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廢氣並不廢 F1「排氣擴散器」的創意與爭議
2011.09.13 作者:CARNEWS

車子排出來的廢氣,除了污染地球、加重溫室效應之外,還有什麼作用?在市售的跑車或改裝套件裡,車尾下方的擴散器有助於加速廢氣向後上方排出,以幫助製造車尾的下壓力,但對於空力而言,排氣在這裡只是扮演被動角色。不過在F1又有些不同:F1的排氣管在擴散器前方,因此多了催化車尾氣流的主動地位。但經過本刊今年6月號初步介紹Red Bull技術長Adrian Newey所活用的「排氣擴散器」(Exhaust Diffuser)之後,你可以發現以往的概念被顛覆了:沒錯,排氣擴散器在F1並非新花樣,但它以往的運作原理最多僅是讓高壓的排氣噴向擴散器、以推動車尾氣流加速,也就是說,排氣速度愈快,車尾下壓力就愈大;但我們知道,排氣速度與引擎轉速(某方面也可以說是車速)成正比,但車子需要較大下壓力的時候是在過彎,甚至入彎時還要收油,因此實際排氣最高速和需要最大下壓力的時機是相反的,如何克服這層矛盾?
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| 在一般性能車款,排氣管和擴散器原本就是搭配優化車尾的氣流下壓力。 |
收油時繼續點火燃燒
Newey的改良發明就是針對這一點:他提出讓車子收油時仍然能有充沛的排氣噴發,維持車尾下壓力以及後輪抓地力,讓原本的排氣擴散器變成「收油吹氣擴散器」(Off-Throttle Blown Diffuser),技術上的實踐方式除了6月號提過的在車手收油時自動繼續供油讓引擎燃燒之外,並延遲點火時間、也就是讓排氣門開啟之後才點火,使油氣燃燒實際發生在排氣管裡、而非汽缸燃燒室裡,這樣就可以讓大幅膨脹的空氣直接排向擴散器。到這裡你可以發現:油氣燃燒時機也決定了車尾的空力效果,因此FIA F1技術小組總監Charlie Whiting認定此時連油門踏板也成了空力元件的一部分,但現在F1除了超車時的可變尾翼之外,所有空力元件都規定不可動,所以儘管Red Bull通常只在排位賽第三節使用(因為在排氣管內燃燒會大幅提昇排氣溫度,不利於車材的耐久性,同時也更耗油),FIA仍然判定這項設計屬於違規。原本FIA宣佈在第5站西班牙開始禁用收油吹氣擴散器,但由於抄襲仿效的車隊已經太多、大家反應時間過於倉促,因此FIA決定先從第8站歐洲禁止更改引擎電腦供油程式(排位賽和決賽必須使用完全相同的供油模式,也就是說:如果車隊因為收油吹氣擴散器產生的高熱會讓車子提前掛點、而在決賽時停用,那就排位賽時也不能用;若排位賽時要用,那在決賽時也得用,交給車隊自己選擇──但後者是不可能做到的事,因此其實只有一種選擇、也就是沒得選擇),第9站英國正式禁止收油吹氣擴散器。
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| 為了徹底追求空力效果,A.Newey竟然把腦筋動到原本不屬其專業領域的引擎輸出。 |
收效不彰 禁令泡湯
到了歐洲站,完全沒看出限制供油程式的效果,Red Bull仍然頭排起跑、並仍然獲得優勝,大家不禁進一步懷疑:都限制供油程式了,表示Red Bull已經沒有實際使用收油吹氣擴散器,那接下來的正式禁止,會不會仍然看不出效果?英國站,FIA為了緊急因應,卻真正讓世界見識了何謂朝令夕改:週四晚上,Mercedes反應這項禁令會影響他們已經使用兩年、收油時仍維持八缸中的四缸繼續點火以確保曲軸箱內壓的設計,Renault則反應這項禁令會降低他們排氣門的耐用度,因此FIA決定將禁令打折,將收油時的油門開度限制為50%就好(原禁令限制到10%),並於週五早上公佈,結果引起其他車隊抗議,因為Red Bull正是搭載Renault引擎,而且據說Red Bull收油時的油門開度從來也就不到50%;週六早上,FIA取消對Renault的通融、必須一體適用10%的限制;週六下午,Red Bull仍然包辦排位賽前兩名;週日早上,FIA建議回歸歐洲站的規定、也就是僅限制供油程式,但Ferrari仍堅持全面禁用;週日傍晚,所有車隊同意FIA的建議。自此底定,直到今年賽完,F1都將維持僅限制供油程式、不禁止收油吹氣擴散器的決議,因此英國站鬧了四天的反覆修改,最後算是白鬧一場,徒增車隊之間的芥蒂(週五Red Bull和McLaren的領隊甚至在記者會上吵開了)。但不管規則怎麼改,其實車隊最忌諱的也只是在賽季期中改,因為現行F1不准季中試車,車隊根本無法預估更改結構的風險。為了徹底杜絕爭議,FIA決定明年起將排氣管一律改為「上排」,屆時無論哪種概念的廢氣擴散器都將自此在F1絕跡。
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| Red Bull在英國站的失利並非限制技術之故,而是自己休停失誤。 |
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| 英國站獲勝之後,Ferrari也不再堅持本季必須完全禁用收油吹氣擴散器。 |
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| 明年F1將強制規定「上排」,以徹底切割排氣管和擴散器的搭配應用。 |
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