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废气并不废 F1「排气扩散器」的创意与争议

来源:M稿生活 2020-07-08 16:04:19

车子排出来的废气,除了污染地球、加重温室效应之外,还有什幺作用?在市售的跑车或改装套件里,车尾下方的扩散器有助于加速废气向后上方排出,以帮助製造车尾的下压力,但对于空力而言,排气在这里只是扮演被动角色。不过在F1又有些不同:F1的排气管在扩散器前方,因此多了催化车尾气流的主动地位。但经过本刊今年6月号初步介绍Red Bull技术长Adrian Newey所活用的「排气扩散器」(Exhaust Diffuser)之后,你可以发现以往的概念被颠覆了:没错,排气扩散器在F1并非新花样,但它以往的运作原理最多仅是让高压的排气喷向扩散器、以推动车尾气流加速,也就是说,排气速度愈快,车尾下压力就愈大;但我们知道,排气速度与引擎转速(某方面也可以说是车速)成正比,但车子需要较大下压力的时候是在过弯,甚至入弯时还要收油,因此实际排气最高速和需要最大下压力的时机是相反的,如何克服这层矛盾?


废气并不废 F1「排气扩散器」的创意与争议在一般性能车款,排气管和扩散器原本就是搭配优化车尾的气流下压力。
收油时继续点火燃烧

Newey的改良发明就是针对这一点:他提出让车子收油时仍然能有充沛的排气喷发,维持车尾下压力以及后轮抓地力,让原本的排气扩散器变成「收油吹气扩散器」(Off-Throttle Blown Diffuser),技术上的实践方式除了6月号提过的在车手收油时自动继续供油让引擎燃烧之外,并延迟点火时间、也就是让排气门开启之后才点火,使油气燃烧实际发生在排气管里、而非汽缸燃烧室里,这样就可以让大幅膨胀的空气直接排向扩散器。到这里你可以发现:油气燃烧时机也决定了车尾的空力效果,因此FIA F1技术小组总监Charlie Whiting认定此时连油门踏板也成了空力元件的一部分,但现在F1除了超车时的可变尾翼之外,所有空力元件都规定不可动,所以儘管Red Bull通常只在排位赛第三节使用(因为在排气管内燃烧会大幅提昇排气温度,不利于车材的耐久性,同时也更耗油),FIA仍然判定这项设计属于违规。原本FIA宣布在第5站西班牙开始禁用收油吹气扩散器,但由于抄袭仿效的车队已经太多、大家反应时间过于仓促,因此FIA决定先从第8站欧洲禁止更改引擎电脑供油程式(排位赛和决赛必须使用完全相同的供油模式,也就是说:如果车队因为收油吹气扩散器产生的高热会让车子提前挂点、而在决赛时停用,那就排位赛时也不能用;若排位赛时要用,那在决赛时也得用,交给车队自己选择──但后者是不可能做到的事,因此其实只有一种选择、也就是没得选择),第9站英国正式禁止收油吹气扩散器。


废气并不废 F1「排气扩散器」的创意与争议为了彻底追求空力效果,A.Newey竟然把脑筋动到原本不属其专业领域的引擎输出。
收效不彰 禁令泡汤

到了欧洲站,完全没看出限制供油程式的效果,Red Bull仍然头排起跑、并仍然获得优胜,大家不禁进一步怀疑:都限制供油程式了,表示Red Bull已经没有实际使用收油吹气扩散器,那接下来的正式禁止,会不会仍然看不出效果?英国站,FIA为了紧急因应,却真正让世界见识了何谓朝令夕改:週四晚上,Mercedes反应这项禁令会影响他们已经使用两年、收油时仍维持八缸中的四缸继续点火以确保曲轴箱内压的设计,Renault则反应这项禁令会降低他们排气门的耐用度,因此FIA决定将禁令打折,将收油时的油门开度限制为50%就好(原禁令限制到10%),并于週五早上公布,结果引起其他车队抗议,因为Red Bull正是搭载Renault引擎,而且据说Red Bull收油时的油门开度从来也就不到50%;週六早上,FIA取消对Renault的通融、必须一体适用10%的限制;週六下午,Red Bull仍然包办排位赛前两名;週日早上,FIA建议回归欧洲站的规定、也就是仅限制供油程式,但Ferrari仍坚持全面禁用;週日傍晚,所有车队同意FIA的建议。自此底定,直到今年赛完,F1都将维持仅限制供油程式、不禁止收油吹气扩散器的决议,因此英国站闹了四天的反覆修改,最后算是白闹一场,徒增车队之间的芥蒂(週五Red Bull和McLaren的领队甚至在记者会上吵开了)。但不管规则怎幺改,其实车队最忌讳的也只是在赛季期中改,因为现行F1不准季中试车,车队根本无法预估更改结构的风险。为了彻底杜绝争议,FIA决定明年起将排气管一律改为「上排」,届时无论哪种概念的废气扩散器都将自此在F1绝迹。


废气并不废 F1「排气扩散器」的创意与争议Red Bull在英国站的失利并非限制技术之故,而是自己休停失误。
废气并不废 F1「排气扩散器」的创意与争议英国站获胜之后,Ferrari也不再坚持本季必须完全禁用收油吹气扩散器。
废气并不废 F1「排气扩散器」的创意与争议明年F1将强制规定「上排」,以彻底切割排气管和扩散器的搭配应用。

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