Warum verwenden Formel-1-Autos Motoren mit vielen volumetrisch kleinen Zylindern?

Was ist der Vorteil für die Formel 1 mit Motoren wie einem 3.0L V8 oder einem 2.4L V8?

Ich habe diese Reddit-Diskussion darüber gelesen, warum es nicht praktisch ist, kleine Vielzylindermotoren in Serienautos einzubauen. Kosten vor allem aufgrund der vielen zusätzlichen und qualitativ hochwertigeren Komponenten, die darin enthalten sein müssen.

Nur weil sich Rennteams die Herstellung solcher Motoren leisten können , welchen Vorteil hat die Verwendung dieser Motoren anstelle von 6- oder 8-Zylinder-Motoren mit höherem Hubraum?

Die Antwort darauf, warum F1-Teams einen bestimmten Hubraum und eine bestimmte Zylinderzahl verwenden, ist keine technische. Es unterliegt den Regeln des Sports.

Hier können Sie die Geschichte der F1-Motoren sehen . Aus derselben Quelle für 2014/2015:

1,6-Liter-Sechszylinder-Einzelturbos mit Energierückgewinnung und Kraftstoffbeschränkungen als Ersatz für 2,4-Liter-V8 mit Saugmotor, Steigerung der Kraftstoffeffizienz um 35%, Verdoppelung der Leistung von Energierückgewinnungssystemen, Gesamtleistung bei ca. 750 PS. ).

Renn- und Hochleistungs-Straßenautomotoren haben im Verhältnis zur Gesamtkapazität häufig eine höhere Anzahl von Zylindern als Motoren, die zur Optimierung von Kosten und Zuverlässigkeit gegenüber der Endleistung ausgelegt sind.

Die Gründe, warum Mehrzylindermotoren bei gleichem Hubraum mehr Leistung produzieren, sind:

1. Kleinere Bohrung x Hub = kleinere Kolben + kleinere Pleuel + leichtere Kurbelwelle = weniger Masse zum Beschleunigen bei jedem Hub = schnellere Drehzahl / höhere maximale Drehzahl = mehr Leistung = höhere Höchstgeschwindigkeit + schnellere Beschleunigung.
2. Mehr Zylinder = mehr Ventile = höhere Kraftstoffdurchsatzrate = höhere Leistung.

Zu den Nachteilen von Mehrzylindermotoren gehören:

1. Höhere Komplexität der Herstellung.
2. Höhere Kosten.
3. Erhöhte Wartungsschwierigkeiten und kürzere Wartungsintervalle.
4. Höhere Komplexität und Schwierigkeit beim Einrichten und Einstellen der Engine zur Optimierung der Leistung.
5. Reduzierte Zuverlässigkeit und Robustheit.

Heutzutage gibt es in der Formel 1 ziemlich strenge Zuverlässigkeitsvorschriften und es gibt Strafen für Teams, die in einer Saison zu viele Motoren austauschen müssen, um die Kosten zu kontrollieren. Grundsätzlich ist der ideale Rennwagenmotor jedoch einer, der sich unmittelbar nach dem Überqueren des Motors auflöst Ziellinie!

Natürlich ist es unmöglich, einen Motor so genau zu konstruieren, aber historisch gesehen werden Sie feststellen, dass Rennmotoren extrem stark sind, wenn sie innerhalb ihrer vorgesehenen Designhülle verwendet werden (z. B. alle paar Dutzend Meilen komplett neu aufgebaut, nach ein paar tausend Meilen verschrottet), aber dazu neigen, zu blasen spektakulär nach oben, wenn sie den Umschlag nur um einen kleinen Betrag überschreiten. (zB wenn unter gewartet, überdreht usw.)

Der Grund dafür ist eine Kombination aus Gewichtsersparnis und dem Versuch, die absolute maximale Leistung zu ermitteln, sowie das Ergebnis des Kompromisses zwischen diesen beiden Zielen und der Zuverlässigkeit. Der Erfolg von Rennwagen kann von den kleinsten Margen abhängen. Wenn Ihr Auto auf einer bestimmten Strecke konstant 0,1 Sekunden schneller ist als sein nächster Rivale, entspricht dies einem Vorsprung von 5 Sekunden am Ende eines 50-Runden-Rennens. Deshalb werden Rennwagendesigner versuchen, alle ihnen zur Verfügung stehenden Mittel einzusetzen, um ihre Autos ein bisschen schneller zu machen.

Das Gewicht ist auch bei einem Rennwagen unglaublich wichtig. Sie könnten denken, dass das Einsparen von 1 Gramm Gewicht bei einer Komponente keinen Unterschied macht. Wenn Sie jedoch 1 Gramm bei jeder der 1000 Komponenten eines Autos einsparen können, haben Sie insgesamt 1 Kilogramm eingespart, was bei einem leichten Rennen der Fall ist Auto, kann eine messbare Leistungssteigerung machen. Bei einem Rennwagen ist ein V16-Motor zwar teurer, komplizierter und weniger zuverlässig als der V8 mit gleicher Kapazität, aber alle anderen Faktoren sind gleich, wenn er 2% weniger wiegt und 2% mehr Leistung produziert und dennoch zuverlässig genug ist Um Rennen zu beenden und das Team hat das Budget, um es zu bauen und zu betreiben, werden sie es verwenden (sofern die Vorschriften dies zulassen).

Der Motor ist nicht die einzige Komponente eines Rennwagens, aber eine der wichtigsten für die Bestimmung der Endleistung des Autos. In der Formel 1 werden die zusätzlichen Kosten und die Komplexität von Mehrzylindermotoren bei weitem durch ihren Leistungsvorteil gegenüber beispielsweise 4 bei gleichem Hubraum bei weitem aufgewogen.

In der modernen Formel 1 gibt es viele komplexe Vorschriften, die das Motordesign, die Zuverlässigkeit, die Energierückgewinnung, den Kraftstoffverbrauch, das Gesamtgewicht von Autos usw. usw. regeln, und die Anzahl der zulässigen Zylinder und das zulässige Layout können manchmal eher durch Vorschriften als durch Leistung definiert werden Im Allgemeinen leistet ein gut konstruierter und gebauter Mehrzylindermotor eine Leistung mit der gleichen Leistung, jedoch mit weniger Zylindern.

Zusätzlich zu der Antwort von @Andrew Kerr: Bei gegebener Motorleistung erhöht das Hinzufügen weiterer Zylinder die Spitzenleistung.
Es erhöht aber auch die Verluste in mehreren Bereichen:

• Mehr bewegliche Teile bedeuten mehr Reibung.
• Kleinere Zylinder bedeuten, dass das Verhältnis von Volumen zu Wandfläche abnimmt, sodass die Wärmeverluste zunehmen.
• Die zusätzlichen beweglichen Teile verlieren möglicherweise an Zuverlässigkeit
• Mehr Zylinder bedeuten oft auch einen längeren Motorblock, was es schwierig macht, einen Block zu bauen, der sich nicht biegt, wenn er als Bauteil verwendet wird (wie in der Formel 1 üblich).
• Mit mehr als 12 Zylindern wird es schwierig, eine Kurbelwelle zu bauen, die stark genug ist. Einige Straight-8-Motoren verwendeten ein Zahnrad in der Mitte der Kurbelwelle, um die Kraft auf Kupplung und Getriebe zu übertragen.

Dies bedeutet, dass es für eine bestimmte Kapazität eine optimale Anzahl von Zylindern gibt. 1989 verbot die Formel 1 Turbomotoren und forderte einen 3,5-Liter-Saugmotor. Die Anzahl der Zylinder war auf 12 begrenzt.
Mehrere Hersteller verwendeten Computer, um die optimale Anzahl von Zylindern zu finden, und bauten V10-Motoren. Es stellt sich heraus, dass bei dieser Kapazität ein V12 weniger leistungsstark wäre als ein V10.

Oh, und der Hauptgrund, in Kleinwagen keine Mehrzylindermotoren zu verwenden: Der Kraftstoffverbrauch steigt mit der Anzahl der Zylinder.

Und speziell zum letzten Teil der Frage:

Nur weil sich Rennteams die Herstellung solcher Motoren leisten können, welchen Vorteil hat die Verwendung dieser Motoren anstelle von 6- oder 8-Zylinder-Motoren mit höherem Hubraum ?

Die Formel 1 und andere Rennklassen haben eine harte Verdrängungsgrenze. Dies geschieht, um die Motorleistung zu begrenzen. Dies geschieht, um die Leistung unter den Auslegungsgrenzen der von ihnen verwendeten Schaltkreise zu halten (je schneller ein Rennwagen ist, desto größer müssen die Abflussbereiche sein).