【原】「黑科技」熱效率45%！最先進的F1引擎奔馳造

AutoLab 2020-10-23

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如果未來的民用車也能像F1一樣，使用熱交換器將渦輪的排氣方面的廢熱收集，并加以電氣化的利用，那么45%甚至更高的熱效率并非是夢想。

文 ▍阮錦程

21世界最寶貴的是什么——效率！

不到30歲，王思聰可以那么成功，而很多人還在為生計而奔波，這就是不同效率！任何事情都存在效率，運動的車輛也是為效率而生，新能源之所以環(huán)保，不應(yīng)該只是把尾氣排放由城市轉(zhuǎn)移在郊外發(fā)電廠那樣簡單（一不小心我又說出了事實），還應(yīng)該是效率比傳統(tǒng)內(nèi)燃機更高才對。

我實在不想提萬惡的內(nèi)燃機，因為這是一種很沒有效率的機械。不得不說的事實是，現(xiàn)在最好的四沖程內(nèi)燃機熱效率只有30%，而且這個效率從內(nèi)燃機發(fā)明到現(xiàn)在也提高不了多少。

“熱效率”通俗地理解，就是引擎能夠在多大程度上將燃油的能量轉(zhuǎn)化為推動汽車前車的功率，也就是我們只能用到30%的能量，其它70%都通過熱力流失和機械摩擦等方式損耗掉了。

當(dāng)今代表著內(nèi)燃機最高科技的，必然是不惜重金打造的賽車引擎，而處在賽車金字塔最高端的是F1賽車。

但這種世界上最昂貴的引擎卻很長時間是以3.0L V10形式，后來又改成了2.4L V8，然后引擎制造商們興致勃勃地談?wù)撝麄兊囊孓D(zhuǎn)速可以達到18000轉(zhuǎn)甚至更高！

同學(xué)們，請問多少人開車會把轉(zhuǎn)速提到4000轉(zhuǎn)的，18000轉(zhuǎn)跟我們民用車一毛錢都沒關(guān)系，還有你家的車是V8的嗎？至于油耗，呵呵他們都不好意思提了。

不過從2014年開始，F(xiàn)1的引擎就有了翻天覆地的變化，大膽地引入了1.6L V6渦輪增壓混合動力引擎。

引擎的轉(zhuǎn)速上限將從V8時代的18000轉(zhuǎn)，降至15000轉(zhuǎn)，渦輪轉(zhuǎn)速125000轉(zhuǎn)，而燃油直噴技術(shù)最大噴射壓力達到了500巴。正確來說，你不能把這樣的F1動力簡單稱之為“引擎”，而應(yīng)該稱它為“動力單元”，因為新動力單元引入一個能量回收系統(tǒng)——ERS。

之前F1已經(jīng)有一個單純的動能回收系統(tǒng)——KERS，通過一套緊湊的發(fā)電機/電動機系統(tǒng)回收后軸的制動能量，這與現(xiàn)在大部分市面上的民用混合動力車型原理是一樣的。但新的ERS就更進一步了，除了原來的KERS系統(tǒng)外，還會使用另一套電機與渦輪和熱交換器相連，把引擎多余的熱能轉(zhuǎn)化成電能儲存起來。

舉個例子來說，V8時代的KERS系統(tǒng)，車手每圈能獲得持續(xù)7秒80馬力的額外動力輸出。而2014版的ERS系統(tǒng)車手每圈可以獲得持續(xù)長達33秒，功率高達161馬力的額外動力輸出！不僅如此，新的動力單元比以前節(jié)省了30%的燃油，在V8時代F1攜帶的跑完全程的燃油約為150公斤，而現(xiàn)在只需要攜帶100公斤。

后來發(fā)生的故事就比較狗血，因為在新的動力單元年代，梅賽德斯AMG車隊?wèi){借的動力的優(yōu)勢，已經(jīng)完完全全統(tǒng)治了F1整整兩個賽季，搞得其它車隊怨聲載道，車迷也吐槽挺多。

暫且拋開比賽的精彩程度不看，如果我們只專注于科技的進步，就會發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在的F1引擎突然已經(jīng)有了質(zhì)的飛躍。梅賽德斯-AMG高性能（AMG-HPP）動力系統(tǒng)執(zhí)行總監(jiān)安迪-科維爾（Andy Cowell）說到，梅賽德斯現(xiàn)在使用的F1引擎的熱效率已經(jīng)達到45%。

而就在兩年前的2013年，當(dāng)時奔馳也提供了賽場上最出色的是V8引擎，而當(dāng)時的V8引擎的熱效率僅為29%。甚至有數(shù)據(jù)顯示，自從1876年首臺汽油機問世以來，到2013年的熱效率的數(shù)值僅僅提高了12%。但在僅僅兩年間，梅賽德斯V6動力單元的熱效率較之前V8就提高了16%，這超過了以往100年間工程師們的努力！

換一句來說，內(nèi)燃機的潛力已經(jīng)被壓榨到底線了，沒有新科技術(shù)的加入，這個地球上的能源只會被內(nèi)燃機白白浪費掉。

熱效率有16%的提升，全靠新時代的渦輪增壓引擎+ ERS混合動力熱能回收系統(tǒng)的黑科技。而且這種科技還不斷完善中，在1.6L V6動力單元首先使用的2014年，奔馳的動力單元熱效率是40%，僅僅一年間就提升到了45%，要知道這副排量僅僅1.6L的動力單元就可以輸出900匹馬力。

奔馳甚至還揚言他們要向著100%的熱效率目標(biāo)而前進，果真那樣只要一點化學(xué)燃料就有讓賽車跑起來了，到時未來新能源動力之路又要被改寫？

奔馳超級引擎的優(yōu)勢，完完全全壟斷了這兩年的F1賽場，直接連累到F1精彩程度的大幅下降，甚至人們開始質(zhì)疑當(dāng)初采用1.6L V6引擎規(guī)則的正確性。

這個世界上沒有一件事能滿足所有人，當(dāng)初決定放棄自然吸氣V8引擎，也是大家決定的。因為18000轉(zhuǎn)的V8引擎已經(jīng)完全背離了民用車的發(fā)展方向，如果車廠投巨資參與F1又不能開發(fā)對民用車有幫助的技術(shù)，那么F1的意義就會降低不少，甚至據(jù)說奔馳在V8時代已經(jīng)有過退出F1的想法。而正是1.6L V6混合動力單元這種方式，與各大車廠市售的民用車技術(shù)一脈相通，才吸引了奔馳、法拉利、雷諾和本田參與到這種全新動力系統(tǒng)的研發(fā)中來。

民用汽車領(lǐng)域內(nèi)最關(guān)注的是什么？答案是動力單元的燃料使用效率，直接一點來說就是如何省油。1.6L的V6引擎的研發(fā)方向是小型化，通過采用渦輪增壓技術(shù)，讓引擎的動力輸出水平達到了以前大排量的水平，而這正與民用車用小排量渦輪增壓發(fā)展之路有共同之處。