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为什么F1赛车都是趴在地上跑

一猫汽车网 2016-03-15 11:40:06

  对于热爱汽车运动的人,F1赛事一定是他们热衷的节目。但看到F1赛车后是否打个问号,F1赛车怎么长成这样子呢?和我们日常看到的汽车不同,F1赛车总是“趴”在路上,还有各式各样的奇怪设计,让我们捉摸不透。


  而事实上,每个设计都是为了让赛车跑得更快,操控得更好。就如类似剃须刀的前脸,巨大的尾翼,这些都是与空气动力学相关,而为什么选择“趴”在路上行驶,这个则与操控有着莫大的关系。


参考公式:F=mv*v/r(m代表质量,单位千克v代表速度,单位米每秒,r代表离心运动半径,单位米)


即F1×L1=F2×L2(动力×支点到动力作用线的距离=阻力×支点到阻力作用线的距离)

 


  这次,我们详细说说F1赛车为什么选择“趴”在路上的设计。事实上,这样的设计是为了降低重心。汽车的重心位置,主要是影响汽车在高速过弯时的安全性能,物体做圆周运动时,都有离心倾向,当汽车质量和转弯半径一定时,速度越高,离心作用越明显。离心力的作用点就是重心位置,轮胎与地面的接触点就是支点。 重心的离地高度就是力臂,根据杠杆原理,如果受力大小相等,力臂越大,所受的力矩就越大。当离心力矩大于重力力矩时,汽车就会侧翻。在离心力没有达到足以使汽车侧翻的情况下,它也会使汽车左右两侧的轮胎受力不相等。一侧轮胎受力增大,而另一侧轮胎受力减小,会严重影响汽车的操纵稳定性,甚至造成失控。所以,重心高的汽车,为了行驶安全,车速不会太高。(以上理科生可钻研,文科生可忽略)


  可以说,一辆车重心的高低对于车辆的操控十分关键。但是我们日常驾驶的汽车由于要应对不同路况,所以我们无法把家用车的底盘设计得很低,要不然,路面的坑较深、井盖突出太高或者路面有石头等物体时,汽车就无法通过,强行通过时会碰坏汽车底盘上的零件。

 


  而聪明的汽车工程师想了一个办法,它既有着家用车的离地间隙,确保通过性,也能有着和赛车一样的低重心效果,给驾驶者带来完美的操控体验,这就是水平对置发动机。


水平对置发动机是怎样工作的


  水平对置发动机的英文称为BOXER,因为水平对置发动机的汽缸分成左右两边,活塞作180度的对向运动,犹如拳击手出拳动作,因而称其为“拳击手”。这种发动机的特点是汽缸和活塞平均分布在曲轴两侧,在水平方向上左右运动。较低的重心使活塞运动产生的横向震动容易被支架吸收。发动机的重量占了整车重量的很大一部分,较低的发动机重心也能有效降低整车重心,使车辆行驶稳定性更好。左右对称布置的活塞,由于相互作用力抵消,其运动平衡性变得更好。相对于直列式发动机,在曲轴方面也取消了配重设计,曲轴重量下降,有助于转速的提升。这种发动机非常适合在追求动力性能与操控性能的运动车型上使用。但由于较高的制造难度与成本,以及水平对置发动机较宽的缸体形状,对于发动机舱的布局相对复杂。目前世界上只有保时捷和斯巴鲁在使用这种形式的发动机。

 


水平对置发动机有什么优点

低重心:水平对置发动机的最大优点是重心低。由于它的汽缸为“平放”,不仅降低了汽车的重心,较小的发动机体积还能让发动机舱设计得又扁又低,这些因素都能增强汽车的行驶稳定性和运动性。

 

低阻力:水平对置的汽缸布局是一种对称稳定结构,这使得发动机的运转平顺性比V型发动机更好,运行时的功率损耗也是最小,可以提供更强劲的输出功率与更加经济的油耗。

 

低振动:由于活塞曲轴在左右运动时产生的振动互相抵消,进而实现了低噪音、低震动。


斯巴鲁水平对置发动机的特点


  之前我们提及过一直坚持做水平对置发动机的,现在还有两个厂家,一个是保时捷,一个是斯巴鲁。而今天我们说说价格更为亲民的斯巴鲁水平对置发动机。目前斯巴鲁的水平对置发动机已经发展至第三代,除了排气门夹角改变,发动机的缸径和冲程均有所改变,不仅如此,新发动机配备正时链条系统,从而取代了旧款的正时皮带,节约了用户的使用成本,双VVT可变气门正时也经过了技术升级;装备了新的废气循环冷却系统;并且通过科技创新而大幅度减少了缸内摩擦损失,最终第三代水平对置发动机不仅动力有所提升,在燃油经济性和排放指标等方面都得到明显改善。


  斯巴鲁的第三代水平对置发动机主要是FA系列发动机,这款发动机是有FB系列发动机上衍生而来的,其诞生更晚,2011年方才开始量产,迄今为止,这一系列发动机之下实际上只有一个型号,亦即FA20型。而根据进气方式的不同,FA20型又有两个版本,自然吸气的版本和涡轮增压的版本(两者皆采用缸内直喷供油方式)。斯巴鲁将涡轮增压版本称为“FA20DIT”,而将自然吸气版本继续称作“FA20”。


  2013年的东京车展上,斯巴鲁展出了两款DIT涡轮增压系列发动机(1.6T与2.0T),其中2.0DIT发动机最大功率为220kW,峰值扭矩为400Nm。这全面超过了老款的2.5T发动机,甚至比大众全新高尔夫R搭载的第三代EA888 2.0T发动机参数(220kW/380Nm)还要先进。


  对了,说到这里,肯定很多人会问,为什么F1赛车不用水平对置发动机呢?首先水平对置发动机的最大优点重心低对于F1方程式来说这根本算不上优点,因为F1赛车的设计已经具备这一优势,其次水平对置公认的缺点就是犹豫其横置的缸体受重力影响难以充分润滑保养,对于F1这种高强度的汽车运动这是致命的,还有就是水平对置发动机一般体积较大,那么F1的悬挂则需要非常大的改动,这就是F1没有采用水平对置发动机的原因。


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