为什么一级方程式赛车使用具有许多体积小的气缸的发动机？

使用3.0L V8或2.4L V8等发动机的一级方程式有什么好处？

我读了Reddit的讨论，讨论为什么将小型多缸发动机放入生产汽车是不切实际的。主要是成本，因为必须加入许多额外的和更高质量的组件。

仅仅因为赛车队能够负担得起这样的发动机，使用这些发动机而不是排量更高的6缸或8缸发动机有什么好处？

F1车队使用特定发动机排量和缸数的原因不是技术问题; 它受到运动规则的支配。

你可以在这里看到F1引擎的历史。来自同一来源，2014/2015年：

1.6升，六缸单涡轮增压器，具有能量回收和燃料限制，可替代2.4升通常吸气式V8发动机，燃油效率提高35％，能量回收系统功率提高一倍，总功率保持在750bhp左右。 ）。

与设计用于优化成本和可靠性而非最终性能的发动机相比，竞赛和高性能公路车发动机通常具有相对于总容量更高数量的汽缸。

多缸发动机在相同立方容量下产生更多动力的原因是：

1. 较小的孔径x行程=较小的活塞+较小的连杆+较轻的曲轴=每次行程加速的质量较小=更快的转速/更高的最大转速=更大的功率=更高的最高速度+更快的加速度。
2. 更多气缸=更多阀门=更高的燃料吞吐率=更大的功率输出。

多缸发动机的缺点包括：

1. 制造复杂性更高。
2. 费用更高。
3. 服务难度增加，服务间隔缩短。
4. 更高的复杂性和设置和调整引擎以优化性能的难度。
5. 降低了可靠性和稳健性。

如今，一级方程式中存在相当严格的可靠性规定，并且为了控制成本而必须在一个赛季中更换过多发动机的车队将受到处罚，但作为一般原则，理想的赛车发动机是在穿越后立即解体的车辆。终点线！

当然，设计一个精确的发动机是不可能的，但从历史上看，你会发现赛车发动机在其预定的设计范围内使用时非常强劲（例如，每隔几十英里完全重建，几千英里后报废）但是往往会吹如果他们超过信封甚至少量，那就太惊人了。（例如，如果服务不足，过度加速等）

其原因在于减轻重量+试图提取绝对最大功率输出，以及这两个目标和可靠性之间的折衷结果。赛车的成功取决于最小的利润率。如果你的赛车在特定赛道上的速度始终比其最接近的对手快0.1秒，则相当于在50圈比赛结束时的5秒领先优势。这就是为什么赛车设计师会尝试使用任何可能的方法，以使他们的汽车更快一点点。

重量在赛车上也非常重要。您可能会认为在一个组件上节省1克的重量不会有任何区别，但如果您可以在每辆汽车的1000个组件上节省1克，那么您已经节省了1公斤，这在轻量级赛车上汽车，可以提高可衡量的性能。在赛车上，V16发动机可能比相同容量的V8更昂贵，更复杂且更不可靠，但所有其他条件相同，如果它的重量减轻2％并且产生2％的功率并且仍然足够可靠完成比赛，团队有预算来建立和运行它，然后（法规允许）他们将使用它。

发动机不是赛车上唯一的部件，但它是确定汽车最终性能最重要的部件之一。在一级方程式中，多缸发动机的额外成本和复杂性远远超过其性能优势，例如超过相同的直径4。

在现代一级方程式中，有许多复杂的法规，管理发动机设计，可靠性，能量回收，燃料消耗，汽车总重量等等。汽缸数量和允许的布局有时可以通过规则而不是性能来定义，但是一般来说，精心设计和制造的多缸发动机将执行相同容量之一，但气缸更少。

除了@Andrew Kerr的回答：对于给定的发动机容量，增加更多气缸会增加峰值功率。
但它也增加了几个方面的损失：

• 更多运动部件意味着更多摩擦。
• 较小的圆柱意味着体积与壁面积的比率下降，因此热损失增加。
• 对于额外的运动部件，可能会损失可靠性
• 更多的汽缸通常也意味着更长的发动机缸体，这使得当将其用作结构部件时（例如，在式1中通常的），难以构建不弯曲的块。
• 如果有超过12个气缸，就很难制造出足够强劲的曲轴。一些直8发动机在曲轴中间使用齿轮将动力传递给离合器和变速箱。

这意味着对于给定的容量，存在最佳的汽缸数。1989年，一级方程式赛车禁止使用涡轮增压发动机，并强制要求使用3.5升自然吸气式发动机。气缸数量限制在12个。
一些制造商使用计算机找到最佳气缸数，并制造了V10发动机。事实证明，在这个容量下，V12的功能不如V10。

哦，以及在小型车中不使用多缸发动机的首要原因：燃油消耗随着气缸数量的增加而增加。

特别是问题的最后部分：

仅仅因为赛车队能够负担得起这样的发动机，使用这些发动机而不是排量更高的6缸或8缸发动机有什么好处？

一级方程式和其他种族类别对排量有严格的限制。这样做是为了限制发动机功率，这样做是为了保持性能低于他们使用的电路的设计极限（赛车越快，越需要制造径流区域）。