Почему автомобили Формулы 1 используют двигатели с множеством объемно маленьких цилиндров?

Какая выгода для Формулы 1 при использовании двигателей, таких как V8 3.0L или V8 2.4L?

Я читал эту дискуссию в Reddit о том, почему не практично использовать маленькие многоцилиндровые двигатели в серийных автомобилях. Стоимость в основном из-за множества дополнительных и более качественных компонентов, которые должны быть включены в него.

Только потому, что гоночные команды могут позволить себе производить такие двигатели, какая польза от использования этих двигателей вместо 6- или 8-цилиндровых двигателей с большим рабочим объемом?

Ответ, почему команды F1 используют определенное смещение двигателя и количество цилиндров, не является техническим; это регулируется правилами спорта.

Вы можете увидеть историю двигателей F1 здесь . Из того же источника, на 2014/2015:

1,6-литровые шестицилиндровые одноцилиндровые турбины с рекуперацией энергии и ограничениями по расходу топлива для замены 2,4-литровых безнаддувных V8, КПД топлива увеличится на 35%, мощность систем рекуперации энергии увеличится вдвое, общая мощность останется на уровне около 750 л.с. ).

Гоночные и высокоэффективные двигатели дорожных автомобилей часто имеют большее количество цилиндров по сравнению с общей мощностью, по сравнению с двигателями, разработанными для оптимизации стоимости и надежности при достижении максимальной производительности.

Причины, по которым многоцилиндровые двигатели вырабатывают больше энергии при той же кубической мощности:

1. Меньшее отверстие x ход = меньшие поршни + меньшие шатуны + более легкий коленчатый вал = меньшая масса для ускорения при каждом ходе = более быстрое вращение / более высокие максимальные об / мин = большая мощность = более высокая максимальная скорость + более быстрое ускорение.
2. Больше цилиндров = больше клапанов = более высокая скорость прохождения топлива = большая выходная мощность.

Недостатки многоцилиндровых двигателей включают в себя:

1. Большая сложность изготовления.
2. Большой счет.
3. Повышенная сложность обслуживания и более короткие интервалы между услугами.
4. Большая сложность и сложность настройки и настройки двигателя для оптимизации производительности.
5. Снижение надежности и надежности.

В настоящее время в Формуле 1 действуют довольно строгие правила надежности, и для команд, которым приходится менять слишком много двигателей за один сезон, чтобы контролировать расходы, предусмотрены штрафы, но в общем случае идеальный двигатель гоночного автомобиля - это тот, который распадается сразу после пересечения Финишная черта!

Конечно, невозможно разработать двигатель, который точно, но исторически вы обнаружите, что гоночные двигатели являются чрезвычайно сильными, когда используются в пределах их предполагаемой проектной оболочки (например, полная перестройка каждые несколько десятков миль, слом после нескольких тысяч миль), но имеют тенденцию дуть эффектно, если они превышают конверт даже на небольшое количество. (например, если не обслуживается, чрезмерно обороты и т. д.)

Причиной этого является сочетание экономии веса + попытки извлечь абсолютную максимальную выходную мощность, а также результат компромисса между этими двумя целями и надежностью. Успех гоночной машины может зависеть от малейшей наценки. Если ваша машина на 0,1 секунды быстрее своего ближайшего соперника на определенной трассе, то это равняется 5-секундному опережению в конце гонки на 50 кругов. Вот почему дизайнеры гоночных автомобилей попытаются использовать любые доступные им средства, чтобы сделать свои машины чуть-чуть быстрее.

Вес также невероятно важен для гоночной машины. Вы можете подумать, что экономия 1 грамма на одном компоненте не будет иметь никакого значения, но если вы можете сэкономить 1 грамм на каждом из 1000 компонентов автомобиля, то вы сэкономили всего 1 килограмм, что на легких гонках автомобиль, может сделать измеримое увеличение производительности. На гоночном автомобиле двигатель V16 вполне может быть более дорогим, более сложным и менее надежным, чем тот же V8, но при прочих равных условиях, если он весит на 2% меньше, вырабатывает на 2% больше мощности и все еще достаточно надежен. чтобы закончить гонки, и у команды есть бюджет, чтобы построить и запустить его, а затем (если позволяют правила) они собираются его использовать.

Двигатель - не единственный компонент гоночного автомобиля, но он является одним из наиболее важных для определения максимальной производительности автомобиля. В Формуле 1 добавленная стоимость и сложность многоцилиндровых двигателей значительно перевешиваются, например, благодаря их преимуществу в производительности по сравнению с прямой 4 такой же мощности.

В современной Формуле 1 есть много сложных правил, регулирующих конструкцию двигателя, надежность, рекуперацию энергии, расход топлива, общий вес автомобилей и т. Д. И т. Д., А число допустимых цилиндров и компоновка могут иногда определяться скорее регулированием, чем производительностью, но в В общем, хорошо сконструированный и построенный многоцилиндровый двигатель будет выполнять те же мощности, но с меньшим количеством цилиндров.

В дополнение к ответу @Andrew Kerr: для данного объема двигателя добавление большего количества цилиндров увеличивает пиковую мощность.
Но это также увеличивает потери в нескольких областях:

• больше движущихся частей означает больше трения.
• цилиндры меньшего размера означают, что соотношение объема к площади стенки уменьшается, поэтому потери тепла возрастают.
• есть потенциальная потеря надежности умирают на дополнительные движущиеся части
• большее количество цилиндров часто также означает более длинный блок двигателя, что затрудняет создание блока, который не изгибается, когда он используется в качестве конструктивной части (как обычно в Формуле 1).
• с более чем 12 цилиндрами становится трудно построить достаточно сильный коленчатый вал. Некоторые двигатели с прямой передачей 8 использовали передачу в середине коленчатого вала для передачи мощности на сцепление и коробку передач.

Это означает, что есть оптимальное количество цилиндров для данной емкости. В 1989 году Формула 1 запретила двигатели с турбонаддувом и установила 3,5-литровый атмосферный двигатель. Количество цилиндров было ограничено до 12.
Несколько производителей использовали компьютеры, чтобы найти оптимальное количество цилиндров, и построили двигатели V10. Оказывается, при такой мощности V12 будет менее мощным, чем V10.

Да, и причина № 1 не использовать многоцилиндровые двигатели в небольших автомобилях: расход топлива увеличивается с увеличением количества цилиндров.

И конкретно к последней части вопроса:

Только потому, что гоночные команды могут позволить себе производить такие двигатели, какая польза от использования этих двигателей вместо 6- или 8-цилиндровых двигателей с большим рабочим объемом ?

Формула 1 и другие гоночные классы жестко ограничивают смещение. Это сделано для того, чтобы ограничить мощность двигателя, что позволяет поддерживать производительность ниже проектных пределов используемых цепей (чем быстрее гоночный автомобиль, тем больше нужно сделать участки для стока).