力，而曾經2.4L V8時代轉速更是突破了20000轉，功率突破千匹是很輕松的！

#懂車玩家超級創作日（第二期）#

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