Hubo una declaración en una publicación sobre los trenes de válvulas de Fórmula 1 que eran neumáticos o magnéticos. ¿Hay trenes de válvulas accionados magnética o neumáticamente en el mercado? ¿Cuándo empezaron a usar este tipo de trenes de válvulas? ¿Significa esto que no tienen árboles de levas y están controlados por una computadora?
Primero, probablemente sea importante revisar qué hacen las válvulas y cómo se supone que deben funcionar en un motor de combustión interna de cuatro tiempos.
Esencialmente, hay válvulas de admisión y válvulas de escape con un mínimo de una de cada una por pistón, pero los autos de F1 (y muchos autos de carretera modernos) usan dos de cada una. La siguiente descripción usará "válvula" en singular, pero debe entenderse que en los motores de válvulas múltiples, las válvulas funcionan en sincronía, es decir, ya sea que el motor tenga una o dos válvulas de admisión, están en la misma posición en cada una de ellas. instante en el tiempo.
La válvula de admisión permite que la mezcla de aire y combustible entre en el cilindro a medida que el pistón se mueve hacia abajo (alejándose de la válvula) y luego se cierra para que la mezcla pueda ser comprimida por el pistón ascendente. Luego se enciende con una chispa y la miniexplosión resultante empuja el pistón hacia abajo. Ese es el golpe de poder. Finalmente, el pistón vuelve a subir cuando se abre la válvula de escape y los gases de escape salen del cilindro.
Como debería ser obvio a partir de la descripción anterior, las válvulas deben sincronizarse exactamente con el funcionamiento de los pistones que se mueven hacia arriba y hacia abajo. Si se salieran de la sincronización, el motor tendría menos potencia (si están un poco fuera de tiempo), o no funcionarían en absoluto (si estuvieran muy fuera de tiempo) o destruirían el motor haciendo que los pistones chocaran contra las válvulas, doblando o rompiendo las válvulas (en algunos diseños). Durante muchas décadas, y hasta el momento actual, la mayoría de los motores usan levas para empujar la válvula hacia abajo (abrirla) y resortes para cerrar la válvula nuevamente. Es económico, confiable, eficiente y tiene un diseño bien probado, pero tiene limitaciones.
Cuando aumenta la velocidad del motor, las válvulas tienen que ir más rápido. Un coche de F1 está diseñado para girar hasta 15.000 RPM según la normativa vigente; Los autos de temporadas anteriores aceleraron aún más. Los automóviles típicos de carretera tienen una "línea roja" en aproximadamente la mitad. ("Línea roja" se refiere a una línea roja real en el tacómetro que pretende indicar "¡si va más allá de este punto, es probable que se dañe gravemente el motor!") Cuando un motor gira tan rápido, el resorte se convierte en un problema. En primer lugar, tiene que actuar muy rápidamente. Podemos hacer que cierre la válvula más rápido usando un resorte más rígido, pero luego necesitamos gastar más energía comprimiendo el resorte cada vez que la leva gira para cerrar la válvula. Además, se descubrió que a ciertas velocidades del motor cercanas a la frecuencia de resonancia del resorte, las válvulas no se cierran tan rápido como deberían, por lo que algunos motores de carrera usan dos o tres resortes concéntricos con diferentes frecuencias de resonancia para superar esto.
Un enfoque que Renault utilizó con éxito originalmente (sí, sé que en realidad no tienen su sede en París, pero no pude resistirme a usar el encabezado) y poco después por todos los fabricantes de motores de F1 fue una válvula neumática. Esencialmente, es solo un diafragma lleno de un gas inerte como el nitrógeno que actúa como un resorte, pero más rápido. También tienen la ventaja de un menor peso, lo que siempre interesa a los ingenieros de carreras. Tenga en cuenta que, si bien las válvulas neumáticas se pueden usar a RPM más bajas, el problema que deben resolver es a RPM tan altas, muy por encima de las que podría soportar el sedán familiar, por eso (todavía) no se usan en carretera. coches. También hay un sistema llamado " desmodrómico ".Que yo sepa, nunca se ha usado en F1 ( ¡perdóname Fangio, porque he pecado! El Mercedes-Benz W196 de 1954 empleaba válvulas desmodrómicas), y el usuario principal es Ducati en sus motocicletas. Esto ya es lo suficientemente largo, así que no lo describiré aquí.
El sistema de leva que he estado describiendo funciona bien, pero es un compromiso. El momento y la duración de los períodos en que cada válvula está abierta se fijan por la forma de los lóbulos del árbol de levas y la velocidad del motor. En algún punto en el rango de RPM del motor, un árbol de levas en particular proporciona la duración y sincronización óptimas, pero solo en ese punto. Para cualquier otra velocidad del motor, será subóptima en términos de eficiencia o potencia o ambos. Idealmente, querríamos un mejor control de las válvulas para asegurar configuraciones ideales en más de un valor específico de RPM.
Hay varias maneras de abordar esto. Una forma simple de hacerlo es tener dos lóbulos de leva por válvula y usar un actuador que cambia cuál abre realmente la válvula. Eso es esencialmente exactamente lo que hace el sistema VTEC de Honda . Podemos hacerlo aún mejor variando continuamente la sincronización de la leva, que es lo que hacen los sistemas VVT-i de Toyota, VANOS de BMW y Variocam de Porsche. Todos tienen la capacidad de variar ligeramente la sincronización de la leva para que el motor funcione a su máxima potencia en un rango mucho más amplio de velocidades del motor.
Eso es bueno, pero podemos imaginarnos yendo aún más lejos. Aún mejor sería eliminar la leva por completo y usar, por ejemplo, un solenoide controlado por computadora. Obviamente, tanto el solenoide como la computadora que lo controlan tendrían que duplicar con precisión la sincronización que actualmente proporcionan mecánicamente las levas, pero tiene una ventaja potencial significativa tanto en el ahorro de peso como en el control extremadamente flexible que permite ajustes dinámicos momento a momento. de sincronización de válvulas. Sin embargo, esto ha resultado muy difícil de lograr de manera confiable, por lo que aún no se han producido motores de producción que utilicen este tipo de tecnología. Se rumorea que Koenigsegg está cerca, pero pocos de nosotros podremos pagar uno de esos.
La respuesta puede sorprenderte: ninguno de ellos . Si lees el Reglamento Técnico de Fórmula 1 de 2016 (¡¿y quién no?!) verás esto:
5.9.2 No se permiten los sistemas de sincronización variable de válvulas y perfil de elevación de válvula variable.
Así que ahí lo tienes. Si bien hay mucha tecnología genial en los motores de F1, incluidos los "muelles" de las válvulas neumáticas, puede conducir con aire de suficiencia por la calle en su Honda Prelude 1999 gris imprimación con el guardabarros faltante y el capó abollado sabiendo que su motor en realidad incorpora tecnología que no El coche de F1 actual tiene sincronización variable de válvulas.
Zaid