อันดับแรกอาจเป็นเรื่องสำคัญที่จะต้องทบทวนว่าวาล์วทำงานอย่างไรและควรทำอย่างไรกับเครื่องยนต์สันดาปภายในแบบสี่จังหวะ
วาลล์ทำอะไร
โดยพื้นฐานแล้วจะมีไอดีวาล์วและวาล์วไอเสียที่มีอย่างน้อยหนึ่งตัวต่อลูกสูบ แต่รถ F1 (และรถยนต์ถนนสมัยใหม่) ใช้สองคันต่อคัน คำอธิบายต่อไปนี้จะใช้ "วาล์ว" เอกพจน์ แต่ควรเข้าใจว่าในเครื่องยนต์หลายวาล์ววาล์วทำงานในแบบซิงโครนัส - นั่นคือไม่ว่าเครื่องยนต์จะมีวาล์วไอดีหนึ่งหรือสองวาล์วพวกเขาอยู่ในตำแหน่งเดียวกันในแต่ละ ทันเวลา
วาล์วไอดีช่วยให้ส่วนผสมของเชื้อเพลิง / อากาศเข้าไปในกระบอกสูบขณะลูกสูบเคลื่อนตัวลง (อยู่ห่างจากวาล์ว) จากนั้นปิดเพื่อให้ส่วนผสมสามารถอัดได้โดยลูกสูบที่เพิ่มขึ้น จากนั้นจะถูกจุดประกายโดยประกายไฟและการระเบิดขนาดเล็กที่เกิดขึ้นจะผลักลูกสูบลงไป นั่นคือพลังจังหวะ ในที่สุดลูกสูบจะกลับมาเมื่อวาล์วไอเสียเปิดออกและผลักไอเสียออกจากกระบอกสูบ
พวกเขาทำงานอย่างไร
ดังที่ควรจะเห็นได้ชัดจากคำอธิบายข้างต้นวาล์วจะต้องตรงกับการทำงานของลูกสูบเคลื่อนขึ้นและลงอย่างแน่นอน ถ้าพวกเขาออกจากการซิงโครไนซ์เครื่องยนต์จะมีพลังงานน้อยลง (ถ้าพวกเขาออกนอกเวลาเล็กน้อย) หรือไม่ทำงานเลย (ถ้าพวกเขาออกนอกกำหนดเวลา) หรือทำลายเครื่องยนต์โดยทำให้ลูกสูบชนเข้า วาล์ว, ดัดหรือทำลายวาล์ว (ในบางการออกแบบ) เป็นเวลาหลายทศวรรษและจนถึงเวลาปัจจุบันเครื่องยนต์ส่วนใหญ่ใช้แคมในการผลักวาล์วลง (เปิด) และสปริงเพื่อปิดวาล์วอีกครั้ง มันไม่แพงน่าเชื่อถือมีประสิทธิภาพและการออกแบบที่พิสูจน์แล้ว แต่มีข้อ จำกัด
ไปแข่งกันเถอะ!
เมื่อความเร็วรอบเครื่องยนต์สูงขึ้นวาล์วจะต้องทำงานเร็วขึ้น รถ F1 ได้รับการออกแบบให้หมุนได้สูงถึง 15,000 รอบต่อนาทีตามกฎระเบียบปัจจุบัน ฤดูกาลก่อนหน้าของรถยนต์มีการปรับปรุงสูง รถที่วิ่งไปตามถนนทั่วไปจะมี "เส้นสีแดง" ประมาณครึ่งหนึ่ง ("เส้นสีแดง" หมายถึงเส้นสีแดงที่เกิดขึ้นจริงบนเครื่องวัดวามเร็วซึ่งมีจุดประสงค์เพื่อระบุ "ถ้าคุณไปเกินกว่าจุดนี้จะเกิดความเสียหายต่อเครื่องยนต์อย่างรุนแรง!") เมื่อเครื่องยนต์หมุนเร็วเกินไปสปริงจะกลายเป็นปัญหา. ก่อนอื่นต้องดำเนินการอย่างรวดเร็ว เราสามารถทำให้มันปิดวาล์วเร็วขึ้นโดยใช้สปริงที่แข็ง แต่จากนั้นเราต้องใช้พลังงานมากขึ้นในการบีบอัดสปริงทุกครั้งที่ลูกเบี้ยวหมุนเพื่อปิดวาล์ว นอกจากนี้พบว่าที่ความเร็วรอบเครื่องยนต์ใกล้กับความถี่พ้องของสปริงวาล์วจะไม่ปิดเร็วเท่าที่ควรดังนั้นเครื่องยนต์แข่งบางรุ่นใช้สปริงศูนย์กลางสองหรือสามตัวที่มีความถี่พ้องแตกต่างกันเพื่อเอาชนะปัญหานี้
ฤดูใบไม้ผลิในปารีส
วิธีการหนึ่งที่ใช้โดยเรโนลต์สำเร็จแล้ว (ใช่ฉันรู้ว่าพวกเขาไม่ได้มีพื้นฐานมาจากปารีส แต่ฉันไม่สามารถต้านทานการใช้หัวเรื่อง) และหลังจากผู้ผลิตเครื่องยนต์ F1 ทุกคนไม่นานก็กลายเป็นวาล์วลม โดยพื้นฐานแล้วมันเป็นเพียงไดอะแฟรมที่เต็มไปด้วยก๊าซเฉื่อยเช่นไนโตรเจนที่ทำหน้าที่เหมือนสปริง แต่เร็วกว่า พวกเขายังมีข้อได้เปรียบของการลดน้ำหนักซึ่งเป็นที่สนใจของวิศวกรแข่งรถเสมอ โปรดทราบว่าในขณะที่วาล์วลมสามารถใช้ที่ RPM ที่ต่ำกว่าปัญหาที่พวกเขาตั้งใจจะแก้ก็คือ RPM ที่สูงกว่าระดับที่เซอแดงตระกูลสามารถทนได้นั่นคือเหตุผลที่ว่าทำไมพวกเขาถึงไม่ใช้ (บน) รถ. นอกจากนี้ยังมีระบบที่เรียกว่า " desmodromic"ซึ่งเป็นหลักใช้สองแฉกบแคม - หนึ่งในการเปิดวาล์วและอื่น ๆ ที่จะปิดมัน. เพื่อความรู้ของฉันมันยังไม่เคยถูกนำมาใช้ใน F1 ( ยกโทษให้ฉันฟานจิโอสำหรับข้าพเจ้าได้กระทำบาป! 1954 Mercedes-Benz W196ลูกจ้าง Desmodromic Valve.) และผู้ใช้หลักคือ Ducati ในจักรยานยนต์ของพวกเขานี่มันนานพอแล้วดังนั้นฉันจะไม่อธิบายอันนี้เลย
เราสามารถทำได้ดีกว่านี้อีกไหม?
ระบบลูกเบี้ยวที่ฉันอธิบายมานั้นใช้งานได้ดี แต่มันก็ประนีประนอม เวลาและระยะเวลาของช่วงเวลาที่วาล์วเปิดแต่ละครั้งจะถูกกำหนดโดยรูปร่างของเพลาลูกเบี้ยวและความเร็วของเครื่องยนต์ ในบางช่วงของช่วง RPM ของเครื่องยนต์เพลาลูกเบี้ยวที่เฉพาะเจาะจงจะให้ระยะเวลาและเวลาที่เหมาะสม แต่จะอยู่ที่จุดเดียวเท่านั้น สำหรับความเร็วรอบเครื่องยนต์อื่น ๆ มันจะเป็นค่าที่ดีที่สุดในแง่ของประสิทธิภาพหรือกำลังหรือทั้งสองอย่าง โดยหลักการแล้วเราต้องการให้การควบคุมวาล์วดีขึ้นเพื่อให้มั่นใจถึงการตั้งค่าที่สมบูรณ์แบบที่มากกว่าหนึ่งค่า RPM ที่เฉพาะเจาะจง
เราจะปรับปรุงการควบคุมวาล์วได้อย่างไร?
มีหลายวิธีในการแก้ไขปัญหานี้ วิธีง่าย ๆ ในการทำคือมีลูกเบี้ยวสอง lobes ต่อวาล์วและใช้ actuator ที่เปลี่ยนแปลงที่จริงเปิดวาล์ว นั่นคือสิ่งที่ระบบ VTEC ของฮอนด้าทำ เราสามารถทำได้ดียิ่งขึ้นโดยการเปลี่ยนจังหวะเวลาลูกเบี้ยวอย่างต่อเนื่องซึ่งเป็นสิ่งที่ Toyota VVT-i, VANOS ของ BMW และระบบ Variocam ของ Porsche ทำ พวกเขาทุกคนมีความสามารถในการเปลี่ยนแปลงเวลาแคมเล็กน้อยเพื่อให้เครื่องยนต์ทำงานที่กำลังสูงสุดในช่วงความเร็วเครื่องยนต์ที่กว้างขึ้น
นั่นเป็นสิ่งที่ดี แต่เราสามารถจินตนาการได้ว่าจะยังคงอยู่ต่อไป ยิ่งไปกว่านั้นก็คือการกำจัดลูกเบี้ยวทั้งหมดและใช้งานเช่นโซลินอยด์ภายใต้การควบคุมคอมพิวเตอร์ เห็นได้ชัดว่าทั้งโซลินอยด์และคอมพิวเตอร์ที่ควบคุมมันจะต้องทำซ้ำจังหวะเวลาที่ถูกต้องในขณะนี้โดยกล้อง แต่มันมีข้อได้เปรียบที่สำคัญที่เป็นไปได้ทั้งในการลดน้ำหนักและในการควบคุมที่ยืดหยุ่นอย่างมาก ของวาล์วเวลา อย่างไรก็ตามสิ่งนี้พิสูจน์ได้ยากมากที่จะบรรลุผลได้อย่างน่าเชื่อถือดังนั้นจึงไม่มีการผลิตเครื่องยนต์ที่ใช้เทคโนโลยีชนิดนี้ Koenigsegg มีข่าวลือว่าใกล้เคียงกัน แต่มีน้อยคนที่จะสามารถซื้อหนึ่งในนั้น
ระบบวาล์วแปรผันใดที่ใช้ใน F1
คำตอบอาจทำให้คุณประหลาดใจ: ไม่มีของพวกเขา ถ้าคุณอ่านกฎระเบียบทางเทคนิค Formula 1 ปี 2016 (และใครไม่เป็น?!) คุณจะเห็นสิ่งนี้:
5.9.2 ไม่อนุญาตให้กำหนดเวลาวาล์วแปรผันและระบบโปรไฟล์ลิฟท์วาล์วแปรผัน
ขับภูมิใจ!
ดังนั้นคุณมีมัน ในขณะที่มีเทคโนโลยีเจ๋ง ๆ มากมายในเครื่องยนต์ F1 รวมถึง pneumatic valve "สปริง" คุณสามารถขับรถไปตามถนนใน Honda Prelude 1999 Primer-grey Primer-grey ของคุณด้วยบังโคลนกันชนและเว้าแหว่งที่หายไปรู้ว่าเครื่องยนต์ของคุณรวมเทคโนโลยีที่ไม่มี รถ F1 ปัจจุบันมี - เวลาวาล์วแปรผัน