In einem Beitrag gab es eine Aussage darüber, dass Formel-1-Ventiltriebe pneumatisch oder magnetisch seien. Gibt es magnetisch oder pneumatisch angetriebene Ventiltriebe auf dem Markt? Wann haben sie angefangen, diese Art von Ventiltrieben zu verwenden? Bedeutet das, dass sie keine Nockenwellen haben und von einem Computer gesteuert werden?
Zunächst ist es wahrscheinlich wichtig zu überprüfen, was Ventile tun und wie sie bei einem Viertakt-Verbrennungsmotor funktionieren sollen.
Im Wesentlichen gibt es Einlassventile und Auslassventile mit jeweils mindestens einem pro Kolben, aber F1-Autos (und viele moderne Straßenautos) verwenden jeweils zwei. Die folgende Beschreibung verwendet "Ventil" Singular, aber es versteht sich, dass bei Mehrventilmotoren die Ventile synchron arbeiten – das heißt, ob der Motor ein oder zwei Einlassventile hat, sie befinden sich jeweils in der gleichen Position augenblicklich.
Das Einlassventil lässt das Kraftstoff/Luft-Gemisch in den Zylinder, wenn sich der Kolben nach unten bewegt (vom Ventil weg), und schließt dann, sodass das Gemisch durch den steigenden Kolben komprimiert werden kann. Es wird dann durch einen Funken gezündet und die daraus resultierende Mini-Explosion drückt den Kolben wieder nach unten. Das ist der Kraftakt. Schließlich kommt der Kolben wieder hoch, wenn das Auslassventil öffnet und das Abgas aus dem Zylinder gedrückt wird.
Wie aus der obigen Beschreibung offensichtlich sein sollte, müssen die Ventile exakt mit dem Betrieb der sich auf und ab bewegenden Kolben synchronisiert sein. Wenn sie aus der Synchronisation geraten würden, hätte der Motor weniger Leistung (wenn sie leicht vom Timing abweichen) oder würde überhaupt nicht laufen (wenn sie stark vom Timing abweichen) oder den Motor zerstören, indem die Kolben zusammenstoßen die Ventile, Verbiegen oder Brechen der Ventile (bei einigen Ausführungen). Seit vielen Jahrzehnten und bis heute verwenden die meisten Motoren Nocken, um das Ventil nach unten zu drücken (öffnen), und Federn, um das Ventil wieder zu schließen. Es ist kostengünstig, zuverlässig, effizient und ein bewährtes Design, aber es gibt Einschränkungen.
Wenn die Motordrehzahl steigt, müssen die Ventile schneller gehen. Ein F1-Auto ist gemäß den geltenden Vorschriften für eine Drehzahl von bis zu 15.000 U / min ausgelegt. Die Autos der vergangenen Saisons drehten sogar noch höher. Typische Straßenautos haben eine "rote Linie" bei etwa der Hälfte. ("Rote Linie" bezieht sich auf eine tatsächliche rote Linie auf dem Drehzahlmesser, die anzeigen soll, "wenn Sie über diesen Punkt hinausgehen, ist ein schwerer Motorschaden wahrscheinlich!"). Wenn ein Motor so schnell dreht, wird die Feder zum Problem. Erstens muss es sehr schnell handeln. Wir können das Ventil schneller schließen, indem wir eine steifere Feder verwenden, aber dann müssen wir jedes Mal mehr Energie aufwenden, um die Feder zusammenzudrücken, wenn sich der Nocken dreht, um das Ventil zu schließen. Außerdem wurde festgestellt, dass die Ventile bei bestimmten Motordrehzahlen in der Nähe der Resonanzfrequenz der Feder nicht so schnell schließen, wie sie sollten, sodass einige Rennmotoren zwei oder drei konzentrische Federn mit unterschiedlichen Resonanzfrequenzen verwenden, um dies zu überwinden.
Ein Ansatz, der ursprünglich von Renault (ja, ich weiß, dass sie nicht in Paris ansässig sind, aber ich konnte nicht widerstehen, die Überschrift zu verwenden) und bald darauf von allen F1-Motorenherstellern erfolgreich eingesetzt wurde, war ein pneumatisches Ventil. Im Wesentlichen ist es nur eine mit einem Edelgas wie Stickstoff gefüllte Membran, die wie eine Feder wirkt, aber schneller. Sie haben auch den Vorteil des geringeren Gewichts, was für Renningenieure immer interessant ist. Denken Sie daran, dass pneumatische Ventile zwar bei niedrigeren Drehzahlen verwendet werden könnten, das Problem, das sie lösen sollen, jedoch bei so hohen Drehzahlen liegt, die weit über denen liegen, die die Familienlimousine aushalten könnte, weshalb sie (noch) nicht auf der Straße eingesetzt werden Autos. Es gibt auch ein System namens " desmodromisch " .Meines Wissens wurde es noch nie in der F1 verwendet ( Verzeihen Sie mir Fangio, denn ich habe gesündigt! Der Mercedes-Benz W196 von 1954 verwendete desmodromische Ventile.), und der Hauptbenutzer ist Ducati in ihren Motorrädern. Das ist schon lang genug, also werde ich das hier nicht beschreiben.
Das Cam-System, das ich beschrieben habe, funktioniert gut, aber es ist ein Kompromiss. Der Zeitpunkt und die Dauer der Perioden, in denen jedes Ventil geöffnet ist, werden durch die Form der Nockenwellennocken und die Drehzahl des Motors festgelegt. Irgendwann im Drehzahlbereich des Motors liefert eine bestimmte Nockenwelle die optimale Dauer und das optimale Timing, aber nur an diesem einen Punkt . Für jede andere Motordrehzahl wird es in Bezug auf Effizienz oder Leistung oder beides suboptimal sein. Idealerweise möchten wir eine bessere Steuerung der Ventile, um ideale Einstellungen bei mehr als einem bestimmten Drehzahlwert sicherzustellen.
Es gibt eine Reihe von Möglichkeiten, dies zu beheben. Eine einfache Möglichkeit besteht darin, zwei Nocken pro Ventil zu haben und einen Aktuator zu verwenden, der ändert, welcher das Ventil tatsächlich öffnet. Das ist im Wesentlichen genau das, was das VTEC-System von Honda tut. Wir können noch besser werden, indem wir die Nockensteuerung kontinuierlich variieren, was bei Toyotas VVT-i, BMWs VANOS und Porsches Variocam-Systemen der Fall ist. Sie alle haben die Fähigkeit, die Nockensteuerung leicht zu variieren, so dass der Motor in einem viel breiteren Bereich von Motordrehzahlen mit Spitzenleistung arbeitet.
Das ist gut, aber wir können uns vorstellen, noch weiter zu gehen. Noch besser wäre es, den Nocken vollständig zu eliminieren und beispielsweise einen Solenoid unter Computersteuerung zu verwenden. Offensichtlich müssten sowohl das Solenoid als auch der ihn steuernde Computer das Timing, das derzeit mechanisch von den Nocken bereitgestellt wird, genau duplizieren, aber es hat einen erheblichen potenziellen Vorteil sowohl bei der Gewichtseinsparung als auch bei der äußerst flexiblen Steuerung, die dynamische Anpassungen von Moment zu Moment ermöglicht der Ventilsteuerung. Es hat sich jedoch als sehr schwierig erwiesen, dies tatsächlich zuverlässig zu erreichen, so dass noch keine Serienmotoren hergestellt wurden, die diese Art von Technologie verwenden. Es wird gemunkelt, dass Koenigsegg in der Nähe ist, aber nur wenige von uns werden sich so etwas leisten können.
Die Antwort mag Sie überraschen: keiner von ihnen . Wenn Sie sich das Technische Reglement der Formel 1 2016 durchlesen (und wer tut das nicht?!), werden Sie Folgendes sehen:
5.9.2 Systeme mit variabler Ventilsteuerung und variablem Ventilhubprofil sind nicht zulässig.
Da haben Sie es also. Während es in F1-Motoren eine Menge cooler Technologie gibt, einschließlich pneumatischer Ventil-„Federn“, können Sie in Ihrem grundgrauen 1999er Honda Prelude mit dem fehlenden Kotflügel und der verbeulten Motorhaube selbstgefällig die Straße hinunterfahren, da Sie wissen, dass Ihr Motor tatsächlich Technologie enthält, die Nr Das aktuelle F1-Auto hat - variable Ventilsteuerung.
Zaid