廢氣並不廢 F1「排氣擴散器」的創意與爭議

【 CARNEWS 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？

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。

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。