引擎博弈：细析F1 2021引擎规格改革

[jackywil_official参与者 注册日期: 2017/12/22发帖数: 2]

​【文/Andrew Cotton（Racecar Engineering 2018.01）  译/资讯菌】

今年10月初，FIA公布了2021年引擎规格的大方向。但是这个引擎规格承担着什么样的使命？它的主要目标又是什么？本文带您一探究竟

当2014年引擎规格公布时，就规定了2021年将使用新的引擎规格。而新的引擎规格到底是怎样的，到现在依然不甚清晰。在F1这个圈子中，围绕这个话题，来自不同派别的人士各持不同的目标激烈地争论着，来自3.4L V6 TwinTurbo支持者的声音不绝于耳，甚至我们还能零星地听到有人大喊着要用大排量V12。但所有在这里争吵的人们至少在一个问题上达成了共识——现在的这套1.6L V6T+混动系统的动力方案根本不适合F1。

“在我看来，这套动力单元对于F1没有任何贡献，反而破坏了这项运动。它把F1赛车标志性的声浪和激情一并夺走了，并让它变得过于复杂。它相比民用车技术而言太超前。所以我看不到这套动力单元作出了任何积极的贡献。所以未来的引擎规格才是更好的。”——红牛车队领队克里斯蒂安·霍纳

即使霍纳的意见并不完全代表围场内的所有人，一些现象还是引起了赛事的管理层，包括FIA和自由媒体的担心。所以在所谓的最终会议结束后，FIA提出了F1新引擎规格的目标。它们分别是：

1.汽车运动技术的最高峰

2.民用车发展技术的试验场

3.动力更强、结构更简单、更少花费、更容易制造和发展新技术

4.更高的声浪，使赛车在任何情况下都更难驾驭

今年最重磅的交易就因引擎而起，足见引擎在F1当中的重要性

这些目标在谈判时作为与车队、制造商、以及某些赞助商讨论的基础，这些讨论持续了大半个赛季，终于在墨西哥站后得出了未来引擎的大方向。

表面上看，新的引擎规格跟现行的非常相似，都是1.6L V6T+混动系统的组合。但对照上文所给的目标来看，新的引擎规格有了实质上的改变。

 

​声浪控制

现行引擎最大的问题，可能就是引擎的声浪了。不是说它的音量不够大，而是它的声线并不符合绝大多数车迷的口味。所以为了提高引擎声浪FIA用了各种各样的方法。例如给废气旁通阀一个单独的排气管，即使是这样效果仍不明显。FIA还计划给排气系统附加一个额外的发声装置，但是这个装置什么时候能在赛车上出现仍没有时间表。

本田RA617H排气系统特写

提高声浪作为一个主要目标出现在了2021年的引擎目标中，主要手段是提高引擎的最高转速。现行引擎的最高转速是15000rpm，到了2021年，这个数字会提升到18000rpm。但这个问题依然有很多争论的声音。现在的民用车几乎不追求极限转速，按照经济性原则这也不是操控引擎的最佳方法。

但是FIA的引擎主管Gilles Simon认为这个问题将会得到解决：“我认为第一个值得深入讨论的问题是，我们只要拿出提高3000rpm后的燃油流速曲线就很容易发现，我们需要更高的峰值燃油流速。”此言一出，很多人就会认为赛车需要更大的油箱。“这个结论不一定成立。比赛过程中，燃油使用量分配其实是受比赛中的竞争限制的。所以当我们使用较高的峰值燃油流速时，应该允许燃油用量自由分配。当然，某些制造商的动力单元需要更大的油箱，这其实是一种选择。而且在未来的赛事中，引擎的燃效同样重要。”

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“H”号炸弹

引擎大纲中最引人注目的，其实并不是声浪变化了多少，而是动力单元总体设计的大变化。按照新的引擎规格，MGU-H将不再得到保留。在现行的引擎规格中，MGU-H的使用允许引擎在输出时使用可回收的能量。这意味着最佳的动力单元不看引擎输出多少绝对功率，而更侧重于引擎（ICE）和能量回收系统（ERS）之间的无缝配合。

现行规则下动力单元构成

“我们计算了整套动力单元的效率。如果把MGU-H去掉，整套动力单元的效率就没办法达到50%了。我们正在讨论这个问题。这是一个提议。但是现在我们试图在费用、复杂程度、观赏性和技术间找到一个平衡点。这并不是件容易的事。在这样的妥协下，我们必须要对MGU-H做出一个重要的决策。它给整套动力单元带来了高效率，但是它太复杂了，而且在MGU-H上我们没有多少规则限制。所以它的成本太高了，我们必须处理它。”——Gilles Simon

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特别的“K”

奔驰动力单元

丢掉MGU-H势必会影响整套动力单元的输出。为了填补这部分丢失的动力输出，必须要使用一个更强的MGU-K。它真正的动力水平目前尚不清楚，但很明确的一点是，它的最大输出功率必定大于现在的120kW。而且，根据新引擎大纲，新的MGU-K会“着眼于在比赛时通过调整手动设置来节约能量从而让车手控制比赛策略”。这会让车手在比赛时更加关注于调整ERS的设置。从驾驶的角度而言这会让驾驶舱内的操作更复杂。但是未来可能会让车手仅需要按下一个“e-boost”按钮就可以让车手激活MGU-K。

在充分考虑了双涡轮方案后，FIA还是保留了单涡轮增压的方案，但是对于涡轮将会有更多更严格的​规则限制。比如在尺寸、质量等的规则限制将会很快出台。

 

KERS及其效果

Magneti Marelli制造的KERS(MGU-K)

在丢弃MGU-H后，涡轮迟滞将会变得明显，但是Gilles Simon并不担心这个：“如果你有一个足够强大的KERS就足够填补这部分的动力输出了。而且，我相信你可以通过在涡轮设计上进行妥协来避免涡轮迟滞的发生。说实话我不太担心涡轮迟滞现象。在涡轮设计的过程中，你有很多种方法去降低它，虽然技术上可能有一些难度，但这是赛车。我认为如果你有一个从根本性改变投入的新计划，那你在F1的开销一定是非常大的。如果你的计划能够在已知的投入上做出改变，那么这就会更加合理。我的理解是，某些人相信在当今的规则下他们现在手上有很好的解决方案，所以他们会惧怕使用新规则的事实，即使新规则会更加简单。他们认为新规则必须要把所有东西推倒重来，或者一定要花很多很多钱去重新设计一切。所以他们才会认为新规开销非常大。”

“我作为引擎设计师设计了8-9台10缸引擎，这开销并不大。因为这是每年都要重复干的事情，你只要拿出上一年的方案稍作修改就可以了。这就是为什么F1正处于舒适区内。当你改变游戏规则时，他们就会有额外的支出。因为这些预算外的支出是他们无法预测的。这就是现实，所以我们必须更加小心。”

 

两难境地

雷诺16和17年引擎对比，可看到涡轮（橙色）和压缩机（青蓝色）紧挨置于引擎尾端

MGU-H的退出和涡轮规则的进一步细化导致引擎总体设计将会发生大变化。这也意味着奔驰和本田创新性的分离式涡轮增压器设计理念（涡轮和压缩机分布在引擎两端，MGU-H夹在涡轮和压缩机之间置于V6引擎夹角内）将会被禁止。现在可以确定的是，新的引擎规则会将一个涡轮和压缩机紧挨​的传统涡轮增压器置于引擎后端，也就是赛车的可乐瓶区域。

<footer class=”toolbar” data-action=”image_del”>移除</footer><figcaption data-action=”image_caption”>16和17年本田引擎的涡轮和压缩机都分置于引擎两端</figcaption></figure>​

引擎部件标准化设计只为了达成2021引擎大纲的另一个目标：部件间的高度“即插即用”化，不同赛车间，包括引擎、车架、传动系统等部件能够非常便捷地进行互换使用。从2014年起，某些车队被迫专注于更换引擎，这导致了引擎外壳的设计与单体壳的后表面以及变速箱的前表面的设计间出现问题。在2017赛季索伯车队与本田的合作谈崩，其中一个原因便是索伯没能给本田引擎找到一台适合的变速箱。

现在各家的引擎，为了适应单体壳和变速箱，都有着相似的最高点。但是在装配结构上各家还有着非常大的区别。起码在涡轮增压器设计和与之相适应的管道设计上，就有着很大不同。为了适应引擎的设计，我们可以看到各家单体壳后表面的设计也有区别。事实上这非常耗费车队的时间和金钱。

基于同样的观点，我们还可以看到在新的引擎框架中，ES和CE的设计都将会标准化，以便于车队进行设计和更换。这在砍掉部件发展空间之余还能节省大量开支，即使这会招致已经投入了大量资金人力物力对ES和CE进行研发的制造商们的不满。

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吸引新的制造商

F1新引擎大纲还有一个重要的目的，就是吸引更多的独立引擎制造商，如Cosworth、Gibson、Mecachrome、Judd等等，加入这项赛事中。这个目的旨在减少F1对某些多变的、可能随时退出系列赛的制造商们的依赖。现行引擎极高的气缸压力对于小规模的独立引擎制造商而言是一个大难题。但是新的引擎大纲承诺“引擎的内部透视设计参数将限制发展开支并阻止过于极端的设计和运转状态”​。

阿斯顿·马丁将从明年起冠名赞助红牛车队，这是否是AM自造动力单元进军F1的信号？

Simon对此的看法是：“这是我们讨论的一部分。我们的目的是设定某些目标参数从而限制引擎发展开支。如果你看看现在的引擎规则，你就会发现它非常细致。很多参数都是已经给定的。例如尺寸是一定的、金属材料是受限的。事实上你没有多少选择。还有总质量和质量分配问题，但事实上引擎很多尺寸是受限的。在LMP1，你可以设计任意排量、任意汽缸数的引擎。但是在F1这是不可能的。F1的引擎必须被很好地控制，但控制尺寸并不能对开支造成什么影响。我们找到了从结果去控制开支的方法，那就是降低引擎的效率。因为引擎效率越高开支越大，我们必须在这两者间取得平衡。”

的确，现行引擎规则中对于V6引擎有非常多的限制。包括缸径、曲轴中心线位置及高度等等，都被完完全全限死了。而其他的部件都有着明确的尺寸限制，例如气门、轴承、活塞和连杆。整套动力单元的重心也有明确的规则限制。

燃油天堂

​对于独立引擎制造商而言，还有一个门槛就是燃油。现在的四家引擎供应商都和各自的燃油合作伙伴紧密合作，当引擎制造商进行引擎升级后，燃油供应商都会研发出与之相匹配的燃油供车队使用。这对于独立引擎供应商而言很难做到。所以在新的引擎大纲我们可以看到“计划打造新的燃油规则，限制燃油使用种类”。但这是否意味着F1会像WEC那样，走单一燃油配方的道路呢？

Gilles Simon：“这需要讨论。很显然为每一款引擎打造专用的燃油非常不现实。但不可否认的是，燃油是一个很好的提升技术的工具。因为通过打造专用燃油，通过化学反应，你能很好地理解燃烧过程发生了什么，这非常有用。”

“我曾经跟不同的燃油供应商合作过，他们都明白这一点。而且对于他们的燃油和燃烧专家而言，这都是非常有趣的知识。我在引擎和燃油技术发展方面有着丰富的经验，和燃油专家一样，也明白这些知识。这是在燃烧机理方面取得进步的最佳方法，而且这对工业发展非常有利。F1的燃油专家通常会兼顾其他研发项目。对于他们而言，理解燃烧特性非常有趣。通过F1，你能证明其他东西。这不仅仅是赞助，而且是一个极佳的技术试验场。我相信我们会更专注于这方面，然后我们会给燃油一个更精确的定义，减小燃油的多样性和空间，从而缩小因燃油导致的引擎间性能差距。”

马桶狼哭晕在厕所

奔驰引擎

不出意外，新引擎大纲发布后，围场里有人喜有人忧。

“这只是FIA的意见，我们并不认同。这是一套全新的引擎方案，我们必须重新进行投资。新引擎大纲所描绘的未来的引擎道路，说实话没有打动任何一家现有制造商。”——梅赛德斯·奔驰车队老板托托·沃尔夫在会议后如此炮轰。

雷诺车队总经理赛里尔·阿比特布尔持相似意见。他认为像新引擎大纲那样对现行引擎简单重构组成了“一台在我们对于2020年后的F1没有任何概念的情况下就必须仓促进行大量研发和投资的新引擎”。他同时对新规能否吸引独立引擎制造商持怀疑态度。

“我没有看到新引擎大纲给独立引擎制造商提供任何发展模式。没错，它能降低整车厂商的成本。但是制造新引擎所需要的商业计划，还需要大量的资金进行调查研究。然后我们又会需要高昂的成本，就像任何新的厂商进入F1。但我不觉得像Ilmor或者是Corsworth这样的引擎制造商能在脱离整车制造商的前提下做到这一点。”——赛里尔·阿比特布尔

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跃马的态度

法拉利也对新引擎大纲不满意，而他们的反应更为强烈：CEO塞吉奥·马尔乔内摆出了明确态度：如果该大纲不进行修改，他们将退出F1。

“大纲中有很多我们不同意的地方。其中一点是，以某种方式确立的动力单元独立性在将来不会成为参赛车手的独立性之一，所以我不会同意的。但如果我们把环境变得难以辨认了，那我们就不玩了。我们不想玩全球纳斯卡。”——塞吉奥·马尔乔内

本田引擎

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积极的回应

也不是所有人都认为新规存在缺陷。Corsworth和Ilmor认为新规把他们放在了他们认为能够回归这项运动的位置，阿斯顿·马丁也表达了他们自行研发动力单元的意愿。而F1围场里也有人支持新引擎大纲。

“这会是一个好的开始。现在技术人员就能为细节而努力工作了。这个新规就在那里，而且我觉得不会有任何改变了。现在他们就能为更高声浪、更加均衡、对于客户车队更低的成本而工作。他们能做到的。”——哈斯车队Guenther Stainer。

错误的前提

以威廉姆斯技术总监帕迪·洛维为代表的部分人认为改变F1不应从动力单元入手：“不干涉的东西越多，离真正的比赛就越接近。我们看回今天的引擎，就像他们更接近3年前（自吸V8时代）的样子。我认为新引擎大纲不得不在极高关注度下敲定。我很好奇的一点是，人们会重点关注此事，如果不如他们所愿，新规必定会招致大量反对声音。”

雷诺工程师正研究涡轮

​重要的是，新引擎大纲在某些领域刻意模糊化了，这让制造商们无法按新规开始他们的研发。“我们会在接下来的12个月继续为明确新引擎规格而工作。但新引擎的设计和研发工作最早只能在2018年底开始。我们要保证制造商们继续研发现行引擎。在这段时间里，我们会和车队以及制造商一起进行动力单元的测试和研发规则制定工作，就像其他控制开支的措施一样”——一位不知名的FIA发言人

但这样的时间跨度现实吗？“我认为如果有合理的会议谈判，我们就可以在18年第一季度确定大方向，然后到了年底去继续完善它。但我依然认为完整规则在18年底出台是非常有可能的。”——Gilles Simon

（全文完）

• 该话题由  阿亮 于 2017-12-22 修正。

业余赛车直播&解说，新浪微博#F1#超级话题主持人

[阿亮管理员 注册日期: 2015/04/02发帖数: 726]

非常好的技术文！

• 该回复由  阿亮 于 2017-12-22 修正。

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