科普篇:F1方程式賽車1.6T-V6小排量發動機為何會有超高性能?

對於F1方程式賽事不瞭解的汽車愛好者普遍認為:此類車會有超大排量的發動機,因為只有大排量才能實現高性能。然而這是把對民用車的理解放在了賽車上,也是對內燃機馬力功率扭矩與增壓系統的不瞭解,排量並不是決定發動機性能的唯一因素,首先來了解一下扭矩與轉速的關係吧。

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扭矩

發動機的扭矩指通過旋轉的曲軸輸出的力矩,通俗的解釋其概念:曲軸旋轉依次輸出了多大的力量,其量化單位為N·m(牛米);如果按照最容易理解的KG(公斤)標定,峰值扭矩為50公斤和100公斤自然能感受到差異了吧。然而扭矩只是做功一次產生的力量,用在汽車上那就是一次性可以推動車輛移動多少米,或者以多快的速度移動的概念。

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轉速

發動機的轉速指曲軸每一分鐘的轉速次數,假設該機器以渦輪增壓技術實現了穩定的峰值扭矩輸出,其轉速為5000轉一分鐘;這一概念就等於每0.012秒發動機即可輸出“100公斤”的最大扭矩,一分鐘則共計輸出“50萬公斤”的力量。雖然這種解釋完全與科學的嚴謹無關,但最通俗的解釋也最容易理解吧——扭矩越大轉速越高,單位時間內輸出的能量越大,車速則越快、加速也會越快。

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功率

扭矩×轉速÷9549=千瓦(功率單位)

在瞭解扭矩和轉速的概念之後,輸出功率則必須掌握。功率說白了就是一分鐘內共計輸出的“50萬公斤”的力量。當然如轉速降低至3000轉的低轉速的話,其輸出功率則為“30萬公斤”;相同的時間發動機的轉速降低,其概念為單位時間內少輸出“20萬公斤”的力量,假設允許加速的時間是一分鐘,少了這麼大的力量車輛加速是不是就會變慢了呢?答案顯然是肯定的,但不是唯一的答案。

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扭矩與轉速是相乘的關係,那麼假設發動機仍然以5000轉運行,但是每一次輸出的扭矩降低至“50公斤”,一分鐘內輸出的總功率則降低至“25萬公斤”,在設定的1分鐘加速時間內自然會被“50萬公斤級”的對手遠遠拋開。這點說明了發動機的扭矩也很重要,但僅僅對於民用車很重要——因為賽車都是高轉速機型,比如F1賽車可以達到2萬轉以上,扭矩基數不用太大就能實現超高功率;但是普通代步車只有六七千轉的極限轉速,扭矩基數過小也就乘不出高功率了。

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扭矩、轉速、功率、馬力與渦輪增壓技術的絕對關係

渦輪增壓器本質是一臺空氣壓縮機,是通過將大體積的空氣壓縮成小體積,實現變小的空氣中氧分子含量的增加。氧氣是燃油的助燃劑也是“促進劑”,氧濃度越高燃油燃燒的“運動狀態”就會越強大,這指的是相同燃油量產生更強的熱能——不增加油耗。那麼渦輪增壓技術能讓扭矩增長到什麼程度呢?最後以三臺具備代表性的發動機作為參考結束吧。

1:某臺採用高壓縮比的2.0L-NA自然吸氣發動機,最大功率120kw,最大扭矩200N·m(4000轉達到峰值扭矩)。

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2:某臺採用直噴增壓技術的2.0T渦輪增壓發動機,最大扭矩高達400N·m(1500~4000轉),相同極限轉速達到了200kw。

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3:F1方程式賽車的1.6T-V6發動機,採用高效電渦加廢氣渦輪的增壓技術,最大扭矩駕駛為350N·m,極限轉速19500轉;在這一轉速時假設扭矩有所下降,其馬力會有多大呢?馬力的用功率乘以1.36即可,下面開始計算一下吧。

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總結:2.0L最大功率120kw等於163馬力,2.0T最大功率200kw等於272馬力,1.6T-V6則有800馬力左右。這就是轉速扭矩對發動機馬力的影響,小排量發動機不見得會弱,大排量NA不見得會強。


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