2014年新型F1发动机的详细分析

今年，FIA一级方程式一个世界锦标赛被设定为筏的根本技术规制变更。从2014年开始，汽车将由Avant-Garde动力总成技术供电，具有强大的涡轮增压内燃机，耦合到复杂的能量回收系统。

电源输出将提升到五年多的运动中没有看到的水平，然而，两种类型的能量将推动汽车。内燃机将通过消耗传统的碳燃料产生功率，而两个电动发电机单元将从排气和制动中收获电能。这两种系统将与和谐一起工作，团队和司机平衡在整个比赛中使用两种类型的能量。

这种新技术的出现意味着“引擎”这个词不再足够：而是这项运动将参考“电力单位”。

Renault为这次技术革命提供全面准备，其能源F1-2014电源单元在法国的Viry-Chtillon总部设计和开发，准备进行轨道测试。

“大奖赛赛车是一项开创性的运动，代表了人类努力和技术创新的巅峰。从20世纪30年代的后挂发动机到20世纪80年代的地面效果，F1技术一直始终在其时期。利用尖端能源系统和高度先进的涡轮增压燃烧发动机，2014年F1仍然是其DNA。我们绝对是今年动力总成技术的先锋队。

Jean-Michel Jalinier，雷诺运动​​员总裁F1

新电源单位

关键要素：

1.6升涡轮增压V6内燃机

直接注射

最大发动机速度为15,000rpm

有效的能量回收系统采用两个电动发电机单元 - MGU-H，从排气和MGU-K恢复从制动中恢复能量的能量

恢复的电能存储在电池中

组合760bhp的最大功率输出，与之前的V8代数相同

对燃料消耗进行双重限制：燃料量限制为100公斤（2013年-35％）利用燃料流量限制为100公斤/小时最大（V8规定下的无限量） - 因此需要使用燃料和电气一圈的能量

发动机开发在本赛季中冻结，允许进行公平和公平的改变

每年允许的5个电源单位

详细：

内燃V6发动机

简而言之

V6是内燃机的简写，其气缸布置在3个3个气缸的两个堤岸，在普通的曲轴上以'V'配置布置。雷诺能量F1 V6的位移为1.6升，将制作大约600bHP，或者CLIO卢比的力量超过三倍。

挑战

与流行的信念相反，冰不是电源单元的最简单的设计，因为架构与现任V8S非常不同。由于涡轮增压器，燃烧室内的压力是巨大的 - 几乎是V8的两倍。曲轴和活塞将受到大规模应力的影响，并且燃烧室内的压力可能上升至200bar，或超过200倍的环境压力。

一个观看

涡轮增压器产生的压力可以在燃烧室内产生“敲击”，这非常难以控制或预测。如果发生这种破坏性现象，发动机将立即销毁。

直接燃油喷射

简而言之

所有电源单元必须具有直接燃料喷射（DI），其中燃料将燃料直接喷在燃烧室中，而不是进入入口阀上游的入口端口。燃料空气混合物形成在气缸内，因此在测量和从喷射器喷嘴中引导燃料时需要极大的精度。这是燃料效率和动力单元的电力输送的核心的关键子系统。

挑战

冰的中央设计选择之一是是否使得DI顶部安装（其中燃料在靠近火花塞的燃烧室顶部喷射）或侧安装（下腔室）。

一个观看

该选项仍然仍然削减汽缸，以通过角落提高效率和驾驶。

涡轮增压器

简而言之

涡轮增压器采用废气能量来增加发动机进气的密度，从而产生更多的功率。类似于在路上采用的原理，涡轮增压器允许较小的发动机比通常允许的尺寸更少于其功率。排气能量通过排气涡轮机转换为机械轴功率。然后使用来自涡轮机的机械功率来驱动压缩机，以及MGU-H（见下文）。

挑战

在最快的点处，涡轮增压器在每分钟100,000次转速旋转，或每秒超过1500次，因此产生的压力和温度将是巨大的。从排气中恢复的一些能量将被传递到MGU-H并转换为电能，将被储存，并且可以重新部署以防止在制动下的涡轮增压太大。

一个观看

由于涡轮增压器速度必须变化以匹配发动机的要求，因此当驾驶员在持续制动时驾驶员在节气门上时，可能存在扭矩响应的延迟，称为涡轮滞后。新功率单元的巨大挑战之一是将其降低到零，以匹配V8发动机的即时扭矩输送。

废气门

简而言之

在传统的涡轮发动机上，废气门与涡轮增压器结合使用以控制系统的高旋转速度。它是一种控制装置，其允许过量的废气通过涡轮机通过涡轮机并将由涡轮机产生的动力与压缩机所需的电力匹配以供应发动机所需的空气。在雷诺能量F1上，涡轮旋转速度主要由MGU​​-H控制（见下文）然而，需要一种废气门以在任何情况下保持完全控制（快速瞬态或MGU-H停用）。

标准圈

废气门与涡轮增压器有关，但辅助物品占用了很小的空间。因此，挑战是使其足够强大的，以承受巨大的压力，而足够小以适应。

一个观看

在一架飞机上，如果它们失败，则存在归类为关键的某些部分。通过这种测量，废气门是相同的：如果它失败后果将非常严重。

MGU-K.

简而言之

MGU-K连接到内燃机的曲轴。在制动下，MGU-K作为发电机运行，恢复在制动期间耗散的一些动能。它将其转换为能够在整个膝盖上部署的电力（限制为120 kW或160bhp）。在加速下，MGU-K由能量储存和/或来自MGU-H供电，并用作推进汽车的电动机。

挑战

虽然2013年，KERS失败将在比赛中的一半左右花费约0.3秒，2014年MGU-K失败的后果将更加严重，只需通过内燃机和有效地揭示汽车即可推进汽车。

一个观看

热行为是一种大规模的问题，因为MGU-K将产生三倍的热量作为V8 KERS单元。

Mgu-H.

简而言之

MGU-H连接到涡轮增压器。作为发电机，它吸收来自涡轮机轴的功率以将热能从废气转换。电能可以被引导到MGU-k或电池以供以后使用。MGU-H还用于控制涡轮增压器的速度，以匹配发动机的空气需求（例如，慢慢地慢向代替废气门或加速它来补偿涡轮滞后。）

挑战

MGU-H产生替代电流，但电池是连续电流，因此需要高度复杂的转换器。

一个观看

非常高的转速是挑战，因为MGU-H连接到涡轮增压器以高达100,000RPM的速度旋转。

电池（或能量存储）

简而言之

如果需要，可以立即消耗热量和动力能，或用于为能量存储器或电池充电。储存的能量可用于用Mgu-k推动汽车或将涡轮增压器与Mgu-H加速。与2013年KERS相比，2014年电力装置的ERS将具有两倍的功率（120千瓦与60千瓦），贡献性能的能量越大。

挑战

电池的最小重量为20kg，电动机为产生120kW的电机。每个1kg馈送6kw（一个巨大的重量比率），这将产生大的电磁力。

一个观看

电磁力可以影响传感器的精度，这是特别敏感的。平衡力量就像试图在风暴中携带一张卡片 - 一个微妙而危险的操作。

中间冷却器

简而言之

中间冷却器用于冷却发动机进气后通过涡轮增压器压缩。

挑战

2014年电源单元产生巨大的温度，因此冷却要求远远大于V8的电流。

一个观看

中间冷却器和其他散热器的整合是关键而是有效的冷却，而不包含巨大的辐射器是一个重大挑战和关键性能因素。

所有人如何融合在一起？

2014年，比赛的燃料量限制在100公斤，燃料流量限制为100千克/小时。如果宽阔的节流阀的条件和百分比使得驾驶员要求最大功率超过一小时，显然没有足够的燃料来实现比赛的结束。然而，由于汽车将被燃料和电力推动，因此两者之间的平衡将成为一个关键的成功因子，目标是最大化速度和最小化圈时间。

标准圈

在加速度下（例如，凹坑直线）内燃机将使用其燃料储备。涡轮增压器将以最大速度（100,000rpm）旋转。MGU-H将作为发电机起作用，从排气中丢失的热量和能量恢复能量，并通过到MGU-K（如果需要再充电，或者电池）。如果控制电子设备如此康颇，则连接到冰冰轴的MGU-K将充当电动机并提供额外的电源以更难以拉动或节省燃料。在直线的末端，驾驶员抬起拐角处的制动。此时MGU-K转换为发电机，并在制动事件中恢复耗散的节能，这将存储在电池中。

在制动下，MGU-H转换为电动机以保持涡轮增压器的转速足够高，以避免涡轮发动机的诅咒 - 涡轮滞后。这是在制动时在制动时经历的现象，当生产涡轮增压速度随着较低的气体而减慢时。当驾驶员加速和产生更多气体时，涡轮增压器可能需要时间返回全转速。为了防止这种滞后，MGU-H转向电机并为涡轮增压，使转速保持接近最佳。当驾驶员退出拐角并返回油门时，MGU-H返回发电机，并从有源涡轮增压器和废气拾取能量。恢复的能量可以为MGU-k供电，以保持燃料燃烧尽可能低或为电池充电。

在膝盖的过程中，将仔细监测能源收集，能源部署和（碳）燃料燃烧之间的这种平衡。

“使用两种能源需要一个智能管理，”新一代电力单元技术总监Naoki Tokunaga解释说明。“电气能源管理将与燃料管理一样重要。能源管理系统表面上取消了何时以及多少燃料从罐中取出以及何时以及何时以及多少要取出或加入电池。

“整体目标是最大限度地减少对特定能源预算的电路循环的时间。显然，如果你使用的能量较少，你将有一个慢速的时间。没关系。但是，什么不良就是受到比物理学所必需的更多的惩罚。在使用的燃料之间的关系与leape时，在物理上可以和不可能之间存在边界线 - 我们将其命名为“最小圈时间边界”。

“我们总是希望在这方面进行操作，并且尽可能地靠近不可能的。该战略是其自身的限制，即PU组件和技术法规的能力。发动机的电源输出具有自身的限制，加上MGU-K电源和电池可以提供给它的能量全部受到规则的限制。这是一个复杂的问题。因此，通过数学建模和优化决定了解决方案 - 我们称之为“电源调度”。

“因此，在系统网络中的组件之间存在复杂的能量交换，在膝盖上变化的电力水平。这对驾驶员完全看不见，因为它通过控制系统电子控制。司机将能够感受到它，但通常不需要驾驶员干预，因此他们可以在手头上专注于比赛。

“当然，将有一些驾驶员操作模式允许他覆盖控制系统，例如接收全部电力以进行超车。使用此模式自然将取决于比赛策略。理论上，您可以根据需要部署多次，但如果您使用更多的燃料或更多电能，则必须随后恢复。“完全提升”可以持续一到两个圈，但不能维持。

驾驶员不控制燃料和能量之间的平衡的事实不会以任何方式减少司机的参与，实际上他的工作将比以前的季节更复杂。他仍将在努力制动期间将汽车进行控制，管理制动，以避免转向角落，施加细腻控制，透过复杂的角落，将汽车扔进高速角落。在驾驶风格方面，可能需要进行一些调整。

'油门响应将是不同的，所以驾驶员需要重新调整，'Tokunaga解释道。“有效地，一旦驾驶员应用全部油门，控制系统管理PU的力量，旨在最小化给定能量内的时间。然而，完全油门不再意味着对全发动机电力的需求。它是驾驶员给出的PU的指示与给定的能量尽可能快地迅速去。他仍然需要使用能源系统来调整汽车的不同“感觉”。

比赛战略和竞赛管理也比过去更灵活，最佳解决方案将从电路到电路中的电路大量变化，从而取决于包括宽开放节流阀，转弯速度和汽车空气动力学配置的因素​​。

“实质上，发动机制造商用于竞争达到创纪录的权力水平，但现在将在能源管理的智能中竞争，”Tokunaga猜测。

2014年资格：平坦，一如既往

2014年，自周六的最快汽车仍将在杆子上开始，因为会话将被“平坦”运行。汽车仍将受到100公斤/小时的基本燃料流量限制，但100kg燃料限制将无关紧要，因为在一个膝盖上燃烧很少的燃料。因此，驾驶员将能够使用100％的允许燃料流量和电池储存的整个能源预算，以获​​得他的资格赛。然而，如果他选择在一圈上使用所有能量，他将无法完成两个平坦的定时圈，而是必须等到商店充电。这将导致一些偶数张先生和许多不同的战略电话。