在F1的世界里,动力系统的每一个细节都为极致性能而生。为什么在民用车上常见的正时皮带或正时链条,在F1发动机上却完全被抛弃?这背后不仅是速度与精度的较量,更是技术与成本之间的权衡。
在F1赛车发动机中,气门的正时控制并不依赖于正时皮带或正时链条,而是通过固定的齿轮来完成。仔细看看F1那些高性能发动机,就会发现它们与民用车存在不少显著差别。
例如:
这些新技术是近几年才进入F1的,但有些差异则存在已久。例如,正时链条和皮带在F1中最后一次出现还是在上世纪80、90年代,之后它们被布置在发动机前端的刚性齿轮系统取代。
在民用活塞发动机中,正时皮带或链条依然是主流方案,用来连接曲轴、凸轮轴及其他辅助系统。那么,为什么F1要走一条不同的路?
梅赛德斯-奔驰的工程师给出了多个理由,其中最重要的是——性能。通过齿轮连接,凸轮轴乃至气门的控制精度更高。在高性能环境中,这种精确性是挖掘燃烧效率、提升输出的关键因素。换句话说,我们更应该问:“为什么这种技术没有被应用到量产车上?”
答案很简单:无论是开发、制造工艺,还是所用材料,成本都很高,不适合量产车。对于民用车而言,追求的是耐用性与成本效率,而不是极限性能。
有人会提到高转速是链条或皮带的短板,这在过去确实如此。早期的自然吸气V10发动机可以轻松转到 20000 转/分,这对于皮带或链条来说几乎不可能承受。不过,现在的F1涡轮混动发动机转速已降至规定的上限15000 转/分,而且在实际比赛中,出于燃油限制和耐久性考虑,发动机多在12500 转/分钟附近达到功率“平台期”。即便如此,工程师们依旧不会考虑回归链条或皮带——即使转速允许,它们的精度与耐久性依然无法与齿轮系统匹敌。
齿轮驱动的凸轮轴系统如果制作精良,能够在高转速下保持极高的精度和耐用性。然而,其高昂的成本使它在量产车中罕见应用。一旦使用,它比正时皮带更耐用,而正时皮带即便面对如今较低的F1转速,也很可能难以胜任。