Először valószínűleg fontos áttekinteni, hogy a szelepek hogyan és hogyan működjenek egy négyütemű belső égésű motoron.

Mit csinálnak a szelepek

Lényegében vannak szívóanyagok szelepek és kipufogó szelepek, dugattyúnként legalább egy-egy szeleppel, de az F1-es autók (és sok modern közúti autó) kettőt használnak. A következő leírás egyes számú "szelepet" fog használni, de meg kell érteni, hogy a többszelepes motorokban a szelepek szinkronban működnek - vagyis függetlenül attól, hogy a motornak van egy vagy két szívószelepe, mindegyikben azonos helyzetben vannak azonnal az időben.

A szívószelep beengedi az üzemanyag / levegő keveréket a hengerbe, amikor a dugattyú lefelé mozog (távolabb a szeleptől), majd bezárul, hogy a keveréket az emelkedő dugattyú összenyomhassa. Ezután egy szikra meggyújtja, és az ebből eredő minirobbanás visszatolja a dugattyút. Ez az áramütés. Végül a dugattyú visszajön, amikor a kipufogószelep kinyílik, és a kipufogógáz kiszorul a hengerből.

Hogyan működnek

Amint az a fenti leírásból nyilvánvaló, a a szelepeket pontosan össze kell szinkronizálni a felfelé és lefelé mozgó dugattyúk működésével. Ha kikerülnének a szinkronizálásból, a motor kevesebb energiával rendelkezne (ha kissé le van állítva az időzítés), vagy egyáltalán nem járna (ha az időzítés nagyban eltér), vagy tönkretenné a motort, ha a dugattyúk beütnek a szelepeket, hajlítva vagy elszakítva a szelepeket (egyes kivitelekben). Hosszú évtizedekig és az aktuális időig a legtöbb motor bütykökkel nyomja le a szelepet (kinyitja), és rugókkal zárja vissza a szelepet. Olcsó, megbízható, hatékony és jól bevált kialakítású, de vannak korlátai.

Menjünk versenyezni!

Amikor a motor fordulatszáma nő, a szelepeknek gyorsabban kell menniük. Az F1-es autót úgy tervezték, hogy a jelenlegi előírásoknak megfelelően akár 15 000 fordulat / perc sebességgel forogjon; az előző évadok autójai még magasabbra fordultak. A tipikus közúti autóknak ennek a fele körül "piros vonal" van. (A "piros vonal" a fordulatszámmérőn megjelenő tényleges piros vonalra utal, amely azt jelzi, hogy "ha túllép ezen a ponton, akkor súlyos motorkárosodás valószínű!") Amikor egy motor ilyen gyorsan forog, a rugó kérdés. Először is, nagyon gyorsan kell cselekednie. Merevebb rugó segítségével gyorsabban zárhatjuk el a szelepet, de akkor több energiát kell elhasználnunk a rugó összenyomására, valahányszor a bütyök elfordul a szelep bezárásához. Megállapították továbbá, hogy bizonyos, a rugó rezonanciafrekvenciájához közeli motorfordulatszám mellett a szelepek nem záródnak be olyan gyorsan, mint kellene, ezért egyes versenymotorok két vagy három, különböző rezonanciafrekvenciájú koncentrikus rugót használnak ennek leküzdésére.

Tavaszi idő Párizsban

Az egyik megközelítés, amelyet a Renault eredetileg sikeresen alkalmazott (igen, tudom, hogy valójában nem Párizsban vannak, de nem tudtam ellenállni a fejléc használatának), és hamarosan az összes F1-es motorgyártó egy pneumatikus szelep volt. Lényegében ez csak egy inert gázzal, például nitrogénnel töltött membrán, amely rugóként hat, de gyorsabban. Előnyük az alacsonyabb súly is, ami mindig a versenyző mérnököket érdekli. Ne feledje, hogy bár a pneumatikus szelepek használhatók alacsonyabb fordulatszámon, az a probléma, amelyet megoldani szánnak, olyan magas fordulatszámon van, amely jóval meghaladja azokat, amelyeket a családi szedán képes elviselni, ezért éppen ezért (még) nem használt közúti autókban. Van egy " desmodromic" nevű rendszer is, amely lényegében két bütyökhártyát használ - az egyiket a szelep kinyitására, a másikat pedig a bezárására. Tudomásom szerint még soha nem használták az F1-ben ( Bocsásson meg nekem Fangiót, mert vétkeztem! Az 1954-es Mercedes-Benz W196 alkalmazott desmodromikus szelepek.), és elsődleges felhasználó a Ducati a motorkerékpárjaikban. Ez már elég hosszú, ezért ezt itt nem írom le.

Tudunk még jobban teljesíteni?

Az általam leírt cam rendszer jól működik, de ez egy kompromisszum. Az egyes szelepek nyitva tartásának időzítését és időtartamát a vezérműtengely-karéjak alakja és a motor fordulatszáma határozza meg. A motor fordulatszám-tartományának valamely pontján egy adott bütykös tengely biztosítja az optimális időtartamot és időzítést, de csak ezen az egy ponton. Minden más motorfordulatszámnál ez optimálisnál alacsonyabb lesz hatékonyságát, teljesítményét vagy mindkettőt illetően. Ideális esetben a szelepek jobb szabályozását szeretnénk biztosítani az ideális beállításokhoz, egynél több fordulatszám mellett.

Hogyan javíthatjuk a szelepszabályozást?

Ennek megoldására számos módon lehet. Ennek egyik egyszerű módja, ha szelepenként két bütyökkar van, és olyan működtetőt használ, amely megváltoztatja, hogy melyik nyitja meg a szelepet. Lényegében pontosan ezt teszi a Honda VTEC rendszere. Még jobb eredményt érhetünk el, ha folyamatosan változtatjuk a bütyök időzítését, amit a Toyota VVT-i, a BMW VANOS és a Porsche Variocam rendszerei tesznek. Mindannyian képesek kissé változtatni a bütykös időzítést, így a motor csúcsteljesítmény mellett, a motor fordulatszámának sokkal szélesebb tartományában működik.

Ez jó, de elképzelhetjük, hogy tovább megyünk. Még jobb, ha teljesen kiküszöböljük a bütyöket, és számítógépes vezérléssel például mágnesszelepet használunk. Nyilvánvaló, hogy mind a mágnesszelepnek, mind az azt vezérlő számítógépnek pontosan meg kell ismételnie azt az időzítést, amelyet a bütykök jelenleg mechanikusan biztosítanak, de jelentős potenciális előnye van mind a súlymegtakarításban, mind pedig a rendkívül rugalmas vezérlésben, amely pillanatról pillanatra dinamikus beállításokat tesz lehetővé. a szelep időzítése. Ezt azonban nagyon nehéz megbízhatóan megvalósítani, ezért még nem gyártottak olyan motort, amely ezt a fajta technológiát használja. A hírek szerint Koenigsegg közel van, de közülünk kevesen engedhetik meg maguknak az egyiket.

Melyik változó szelepes rendszert használják az F1-ben?

A válasz meglepetéssel szolgálhat : egyik sem . Ha elolvassa a 2016-os Forma-1 műszaki előírásait (és ki nem ?!), akkor ezt látja:

5.9.2 Változtatható szelepidőzítés és változó a szelepemelő profilrendszerek nem engedélyezettek.

Hajtson büszkén!

Tehát megvan. Bár az F1-es motorokban rengeteg hűvös technológia létezik, beleértve a pneumatikus szelepes "rugókat", önelégült módon vezethet az utcán az alapozószürke 1999-es Honda Prelude-jával a hiányzó sárvédővel és horpadt motorháztetővel, tudván, hogy a motorja valóban olyan technológiát tartalmaz, amely nem az aktuális F1-es autó - változó szelepvezérléssel rendelkezik.