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[F1專欄]未來F1引擎發展方向分析 |
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| 記者/Hunter Hsu |
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就在多數F1車隊仍在替2010年賽車進行第一次升級的同時，車隊科技們已經開始討論2013年的F1比賽用引擎規格。海外媒體指出多數車隊已就2013年賽季開始實施的新引擎規則達成共識，最有可能以1.5升的直列4缸雙渦輪增壓引擎來取代目前的的2.4升自然進氣V8引擎。未來F1引擎的走向「排量縮小化、效率增大化」也符合整個汽車產業的發展趨勢。
原油價格從2004年開始屢屢創新高，「高油價」成為每位車主心中揮之不去的陰影，SUV車款更因高油耗而受環保人士猛烈抨擊。在上個世紀70年代的能源危機後，歐洲國家為了抑制消費者對石油燃料的浪費，紛紛開始對汽油課徵高額稅賦以鼓勵汽車使用者與汽車製造廠思索該如何節省燃料。汽車設計師在這個問題已達成意見一致：未來汽車引擎將在輸出同樣動力的條件下體積/排氣量越縮越小，但效率卻越來越高。
 | | | F1被稱為汽車運動的代表，高耗油量 (每100公里耗油將近50公升) 卻一直遭到環保人士的抨擊。 |
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F1被稱為汽車運動的代表，高耗油量 (每100公里耗油將近50公升) 卻一直遭到環保人士的抨擊。最近5年FIA持續推動F1引擎規格改革，不但排氣量由過去的3.0升縮小到2.4升，汽缸排列也由過去的V10轉變為到目前的V8排列。2013年新版F1引擎規則即將付諸實施，早在2008年FIA即表示2011年的F1賽車用引擎排氣量將再次降低 (計畫使用排氣量1.3升至1.5升之間的四缸引擎) ，在F1賽道內超過30年的V型汽缸排列方式可能就此寫下句點，但這項提案為了減少F1車隊開支而順延至2013年。經過協商之後，多數隊伍對2013年使用排量1.5升的渦輪增壓引擎持贊成態度。引擎排氣量或許降低，但效率卻更高，透過導入引擎餘熱回收技術 (高燃燒效率引擎) 及引擎廢氣能量回收技術 (渦輪增壓系統) ，引擎燃燒效率將比目前提升20％以上。加上煞車能量回收/Hybrid油電混合動力系統提供的額外動力 (瞬間可輸出近100匹馬力) ，F1賽車的油耗表現將可提升一倍以上。而從帳面規格上來看，F1賽車引擎的動力輸出也仍可維持與目前相差不多的水準。
 | | | Volkswagen集團的1.4升TSI機械增壓—渦輪增壓汽油引擎已經取代了過去排氣量2.0升的動力系統。 |
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「引擎排氣量縮小」也是目前汽車產業的發展趨勢，在引擎工程師的努力下，更高燃油效率的引擎還更輕更小。這給汽車造型設計及燃油經濟性提供了進步空間，另一個好處是有了更輕的引擎，煞車和懸吊系統的負擔也比以往減輕，這可進一步降低車身重量。這種演進趨勢已在汽車產業內清楚呈現，Volkswagen集團的1.4升TSI機械增壓—渦輪增壓汽油引擎已經取代了過去排氣量2.0升的動力系統。Honda車廠將「高燃油經濟性」、「更清潔的廢氣」和「駕駛樂趣」完美結合，2001年Honda研發出1.3升i-DS (智慧化雙火星塞序列點火) 引擎並於Fit車型上使用，這具引擎的動力輸出與1.6升排氣量的對手相比亦毫不遜色。
並不只有Volkswagen與Honda車廠押注在小型化引擎身上，2007年9月的法蘭克福國際車展中，全球最大的引擎零件製造商Mahle集團向大眾展示了1.2升排氣量、出力可達到200匹馬力 (註：搭配渦輪增壓器之後，自然進氣輸出也可達160匹) 以上的三缸汽油/柴油引擎系列，打破了過去被普遍認為「1升排氣量輸出100匹馬力」的引擎動力上限經驗法則！Mahle集團表示此系列引擎不久後可正式量產，Mercedes車廠也正在評估將之搭載於C-Class轎車內的可行性。
 | | | 過去使用Ford DFV引擎的年代，F1車隊的引擎開支十分低廉。 |
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若想突破傳統汽油引擎行程 (稱為OTTO Cycle) 高燃燒溫度的熱力學限制，將引擎燃燒效率再顯著提高 (這裡指的是提升30%以上) ，唯一的解答就是HCCI燃燒技術。由於電腦自動控制的技術突飛猛進，過去被視為高度挑戰的「精確控制噴油量」目標今日已能夠輕鬆達成。還可自由切換「分層注油」和「均勻注油」模式，利用電腦晶片控制噴射當前所需的燃料量，在油門半開狀態下，分層注油方式可充分發揮燃油經濟效益，因為此時只有火星塞周圍才需要富含汽油可觸發的油氣混合物，而引擎燃燒室的其他部分只需注入含高比例空氣的油氣混合物。
 | | | 21世紀初期私人F1隊伍每年需要支付超過2500萬美元以取得比賽用引擎。 |
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除了確定F1引擎發展方向之外，各隊也希望繼續降低F1比賽引擎使用成本。Mercedes車廠競技部門總監Norbert Haug希望在規劃下一代引擎規則時能優先考慮小車隊的負擔而不是汽車製造商。從上個世紀1990年代開始，私人F1隊伍為了取得比賽用引擎支付了無可置信的價碼。2002年Alain Prost在Prost車隊宣布破產後曾說過「高昂的引擎使用費」是車隊破產主因，他怎麼也想不透為什麼在他還是賽車手的年代能用10萬美金的價碼買到一具Ford Cosworth DFV 3.0 V8比賽引擎，到了他當車隊經理的時候一年卻要付出2500萬美金給Ferrari車廠。2003年Jordan與Minardi車隊的比賽預算在4500到6000萬美金上下，他們卻都要支付2500萬美金給Cosworth引擎廠 (超過年度預算的40%) 。在F1凍結引擎發展及提供白牌引擎供應商之後，目前F1比賽引擎使用成本已經降至每年700萬歐元的水準。
事實上，比賽引擎成本沒有絕對的高或低，這很大程度取決於比賽的強度 (與規定) 。初級方程式賽事只要透過更換零件，整季使用一具引擎也不是很困難的事。大西洋對岸的北美單座賽車CART系列賽一年的引擎使用費就只有600萬美金上下。在各隊與FIA都對未來引擎發展方向有所共識之下，未來這項比賽的發展空間將更大、車隊經營也有望更為健康。
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