Auto Voiture FAQ

Tout d'abord, il est probablement important d'examiner ce que font les soupapes et comment elles sont censées fonctionner sur un moteur à combustion interne à quatre temps.

Que font les soupapes

Essentiellement, il y a l'admission soupapes et soupapes d'échappement avec au moins un de chaque par piston, mais les voitures de F1 (et de nombreuses voitures de route modernes) en utilisent deux de chaque. La description suivante utilisera « soupape » au singulier, mais il faut comprendre que dans les moteurs à soupapes multiples, les soupapes fonctionnent de manière synchrone - c'est-à-dire que le moteur a une ou deux soupapes d'admission, elles sont dans la même position à chaque instant dans le temps.

La soupape d'admission permet au mélange carburant/air d'entrer dans le cylindre lorsque le piston descend (en s'éloignant de la soupape), puis se ferme afin que le mélange puisse être comprimé par le piston montant. Il est ensuite allumé par une étincelle et la mini-explosion qui en résulte repousse le piston vers le bas. C'est le coup de force. Enfin, le piston remonte lorsque la soupape d'échappement s'ouvre et les gaz d'échappement sont expulsés du cylindre.

Comment ils fonctionnent

Comme devrait être évident d'après la description ci-dessus, le les soupapes doivent être exactement synchronisées avec le fonctionnement des pistons qui montent et descendent. S'ils devaient se désynchroniser, le moteur aurait moins de puissance (s'ils sont légèrement décalés), ou ne fonctionnerait pas du tout (s'ils sont grossièrement décalés) ou détruirait le moteur en provoquant l'écrasement des pistons. les valves, pliant ou cassant les valves (dans certains modèles). Pendant de nombreuses décennies, et jusqu'à aujourd'hui, la plupart des moteurs utilisent des cames pour pousser la soupape vers le bas (l'ouvrir) et des ressorts pour refermer la soupape. C'est peu coûteux, fiable, efficace et d'une conception éprouvée, mais il y a des limites.

Allons courir !

Lorsque le régime moteur augmente, les soupapes doivent aller plus vite. Une voiture de F1 est conçue pour tourner jusqu'à 15 000 tr/min selon la réglementation en vigueur ; les voitures des saisons précédentes montaient encore plus vite. Les voitures de route typiques ont une "ligne rouge" à environ la moitié de celle-ci. ("La ligne rouge" fait référence à une ligne rouge réelle sur le tachymètre qui est destinée à indiquer "si vous dépassez ce point, de graves dommages au moteur sont probables !") Lorsqu'un moteur tourne aussi vite, le ressort devient un problème. Premièrement, il doit agir très rapidement. Nous pouvons lui faire fermer la vanne plus rapidement en utilisant un ressort plus rigide, mais nous devons alors dépenser plus d'énergie en comprimant le ressort chaque fois que la came tourne pour fermer la vanne. De plus, il a été constaté qu'à certaines vitesses du moteur proches de la fréquence de résonance du ressort, les soupapes ne se ferment pas aussi rapidement qu'elles le devraient, de sorte que certains moteurs de course utilisent deux ou trois ressorts concentriques avec des fréquences de résonance différentes pour surmonter cela.

Le printemps à Paris

Une approche qui a été utilisée avec succès par Renault à l'origine (oui, je sais qu'ils ne sont pas réellement basés à Paris, mais je n'ai pas pu résister à utiliser le titre) et peu de temps après par tous les fabricants de moteurs de F1, il y avait une soupape pneumatique. Essentiellement, c'est juste un diaphragme rempli d'un gaz inerte tel que l'azote qui agit comme un ressort, mais plus rapidement. Ils ont également l'avantage d'être plus légers, ce qui intéresse toujours les ingénieurs de course. Gardez à l'esprit que même si les valves pneumatiques pourraient être utilisées à des régimes inférieurs, le problème qu'elles sont censées résoudre est à des régimes si élevés bien supérieurs à ceux que la berline familiale pourrait supporter, c'est pourquoi elles sont pas (encore) utilisé dans les voitures de route. Il existe également un système appelé "desmodromique" qui utilise essentiellement deux lobes de came - un pour ouvrir la vanne et un autre pour la fermer. À ma connaissance, il n'a jamais été utilisé en F1 (Pardonnez-moi Fangio, car j'ai péché ! Le 1954 Mercedes-Benz W196 utilisait des soupapes desmodromiques.), et le principal utilisateur est Ducati dans leurs motos. C'est déjà assez long, donc je ne vais pas le décrire ici.

Peut-on faire encore mieux ?

Le système de caméra que j'ai décrit fonctionne bien, mais c'est un faire des compromis. Le moment et la durée des périodes d'ouverture de chaque soupape sont fixés par la forme des lobes de l'arbre à cames et la vitesse du moteur. À quelque point dans la plage de régime du moteur, un arbre à cames particulier fournit la durée et la synchronisation optimales, mais uniquement à ce point. Pour chaque autre régime moteur, il sera sous-optimal en termes d'efficacité ou de puissance ou les deux. Idéalement, nous voudrions un meilleur contrôle des vannes pour assurer des réglages idéaux à plus d'une valeur de régime spécifique.

Comment pouvons-nous améliorer le contrôle des vannes ?

Il existe un certain nombre de façons pour remédier à cette. Une façon simple de le faire est d'avoir deux lobes de came par vanne et d'utiliser un actionneur qui change celui qui ouvre réellement la vanne. C'est essentiellement ce que fait le système VTEC de Honda. Nous pouvons faire encore mieux en faisant varier en permanence le calage des cames, ce que font les systèmes VVT-i de Toyota, VANOS de BMW et Variocam de Porsche. Ils ont tous la capacité de léger faire varier le calage de la came afin que le moteur fonctionne à sa puissance maximale dans une plage de régimes beaucoup plus large.

C'est bien, mais on peut imaginer aller encore plus loin. Mieux encore serait de supprimer complètement la came et d'utiliser, par exemple, un solénoïde sous contrôle informatique. De toute évidence, le solénoïde et l'ordinateur qui le contrôle devraient reproduire avec précision la synchronisation actuellement fournie mécaniquement par les cames, mais il présente un avantage potentiel important à la fois en termes de gain de poids et de contrôle extrêmement flexible permettant des ajustements dynamiques à chaque instant. du calage des soupapes. Cependant, cela s'est avéré très difficile à réaliser de manière fiable, de sorte qu'aucun moteur de production n'a encore été produit qui utilise ce type de technologie. La rumeur veut que Koenigsegg soit proche, mais peu d'entre nous auront les moyens de s'en offrir un.

Quel système de valve variable est utilisé en F1 ?

La réponse peut vous surprendre : aucun d'entre eux. Si vous lisez le Règlement technique Formule 1 2016 (et qui ne le fait pas ? !), vous verrez ceci :

5.9.2 Les systèmes à calage variable des soupapes et à profil de levée variable des soupapes ne sont pas autorisés.

Conduisez fier !

Alors voilà. Bien qu'il existe de nombreuses technologies intéressantes dans les moteurs de F1, y compris des "ressorts" de soupapes pneumatiques, vous pouvez conduire avec suffisance dans la rue dans votre Honda Prelude 1999 gris apprêt avec l'aile manquante et le capot cabossé sachant que votre moteur intègre en fait une technologie qui la voiture de F1 actuelle a -- calage variable des soupapes.