迅银网配资 F1的1.6T发动机是如何输出近千马力的？

民用车的动力性能一般由缸数、排量以及涡轮增压决定，比如奥拓1.4L，丰田2.0L，宝马3.0T，奔驰的V8T上，一眼就能看出强弱。而另外一个普遍认知就是排量越大、动力越强。那么F1的动力系统排量多大？拥有多少马力呢？

明降暗升的F1发动机

从1950年的第一届世界一级方程式大奖赛到目前为止，F1已经走过了75个年头，随着规则不断改变，发动机规格也不断变化。

比如2000年前后，FIA限制引擎排气量为3000ml（3.0L），发动机缸体数量为12缸及以下（2000年后限制气缸数为10缸），到了2006年，进一步限制排气量为2.4L，气缸数量为8缸，并逐渐将发动机转速限制到1.8万转。

目前的规则从2014年开始实行，新的动力装置法规要求，发动机仅允许使用四冲程活塞式发动机，排量为1.6L，气缸数6缸，六个气缸容量必须相同，呈90度“V”型排列，最大缸径为80毫米±0.1毫米、最小气门杆直径为5毫米、最大直喷喷油器压力为500bar，仅限单个涡轮增压器，涡轮增压器必须与曲轴轴线平行布置，火花塞每次点火能量不超过120mJ等。同时，新规还增加了动能回收（MGU-K）和热能回收（MGU-H）两大系统，因此F1的发动机也不单单是发动机了，准确的叫法称为动力单元（Power Unit）。

F1动力单元一路走来，气缸数量不断减少，排量逐渐走低，但在新技术的帮助下，动力单元的热效率更高，那么现在的F1动力单元能爆发多大的功率呢？

排量不大，马力近千

在聊马力之前，先简单说下转速和扭矩的概念。扭矩指通过旋转的曲轴输出的力矩，即力矩＝力×力臂（直线），量化单位为N·m（牛米），不过扭矩只是做功一次产生的力量，用在汽车上那就是一次性可以推动车辆移动多少米，或者以多快的速度移动的概念。

发动机的转速指曲轴每一分钟的转速次数，与牛米相乘，即得出功率。也就是，功率=扭矩×转速。那么，单独提升扭矩/转速，都能起到提升功率的目的。举一个不正确的例子但方便大家理解，假设曲轴每转一圈，出力1kg，发动机每分钟出力5000次（转），则每分钟功率即为5000kg，即得出，扭矩越大转速越高，单位时间内输出的能量越大，车速则越快、加速也会越快。

为了对比F1的动力单元动力，我们可以用几个民用车2.0T发动机作为参照。

大众EA888 evo5，200千瓦，400牛米；

宝马B48，190kW，400牛米；

通用LXH，174kW，350牛米；

奔驰M254，190kW，400牛米。

上面的几台具有代表性的2.0T发动机基本代表了民用车的主流水准，然而F1（某款机型）的1.6T功率直接飙到了570kW，扭矩也达到了385牛米，和民用2.0T发动机相比，在排量更低的情况下，功率差值居然达到了近3倍。究其原因，主要还是F1的发动机更极致的设计和效率导向造成的。提高发动机效率的主要技术如下：

快速燃烧

・高翻滚口以增加湍流能量

・高燃油压力以增加雾化

・喷油器喷雾调整以实现气缸内均匀的空气燃料混合物

・活塞顶形状调整（凹槽和碗深度）

提高耐爆震性（降低气缸内的压缩端温度）

・降低进气阻力（分支和端口形状）

・优化阀门正时

・通过可变感应系统（VIS）进行负压调整

提高燃烧效率

・稀薄燃烧控制以提高效率

・减少燃料附着力以减少因未燃烧燃料而造成的损失（优化喷油器喷雾）

・改善扫气（气门正时）

燃料开发

・更高的热值

・提高耐爆震性（燃料特性变化和添加剂）

控制优化

・气缸压力传感器（CPS）控制爆震

・排气压力控制（使用MGU-H）

以喷油压力为例，2014年的F1新规，燃油压力就已经来到500bar，而民用发动机，此前大多仅为250bar和350bar，2024年底发布的第五代EA888的喷射压力才来到了500bar。当然，车辆工程是系统性的，单靠喷射压力不能大幅提升发动机功率和效率，主要在于转速、压缩比、涡轮以及新增的混动单元。

在V10那个年代，F1的发动机转速可达2万转，即便是目前引入了流量限制（100kg/h@10500rpm），最高转速也达到了1.5万转。作为参照，民用车的2.0T发动机断油转速多在6000转/min。要达到这个转速，F1发动机的设计、工艺和材料就和民用车拉开了极大的差距。高转速的需求，导致发动机偏向短冲程的设计，活塞行程足够短，才能让发动机达到更高的转速，同时较短的活塞行程也让转速响应更快。

上万的转速，导致了活塞承受的压力和G值远非民用车可比，而活塞自重成为一个关键因素，F1活塞每秒改变方向超过300次，每一克都会产生重大影响，这就使得F1发动机活塞更轻也更精致以减轻重量。目前民用车的活塞重量大概是500g左右，多采用铝合金制造，而F1的活塞仅200g上下，并且还要承受更大的转速和压力。

FIA还规定了活塞的制造材料必须为：AMS 6487, 15cdv6, 42CrMo4, X38CrMoV5-3。此外，F1活塞的公差极小，这导致F1发动机不能被冷启动，发动需要充分预热后才能工作，因此工程师需要在启动发动机之前将冷却液和机油加热至少数十分钟。据说F1的活塞每个造价都在5万英镑左右，折合人民币近50万元。

转速上去了，发动机也依然需要足够的扭矩才能让赛车在几秒内完成提速，极速达到300+。平均有效压力，是指单位气缸容积内所做的有效功，用来衡量发动机做功能力。以本田为例，NSX 可产生389kW 的功率和600Nm的扭矩，制动平均有效压力（BMEP）为21.6bar。而1.6升V6单涡轮增压F1发动机的气缸压力几乎是NSX的两倍。

为了达到这个压力，需要让燃烧更快，更均匀。F1采用预燃室点火技术，每个气缸内拥有2个燃烧室，点火所需的空气燃料混合物通过喷射孔口喷射到每个气缸的预室中，然后被点燃，随后火焰从预燃室向燃烧室中心传播，实现瞬时燃烧。这个技术实现了比PCI更快的燃烧，也使得压缩比和比热比显着提高，从而显着提高了发动机输出。

当然，还有一方面导致F1发动机的功率如此强悍，那就是使用寿命的考量。和民用车几十万公里的使用寿命相比，FIA规定，每个赛季每个车手使用不超过4套动力单元，也就是说，F1的发动机预期寿命大概是不到1万公里，只要扛过比赛就算达到预期，这也使得工程师可以不用考虑使用时间，从而最大程度压榨发动机的性能，这也是F1 PU如此强悍的原因之一。上面介绍的只是F1发动机技术的冰山一角，要实现超强的性能，离不开各种先进技术的开发和运用。