답변:
첫째, 밸브의 기능과 4 행정 내연 기관에서 작동하는 방식을 검토하는 것이 중요합니다.
기본적으로 피스톤 당 최소 하나의 흡기 밸브와 배기 밸브가 있지만 F1 차량 (및 현대의 많은 도로 차량)은 각각 두 개를 사용합니다. 다음 설명은 "밸브"단수를 사용하지만, 다중 밸브 엔진에서 밸브는 동기식으로 작동합니다. 즉, 엔진에 하나 또는 두 개의 흡기 밸브가 있는지 여부는 각 밸브가 동일한 위치에 있음을 이해해야합니다 제 시간에.
흡입 밸브는 피스톤이 아래로 움직일 때 (밸브에서 멀어짐에 따라) 연료 / 공기 혼합물이 실린더로 들어간 다음 닫히도록하여 피스톤이 상승하여 혼합물이 압축 될 수 있도록합니다. 그런 다음 스파크에 의해 점화되고 그로 인한 미니 폭발은 피스톤을 다시 아래로 밀어냅니다. 이것이 파워 스트로크입니다. 마지막으로, 배기 밸브가 열리고 배기 가스가 실린더 밖으로 배출되면 피스톤이 다시 작동합니다.
상기 설명으로부터 명백한 바와 같이, 밸브는 피스톤이 상하로 움직이는 작동에 정확하게 동기화되어야한다. 만약 그들이 동기화에서 벗어나게된다면, 엔진은 더 적은 전력을 가지거나 (약간 타이밍이 약간 벗어난 경우) 전혀 작동하지 않거나 (시간이 너무 많이 벗어난 경우) 피스톤이 충돌하여 엔진을 파괴 할 것입니다 밸브, 밸브를 구부리거나 부수기 (일부 디자인). 수십 년 동안, 그리고 현재까지 대부분의 엔진은 캠을 사용하여 밸브를 내리고 (밸브를 열고) 스프링을 다시 밸브를 닫습니다. 저렴하고 안정적이며 효율적이며 입증 된 디자인이지만 한계가 있습니다.
엔진 속도가 올라가면 밸브가 더 빨라져야합니다. F1 차량은 현재 규정에 따라 최대 15,000RPM을 회전하도록 설계되었습니다. 이전 시즌의 자동차는 더욱 높아졌습니다. 일반적인 도로 차량은 그 절반 정도에 "빨간 선"이 있습니다. ( "빨간 선"은 타코미터의 실제 빨간 선을 의미하며, "이 지점을 넘어 가면 심각한 엔진 손상이 발생할 수 있습니다!") 엔진이 빠르게 회전 할 때 스프링이 문제가됩니다.. 먼저 매우 빠르게 행동해야합니다. 더 강한 스프링을 사용하여 밸브를 더 빨리 닫을 수 있지만, 밸브를 닫기 위해 캠이 회전 할 때마다 스프링을 압축하는 데 더 많은 에너지를 소비해야합니다. 또한, 스프링 공진 주파수 근처의 특정 엔진 속도에서 밸브가 필요한만큼 빨리 닫히지 않기 때문에 일부 레이싱 엔진은이를 극복하기 위해 다른 공진 주파수를 가진 2 개 또는 3 개의 동심 스프링을 사용합니다.
원래 르노가 성공적으로 사용했던 한 가지 접근법은 (실제로 파리에 기반을두고 있지는 않지만, 제목을 사용할 수 없었습니다.) 곧 모든 F1 엔진 제조업체는 공압 밸브였습니다. 본질적으로, 이것은 스프링처럼 작용하는 질소와 같은 불활성 가스로 채워진 다이어프램 일 뿐이지 만 더 빠릅니다. 또한 레이싱 엔지니어들에게 항상 관심이있는 경량화라는 장점이 있습니다. 공압 밸브 는 낮은 RPM에서 사용될 수 있지만, 해결해야 할 문제는 세단 형 자동차가 견딜 수있는 것보다 훨씬 높은 RPM에서 발생하기 때문에 도로에서 사용되지 않는 이유입니다. 차. desmodromic 이라는 시스템도 있습니다"기본적으로 두 개의 캠 로브를 사용하는 - 밸브를 열어 하나를 다른 하나는 그것을 닫습니다. 제가 알기로는 지금까지 F1에서 사용하지 않은 ( 나를 용서 판지오 내가 죄를 위해! 1954 메르세데스 - 벤츠 W196은 desmodromic 채택 밸브를 사용하고 주요 사용자는 오토바이에 장착 된 Ducati입니다.
내가 설명한 캠 시스템은 잘 작동하지만 타협입니다. 각 밸브가 열리는 기간과 지속 시간은 캠축 로브의 모양과 엔진 속도에 의해 고정됩니다. 에서 일부 엔진의 RPM 범위에서 점, 특정 캠 샤프트는하지만 그 한 지점에서, 최적의 시간과 타이밍을 제공합니다. 다른 모든 엔진 속도의 경우 효율성 또는 출력 또는 두 가지 측면에서 모두 최적이 아닙니다. 이상적으로는 둘 이상의 특정 RPM 값에서 이상적인 설정을 보장하기 위해 밸브를보다 잘 제어하기를 원합니다.
이를 해결하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 이를 수행하는 한 가지 간단한 방법은 밸브 당 2 개의 캠 로브를 갖고 실제로 밸브를 여는 것을 변경하는 액추에이터를 사용하는 것입니다. 그것은 본질적으로 Honda의 VTEC 시스템 이 하는 것과 정확히 일치합니다 . Toyota의 VVT-i, BMW의 VANOS 및 Porsche의 Variocam 시스템이 수행하는 캠 타이밍을 지속적으로 변경하여 더 나은 작업을 수행 할 수 있습니다. 이들은 모두 캠 타이밍 을 약간 변경하여 엔진이 훨씬 넓은 범위의 엔진 속도에서 최대 출력으로 작동 할 수 있습니다.
좋습니다.하지만 더 나아갈 것을 상상할 수 있습니다. 더 좋은 방법은 캠을 완전히 제거하고 예를 들어 컴퓨터 제어 하의 솔레노이드를 사용하는 것입니다. 솔레노이드와이를 제어하는 컴퓨터 모두 캠에 의해 현재 기계적으로 제공되는 타이밍을 정확하게 복제해야하지만 무게 절감과 순간적인 동적 조정을 허용하는 매우 유연한 제어 모두에서 상당한 잠재적 이점이 있습니다. 밸브 타이밍. 그러나 이것은 실제로 안정적으로 달성하기가 매우 어렵 기 때문에 이러한 종류의 기술을 사용하는 생산 엔진은 아직 생산되지 않았습니다. Koenigsegg는 가까이 있다는 소문이 있지만 그중 하나를 감당할 수있는 사람은 거의 없습니다.
대답은 당신을 놀라게 할 것 입니다. 2016 포뮬러 1 기술 규정 (및 누가 그렇지 않습니까?) 을 읽으면 다음 과 같이 표시됩니다.
5.9.2 가변 밸브 타이밍 및 가변 밸브 리프트 프로파일 시스템은 허용되지 않습니다.
그래서 당신은 그것을 가지고 있습니다. 공압식 밸브 "스프링"을 포함하여 F1 엔진에는 많은 멋진 기술이 있지만, 펜더가 누락되고 뾰족한 후드가있는 프라이머 그레이 그레이 1999 혼다 프렐 레드의 거리를 차갑게 몰아 낼 수 있습니다. 현재 F1 차량에는 가변 밸브 타이밍이 있습니다.