11000马力的离合器是如何承受住的?

Top Fuel直线加速赛车的离合器在四秒的比赛中会升温至2040度,而且通常只能承受单场比赛的寿命.
Top Fuel直线加速赛车的离合器在四秒的比赛中会升温至2040度,而且通常只能承受单场比赛的寿命.

分享此页面

锁死在Top Fuel改装赛车离合器上的动力,会在眨眼间把传统变速箱撕成碎片;因此这台约10,000马力的硝酸甲烷发动机,依靠一组巨大的多片式离合器与沥青路面相连,并带有自己的渐进式打滑曲线.这套组件在起跑的头几微秒内通过打滑来柔化动力传递,然后逐步锁死,而它往往在短短四秒的冲刺中献出自己的生命.

亮点

  • 5-6个摩擦片 以及夹在它们之间的钢制浮动盘,是离合器组件的核心.
  • 比赛过程中离合器局部温度 可达约2,040°C .
  • 在许多车队中,摩擦片和钢制浮动盘 仅能使用一次 就属于耗材.
  • 车手对离合器 没有任何控制权;调校在起跑线之前就已全部完成.
  • Top Fuel只用一个挡位比赛,而Pro Stock则使用5前进挡的序列式变速箱.

现在想一想:在你的车上,只要你不用离合器,它就会乖乖待在一旁,不会把你丢在路上.而Top Fuel的世界恰恰相反.当车辆停在起跑线上时,离合器已经处于分离状态;它被调校成发动机一踩油门就会转到约 5,000 rpm,并且能牢牢接合足以将车辆弹射出去.所以离合器在这里不是附属品,而是架设在发动机与轮胎之间的一台六秒钟的"计算机"——里面连一个微芯片都没有.按照规则,一切都必须用非常简单的机械零件来解决.为什么?因为没有任何电子设备能在接近11,000马力的冲击下存活,它们比不上维修区里一丝不苟的机械工艺.

Top Fuel离合器如何工作:打滑巨兽的解剖

11.000 beygirin debriyajı hiç kilitlenmez; güç, bir musluk gibi yavaş açılarak kademeli olarak arka tekerlere akıtılır.

这套离合器的核心是一个 离心式 装置:也就是说,转速越高,它就会自动压紧.此外还加装了一个气动释放轴承.基本原理是: 可控打滑.如果离合器在起步瞬间就锁死,巨大的扭矩会烧穿轮胎,车辆失去抓地力,后轮会变成冒烟的烟囱.因此,动力是在发动机加速的过程中逐步输送到后轮的——就像水龙头慢慢打开一样.

来看看组件的结构.面向发动机的一侧是一个飞轮,它是这个系统不可分割的一部分.最末端则是压盘,车队之间亲昵地称它为"锅盖".中间是多达五片的摩擦片,以及将摩擦片隔开、用卡销和螺栓固定的浮动盘."锅盖"为离合器拨片提供支承.在现代组件中,浮动盘使用钛合金支柱和钛合金锅盖盘,而浮动盘本身则由钢制成.

18根拨杆、配重与锁死曲线

那么锁死是如何调校的呢?关键在于与离合器盖相连的拨杆——大多数组件中恰好有 18根,而且每一根都可以单独调节.随着发动机转速上升,这些拨杆在离心力的作用下向外推出,压向压盘,从而压紧摩擦片.转速越高,压紧力越大,锁死曲线就这样被"写"进了整场比赛之中.

主厨手中的两个主要调节旋钮之一是配重.如果给臂上加上螺母形状的配重,离合器会在更低的转速下结合;如果减掉配重,你就会让发动机等待更高的转速.在抓地力强、赛道拥挤的情况下,主厨会加上配重,让动力迅速介入——跑出更快的成绩.如果赛道抓地力不足,就拆掉配重,让释放更柔和.赛道表面的质量也是这个方程式的一部分:一条良好的起跑线允许离合器在起步时更激进地承载.激进调校与烧胎之间的界限极其细微;赢得大多数赛事的,往往就是那个能让离合器组件在赛道上发挥出最佳表现的团队.

Cannon:油门手看不见的计时器

我们说过,车手对离合器的结合没有任何控制权.那么时机掌握在谁手里?答案是气动计时器及其释放轴承——也就是维修区之间被称为cannon的那个零件.当油门手踩下油门时,一个微型开关会启动这个气动计时器.随着计时器计数推进,液压系统的压力释放,轴承移动,压爪锁住离合器.也就是说,离合器的结合曲线在比赛开始前就通过cannon的调校被"写死"了——借用一句行话.

主压臂随转速以离心力作出反应,而cannon则完全遵循一条预设的释放曲线.还有这样一个细节:如果车手为了避免车轮打滑而松油门,那个计时器的顺序是无法调整的.也就是说,离合器在起跑线之前就已经学会了自己该做什么;比赛过程中对它一言不发.此外,车辆驶入烧胎区时会松开离合器,以大约 2,500 rpm 这样的低转速缓慢前进——整个系统在那一刻就已经开始结合了.

四秒钟的寿命:为什么摩擦片每次比赛都要更换?

我们来看看一片摩擦片.首选材料是摩擦特性极佳的 烧结铸铁.这种材料以不同的洛氏硬度等级生产,用于控制咬合和打滑的程度.那么这些摩擦片会发生什么?简短的回答是:一次比赛就把它们毁掉.打滑过程中产生的局部热量可以把温度推到大约 2,040°C 这样惊人的高度.即使比赛结束、车辆回到维修区,零件仍然烫得技师们不得不戴上石棉手套.而且在一次比赛中,摩擦片和浮动片甚至可能熔合到彼此焊接在一起的程度.

因此,整个比赛周末期间,摩擦片被当作耗材对待.许多车队在每次比赛后整套更换摩擦片;磨损、发亮、变得光滑的旧摩擦片与带纹理的新摩擦片之间的差别,用手都能摸出来.钢制浮动片则用一次就直接扔进垃圾桶.新摩擦片会转入下一个系统的二手池——与离合器相关的一切似乎都有自己的生命周期.

但事情并非总是非黑即白.有些情况下所有离合器片每跑一次就全部更换,而有些车队则故意将新片和旧片混合使用,以达到特定的打滑程度.对于一次性订购一整个赛季离合器片库存的Top Fuel车手Dom Lagana来说,这个数字大约是 60片离合器片 保持订购量这么大是为了熟悉每片离合器片的"个性"并保持一致性.调校本身也要考虑不少参数:高度、止点、配重、比率、间隙、浮动片上的槽数、cannon的加工以及离合器组是5片还是6片.也就是说,离合器组是一个每次跑之前都会重生的积木.

为什么Top Fuel没有变速箱?单挡哲学

在普通汽车上,离合器与变速箱相连,让你能够换挡.而在Top Fuel上,扭矩高到传统变速箱在起步瞬间就会解体.因此,这里的离合器作为独立单元工作,完全不连接变速箱,是一个大得多的多片式装置.只有一个挡位.车辆加速时,离合器逐渐锁止,以几乎纯粹的机械连接将动力传递到后轮.同样的方法也适用于Funny Car;两个级别共享同一套哲学.

我们用一个比喻来理解这套哲学:Top Fuel的离合器就像一个通过滑动闸门可控地输出动力的水龙头.而Pro Stock的变速箱则更像是一个装在指缝里的锁定系统,而不是传统的变速箱——而且它还不带离合器工作.现在我们来看第二个方面.

Pro Stock的加密变速箱:无离合器的5前进挡

Pro Stock级别走的是与Top Fuel截然不同的路线.由于竞争通常以非常微小的差距分出胜负,变速箱和齿比搭配被视为Pro Stock车队最重要的调校工具之一.常见的解决方案是一套无离合器工作的5前进挡系统:升挡时,前一挡会自动断开.这套提供无限齿比选择的设计,其中一个版本的价格 11880美元 被列为标价——这个级别打这场工程之战是有代价的.

这台变速箱如今几乎是每一位NHRA Pro Stock车手的首选单元.换挡时无需做转速匹配,这也让内部产生相当嘈杂的声音.但事情并不仅限于离合器还是扭矩变换器的争论:在Pro Mod阵营,带锁止的扭矩变换器已经如此普及,以至于成为离合器制造商的一个严峻竞争因素.这些让大马力车辆从起跑线柔和起步的变换器,正在弥合与离合器方案之间的差距.想想看:如今即使是烧硝基甲烷的车辆也有两种不同的动力传递组合——离合器和带锁止的变换器.

特性 Top Fuel / Funny Car Pro Stock
动力传递方案 多片离心式离合器,无变速箱 无离合器5前进挡变速箱
挡位数 单挡 5前进挡
锁止管理 离心杠杆 + 气动cannon计时器 升挡时上一挡位自动解除
消耗性材料 摩擦片和钢制浮动片每跑一次更换一次 变速箱调校套件至关重要,无摩擦片消耗
调校逻辑 重量、高度、cannon编程 齿轮比是最重要的调校工具

离合器调校看什么:赛道、重量与数学

如果用一句话概括离合器调校的目的,那就是:以最小的车轮打滑实现最大的加速度.为了达到这一目标,车队手中有几个主要的调校点.选定齿轮比之后,设置通过压盘上的基础压力和离心配重来校准.次要控制机制则是随转速升高而向外甩出的杠杆所控制的离心力.而且这项工作如今已不再仅靠手算:专业直线加速赛团队和工程师会使用模拟和预测离心滑片离合器的计算机程序.所以说,起步线上那台物理奇迹,确实可以说是在办公桌上诞生的.

摩擦片磨损对调校也有影响:随着摩擦片变薄,杠杆会从最佳工作位置向释放轴承方向偏移,这种情况需要重新调校.在比赛间隙,机械师会完全重建离心离合器;每一片摩擦片、浮动片和杠杆都逐一安装到位.回顾历史,这种做法也并不新鲜:1950至1970年间的早期直线加速赛车手,通过在材料、设计和制造方面的逐步改进,把摩擦片式和离心控制式离合器打造成了如今的工程奇迹.也就是说,你最喜欢的Top Fuel车队在起步线上布置的那套装置,是多年积累的成果.

那么接下来呢?现在再看下一场比赛时,你的视角将焕然一新:绿灯亮起的瞬间,那巨大的离合器组件在起步时开始打滑,离合器片随转速向外张开,加农炮按自己的节奏倒数计时,四秒结束时,离合器片便寿终正寝了.下次观看 Top Fuel 或 Funny Car 比赛时,请记住赛车之下运转着多少看不见的工程技术.你觉得哪个更难:把 11,000 马力轻柔地压到沥青上,还是让它在四秒钟内始终存活?

参考资料