왜 포뮬러 1 자동차는 많은 부피가 작은 실린더가 장착 된 엔진을 사용합니까?

3.0L V8 또는 2.4L V8과 같은 엔진을 사용하는 Formula 1의 이점은 무엇입니까?

작고 많은 실린더 엔진을 생산 차량에 배치하는 것이 실용적이지 않은 이유에 대한이 Reddit 토론 을 읽었습니다 . 대부분의 추가 및 고품질 구성 요소로 인해 비용이 많이 듭니다.

레이스 팀 이 이와 같은 엔진을 생산할 수 있다고해서 변위가 높은 6 기통 또는 8 기통 엔진 대신이 엔진을 사용하면 어떤 이점이 있습니까?

F1 팀이 특정 엔진 변위와 실린더 수를 사용하는 이유에 대한 대답은 기술적 인 것이 아닙니다. 그것은 스포츠의 규칙에 의해 지배됩니다.

여기서 F1 엔진의 이력을 볼 수 있습니다 . 동일한 출처에서 2014/2015 년 :

1.6 리터, 6 기통 싱글 터보, 에너지 회수 및 연료 제한, 2.4 리터 일반적 흡기 V8 대체, 연료 효율 35 % 증가, 에너지 복구 시스템의 전력이 2 배 증가, 전체 전력은 약 750bhp로 유지됩니다. ).

레이스 및 고성능로드 카 엔진은 궁극적 인 성능보다 비용과 신뢰성을 최적화하도록 설계된 엔진에 비해 전체 용량과 관련하여 종종 더 많은 수의 실린더를 가지고 있습니다.

여러 실린더 엔진이 동일한 입방 용량으로 더 많은 출력을 생성하는 이유는 다음과 같습니다.

1. 더 작은 보어 x 스트로크 = 더 작은 피스톤 + 더 작은 커넥팅로드 + 더 가벼운 크랭크 샤프트 = 더 적은 질량의 각 스트로크에서 가속 = 더 빠른 회전 / 최대 맥스 RPM = 더 많은 힘 = 더 높은 최고 속도 + 더 빠른 가속.
2. 더 많은 실린더 = 더 많은 밸브 = 더 높은 연료 처리량 = 더 큰 출력.

멀티 실린더 엔진의 단점은 다음과 같습니다.

1. 더 큰 제조 복잡성.
2. 더 큰 비용.
3. 서비스 난이도가 높아지고 서비스 간격이 짧아집니다.
4. 성능을 최적화하기 위해 엔진을 설정하고 튜닝하는 데있어 복잡성과 난이도가 높아집니다.
5. 신뢰성 및 견고성 감소

요즘 포뮬러 1에는 상당히 엄격한 신뢰성 규정이 있으며 비용을 통제하기 위해 한 시즌에 너무 많은 엔진을 교체 해야하는 팀에 대한 처벌이 있지만 일반적인 원칙으로 이상적인 경주 용 자동차 엔진은 결승선!

물론 엔진을 정확히 설계하는 것은 불가능하지만 역사적으로 레이싱 엔진은 의도 한 설계 범위 내에서 사용될 때 매우 강력하지만 (예 : 수십 마일마다 완전히 재구성, 수 천마일 후에 폐기 됨) 봉투를 소량이라도 초과하면 눈에 띄게 증가합니다. (예 : 서비스가 부족하거나 과도하게 개조 된 경우)

그 이유는 무게 절약 + 절대 최대 전력 출력을 추출하려고 시도하는 것, 그리고이 두 목표와 신뢰성 사이의 타협의 결과입니다. 경주 용 자동차의 성공은 가장 작은 여백에 달려 있습니다. 자동차가 특정 트랙에서 가장 가까운 라이벌보다 지속적으로 0.1 초 빠르면 50 랩 레이스가 끝날 때 5 초 리드와 같습니다. 그렇기 때문에 레이싱 카 디자이너는 자동차를 조금만 더 빨리 만들기 위해 가능한 수단을 사용할 수 있습니다.

경주 용 자동차의 무게 또한 엄청나게 중요합니다. 하나의 구성 요소에 1 그램의 무게를 저장해도 아무런 차이가 없다고 생각할 수 있지만 자동차의 1000 개의 구성 요소 각각에 1 그램을 저장할 수 있다면 총 1 킬로그램을 저장했습니다. 자동차, 측정 가능한 성능 향상을 만들 수 있습니다. 레이싱 카에서 V16 엔진은 동일한 용량 V8보다 비싸고 복잡하고 신뢰성이 떨어질 수 있지만 무게가 2 % 적고 2 % 더 많은 전력을 생산하고 여전히 충분히 신뢰할 수 있다면 다른 모든 것은 동일합니다. 레이스를 끝내고 팀은 그것을 만들고 운영 할 예산을 가지고 있으며, (규정에 따라) 사용할 것입니다.

엔진은 경주 용 자동차의 유일한 구성 요소는 아니지만 자동차의 최고의 성능을 결정하는 데 가장 중요한 요소 중 하나입니다. 공식 1에서, 여러 실린더 엔진의 추가 된 비용과 복잡성은 예를 들어 동일한 용량에 비해 성능 이점보다 훨씬 중요합니다.

현대식 1에는 엔진 설계, 신뢰성, 에너지 회수, 연료 소비, 자동차의 전체 중량 등을 규제하는 복잡한 규정이 많이 있으며, 허용되는 실린더 수와 레이아웃은 때때로 성능보다는 규정에 의해 정의 될 수 있습니다. 일반적으로 잘 설계되고 제작 된 많은 실린더 엔진은 동일한 용량 중 하나를 수행하지만 실린더 수가 적습니다.

@Andrew Kerr의 답변 외에도 주어진 엔진 용량에 대해 더 많은 실린더를 추가하면 피크 전력이 증가합니다.
그러나 여러 영역에서 손실이 증가합니다.

• 움직이는 부분이 많을수록 마찰이 커집니다.
• 실린더가 작을수록 부피 대 벽 면적의 비율이 낮아져 열 손실이 증가합니다.
• 여분의 움직이는 부품에 대한 잠재적 인 신뢰성 손실이 있습니다
• 더 많은 실린더는 종종 더 긴 엔진 블록을 의미하므로 구조 부품으로 사용될 때 휘지 않는 블록을 만들기가 어렵습니다 (공식 1에서와 같이).
• 12 개 이상의 실린더를 사용하면 충분히 강한 크랭크 샤프트를 만드는 것이 어려워집니다. 일부 직선형 8 엔진은 크랭크 샤프트 중간에 기어를 사용하여 클러치와 기어 박스에 동력을 전달했습니다.

이는 주어진 용량에 대해 최적의 실린더 수가 있음을 의미합니다. 1989 년 포뮬러 1은 터보 차저 엔진을 금지하고 3.5 리터 자연 흡기 엔진을 의무화했습니다. 실린더 수는 12 개로 제한되었습니다.
일부 제조업체는 컴퓨터를 사용하여 최적의 실린더 수를 찾고 V10 엔진을 구축했습니다. 그 용량에서 V12는 V10보다 덜 강력합니다.

아, 그리고 작은 차량에 많은 실린더 엔진을 사용하지 않는 가장 큰 이유는 연료 소비가 실린더 수와 함께 증가한다는 것입니다.

그리고 구체적으로 질문의 마지막 부분에 :

레이스 팀이 이와 같은 엔진을 생산할 수 있기 때문에 변위가 높은 6 기통 또는 8 기통 엔진 대신 이러한 엔진을 사용하면 어떤 이점이 있습니까?

포뮬러 원 및 기타 레이스 클래스에는 변위에 대한 제한이 있습니다. 이는 엔진 출력을 제한하기 위해 수행됩니다. 엔진 성능은 사용하는 회로의 설계 제한 아래로 성능을 유지하기 위해 수행됩니다 (레이싱 카가 빠를수록 유출 영역을 더 크게 만들어야합니다).