つい最近F1にハマったものですが、教えて下さい。 なんでF1って2.4L V8や1.6LV6とかであんな速度や馬力が出せるのでしょうか?

Question

また、一般の乗用車にただF1のエンジンを乗せた場合どうなるのでしょうか?

他にも、例えばブガッティヴェイロンやシロンのエンジンをF1に乗せたらどうなるのでしょうか?

Answer 1

今だと、1000馬力越えてるし、軽さは軽自動車以下で、車高が低く空気抵抗も少ないから。

Answer 2

速く加速したりコーナーを走れるのは、基本的には車重が軽いからです。

エンジンの排気量が小さく、回転トルクが小さいにも関わらず馬力(出力)が大きいのは、ピストンのストローク距離を非常に短くしてピストンの上下動を速く動かすことで高い回転数でエンジンが回転できるように作ってあるからです。
(例えば、ピストンの上下動を速くしていくと、吸排気バルブに金属バネを使っていては固有振動数が低すぎてピストンの動きに開閉動作が追いつかなくなるので、金属バネの代わりに圧縮空気が使われていて、これは「ニューマチックバルブ」と呼ばれています。Pneumatic(空気圧)という意味です。ちなみにHydraulic(油圧)です。)

これは自転車に例えると、ペダルを踏み込む力の弱い人でも、ギアを下げてそのぶん高速でペダルを漕ぎ続けることさえできれば単位時間あたりの移動距離は稼げるということと似ています。

また1.6L V6エンジンの場合には、これとは別に大電力で回転する電気モーターも併用されているため総合的に見ると大きな出力値になっています。

また一般の乗用車(例えばプリウス)にF1の2.4L V8エンジンを移植して走れるようにすれば、燃費1程度でアイドリング回転数5000rpmの非常に大音量の車になります。直線での加速や最高速度はものすごく上がると思います。
信号や低速区間の多い市街地ではとても走りにくい車になると思います。
(法的には走れませんが)

ヴェイロンやシロンのエンジンをF1に移植して走れるようにしたら、本来のF1よりは遅いですが普通にサーキットを走れるだろうと思います。

Answer 3

高回転だからです。
例えばNAで考えた場合2400ccから絞り出せるトルクは24k前後です。F1はこれより2～3割高いだけです。
じゃあなんであんな加速ができるかと言うとギア比が加速重視なんです。一般車で言えば2速でずっと加速しているようなものです。
そして最高速は回転数でカバーです。
またエンジンのトルク特性もそれに合わせて1万回転以上に設定されています。なのでピットとかでも8000回転とかで走っているのはそれ以下だとトルクが無さすぎてアイドリングが維持できないからです。

乗せたので有名なのは軽トラに隼とかのバイクのエンジンです。バイクは高回転に極振りで13000とか回りますので軽トラ+バイクのエンジンはちょっとしたF1マシンです。
速さは…エンジンニンジャですがフォンフォン号辺りが有名です。(爆速です)

Answer 4

F1もスポーツ(試合)なので、ルールに沿って競わないといけないため、使用する車体の仕様にもルール(レギュレーション)があります。
現行は、1.6L ハイブリッドターボで、最大出力は800～1,000馬力となっています。

まず、馬力はトルク×回転数で決まります。一般的に排気量あたりのトルクなんてそんなに増やせるものではないので、エンジン回転数を稼いで馬力を上げます。
市販車の1.6Lエンジンなんて、スポーツモデルとはいえ、せいぜい200馬力だ300馬力だの世界ですが、F1のエンジンは(現状のレギュレーションで)800馬力までは出せます。だから、軽々と1万回転を超えるような高回転型で設計します。

たとえばGRヤリス(1.6L3気筒エンジン)だと6500rpmで272PSという性能ですが、計算上、エンジンを13000rpmまで回すことができれば、単純計算で馬力が2倍になるので、544PSぐらい出る計算です。
F1のレギュレーション上、18000rpmまで回せるので、そこまで回せば753PS出る計算です。高回転時にトルクが増えるような設計をすれば、800PS超えは可能でしょう。これが、たった1.6Lのエンジンで800馬力を出せてしまう理由です。
もちろん、車体が軽くて空気抵抗も少ないので、あっという間に400km/hぐらいに達してしまいます。

ただ、現実にGRヤリスのエンジンは18000rpmなんて回りません。回転数を上げられるよう、シリンダーヘッドの軽量化などをやらないといけないので1気筒あたりの容積を落として気筒数を増やしたV6エンジンとなるわけです。

＞一般の乗用車にただF1のエンジンを乗せた場合どうなるのでしょうか?

高回転時にトルクが出る設計にしているが故に、低回転時のトルクがスカスカという特性です。「F1カーを素人に運転させると出だしでエンストする」というのはよく言われる話です。市販車は車体も重いので、エンジンを相当回してクラッチをつなげないと走ってくれないと思います。

＞(市販車の)エンジンをF1に乗せたらどうなるのでしょうか?

市販車のエンジンは、GRヤリスみたいに
・あまり回らないのでそもそも馬力が出ない
・特性的に低回転側にトルクを盛っているので街乗りしやすいが、エンジンを回している割にパワーが出ない
という特性です。そもそも馬力が足りないので、勝負にならないです。

Answer 5

なぜかと言えば（現在はターボによる過給＋）超高回転型エンジンだからです。
エンジン出力ってのは、トルク✕回転数なので、同じトルクでも高回転まで回せるエンジンは大きな出力を得ることができます。
なので、F1は排気量が小さくても大きな出力を出すことができます。

もちろんその代わり低速はスカスカですので、常に高回転で回し続けないとまともに走れませんし、スタートには苦労する（今はATになったので機械任せではありますが）わけですね。

F1エンジンを市販車に積んでも、低速スカスカですから街中ではまともに走れませんし、寿命も短いのですぐ壊れますし、そもそも排気規制や騒音規制をクリアできません。
逆に市販車エンジンをF1に搭載した場合はもちろん「遅い」と言えるでしょう。

Answer 6

なんでF1って2.4L V8や1.6LV6とかであんな速度や馬力が出せるのでしょうか?
エンジンでは無く
パワーユニット・ハイブリッドになります