F1动力系统概览
观赏了上周的2019F1巴林大奖赛后，我注意到勒克莱尔因动力故障而痛失职业生涯中的首个冠军，这激发了我对F1动力系统的浓厚兴趣。为了深入了解，我在官网Inside F1栏目中找到了一篇关于动力系统的详尽介绍——《动力单元和能量回收系统》。这篇文章揭示，尽管内燃机曾长期担任一级方程式赛车的心脏地位，但如今它仅是F1赛车复杂动力单元中的一环。而能量回收系统，这一集成于1.6升V6涡轮增压引擎上的关键技术，对赛车的推进性能产生了深远影响。该系统通过高效收集并重新分配赛车在行驶过程中产生的废气排放和刹车热能，显著提升了动力单元的整体效率。
【内燃机的角色变化】
内燃机，作为整车的一个关键受力构件，被稳固地安装在碳纤维“桶”上。尽管其尺寸紧凑，转速被限定在15000rpm，但凭借燃油直喷、涡轮增压等尖端技术，它却能迸发出约700匹的强大马力。长期以来，内燃机是F1赛车的核心，但如今随着技术进步，它已成为整体动力单元的一部分，与能量回收系统共同提升效率。
【能量回收系统的演变】
而能量回收系统（ERS）则能额外提供160匹马力，使得新的动力单元不仅与成功的2.4升V8引擎相匹敌，更在效率上有所提升，燃料消耗减少了约35%。这种新型动力单元与20世纪50年代早期的F1引擎已截然不同。那时，F1引擎的输出功率仅为100马力/升，与现代高性能车相当。ERS的引入不仅增加动力，还提升能效，现在比早期系统强大数倍。随着技术的发展，到20世纪70年代，F1赛车迎来了首个“涡轮时代”，1.5升涡轮增压引擎应运而生，随之而来的是升功率高达750马力的引擎。然而，在1989年重回自然吸气时代后，这一数字曾短暂回落。但不久后，引擎输出功率便重返千匹大关。到了2005年，即3.0升V10引擎的谢幕之年，某些车队已能生产出升功率超过300匹马力的引擎。
现代F1动力单元的细节
1. 能量回收系统（ERS）结构与功能
在2006年至2013年的2.4升V8引擎时代，虽然功率输出下降了约20%，但动能回收系统（KERS）的引入为赛车提供了额外的助力。该系统能回收刹车时的废能，并将其转化为电能，从而为赛车每圈提供约6秒多的额外80匹马力。如今，ERS技术更上一层楼，储存的能量是过去的两倍，性能提升也达到了惊人的10倍左右。它包含两个电动发电机单元（MGU-K和MGU-H），一个储能单元（电池组）以及电子控制单元。ERS包含两个电动发电机单元，储能单元和电子控制单元，将机械和热能转换为电能。
2. ERS组件及其合作
MGU-K（其中“K”代表动能kinetic）的工作原理与前代KERS相似，它能够将刹车时产生的动能高效转化为电能，避免以热能形式浪费。在加速时，MGU-K则作为马达，从电池中向传动系统提供高达120千瓦（约160马力）的功率。而MGU-H（其中“H”代表热量heat），它是一个与涡轮增压器相连的能量回收单元。它能将废气中的热能转化为电能，这些电能既可以供给MGU-K使用，从而反馈到传动系统，也可以储存在电池中以备后用。与MGU-K每圈仅能回收2MJ能量的限制不同，MGU-H在回收能量上没有上限。此外，它还负责控制涡轮的加速和减速，从而减少了涡轮迟滞的问题，这一功能甚至取代了传统的废气旁通阀。MGU-K和MGU-H分别回收动能与热能，两者协同工作提高能量转换和赛车动力。
3. 比赛规则与车手操作
在F1的现行规则下，动力单元由六个独立部件组成，其中包括四个ERS部件以及内燃机和涡轮增压器。**如果车手使用超出配额限制的任何部件，都将面临5到10个位置的发车位罚退。**比赛中，车手们可以通过方向盘来切换不同的动力单元设置或调整ERS的能量回收速度。这些操作都由标准电控单元进行控制和调节，对所有F1赛车而言都是强制性的。尽管车手们似乎能够操控一切，但他们实际上无法自行启动赛车。与民用车辆不同，F1赛车没有车载启动系统，必须在维修区或发车位使用独立的启动装置来启动引擎。动力单元由多个部件组成，超出限制将受罚；车手需通过电控单元调整设置，启动需外部装置。为确保安全，每辆F1赛车都配备了ERS状态灯。当赛车停下或在维修区时，这些状态灯可以提醒赛道工作人员和机械师车辆的电气安全状态。如果车辆处于安全状态，位于防滚环和后尾灯上的绿灯会亮起；若车辆处于不安全状态，红灯则会亮起。在动力单元关闭后，这些状态灯必须持续点亮至少15分钟。
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