賽車發動機,特別是F1,與普通轎車的發動機的主要區別是?

時間 2021-05-12 08:28:29

1樓:胡蝶同學

簡單點,回答問題的方式簡單點。

賽車出於競技目的會犧牲掉發動機的壽命來成全巨大的馬力,而民用車考慮的是發動機的耐用性。F1賽車的發動機轉速高達19000rpm,可以輸出910-960匹馬力。這樣的資料就需要F1發動機有著比民用車發動機更大的缸徑、每秒鐘更多的點火次數、更大的進氣量、更大的渦輪壓力值……代價就是每個賽季包含測試、練習賽、排位賽、正賽要廢掉大約100臺。

2樓:王佳偉-賽車工程師

工作原理上內燃機到現在就沒什麼變化。但是F1的發動機在材料、製作方式等方面差別就大了。比如,F1的曲軸大多是機加工後摩擦焊成型的。

再比如你看F1的點火線圈,不但尺寸小重量輕,而且充電時間低於1毫秒。然後F1現在的規則是限制燃油流速的,所以為了達到更好的效能就必須想法設法提公升效率,比如現在噴射壓力已經在從500bar朝1000bar的方向去了。。。現在的F1賽車,整體熱效率是超過50%的,完全不是民用車能比擬的。

民用車上本田做到最好也就40%多吧。

3樓:XYGO

簡單說來,就是缸徑行程比比民用發動機高很多。

一般民用內燃機的缸徑行程比都在1左右,可能小於1也有可能大於1,但是偏差不會太大,即缸徑與活塞行程基本相同。而F1發動機的缸徑行程比,我在Wiki上查到的資料是可以達到2.5,也就是說缸徑是活塞行程的2.

5倍。這樣的設計是F1引擎可以保證炒高轉速的基礎。

====先說缸徑行程比====

缸徑×行程是發動機的一種標示方法,比如大名鼎鼎的F20,缸徑行程標示為86×86mm,即氣缸直徑86mm,行程86mm。

話說缸徑和行程不用我來解釋了吧。。。

上圖中的「Bore」即為缸徑,而Length of Stroke就是活塞行程。

根據缸徑/行程的比值,我們可以將發動機分成三大類:

第一類:等徑程發動機(Square Engine):缸徑與行程相等。

第二類:短行程發動機(Over-Square Engine或Short-Stroke Engine):缸徑大於行程。

第三類:長行程發動機(Under-Square Engine或者Long-Stroke Engine),缸徑小於行程。

這三類發動機各有側重。

====不同缸徑行程比的側重點====

我們都知道,現在使用最為廣泛(F1發動機也不例外)的往復活塞式內燃機,是透過曲軸(Crankshaft)將活塞的往復運動轉變成轉動的,具體說來就是上圖最下邊那個東西。從上圖不難看出,曲軸的力臂等於活塞行程的1/2。那麼,在一般運轉的時候,長行程發動機由於曲軸的力臂比較長,因此可以在低轉的時候就獲得相對充分的扭矩。

但是相應的,由於活塞的行程比較長,曲軸的力臂較長導致曲軸的轉動慣量也較大,在高轉速下,長行程發動機的運轉就比較辛苦。

而短行程發動機則正好相反,由於力臂短,低轉的扭矩難以得到保證,但是由於活塞的行程短,在高轉速的時候負擔比長行程發動機小,因此短行程發動機可以將轉速拉到很高。而在轉速很高的時候,單位時間內的做功次數可以很多,高轉功率便可以很高。

表現在工況圖上,就是長行程發動機的扭矩峰和功率峰都比短行程發動機要靠前。

這裡就不貼圖了,主要是找不到典型而且對比強烈的的長行程發動機和短行程發動機的工況圖。

而等徑程發動機的表現則比較均衡。

一些栗子:

等徑程發動機:16缸怪獸,VAG的W16四渦輪發動機便是86×86mm;

豐田2JZ、4U系列也都是86×86mm;

上代BMW直列6缸M52,缸徑衝程是84×84;

短行程發動機一般用於追求高轉速的引擎上,

BMW N45,鋼筋行程比便為1.167,

電單車發動機屬於民用發動機裡相當追求高轉速的分支,Ducatti Panigale的缸徑衝程比高達1.84.

而長行程發動機則裝於對扭矩比較敏感但是對速度不甚敏感的車上,尤其是載重車輛和越野車輛。一般自吸民用車為了照顧日用比較重要的低扭也常用長行程引擎。比如Willys Jeep,它的缸徑行程比是0.

714,船用內燃機的缸徑衝程比就可以更低,可以低到0.3,那是對轉速要求很低但是對扭矩要求極高的工況。

當然,上面所說的是一般性的規律。也有特例,比如本田的B18C5,雖然採用的是長行程設計,但是紅線轉速依舊高達8400RPM。

====場地賽車為何需要使用高轉高功率輸出特性====

很簡單:規則壓迫

場地賽對扭矩的要求,其實沒有想象中那麼高。特別是低扭特性,對於場地賽車來說其實無關緊要,用得上的時候就是起步。而且場地賽的路面狀況相對理想,不像Rally隨時需要有充分的扭矩儲備以備隨時加減速和克服Understeer,車手可以將發動機維持在較高的亢奮轉速上。

相反,場地賽的平均速度遠高於日常行車和Rally要高很多,對於功率的要求更甚於扭矩的要求。

之所以說是規則壓迫,一般場地賽都要求統一的進氣形式和排量,F1這種水準的比賽,節氣門尺寸同樣有嚴格的規定。在這樣的前提下,想要獲得更大的功率,就需要提公升發動機的轉速,如上一段所說,提公升單位時間內的做功次數。這樣可以獲得更高的功率輸出,更適合場地賽的發揮。

====達成高轉速的額外要求====

在破萬轉的極限工況下,活塞、連桿受到的衝擊劇烈而且頻繁,活塞環的摩擦同樣極為劇烈,這就要求發動機內材料要求極高。鍛造不嫌好,鈦合金也不過分。

所以FIA GT中低等級組別明令限制賽車中「昂貴材料」的使用。

對於F1來說,大量使用高強度鍛造鋁、鈦合金、鎂合金、碳纖維,畢竟爺有錢。。

然後就是精密加工。氣缸活塞對中、高轉速下的氣密性都是巨大的挑戰。F1的發動機產量就那麼幾台,慢慢磨出來。

散熱同樣是乙個巨大的困難,因此F1兩側都安裝了碩大的散熱器。

在一些細節的設計上同樣是為超高轉速服務,比如氣門,都知道VTEC很NB,但是放在F1上也是不夠用的。一般的鋼製氣門彈簧根本不敷使用,「昂貴材料」如鈦合金,又做不了彈簧,因此F1的氣門採用的是氣動回位,完全靠氣門中的氣流將氣門「衝」到位置。氣門——當然是鈦合金的了。

進排氣系統同樣有獨到的設計,比如可變長進氣道、分段排氣。

總之,一切設計和建造都是為了發動機可以在極高轉速下逼出驚人的高轉功率。一度F1的引擎轉速可以達到20000,最終FIA不得不對這種轉速競賽畫上句號,提出了最高轉速的要求,先是限制到19000,然後18000,現在降到了15000。

於是再也聽不到當年兩萬轉V12發動機的金嗓子了。

4樓:

原理上沒什麼區別。

操作起來麼。。。上千度的溫度,每分鐘一萬多的轉速,火花塞每秒點火一百多次,氣門每秒開合一百多次。這些對材料的強度,耐用度,潤滑系統,ECU程式的設計,點火的精準度,要求都是頂級的。

氣門甚至要用氮氣瓶提供能量而不是傳統的凸輪。

民用車要考慮油耗、耐用、環保、經濟、噪音、震動一大堆,可能家用車來說,效能才是最後考慮的。

所以賽車的引擎,有一點點問題就會拉缸,爆缸。除了勒芒賽,以及現在的F1,賽車引擎幾乎不考慮整機耐用性。以前F1都是用一站就報廢。

幾百萬軟妹幣造出來就為了出去跑三百公里,這在民用車根本不能想。

5樓:小白527

專業的不懂反正就是因為側重點不同。

民用的需要考慮成本、耐用、易維護、使用環境、油耗、震動、平順、體積以及環保啊聲音啊等等很多方面

而賽車用就簡單啦規則和技術條件允許的情況下越強越好啦反正車手和技師們能搞定

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