どうしてフォーミュラ1の車は、体積が小さいシリンダーを多く備えたエンジンを使用するのですか？

3.0L V8や2.4L V8などのエンジンを使用するフォーミュラ1の利点は何ですか？

私はこのRedditの議論を読んで、小型の多気筒エンジンを生産車に搭載することが実際的でない理由について説明しました。ほとんどの場合、追加の高品質コンポーネントを追加する必要があるため、コストがかかります。

レースチームがそのようなエンジンを生産する余裕があるからといって、排気量の大きい6気筒または8気筒エンジンの代わりにこれらのエンジンを使用する利点は何ですか？

F1チームが特定のエンジン排気量とシリンダー数を使用する理由に対する答えは技術的なものではありません。それはスポーツのルールに支配されています。

ここでF1エンジンの歴史を見ることができます。同じソースから、2014/2015の場合：

1.6リットル、6気筒のシングルターボ、エネルギー回収と2.4リットルの通常吸気V8を置き換える燃料制限、燃料効率が35％向上、エネルギー回収システムの電力が2倍、全体の電力が約750bhpのまま）。

レース用および高性能のロードカーエンジンは、究極のパフォーマンスよりもコストと信頼性を最適化するように設計されたエンジンと比較して、全体の容量に対してシリンダーの数が多いことがよくあります。

複数のシリンダーエンジンが同じ容量に対してより多くの出力を生成する理由は次のとおりです。

1. ボアxストロークが小さい=ピストンが小さい+コネクティングロッドが小さい+クランクシャフトが軽い=各ストロークで加速する質量が小さい=回転速度が速い/最大RPMが大きい=パワーが大きい=最高速度が速い+加速が速い
2. より多くのシリンダー=より多くのバルブ=より高い燃料スループット率=より大きな出力。

多気筒エンジンの欠点は次のとおりです。

1. 製造のより複雑な。
2. より大きな費用。
3. サービスの難易度の向上とサービス間の間隔の短縮。
4. パフォーマンスを最適化するためのエンジンのセットアップとチューニングの複雑さと難易度の向上。
5. 信頼性と堅牢性の低下。

現在、F1にはかなり厳しい信頼性規制があり、コストを抑えるために1シーズンに多くのエンジンを交換しなければならないチームには罰則がありますが、一般的な原則として、理想的なレーシングカーのエンジンは、ゴール！

もちろん、正確にエンジンを設計することは不可能ですが、歴史的に、レーシングエンジンは、意図した設計範囲内で使用すると非常に強力であることがわかります（たとえば、数十マイルごとに完全に再構築し、数千マイル後に廃棄されます）エンベロープを少しでも超えた場合、見事にアップします。（例えば、サービス不足、オーバーレブなどの場合）

この理由は、軽量化と絶対最大電力出力の抽出の組み合わせ、およびこれら2つの目標と信頼性の妥協の結果です。レーシングカーの成功は、わずかなマージンに依存します。あなたの車が特定のトラックで最も近いライバルよりも常に0.1秒速い場合、それは50周レースの終わりに5秒のリードに相当します。そのため、レーシングカーのデザイナーは、自分の車をほんの少し速くするために、利用可能なあらゆる手段を使用しようとします。

重量はレーシングカーにとっても非常に重要です。1つのコンポーネントで1グラムの重量を節約しても違いはないと思うかもしれませんが、車の1000のコンポーネントのそれぞれで1グラムを節約できる場合、合計1キログラムを節約できます。車、測定可能なパフォーマンスの向上を行うことができます。レーシングカーのV16エンジンは、同じ容量のV8よりも高価で複雑で信頼性が低いかもしれませんが、重量が2％減り、出力が2％増え、それでも十分な信頼性がある場合、他のすべての条件は同じですレースを終えるために、チームにはそれを構築して実行する予算があり、それから（規制が許す限り）使用します。

エンジンはレーシングカーの唯一のコンポーネントではありませんが、自動車の究極のパフォーマンスを決定するための最も重要なコンポーネントの1つです。フォーミュラ1では、複数のシリンダーエンジンの追加コストと複雑さは、たとえば、同じ容量のストレート4を超えるパフォーマンスの優位性をはるかに上回ります。

現代のフォーミュラ1には、エンジン設計、信頼性、エネルギー回収、燃料消費、車の総重量などを管理する多くの複雑な規制があり、許容されるシリンダーとレイアウトの数はパフォーマンスではなく規制によって定義されることがありますが、一般に、適切に設計および構築された多気筒エンジンは、同じ能力を発揮しますが、シリンダーの数は少なくなります。

@Andrew Kerrの答えに加えて、特定のエンジン容量に対して、シリンダーを追加するとピーク出力が増加します。
しかし、それはまたいくつかの分野で損失を増やします：

• 可動部が多いほど摩擦が大きくなります。
• シリンダーが小さいと、体積と壁面積の比が小さくなるため、熱損失が増加します。
• 余分な可動部品によって信頼性が失われる可能性があります
• シリンダーが多いと、エンジンブロックが長くなることも多く、構造部品として使用したときに曲がらないブロックを構築するのが難しくなります（フォーミュラ1で一般的です）。
• 12を超えるシリンダーでは、十分に強いクランクシャフトを構築することが困難になります。一部のストレート8エンジンは、クランクシャフトの中央にギアを使用して、クラッチとギアボックスに動力を伝達していました。

これは、特定の容量に対して最適なシリンダー数があることを意味します。1989年、F1はターボチャージャー付きエンジンを禁止し、3.5リットルの自然吸気エンジンを義務付けました。シリンダーの数は12に制限されていました。
いくつかのメーカーは、コンピューターを使用して最適なシリンダー数を見つけ、V10エンジンを構築しました。その容量では、V12はV10よりも強力ではありません。

ああ、そして小型車で多気筒エンジンを使用しない最大の理由：燃料消費はシリンダーの数とともに増加します。

そして、特に質問の最後の部分について：

レースチームがそのようなエンジンを生産する余裕があるという理由だけで、排気量の大きい 6気筒または8気筒エンジンの代わりにこれらのエンジンを使用する利点は何ですか？

フォーミュラワンおよび他のレースクラスには、排気量に厳しい制限があります。これは、エンジン出力を制限するために行われます。これは、使用する回路の設計制限を下回るパフォーマンスを維持するために行われます（レースカーが高速になるほど、流出領域を大きくする必要があります）。