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這臺全宇宙最強六缸車,動力到底有多強?

蘿卜報告

在2022年的6.1兒童節,所有車迷翹首以盼的梅賽德斯·奔馳AMG ONE終于發布了!我之所以會用“終于”二字,是因為這臺使用F1發動機的AMG ONE,早在2017年就作為奔馳慶祝AMG成立50周年的生日禮物在法蘭克福車展上亮相了,并以270萬美元(約合1810萬人民幣)的售價將275臺限額銷售一空。然而在收了錢之后,這臺車就開始了長達5年之久的跳票之旅,期間更是傳出AMG ONG因為環保等問題無法量產,甚至被迫終止量產研發的噩耗......

這臺全宇宙最強六缸車,動力到底有多強?

可令廣大車主、車迷群體倍感意外的是,AMG竟然在2022年的兒童節正式發布了這臺“跳票王”,并宣布將于2022年下半年開始正式交付。有句俗話說的好:“好飯不怕晚!”,因為就算這臺車比亮相時間晚發布了5年,但在科技性方面,AMG ONE至今依舊是無人能及的存在!考慮到這臺車傲視整個車圈的殺手锏過多,所以今天我們先把目光聚焦在它極具前瞻性的、由1.6T V6發動機和電機組成的插電混合動力系統之上,大家搞懂了這套混動系統的工作原理后,也就相當于了解了未來20年旗艦超跑的研發思路!話不多說,讓我們開始吧!

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這臺全宇宙最強六缸車,動力到底有多強?

從2014年開始,F1賽車的動力系統就從原來的純汽油2.4L V8換成了帶有混動系統的1.6T V6。這也就意味著,AMG ONG這臺“量產F1”使用的動力系統自然是梅賽德斯-AMG F1賽車上的1.6T V6發動機,并匹配混動系統。由于混動系統的存在,所以這臺車自然也配備了能大幅提高動力輸出的電機。而在F1動力系統的玩法中,用來提升動力的電機共分為MGU-K動能電機和MGU-H熱能電機這兩個(記住這兩個名字,后面會非常有用)。首先我們來看MGU-K這種如今已經在家用混動車領域十分普及的電機思路。

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對于以大幅提升動力為目標的混動家用車而言,它們通常會將1-2臺電機布置在前、后軸位置,例如比亞迪唐DM的2個電機就分別安裝在了前、后軸上,總共能為車輛帶來額外394馬力的動力輸出。此時再加上最大擁有192馬力的2.0T發動機,唐DM最終擁有了586馬力的最大綜合輸出功率,以及4.36秒破百的驚人成績。不過由于電機轉速過高后、極限動力會下降的特性,所以這種布置在前、后軸位置的電機極限性能,通常會在車輛行駛到高速后,開始轉頭下降。這也就意味著車輛的時速越接近極速,其電機所能釋放的極限馬力值就越低。

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所以為了避免F1這種在比賽中長期高速行駛,比賽平均時速超220km/h,極速達330km/h左右的高速選手性能受限,于是F1上的MGU-K電機便布置在了曲軸端,使其轉速與發動機恒定。這樣一來,電機就能隨著發動機一起通過變速箱的升擋實現降速,最終在全速域釋放更大的馬力了。在F1的賽事中,MGU-K的動力值被FIA(國際汽聯)規定在了163馬力,所以作為整端F1動力單元的AMG ONE,其MGU-K的馬力值自然也是163馬力。

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除了增加動力外,MGU-K電機也會像電動車、混動車上的驅動電機一樣,可以在駕駛者松開油門、或采取制動時,利用電機被拖拽的力來發電、并分擔剎車系統的壓力。而發出來的電則會儲存在位于AMG ONE駕駛艙正下方的8.4度高壓電池內。

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說句題外話,在F1領域,這個安裝在發動機曲軸上的MGU-K電機可不止提升動力這么簡單,這是因為從前F1引擎并不像民用車一樣自帶起動機,所以點火都需要人為將一根“啟動棒”插入F1賽車的“菊花”里,通過外力帶動發動機啟動。這也就意味著,如果F1賽車在比賽中因為意外停車等原因熄火,那整場比賽就會因為發動機無法再次啟動直接廢了。而在增加了這個MGU-K電機后,即使車輛在比賽中意外熄火,駕駛員也可以通過按下發動機啟動按鍵,利用MUG-K電機帶動曲軸旋轉,重新將發動機點著。

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說完了MGU-K,下面我們就要介紹這臺F1發動機上的真正重頭戲了,它就是MGU-H,這臺發動機上的另外一個電機。眾所周知,渦輪增壓發動機多多少少都會伴隨著渦輪遲滯的問題,這是因為駕駛者一旦松開油門,進氣管路中的增壓空氣就會從泄壓閥被排出去,那么當下一次加速時,渦輪就需要為進氣管路重新花時間建立壓力,最終造成發動機的峰值動力輸出延后。

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而F1從2.4L V8自然吸氣發動機換成1.6T V6發動機之后,自然也會面臨渦輪遲滯的問題。所以為了解決渦輪遲滯,同時最大程度避免渦輪突然起壓后的動力猛增、造成后輪驅動的F1失控,所以在F1賽事決定將自吸改為渦輪機時,就允許各個車隊通過MGU-H,即為渦輪增加電機的方式來解決渦輪天生的劣勢。

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MGU-H的工作原理很好理解,它相當于在渦輪增壓器的軸上安裝了一臺擁有最高10萬轉/分鐘,最大122馬力的電機。像是在車輛出彎、這種油門開度需要從零開始,逐步增加的場景下,這個電機便可以在渦輪壓力還沒有建立起來的初始階段,以最高10萬轉/分鐘的速度為渦輪瘋狂吹氣,來彌補發動機在低轉速、低動力輸出,或駕駛者因為松開油門導致進氣管路壓力下降所引發的渦輪遲滯問題。


要知道的是,一般民用車的渦輪增壓峰值通常在1bar左右,像是采用大渦輪、增壓值很高、渦輪遲滯很大的奔馳A45S,其渦輪峰值壓力不過1.8bar。而本文主角AMG ONE所采用的這臺1.6T V6發動機,其渦輪增壓峰值卻可以達到逆天的3.5bar!并且在MGU-H的輔助增壓下,這顆3.5bar的大渦輪還不會產生絲毫的渦輪遲滯,這你受得了嗎?

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不過,過大的渦輪壓力在某種程度上就跟我們揮出的重拳一般,有時候想收也很難收住,好在無論是AMG ONE,還是F1賽車,它們的動力系統中都有一個我們上面講過的MGU-K曲軸電機,一旦車輛監測到發動機的動力輸出大于當前駕駛者的動力請求,那這個MGU-K曲軸電機就能通過拖拽的方式,來“反噬”掉這部分動力、用于發電,并儲存在電池里。待之后駕駛者進行大動力請求時,這個MGU-K曲軸電機又會利用電池里的電能來為車輛帶來額外163馬力,幫助車輛以最大動力輸出狀態進行加速!

這臺全宇宙最強六缸車,動力到底有多強?

此外,為了避免所有動力都像F1賽車一樣通過后輪輸出、導致車輛不好駕馭,工程師還在AMG ONE的前軸上安裝了兩個分別驅動左、右前輪的電機,總共能為車輛提供322馬力。這也意味著AMG ONE采用了更可控的中置電四驅形式,而非F1賽車那樣的中置后驅。并且得益于這兩臺電機被安裝在前軸之上的關系,所以這兩臺電機還可以在發動機沒有啟動的情況下,單獨從電池中取電驅動車輛,并換來約18km的純電續航里程,可以幫助車主在油價高漲的今天,用成本更低的電能進行城市代步~

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我們繼續說回MGU-H熱能電機,需要重點介紹的是,它的厲害之處可不僅限于消除渦輪遲滯這一方面,這一點相信大家從它“熱能電機”的名字中也能窺出一二。眾所周知,隨著發動機轉速越來越高,渦輪的壓力值也會越來越大,那為了避免過大的壓力損壞渦輪和發動機,所以民用車都會配備一個叫做“旁通閥”的東西,它會在渦輪“超轉”后打開,用于將一部分渦輪廢氣排出,從而降低驅動渦輪的廢氣流量。但可想而知的是,這部分被排出的廢氣能量也就被白白浪廢掉了。而對于搭載了MGU-H熱能電機的車型來說,這個在發動機低轉速時能起到驅動渦輪作用的電機,同樣也可以在高轉速下通過拖拽來發電,這也就意味著,原本因為防止渦輪超轉被旁通閥排出的廢氣,現在全都可以轉化為電能了!

這臺全宇宙最強六缸車,動力到底有多強?

根據奔馳給出的資料,MGU-H熱能電機光憑借著廢氣發電,就能為MGU-K曲軸電機提供60%的工作電量。所以只要車輛不是一直處于極限動力輸出、讓MGU-K一直全力工作,那即使車主不為AMG ONE這臺插電混動車型充電,其實這臺車的電量也是可以通過MGU-H的廢氣發電,以及MGU-K對于多余動力、制動能量的回收實現自給自足的。并不會像民用插電混動車那樣,只要不充電,動力就直接“陽痿”。不僅如此,由于MGU-H將發動機廢氣進行了再利用,所以它的存在還將整套動力總成的熱效率直接提高了5%左右,使其擁有了遠超民用車的50%熱效率!要知道,豐田以省油為導向的2.5L混動發動機,其熱效率也不過41%!

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全新一代奔馳C63諜照

說句題外話,最近備受鄙視,從4.0T V8換成AMG A45同款2.0T的全新一代AMG C63,也使用了帶有MGU-H熱能電機的渦輪,并且車輛后軸位置還配了一臺帶兩擋變速箱的電機來為車輛提供額外的馬力!所以對于懂行的朋友而言,根本不需要對2.0T插混C63的動力抱有懷疑,也不用擔心它會像A45一樣具有十分明顯的渦輪遲滯??紤]到在燃油車時代,MGU-H熱能電機是唯一能消除渦輪遲滯、并大幅提高動力總成熱效率的系統,所以我們有理由相信,在未來越來越嚴格的排放法規限制下,那些帶有內燃機的大馬力性能車、跑車、超跑最終都會轉投小排量渦輪機+MGU-H系統的懷抱,并匹配類似MGU-K的電機作為動力輔助。

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雖然MGU-K和MGU-H具有著很高的復雜度,但這并非是AMG ONE跳票5年之久的原因,畢竟對于奔馳而言,這項于2014年就在F1上使用,并幫助奔馳長期包攬車隊總冠軍的技術早就被玩的滾瓜爛熟了。那么導致AMG ONE跳票長達5年的原因究竟是什么呢?相信有的朋友已經猜到了,那就是如何讓馳騁在F1賽場的、沒有排放限制的1.6T V6發動機通過嚴苛的“歐6D”排放法規!



為了解決這個問題,AMG工程師在動力與排放之間進行了無數次的權衡、取舍,最終歷經5年時間,終于通過使用4個金屬三元催化器、2個陶瓷三元催化器,以及2個顆粒捕捉器才做出了能通過歐6D排放的方案。但可想而知的是,當為排氣戴上如此之多的“口罩”之后,原本F1發動機高亢的聲浪一定會受到壓制,所以為了能讓AMG ONE的排氣盡可能動聽,工程師便為這臺車使用了音色嘹亮的鈦合金排氣管進行了補償。

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除了排放標準外,為了讓這臺為F1賽場打造的發動機能適應日常使用場景,工程師還得對它進行一系列的適配工作,其中首先要解決的就是發動機的冷啟動問題。在研發F1發動機時,工程師為了避免發動機活塞在超高速運轉時,出現導致動力下降的燃燒室躥氣問題,所以會將活塞與氣缸壁之間的間隙縮減到極限小的狀態,以至于在冷機狀態下時,發動機的活塞與氣缸壁之間會處于完全卡死的狀態,根本無法完成冷啟動的動作,需要車隊技師在賽前人為通過電加熱的方式,為發動機進行暖機,從而利用氣缸壁受熱膨脹比大于活塞的原理,使二者之間出現可供活塞上下運動的細微縫隙。


可對于AMG ONE這種公路車而言,顯然不可能要求車主在每次開車出門前,自己先扮演技師角色去通過電加熱進行熱車的,所以工程師首先就得賦予這臺車能夠自己冷啟動的能力。雖然目前AMG沒有透露他們是如何解決的,但根據原理推測,我認為AMG大概率是加大了這臺發動機的活塞間隙。

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在能將車輛開起來后,接著要解決的就是能開多久的問題了。關注F1的朋友都知道,F1的賽事規則是一個賽季只能使用3臺引擎,這也就意味著每臺F1發動機的壽命只需要撐過大約7場比賽、6000公里就夠了。但對于民用車、即使是超跑這種行駛里程數很少的車型而言,6000公里也確實太短了......于是AMG工程師便對這臺發動機的耐用性進行了精心改良,將使用壽命提升至了5萬公里。待車主開到5萬公里后,則需要將這臺車返廠交給技師,技師會對發動機進行一次“大修”,然后就又能續上5萬公里的壽命了。

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在解決了車輛的壽命問題后,最后要解決的便是賽車與民用車之間天壤之別的發動機怠速轉速差異了!由于F1發動機在賽道上行駛時的轉速幾乎不會低于7000轉/分鐘,所以F1發動機的怠速轉速普遍都被調至了4000轉/分鐘,畢竟更高的怠速轉速可以在保證發動機具備更好動力響應速度的同時,還能有效避免F1賽車在起步過程中出現“致命”的熄火問題。不過對于需要兼顧日常道路行駛的AMG ONE來說,4000轉/分鐘的發動機怠速轉速不僅會讓車輛的離合器壽命在城市頻繁起步的場景下大幅縮短,同時還會讓起步時的感受變得異常竄車、突兀。于是AMG團隊又經過一系列努力,將這臺F1發動機的怠速轉速降至了合理的1250轉/分鐘,并采用了4張碳纖維離合器片作為動力傳輸的介質。

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由于環保、冷啟動、壽命、怠速都站在了性能的對立面,因此這臺源自于F1賽場的1.6T V6發動機在經過民用化適配后,性能也受到了不小的影響。要知道,在不算驅動電機輔助的前提下,這臺發動機在奔馳F1賽車上就能提供接近800匹的最大馬力,紅線轉速更是高達15000轉/分鐘??僧斶@臺發動機為AMG ONE進行了民用化適配、且加注不到高標號賽用汽油后,這臺1.6T V6發動機的純內燃機馬力就只剩574馬力了,并且紅線轉速也被削減到了11000轉/分鐘、這個《頭文字D》迷很熟悉的數字。

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發動機氣門

不過,雖然為了符合正常上路要求,這臺原本被安裝在F1上的1.6T發動機進行了不小的妥協,但除了上述這些不得不改動的部分,這臺1.6T的F1發動機還是盡可能地保持了原汁原味,其中最具特點的就是它的氣動氣門設計。眾所周知,隨著發動機轉速的上升,氣門作為發動機的配氣機構,其單位時間內的工作次數也會隨之增加。這時,用來控制氣門開閉的氣門彈簧,由于其自身重量帶來的慣性,所以在高轉速下的高頻率開閉過程中,就有可能出現開閉動作不及時的問題,學名稱之為“氣門浮動”。

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氣門彈簧

在氣門浮動發生時,活塞依舊會按照與轉速對應的頻率上下運動,但由于此時氣門已經偏離了正常頻率,所以輕則會導致在進氣沖程進入氣缸內的空氣直接從沒來得及關閉的排氣氣門逃逸,重則會導致氣門與活塞發生碰撞,直接損壞發動機。在應對氣門浮動的問題上,絕大多數廠商都會采用提高氣門彈簧磅數的方法,來減小彈簧在高頻運動中因為慣性出現的形變,但由于彈簧磅數越大、其自身重量就越大,所以大磅數氣門彈簧也會顯著增加凸輪軸凸輪將氣門頂開時的阻力,進而對發動機的動力產生不利影響。

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為了解決彈簧重量與性能沖突的問題,于是在上世紀80年代中期,雷諾率先研發出了氣動氣門,并將其應用在了他們F1賽車的1.5T發動機上。其原理很簡單,就是用一個充滿氮氣的腔體替代原先的彈簧來充當彈性介質。由于氣體的質量輕、慣性小,所以很好地解決了原先氣門彈簧在高轉速下,重量與性能之間的沖突問題,并為日后F1發動機突破20000轉/分鐘打下了堅實的基礎。得益于氣動氣門在可靠性和體積方面的優勢,MotoGP也于2002開始換用了氣動形式的氣門。

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至此,關于AMG ONE最特別、最具前瞻性的動力部分就已經介紹完畢了。而AMG ONE在1.6T V6發動機,以及MUG-K、MGU-H、兩個前輪電機的共同合力下,最終綜合馬力達到了1063匹,一舉超越了2021年法拉利發布的296 GTB的830馬力,成為了有史以來全宇宙馬力最大的六缸車?。≒S:前提是宇宙中沒有第二個研發六缸機的外星高等文明)

這臺全宇宙最強六缸車,動力到底有多強?

不過略顯遺憾的是,由于F1賽事的1.6T排量限制、以及這臺F1 1.6T發動機民用化后為了通過排放法規損失的200匹左右馬力,外加因為配有8.4度的高壓電池、前軸兩個電機以及奔馳一貫豪華的內飾所造成的1695kg車重,以及AMG ONE為極致圈速服務的賽用空力套件造成的額外風阻,所以當它面對2013年就已經發布的、搭載6.3L V12發動機的法拉利旗艦超跑--“拉法”時,這臺AMG ONE在單純的加速成績上也沒能占優。其中,在0-100km/h加速中,AMG ONE的成績為2.9秒,比拉法慢了0.2秒。而在0-200km/h以及0-300km/h加速中,AMG ONE的成績為7.0秒和15.6秒,分別比拉法慢了0.2秒和0.6秒。

這臺全宇宙最強六缸車,動力到底有多強?

但懂F1的車迷一定知道,F1賽車是為刷圈速而生的,壓根就不是為了和別人崩直線用的。所以AMG ONE這臺“量產F1”的統治力,自然也會展現在賽道性能方面。如上圖所示,如今紐北量產車的最快圈速是由一臺搭載了Manthey性能套件的保時捷991 GT2 RS創造的6:38.385,像是蘭博基尼大牛SVJ、保時捷918Spyder等賽道機器也只能位列其后。令人毛骨悚然的是,對于紐北這個將圈速記錄提升1秒都費勁的全球賽車圣地,梅賽德斯-AMG前任CEO竟公開表示:“AMG ONE這臺量產車在原廠狀態下就能跑出6分以內的圈速~并且如果換裝賽用輪胎并進行一定的輕量化改裝,AMG ONE甚至可以打破紐北非量產組、由保時捷919 Hybrid EVO賽車創造的5:19.546記錄~”看到這,如果這位AMG前任CEO沒有滿嘴跑火車的話,那AMG ONE絕對算得上是一臺劃時代的、可以吟唱“無敵~無敵是多么寂寞~~”的變態級選手了......

這臺全宇宙最強六缸車,動力到底有多強?

這臺全宇宙最強六缸車,動力到底有多強?

從汽車角度來看,AMG ONE憑借著MGU-H熱能電機將發動機熱效率提升5%的創舉,絕對是渦輪內燃機在量產車領域劃時代般的存在了,相信未來也會有越來越多的車型加入MGU-H的陣營;而從超級跑車的角度來看,也沒有什么能比原廠6分以內的“變態”紐北成績更能說明問題了......AMG ONE通過極高科技含量打造的這套為賽道而生的動力系統,以及由于篇幅所限,沒能在本文展現的宇宙最強懸架、賽道級空氣動力學,無不讓AMG ONE長達5年的“跳票”顯得微不足道。更重要的是,AMG ONE的誕生,也終于可以堵住那些整天噴奔馳不會造超跑、造不出Hyper car人群的嘴了。


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