F1 在 2014 年推出了混合动力发动机,为这种技术在量产汽车中的应用铺平了道路。 两轮车肯定落后了:吸热推进仍然在系列赛和赛车中占据主导地位。 但我们也开始越来越频繁地在我们的环境中交谈,问题自然而然地出现了:MotoGP 能否像 F1 之于汽车一样成为通向未来的桥头堡? 顶级摩托车能否转向混合动力? 如果是这样,它可能带来的技术复杂性、成本和性能优势是什么? 我们将这些问题转发给了 Mario Uncini Manganelli,他是 Aprilia KTM Oral 的前工程师(RSV4 征服了六次超级摩托车世界锦标赛的车手和品牌)。 这位博洛尼亚工程师还拥有在梅赛德斯 F1 动力系统方面的经验。 现在,他为摩托车和汽车领域的各种汽车公司提供咨询服务,并为 Corsedimoto 读者传播科学知识。
混合部分的基本组成部分是什么?
第一个组件是 PMG 电动机(永磁电动机/发电机),在我们的例子中,它不仅可以用作发电机,还可以用作启动器。 也就是说,可以不用现在使用的外部启动器,由机械师操作并连接到变速器。 此外,除了连接系统所有部件所需的特定接线外,还需要逆变器和电池组。需要称为升压的电池在启动时为 PMG 供电,以免牺牲存储在摩托车车载电池中的能量。
什么是理想的混合配置?
吸热发动机可以减少到 750 cc,我建议采用 V4 方案,功率为 230 马力,最大发动机转速限制在 16,500-17,000 rpm。 转速限制将有助于避免失控的开发成本。 活塞的平均速度约为 25-26 米/秒,内径 73-74 毫米,冲程 43-44 毫米。 使用这种类型的配置,曲轴可以获得 225-230 马力的额定功率。 电动机应能够以 16-17.5 千转/分的速度运行。 尺寸:直径约 135 毫米,厚 35 毫米,采用液体冷却以提高效率。 这种 PGM 重量为 7-8 公斤,可保证 25-27 马力的功率盈余,即约 20 千瓦。
我们会达到目前的 300 匹吸热马吗?
我们可以达到 250-257 HP(230 吸热 HP,27 电动 HP),但产量更高,因为电动装置可以产生大约 25-27 HP。 更大的产量意味着电气部分提供的扭矩将分布在发动机的整个使用曲线上,即不仅在吸热发动机上发生的高转速,如果有的话。 与具有相同发动机容量的摩托车相比,转化为单圈时间和距离的性能优势可能非常可观。
混合动力 MotoGP 的重量是多少?
让我们以上述配置作为参考。 内燃机的重量可能比 1000 直列或 V 型四缸发动机轻 5-6 公斤,整个变速箱会更小,离合器和主传动组也会更小。 将节省燃料,减少约 3-3.5 升,油箱更小更轻。 但是,必须考虑到混合动力部件的重量更大。 对于逆变器,我们计算出大约 4-5 公斤,而电池大约为 28 公斤,估计容量为 6-7 千瓦时,密度为 230 瓦时/公斤。 一辆混合动力的 MotoGP 将比目前的重 28 公斤,后者的重量限制为 157 公斤。 使用最新一代电池,可以达到 250 Wh/kg,同时节省约 2 kg(按重量计 7%)。 如上所述,一些重量将进行补偿,并且在第一次重要优化之后,重量的增加主要归因于电池。 因此,混合动力车的最低监管重量可能为 185 公斤。
消费能减少多少?
我们可以估算燃油经济性,我们已经讨论过发电补偿的 3.5 升。 至于二氧化碳的产生,即混合动力发动机对环境的影响,很难回答,因为目前还没有足够的技术文献和已知测试能够评估超高性能发动机的此类价值。
混合动力 MotoGP 有安全问题需要解决吗?
一定。 高电压是一个需要考虑的因素。 然后应检查逆变器和电动机的可靠性。 但这些技术现在在汽车领域处于极其先进的发展阶段,而不仅仅是赛车。 没有什么是不能优化和管理得更好的。
MotoGP 能否为混合动力部件引入单一供应商?
机会不会缺乏。 Marelli、Bosch、Siemens 或 McLaren Electronics 等制造商,仅举几例,完全有能力设置混合动力装置,以单一供应方式供应给所有车队,因此所有人的成本可控且均等。 相反,让更多的专业品牌参与进来会增加技术挑战。
开发需要多长时间?
从公式推出之日起三年。 因此,如果 MSMA、Federmoto 和其他相关实体现在决定采用类似的转折点,MotoGP 可能会在 2026 年世界锦标赛中重回正轨。
指南会有所不同吗?
果断地。 电动部分将保证 25-27 的额外马力,可用于广泛的发动机使用,尤其是当我们谈论电动机扭矩时,而不仅仅是吸热发动机中出现的最大节气门开度。 拥有更大的扭矩,空气动力学将发挥更大的作用,即由越来越艳丽的机翼附件产生的垂直载荷,从而产生额外的抓地力。 随着各种转速下可用的扭矩增加,该区域将变得更具战略意义。 然而,更大的重量会降低制动效果。
每个团队需要多少人来管理向混合动力的过渡?
至少一名电气工程师负责系统可靠性和混合部件映射。 逆变器显然是可编程的,并连接到现在已经控制吸热发动机和整车功能的主控制单元或 ECU。
在当前的 MotoGP 竞争对手中,谁可以从中受益?
本田多年来一直是 F1 世界冠军,他们在混合动力方面拥有丰富的经验。 雅马哈可以利用丰田资源(它过去也与之有过接触),因此在这种情况下,他们也拥有内部专有技术。 另一方面,杜卡迪将大量吸取奥迪的资源,后者非常致力于电动领域,并将于2026年登陆F1。 在 Aprilia 有 Massimo Rivola,前法拉利人:你能想象 Noale 和 GES Ferrari 之间的技术合作协议的魅力吗? 今天,只有 KTM 与汽车行业没有联系,但可以很好地利用市场上可用的资源。
成本会增加多少?
增加现有技术是合乎逻辑的。 根据材料清单,混合动力 MotoGP 的成本可能高出 10%-15%。 但是我们可以通过将每季可用的单位从目前的 7 个减少到 4 个来进行补偿。
混合动力车在公路自行车上是否可行?
如果减少消耗,尤其是排放的规定变得更加严格,甚至比现在更严格,那么混合动力车可能是前进的方向。 当然,在公路 maxi 上应用 PMG-逆变器-电池系统将是复杂和昂贵的,而且它比赛车需要更长的过程。 因此,考虑到开发、测试和认证时间,从监管发布之日起,至少需要六到八年的时间才能在赛道上看到混合动力超级摩托车。
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