燃油配方將成為2010年F1勝負關鍵 - 一級方程式賽車 Formula One

「從2010年開始，F1將禁止車輛在比賽中加油」在多數人看來、這或許只是今年新規則
中的一行字。但對各隊科技總監與工程團隊來說，這象徵著車輛設計方向上的大幅改變。
新規則也將影響各隊比賽戰術擬定，鮮為人知的是，由於引擎凍結研發規定，車內燃油
配方對今年賽車性能、甚至車隊勝敗的影響程度將比以往更為顯著。


「歷史反覆、循環不息」這句話看來也適用在F1系列賽上。80年代的F1系列賽是沒有
「進Pit加油」這項規定的，當時所有的F1賽車都是在賽前加滿油一路駛向終點。
自從2003年以來，F1比賽規則與排位賽規則頻繁更動。2005年賽季曾經一度禁止F1賽車在
比賽過程中換胎 (爆胎意外發生時除外) 、但允許車輛在比賽過程中進站加油。
由於「禁止比賽中途加油」規則已將近20年沒有實施，規則的改變對於新賽車的設計
是一大挑戰。


燃油對F1比賽的重要性不難了解，如果沒有燃油、F1賽車連1公尺都前進不了。
截至2009年賽季為止，一站比賽所需的油料通常分為2至4次添加，
因此車內油箱不需太大。21世紀初的F1賽車油箱容量大約是130到140公升上下，
隨著長壽引擎與汽缸減少到8缸，F1賽車的耗油量也顯著降低、油箱重量容量也因此
縮小至80到100公升左右。


從今年開始，由於車內必須裝載能夠跑完整場比賽全程的燃料，預估油箱容量
將大幅上升至240至260公升！
一般市售車的油箱在50至80公升左右，F1賽車僅600-700公斤，
車內油箱容量卻是市售車的3倍以上，可想而知比賽中油料重量的改變對
車輛操控將有不小的影響。


引擎研發規定對F1運動的競爭性與參賽預算相關度非常大，
在過去沒有限制的年代、引擎供應商甚至提供只在週六使用的「排位賽版本」引擎。
在21世紀的前幾年，引擎研發費用成為各隊年度預算內不小的開支，
每年支出3,000-4,000萬美元在此領域相當常見。


為了降低參賽開支並提升中小型隊伍的競爭力，FIA宣布從2008年開始，完全凍結
引擎發展的時期為10年。


2013年後可能討論做出改變，但只能是在所有車隊的一致同意下，
並保留未來兩年的觀察期。


完全凍結意味著對引擎特定零件的發展也沒有例外，與當前的規則要求一樣，
FIA的遠程目標是鼓勵未來F1科技發展將朝著低成本並與民用車相關的方向前進，
同時保留比賽刺激程度。


由於引擎構造與零件無法改良，改良油料配方就成為
提升引擎性能 (最大出力、可靠度及節油能力) 的關鍵要素。


相較於其他空力套件，隱身在油箱之內的F1燃油配方對多數讀者來說比較陌生，
就讓我們多著墨一些。
早期 (1950年代) FIA對於參賽車輛所使用的燃料沒有嚴格的限制，
一直到1957年之前，F1車隊可以在油箱內添加任何他們想使用的燃料。
因此參賽隊伍多選擇在汽油內添加乙醇的成分以增加散熱效果。
這裡有一份Mercedes車隊當時使用的燃料成分：
45％的苯 (benzene) 、25％的甲醇 (methyl alcohol) 、
23％的航空用輕油 (aviation fuel) 、3％的丙酮 (acetone) 與
2％的硝基苯 (nitrobenzene)，細心的讀者可能會發現有2％的成分沒有列出，
原因是直到今日Mercedes車廠仍將它視為最高機密！


這種燃料配方因為具有強烈腐蝕性而對引擎本體有很大的傷害力，
當時F1車隊在練習或是比賽結束後必須立刻將燃料抽出並將
引擎內部零件以普通汽油清洗。


這種狀況一直到了1960年燃料贊助商Shell建議FIA規定F1賽車必須使用普通汽油，
以便讓該廠方便宣傳商用產品後才開始逐漸改變。

目前FIA對於F1賽車使用油料的規定是必須完全與市售車相同，也必須符合EEC環保標準。
FIA相信這可以鼓勵油料供應商將他們的開發成果應用在市售產品上。
每支車隊在賽前都必須提供使用油料的樣本以供FIA進行檢驗。



2010年F1科技規則第19章中詳列了關於燃油配方的各種規定，
多達三頁的內容主要目的有兩個：
(a)確保F1賽車用燃油與民用車燃油兩者之間並無太大差異
(b)禁止一切可提高引擎動力輸出化學配方。

19章第三條指出F1賽車燃油內的辛莞值與氧、氮、苯、鉛含量都必須
符合歐盟的民用車燃料規定。
19章第四條則對碳氫化合物含量有所規定。
但即便是如此嚴格的規定下，ExxonMobil與Shell的競技部門仍能找出規則漏洞
以提升賽車性能，前提是要對引擎工作狀況 (Engine Mapping) 有充分的掌握。


對2010年來說，研發重點在於如何提高節油能力？
因為10公斤的燃油重量將增加單圈速度0.3秒之多，這是一個不小的差距，
倘若能減少燃油的搭載量、賽車性能即可有效提升。

新版科技規則19章第四條第四項規定今年的F1燃料必須含有5.75％的
「生物燃料」成份，但究竟該含有何類成份目前並無清楚規定，
預料未來這將成為各燃料供應商的研發重點。


除了改良燃油配方之外，降低燃油溫度是另一個努力方向。
降低燃料溫度的優勢在哪裡？
F1賽壇人士表示降低燃油溫度能夠改善引擎室燃燒效率，
這能夠帶來5至10馬力的動力優勢。

我們以HCCI引擎來作為說明範例，HCCI的名稱來自於
Homogeneous Charge Compression Ignition的縮寫，中文意思為
「均質充量壓縮點燃」技術。

從技術角度來看，HCCI引擎混合了傳統汽油與柴油引擎的部分特色，但有都與它們不同。
與傳統汽油引擎相同的是它們是向汽缸內注入比例均勻的
空氣和燃料混合氣體 (柴油引擎採用燃油直接注入汽缸內)，
但另一方面HCCI引擎採用油氣在高壓下自燃 (與柴油引擎相同)，
而非傳統汽油引擎使用的火星塞點火方式。

從熱力學效率的觀點，HCCI引擎極具潛力：
第一個優點是顯著降低的熱損耗率，由於無火星塞自燃方式的燃燒溫度較低，
震爆對燃燒室壁的傳熱也跟著降低。
另一個優點是燃燒週期短 (因為燃燒過程主要是受化學反應而不是受混合過程所主導)。
研究結果顯示HCCI引擎的熱利用效率可接近50％，
燃燒後廢氣中的微粒物與Nox含量也大幅降低。
雖然FIA不允許使用HCCI引擎結構設計，但降低燃燒溫度的優點不難從此發現。



f1.u-car.com.tw/f1-newsdetail.asp?newsid=1402

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