เหตุใดรถยนต์สูตร 1 จึงใช้เครื่องยนต์ที่มีกระบอกสูบขนาดเล็กจำนวนมาก

อะไรคือประโยชน์ของการใช้สูตร 1 โดยใช้เครื่องยนต์เช่น 3.0L V8 หรือ 2.4L V8

ฉันอ่านการสนทนาของ Redditว่าทำไมการใส่เครื่องยนต์หลายกระบอกสูบขนาดเล็กเข้ามาในรถยนต์ที่ใช้ในการผลิตไม่เป็นประโยชน์ ค่าใช้จ่ายส่วนใหญ่เนื่องจากส่วนประกอบเพิ่มเติมและคุณภาพสูงจำนวนมากที่ต้องเข้าไป

เพียงเพราะทีมแข่งสามารถผลิตเครื่องยนต์แบบนี้ได้ประโยชน์ของการใช้เครื่องยนต์เหล่านี้แทนที่จะเป็นเครื่องยนต์ 6- หรือ 8 สูบที่มีการกระจัดสูงกว่าคืออะไร

คำตอบว่าทำไมทีม F1 ใช้การกระจัดของเครื่องยนต์และจำนวนกระบอกสูบไม่ใช่เทคนิค มันเป็นไปตามกฎของการเล่นกีฬา

คุณสามารถดูประวัติของเครื่องยนต์ F1 ที่นี่ จากแหล่งเดียวกันสำหรับ 2014/2015:

1.6 ลิตรหกสูบเดี่ยว turbos กับการกู้คืนพลังงานและข้อ จำกัด ของเชื้อเพลิงเพื่อแทนที่ 2.4 ลิตรปกติ aspirated V8s ประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงเพื่อเพิ่ม 35% พลังของระบบการกู้คืนพลังงานเป็นสองเท่าพลังงานโดยรวมจะอยู่ที่ประมาณ 750bhp )

การแข่งขันและเครื่องยนต์รถบนท้องถนนที่มีสมรรถนะสูงมักจะมีจำนวนกระบอกสูบที่สูงขึ้นเมื่อเทียบกับความจุโดยรวมเมื่อเทียบกับเครื่องยนต์ที่ออกแบบมาเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพด้านต้นทุนและความน่าเชื่อถือให้กับประสิทธิภาพสูงสุด

เหตุผลที่เครื่องยนต์หลายสูบผลิตกำลังได้มากขึ้นสำหรับความจุลูกบาศก์เดียวกันคือ:

1. ขนาดเล็กเจาะ x จังหวะ = ลูกสูบขนาดเล็ก + แท่งเชื่อมต่อที่มีขนาดเล็ก + เพลาข้อเหวี่ยงที่มีน้ำหนักเบา = มวลน้อยกว่าเพื่อเร่งความเร็วในแต่ละจังหวะ
2. กระบอกสูบมากขึ้น = วาล์วมากขึ้น = อัตราการไหลของน้ำมันเชื้อเพลิงที่สูงขึ้น = กำลังขับที่มากขึ้น

ข้อเสียของเครื่องยนต์หลายสูบรวมถึง:

1. ความซับซ้อนของการผลิตที่มากขึ้น
2. ค่าใช้จ่ายมากขึ้น
3. เพิ่มความยากในการบริการและช่วงเวลาที่สั้นลงระหว่างบริการ
4. ความซับซ้อนและความยุ่งยากที่มากขึ้นของการตั้งค่าและปรับแต่งเครื่องยนต์เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ
5. ลดความน่าเชื่อถือและความทนทาน

ทุกวันนี้มีกฎเกณฑ์ความน่าเชื่อถือที่เข้มงวดในสูตร 1 และมีบทลงโทษสำหรับทีมที่ต้องเปลี่ยนเครื่องยนต์มากเกินไปในฤดูกาลเดียวเพื่อควบคุมค่าใช้จ่าย แต่ตามหลักการทั่วไปเครื่องยนต์รถแข่งในอุดมคตินั้นแตกสลายทันทีหลังจากข้าม เส้นชัย!

แน่นอนว่ามันเป็นไปไม่ได้ที่จะออกแบบเครื่องยนต์ที่แม่นยำ แต่ในอดีตคุณจะพบว่าเครื่องยนต์แข่งนั้นมีความแข็งแกร่งอย่างมากเมื่อใช้ภายในซองการออกแบบที่ต้องการ (เช่นการสร้างใหม่อย่างสมบูรณ์ทุก ๆ สองสามไมล์ไมล์ ขึ้นอย่างน่าทึ่งหากพวกเขาเกินซองโดยแม้แต่จำนวนเล็กน้อย (เช่นหากอยู่ใต้เซอร์วิส, มีการปรับปรุงมากเกินไป ฯลฯ )

เหตุผลนี้คือการรวมกันของการลดน้ำหนัก + พยายามดึงเอาท์พุทพลังงานสูงสุดแบบสัมบูรณ์และผลของการประนีประนอมระหว่างสองเป้าหมายและความน่าเชื่อถือ ความสำเร็จของรถแข่งนั้นขึ้นอยู่กับระยะขอบที่น้อยที่สุด หากรถของคุณเร็วกว่าคู่แข่งที่ใกล้ที่สุดในแต่ละแทร็ก 0.1 วินาทีนั่นหมายความว่าจะมีค่าเท่ากับ 5 วินาทีเมื่อจบการแข่งขันรอบ 50 รอบ นั่นคือเหตุผลที่นักออกแบบรถแข่งพยายามที่จะใช้วิธีการใด ๆ ที่เป็นไปได้สำหรับพวกเขาเพื่อทำให้รถยนต์ของพวกเขาเร็วขึ้นเล็กน้อย

น้ำหนักก็มีความสำคัญอย่างมากในรถแข่ง คุณอาจคิดว่าการประหยัดน้ำหนัก 1 กรัมต่อชิ้นส่วนจะไม่ทำให้เกิดความแตกต่าง แต่ถ้าคุณสามารถบันทึกได้ 1 กรัมในแต่ละชิ้นส่วนของรถ 1,000 ชิ้นจากนั้นคุณได้บันทึก 1 กิโลกรัมซึ่งเป็นการแข่งที่มีน้ำหนักเบา รถยนต์สามารถเพิ่มประสิทธิภาพที่วัดได้ สำหรับรถแข่งเครื่องยนต์ V16 อาจมีราคาแพงกว่ามีความซับซ้อนและเชื่อถือได้น้อยกว่าความจุ V8 ที่เหมือนกัน แต่สิ่งอื่น ๆ ที่เท่าเทียมกันถ้ามันมีน้ำหนักน้อยกว่า 2% และให้พลังงานมากกว่า 2% และยังเชื่อถือได้เพียงพอ เมื่อต้องการเสร็จสิ้นการแข่งขันและทีมมีงบประมาณในการสร้างและเรียกใช้แล้ว (กฎระเบียบที่อนุญาต) พวกเขาจะใช้มัน

เครื่องยนต์ไม่ได้เป็นเพียงส่วนประกอบในรถแข่งเท่านั้น แต่เป็นหนึ่งในสิ่งที่สำคัญที่สุดในการพิจารณาประสิทธิภาพสูงสุดของรถยนต์ ในสูตร 1 ต้นทุนและความซับซ้อนที่เพิ่มขึ้นของเครื่องยนต์สูบหลายกระบอกนั้นมีน้ำหนักเกินกว่าความได้เปรียบด้านประสิทธิภาพเหนือกว่าขีดความสามารถเท่ากัน 4 เช่นกัน

ในสูตร 1 ที่ทันสมัยมีกฎระเบียบที่ซับซ้อนมากมายการออกแบบเครื่องยนต์ความน่าเชื่อถือการกู้คืนพลังงานการสิ้นเปลืองน้ำมันเชื้อเพลิงน้ำหนักรวมของรถยนต์ ฯลฯ และจำนวนกระบอกสูบและรูปแบบที่อนุญาตให้บางครั้งอาจถูกกำหนดโดยกฎระเบียบมากกว่าประสิทธิภาพ แต่ใน โดยทั่วไปเครื่องยนต์ที่ได้รับการออกแบบและสร้างมาอย่างดีหลายกระบอกสูบจะมีสมรรถนะที่เท่ากัน แต่มีกระบอกสูบน้อยลง

นอกจากคำตอบของ @Andrew Kerr: สำหรับความจุของเครื่องยนต์ที่กำหนดการเพิ่มกระบอกสูบมากขึ้นจะเพิ่มพลังงานสูงสุด
แต่มันยังเพิ่มการสูญเสียในหลายพื้นที่:

• ชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวได้มากขึ้นหมายถึงแรงเสียดทานมากขึ้น
• ถังขนาดเล็กหมายถึงอัตราส่วนของปริมาตรเทียบกับพื้นที่ผนังลดลงดังนั้นการสูญเสียความร้อนเพิ่มขึ้น
• มีการสูญเสียความน่าเชื่อถือที่อาจเกิดขึ้นกับชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวได้
• มากกว่ากระบอกสูบมักหมายถึงบล็อคเครื่องยนต์ที่ยาวขึ้นซึ่งทำให้ยากต่อการสร้างบล็อกที่ไม่งอเมื่อใช้เป็นส่วนโครงสร้าง (ตามปกติในสูตร 1)
• ด้วยกระบอกสูบมากกว่า 12 กระบอกสูบมันก็ยากที่จะสร้างเพลาข้อเหวี่ยงที่แข็งแรงพอ เครื่องยนต์ 8-straight บางตัวใช้เกียร์ที่อยู่ตรงกลางของเพลาข้อเหวี่ยงเพื่อส่งกำลังไปยังคลัตช์และกระปุกเกียร์

ซึ่งหมายความว่ามีจำนวนกระบอกสูบที่เหมาะสมสำหรับความจุที่กำหนด ในปี 2532 ห้ามใช้เครื่องยนต์เทอร์โบชาร์จสูตร 1 และได้รับคำสั่งให้ใช้เครื่องยนต์ขนาด 3.5 ลิตร จำนวนกระบอกสูบถูก จำกัด ไว้ที่ 12
ผู้ผลิตหลายรายใช้คอมพิวเตอร์เพื่อค้นหาจำนวนกระบอกสูบที่เหมาะสมและสร้างเครื่องยนต์ V10 ปรากฎว่าที่ V12 นั้นจะมีพลังน้อยกว่า V10

โอ้และเหตุผล # 1 ที่จะไม่ใช้เครื่องยนต์หลายสูบในรถยนต์ขนาดเล็ก: ปริมาณการใช้เชื้อเพลิงเพิ่มขึ้นตามจำนวนกระบอกสูบ

และเฉพาะส่วนสุดท้ายของคำถาม:

เพียงเพราะทีมแข่งสามารถผลิตเครื่องยนต์แบบนี้ได้ประโยชน์ในการใช้เครื่องยนต์เหล่านี้แทนที่จะเป็นเครื่องยนต์ 6- หรือ 8 สูบที่มีการกระจัดสูงกว่าคืออะไร

การแข่งรถสูตรหนึ่งและคลาสอื่น ๆ นั้นมีขีด จำกัด ในการกำจัดอย่างหนัก สิ่งนี้ทำเพื่อ จำกัด กำลังเครื่องยนต์ซึ่งทำเพื่อรักษาประสิทธิภาพให้ต่ำกว่าขีด จำกัด การออกแบบของวงจรที่ใช้ (ยิ่งรถแข่งเร็วขึ้นเท่าไหร่