本田2015 F1动力单元解释道

本田汽车今天向世界首次展示了目前正在为2015年国际汽联F1世界锦标赛开发的动力装置的图像。本文描述了将要使用的Power Unit系统。

简介:为速度而造的F1赛车如何做到环保?

2014年，F1发动机和能量回收系统的规定发生了变化。将2.4升的发动机缩小到1.6升，并引入了与传统混合动力汽车类似的能量回收等环保技术。

F1赛车的技术比普通的混合动力汽车复杂得多。为时速超过300公里的赛车提供巨大动力的发动机和能量回收系统需要最先进的技术。F1的机器不仅能像普通的混合动力汽车一样再生动能，还能再生热能．

汽车制造商竞相开发更好的环保技术。本田将参与F1赛车，迎接这些挑战，创造革命性的技术。通过参加F1开发的技术赛车将反馈给量产车．

本田F1动力单元

从“发动机”到“动力装置”的变化，标志着思维的转变，从开发纯马力发动机到追求节能动力装置，通过环保技术实现最高水平的能源效率。

动能回收系统和热能回收系统这两种能量回收系统是如何工作的?

动能回收系统是KERS(动能回收系统)的发展。该系统于2009年至2013年在F1比赛中使用，其工作原理类似于雅阁混合动力和飞度混合动力的混合动力系统，通过电机和发电机将动能转化为电能。

对于发动机驱动的汽车，制动时的动能通过制动单元转化为热能。换句话说，能量是通过刹车损失的。在混合动力系统中，这些损失的能量会被电机/发电机单元以电能的形式回收，并存储在电池中，然后在加速过程中为电机提供动力。动能回收系统的电机/发电机组被称为“MGU-K”(电机发电机组-动能)．

第二个系统是热能回收系统，它捕获发动机排气产生的热能。从发动机燃烧室排出的热废气通常通过排气管排出。热能回收系统，一个电机/发电机单元，再利用热能发电。这种装置被称为“MGU-H”(电机发电机组-热)．

电源单元配置

F1赛车的动力装置位于驾驶员座位(驾驶舱)的后面，电池也位于那里。

F1规定允许一台涡轮增压器，并对其安装位置有简明的规定。涡轮增压器增加了进入发动机的空气量，这些空气被中间冷却器冷却并进入发动机的进气道。MGU-H必须连接到涡轮增压器。

2014年的新规则将燃油使用量限制在100公斤，每场比赛燃油流量限制在100公斤/小时．把燃料使用量想象为油箱的容量，燃料流量想象为从油箱流出的燃料量。每次比赛的总燃油量和最大燃油流量都是有限的。与2013年的规定相比，这些规定允许车队减少30%的燃料使用。由于燃油流量的限制，很难产生发动机动力，但较小的油箱容量要求更高的燃油效率。

F1赛车需要小心使用有限的燃料才能完成比赛。开得慢是赢不了比赛的，所以需要将少量的燃料有效地转化为动力。为了在F1比赛中获胜，发动机需要燃油效率高且动力强劲，两个能量回收系统需要被明智地利用。

每一滴汽油都必须产生最大的动力，机器必须具有F1赛车所期望的绝对速度。这些来自开发F1动力装置的技术将对未来的量产车有价值。

动力单元组件

电池

能量储存装置(电池)被用来储存能量，否则会丢失。法规限制电池尺寸在20到25公斤之间，以避免过多的开发成本。通过F1开发获得的电池开发和控制技术也将有利于未来生产混合动力汽车。

ERS控制单元

ERS(能量回收系统)控制单元是一台控制动力单元中能量如何使用的计算机。它是动力装置的大脑，它的软件决定引擎和两个mgu的表现在不断快速变化的环境和驾驶条件下。

该电池使用直流电(DC)，而MGU-K和MGU-H使用交流电(AC)。ERS控制单元包括AC/DC和DC/AC转换器，用于在电池和MGU-K / MGU-H之间转换电能。为转换效率和热管理而开发的技术很可能会用于生产混合动力汽车。

MGU-K

MGU-K将减速动能转换为电能，其功能类似于传统混合动力汽车中的电机/发电机单元。最大转速限制为50,000 rpm，输出功率为120 kW。当使用存储在电池中的电能为F1赛车提供动力时，MGU-K在592马力的发动机基础上增加了157马力。MGU-K单独产生的功率超过Fit混合动力的联合发动机和电机输出的103千瓦。

从MGU-K充电电池的电能每圈限制为2兆焦耳，电池为MGU-K供电所使用的最大能量每圈限制为4兆焦耳。

MGU-H

MGU-H将废气中的热能转化为电能，目前还未用于传统的混合动力汽车。在F1比赛中开发的MGU-H技术未来可能会用于量产汽车。

与MGU-K不同，F1规则对MGU-H没有能源使用限制。由MGU-H产生的电力可以直接馈电到MGU-K，有效地绕过了MGU-K的限制，并充分利用157马力，突出了开发一个充分利用MGU-H的系统的重要性。新的F1动力装置很大程度上取决于MGU-H的表现。

内燃机

根据2014年的新法规，2013年的2.4升常吸气V8发动机被1.6升直接燃油喷射V6涡轮增压发动机取代。发动机缩小了三分之一，气缸也减少了两个，顺应了全球小型化的趋势。

由于容量更小，气缸更少，单靠发动机就无法像以前那样强大。强制感应装置，如涡轮增压器，使发动机更紧凑，并产生与以前相同的功率。发动机小型化的目的是减小发动机的尺寸，提高燃油效率，同时产生与大型正常吸气发动机相同的功率。涡轮增压发动机可以制造得更小，燃油效率更高。

在2013年之前，F1发动机的转速限制为18000转/分，但从2014年开始，转速限制降至15000转/分，最大燃油流量上限为10500转/分。

输出与燃烧的燃料量成比例地增加，所以更高的转速燃烧更多的燃料，并在更短的时间内增加输出。通过将最大燃油流量限制在10,500 rpm，在更高的转速下只能获得相同数量的燃油流量，增加了机械阻力，降低了更高转速的优点。

过去，F1发动机的设计目的是保持更高的转速，以创造更高的输出，但新的限制将重点转移到设计更有效利用能源的发动机上。

涡轮增压器

2014年F1规则重新引入了涡轮增压发动机，这是一种强制感应的形式，以提高热效率。涡轮增压器在20世纪80年代被允许参加F1比赛，在1988年，本田的涡轮增压发动机赢得了16场大奖赛中的15场。涡轮增压发动机在第二年即1989年被禁止使用，但25年后它又被重新引入。

涡轮增压器是一种有效利用发动机排气能量的装置，由同一轴上的轴承支撑的涡轮和压气机组成。废气能量驱动涡轮为压气机提供动力，压气机反过来压缩并增加进入发动机燃烧室的空气，从而允许更多的燃烧和更高的输出。传统的涡轮增压V6发动机一般配备两个涡轮增压器，但F1规则将发动机限制在一个涡轮增压器上，要求通过其他方式获得电力。

比赛条件下的能量流

能量如何在动力装置内流动?根据F1赛车在赛道上的表现，能量会被回收，或者被用来辅助引擎。

制动

能量流与传统的混合动力汽车类似:MGU-K可以回收F1赛车制动时损失的部分动能，并将电能储存在电池中。MGU-K的最大输出是120千瓦，允许存储的能量是2兆焦耳每圈，所以F1赛车每圈需要大约16.7秒的刹车才能达到这个最大电量．

弯道加速(使用MGU-K)

F1赛车通过将MGU-K的输出加到发动机的输出上，可以更快地冲出弯道。

弯道加速(解决涡轮滞后)

当涡轮增压汽车减速时，废气流量减少，从而延迟涡轮的工作，因此加速需要额外的时间。这种小的滞后被称为“涡轮滞后”。MGU-H通过使用电机为压气机提供动力，而不需要涡轮等待废气，从而解决了这个问题．

全加速(MGU-K和MGU-H动力辅助)

涡轮增压器利用压气机将压缩空气送入发动机。在全加速状态下，输送给涡轮的废气能量会增加到一定程度，超过压气机输送给发动机的空气量。

MGU-H将多余的废气能量转化为电能，然后将其发送给MGU-K。对于MGU-H可以产生多少电量，目前还没有规定，所以MGU-K的输出可以添加到发动机的输出，而不用担心电池充电或放电电量的规则。未使用的废气能量可以有效地用于加速更快。

在弯道全速加速的情况下，电池还可以为MGU-K供电。通过这种方式，MGU-K可以在120 kW的最大输出功率下实现全加速．

来源:本田