RE: Tìm hiểu về máy móc F1
Bây giờ chúng ta thử tìm hiểu xem làm cách nào để một động cơ F1 của Ferrari hiện nay có thể sinh ra một công suất không tưởng là 800hp chỉ với dung tích 3l.
Đường kính của piston là 91.5 mm. Trong động cơ V10 với dung tích tối đa 3000 cc, khoảng di chuyển của piston sẽ là 45.6mm. Đường kính này lớn gần gấp đôi đường kính của piston trên những xe ô tô thông thường. Khoảng di chuyển ngắn như vậy cho phép động cơ F1 có tốc độ vòng quay cực lớn nhờ đó sinh ra công suất không tưởng như vậy.
Một động cơ thông thường cần 14.7 pound (6.667 g) không khí để đốt cháy hết 1 pound (453 g) nhiên liệu.Ví dụ, động cơ 3.6 l V-8 trên xe Ferrari 360 Modena tạo ra công suất 395hp ở tốc độ 8500 rpm. Động cơ này sẽ đòi hỏi 13,700 l, hoặc khoảng 37 pound (16.783 g) không khí mỗi phút. Nói một cách khác, mỗi pound không khí sẽ sản sinh được 10.7 hp.
Cũng suy luận như vậy, động cơ F1 800 hp đòi hỏi hơn 70 pound (31.754 g) không khí mỗi phút.. Làm cách nào để một động cơ 3.0l làm được như vậy? Cách đơn giản là sử dụng hệ thống supercharged. Bằng cách nén gấp đôi mật độ không khí và nạp đầy xi lanh trong mỗi chu trình nạp, một động cơ 3.0l tiêu thụ 70 pound không khí mỗi phút ở tốc độ quay trung bình 8700 rpm.
Tuy nhiên, hệ thống superchargers lại bị cấm trong F1 mấy năm trước cùng với việc sử dụng những loại nhiên liệu đặc biệt nhằm tăng công suất động cơ. Vì thế cách duy nhất để có được công suất 800hp là tăng tốc độ vòng quay động cơ lên rất nhiều, tới 17,500 rpm. Và vì thể cần phải có khoảng di chuyển của piston ngắn.
Nếu bạn cố gắng quay động cơ Modena V-8 tới tốc độ 17,500 rpm bằng một động cơ điện mạnh, nó sẽ nhanh chóng bị phá hủy – đặc biệt là hệ thống van và khớp nối. Cách đây khoảng 10 năm, hãng Renault đã giải quyết vấn đề hệ thống van bị phá hủy ở tốc độ vòng quay cao bằng cách thay thế các lò xo thép ở các van bằng hệ thống piston – xylanh nhỏ được đóng mở bằng khí nén ở áp suất 150 psi (10 atm). Hệ thống này có ưu điểm là khí nén không bao giờ bị mỏi và gẫy như lò xo kim loại.
Đối với các khớp nối và piston phải giải quyết bằng phương pháp khác. Ở vòng quay tới hạn, 18,000 rpm, của động cơ F1 năm 99 Fl, mỗi piston sẽ tăng tốc lên đến 100 mph (160km/h) chỉ trong vòng 1/1000 giây và dừng lại cũng chỉ trong 1/1000 giây. Quá trình này sẽ lặp lại với chu kỳ 600 lần mỗi giây. Ở tốc độ 18,000 rpm, quãng đường di chuyển 45.6mm và khớp nối dài 110mm sẽ làm cho piston phải chịu một gia tốc tới 10.000 g. Với tổng trọng lượng 14.9 ounce (463 g) của piston, các vòng và một phần khớp nối, để đạt được gia tốc như vậy tạo ra một lực lên đến 9000 pounds (cỡ 4.167 kg) và dễ dàng bứt tung các khớp nối thông thường. Điều này nghe qua thật kinh khủng, nhưng nếu động cơ V-10 được thiết kế với các thông số của động cơ xe Mustang GT V-8 có khoảng dịch chuyển piston 72.5mm và độ dài khớp nối 130mm thì khi tốc độ động cơ đạt 18,000 rpm sẽ có gia tốc lên đến 17,000g và lực tác động sẽ lên đến 12.500 pound (5.787 kg) ngay cả với piston nhỏ và nhẹ hơn. Nhưng nếu chế tạo những chi tiết này chịu lực tốt hơn thì sẽ làm nó nặng hơn và lực tác động sẽ tăng thêm nhiều lần.
Tuy nhiên hiện nay các kỹ sư đang có xu hướng chế tạo động cơ F1 có piston với đường kính nhỏ hơn, hành trình dài hơn nhờ những vật liệu nhẹ nhưng chịu lực rất tốt. Điều này sẽ tăng tỷ số nén động cơ, nhờ đó sẽ tiếp tục đưa công suất lên những giới hạn mới.
Nguồn http://www.pureluckdesign.com/ferrari/cdcolumn/index.htm
) chứ chưa được chạy thử ngoài đường bao giờ...
