🏎️ F1 Engineer Academy

Phase 1 — 赛车系统地图：一辆 F1 如何产生动力？
Lesson L01 → L04 | 5 lessons
L01 动力单元总览L02A 内燃机 — 单缸结构L02B 内燃机 — 四冲程循环L03 涡轮增压器L04 动能电机 — 双向能量流Phase 1 挑战题

Phase 1 目标

让多多完成第一个认知转变：

从："F1 是一辆很快的车"

到："F1 是一个由多个工程系统协同工作的能量机器"

L01 Power Unit Overview 动力单元总览
🎯 核心概念
F1 赛车不是一个大马力发动机，而是一个由多个子系统协同工作的能量机器。
Power Unit Overview
📖 关键术语
ICE — Internal Combustion Engine（内燃机） MGU-K — Motor Generator Unit - Kinetic（动能电机） MGU-H — Motor Generator Unit - Heat（热能电机） ES — Energy Store（储能单元） CE — Control Electronics（控制电子系统） Turbocharger — 涡轮增压器
👁️ 观察
图中标注了 6 个主要组件。你能找到 ICE、Turbo、MGU-K、MGU-H、ES 和 CE 吗？哪一个组件看起来最大？为什么？
❓ 追问
为什么 F1 赛车不需要像家用汽车那样大的发动机，却可以跑得非常快？图上的能量流（箭头）能帮你回答这个问题。
🔮 预测
如果 F1 工程师想让赛车更快，你觉得改哪个组件效果最大？为什么？写下你的理由。
教师注释： 图中标注 "2026"，2026 年 F1 规则已移除 MGU-H（热能电机），因此图中只有 5 个动力单元组件 + Gearbox。 旧版 F1 资料可能显示 6 个组件（含 MGU-H），这不是错误，是规则变化。
→ 下一课：发动机是怎么工作的？
L02A ICE — Single Cylinder 内燃机 — 单缸结构
🎯 核心概念
发动机不是一整块铁，而是一个由活塞、气缸、曲轴协同工作的机械系统。活塞的运动是动力的来源。
ICE — Single Cylinder
📖 关键术语
Piston — 活塞 Cylinder — 气缸 Connecting Rod — 连杆 Crankshaft — 曲轴 Valve — 气门（进气门 / 排气门）
👁️ 观察
看图，活塞在哪里？曲轴在哪里？活塞和曲轴之间是什么在连接？
❓ 追问
活塞上下运动，但车轮需要转动。发动机是怎么把上下运动变成旋转运动的？
🔮 预测
如果活塞突然停在一半不动了，车会发生什么？试着想象一下整个过程。
→ 下一课：发动机是怎么完成一个完整工作循环的？
L02B ICE — Four Stroke Cycle 内燃机 — 四冲程循环
🎯 核心概念
发动机不是一直燃烧燃料，而是通过四个连续动作完成一个工作循环：吸气、压缩、燃烧、排气。每一圈都要重复。
ICE — Four Stroke Cycle
📖 关键术语
Intake Stroke — 吸气冲程 Compression Stroke — 压缩冲程 Power Stroke — 做功冲程 Exhaust Stroke — 排气冲程 Spark Plug — 火花塞
👁️ 观察
图上有四幅连续的画面。你能按顺序找出：哪一个画面是"吸气"？哪一个画面火花塞点火了？哪一个画面活塞被推下去？
❓ 追问
为什么火花塞要在"压缩冲程"结束时才点火，而不是在"吸气冲程"时？如果提前点火会怎样？
🔮 预测
如果赛车发动机转速是 15,000 转/分钟，每一秒完成多少个四冲程循环？（提示：每两转一个循环）
⚠️ 工程修正注释： Power stroke（做功冲程）帧中，图显示火花塞点火（IGNITED）的同时活塞在底部（BDC）。
真实发动机中：火花塞在活塞接近上止点（TDC）时点火，燃烧膨胀推动活塞向下运动，活塞到达 BDC 时做功过程已完成。
本图将"点火瞬间"和"做功末端"合并在同一帧展示，是为了完整呈现做功过程。实际物理模型以 TDC 点火为准。
→ 下一课：废气不是废物——它还能做一件事。
L03 Turbocharger 涡轮增压器
🎯 核心概念
赛车发动机烧完的废气不是直接排掉，而是用来推动一个涡轮，涡轮再给进气增压。废气→机械能→增压空气，这是一次能量回收。
Turbocharger
📖 关键术语
Turbine — 涡轮（排气侧） Compressor — 压气机（进气侧） Shaft — 传动轴 Exhaust Gas — 废气 Boost Pressure — 增压压力
👁️ 观察
看图，废气从哪边进来？压气机在哪一侧？中间是什么连接着两边的？
❓ 追问
涡轮在排气侧转，为什么压气机在进气侧也会跟着转？它们之间是什么在传递能量？
🔮 预测
如果没有涡轮增压器，发动机需要怎样才能吸入同样多的空气？这对发动机大小有什么影响？
→ 下一课：还有一种能量也能被回收——刹车时丢掉的那部分。
L04 MGU-K Bidirectional 动能电机 — 双向能量流
🎯 核心概念
F1 赛车最大的不同在于：它有两套动力系统。内燃机是传统动力，MGU-K 既能在刹车时发电（回收能量），又能在加速时提供额外动力。同一个设备，两种工作模式。
MGU-K Bidirectional
📖 关键术语
MGU-K — 动能电机/发电机 Regen / Harvesting — 能量回收（发电模式） Deploy / Drive — 能量释放（驱动模式） Energy Store (ES) — 储能单元 ERS — Energy Recovery System（能量回收系统）
👁️ 观察
看图，图中有两条方向相反的箭头。蓝色箭头从哪里到哪里？绿色箭头从哪里到哪里？它们分别代表什么？
❓ 追问
为什么赛车刹车时不把所有能量都丢掉，而是回收一部分？这些回收的能量最后用在哪里？
🔮 预测
如果 F1 工程师可以无限回收能量，赛车会怎样？为什么现实中有能量回收上限（4MJ）？
→ Phase 1 结束。你已经知道 F1 如何产生动力、如何回收能量。

🏁 Phase 1 综合挑战

如果你是 F1 工程师，你想让赛车更快，
你会先改哪里？为什么？

不要找标准答案。写下你的思考过程。

动力？ 空气？ 轮胎？ 能量？ 控制？
F1 Engineer Academy · Dodo Teaching Pack · Phase 1 · v1.1
Generated 2026-08-14