ușoare

Avantajele de performanță ale supapelor din titan vin cu siguranță la un cost financiar pentru mulți constructori de motoare; cu toate acestea, există trucuri pentru reducerea masei pe supapele convenționale din oțel, care vor ajuta la realizarea unor îmbunătățiri similare ale puterii.

"Tija goală revine", spune Zeke Urrutia de la Ferrea Racing Components. „A lovit puternic piața în ultimii cinci ani, datorită economiilor de greutate și câștigurilor RPM. De asemenea, nivelurile globale de stres ale primăverii scad de la 20 la 30 la sută. ”

Constructorii de motoare se uită la supapele cu tijă goală ca o modalitate de a reduce greutatea și de a mări rpm fără a trece la supape costisitoare din titan. Cheia pentru o supapă bine concepută iad-w-tijă este grosimea concentrică a peretelui.

Ne place să rămânem în intervalul de reducere a greutății între 18 și 22%. -Zeke Urrutia, Ferrea

„Am văzut câștiguri de la 300 la 600 rpm doar de la trecerea la supape tubulare goale”, raportează Urrutia .

Clienții de curse de tracțiune și cercuri în cerc continuă să conducă piața pentru supapele ușoare din oțel.

Deoarece regulile restricționează metodele de creștere a puterii, constructorii de motoare caută să reducă masa supapei pentru a crește turația și pentru a crește puterea.

„Ambele zone sunt în continuă evoluție în dezvoltarea motorului”, adaugă Urrutia, menționând că va exista mai puțină atracție pentru tehnologia cu tijă goală, cu aplicații în care durabilitatea este precedentă față de performanțele de vârf și în unele motoare cu diametre mici ale tijei supapelor. „De aici se scoate din ecuație. Nu veți obține aceleași câștiguri prin forarea pistolului cu o tijă de 5,5 mm comparativ cu o supapă cu tijă mai mare. "

Supapele cu tijă goală reprezintă aproximativ o treime din prețul supapelor comparabile din titan. Sunt disponibile în cele mai populare dimensiuni, iar producătorii pot, în general, să foreze supape cu tijă goală personalizate care sunt disponibile de pe raft. În majoritatea cazurilor, comenzile personalizate pot fi completate în trei până la patru săptămâni. Acest pas suplimentar este puțin mai scump în unele aplicații, totuși, este încă mai ieftin decât titanul.

Comparație decupată a supapei cu tijă goală.

Desigur, puteți merge chiar și pe titan cu tijă goală și vă puteți umfla cu adevărat bugetul de construcție.

„Dacă regulile dvs. nu permit titanul, cel mai bun caz este să folosiți oțel inoxidabil cu tijă goală”, spune Urrutia.

Cât de mult se poate obține o reducere a greutății cu supapele cu tijă goală?

Atunci când proiectează un vas pe partea de ardere a supapei, inginerii folosesc modele CAD pentru a determina grosimea în zonele critice.

„Ne place să rămânem în intervalul de reducere a greutății între 18 și 22%”, spune Urrutia. „Uneori putem obține 25 la sută uitându-ne la partea de combustie a capului și îndepărtând o parte din materialul respectiv. Depinde doar de aplicație. ”

Supapele cu tijă goală sunt fabricate prin foraj cu pistol cu ​​un burghiu de înaltă calitate pentru a scoate tija. Burghiul este îndreptat în sus prin capul supapei în tijă la o distanță prestabilită.

„Avem o toleranță strânsă pentru a ne asigura că există o concentricitate de .0001-inch în acea zonă goală”, spune Urrutia. Gaura este apoi sigilată înainte de prelucrarea și lustruirea finală.

Comparația dintre o supapă din oțel inoxidabil și o supapă din titan cu față plană pentru sprijin suplimentar.

„Lustruirea este importantă. Te uiți la imperfecțiunile oricărui material și, atunci când îl șlefuiești, forța crește evident cu 10, 15 la sută sau mai mult ”, spune Urrutia.

Tulpinile goale pot fi aplicate atât la supapele de admisie, cât și la cele de evacuare; cu toate acestea, accentul se pune de obicei pe partea de admisie, deoarece durabilitatea este mai mult un factor critic cu mediul cu căldură ridicată al supapei de evacuare.

„Nu puteți pune inox cu tijă goală într-o aplicație cu conținut ridicat de azot sau cu potențial ridicat”, avertizează Urrutia. "Va funcționa? Sigur. Va dura? ”

Inginerii se pot juca și cu marginea de pe supapă pentru a ajuta la reducerea greutății.

Supapele cu tijă goală pot oferi economii de greutate de până la 25% față de omologii tradiționali din oțel inoxidabil.

Umplerea tijei de eșapament cu sodiu a fost odată o tendință populară pentru OEM, dar Urrutia spune că nu mai este o soluție de curse pe care ar recomanda-o.

Gropițe, oricine?

Nu toate supapele sunt strălucitoare netede de-a lungul suprafeței laterale superioare. Constructorii de motoare au experimentat mult timp cu diferite texturi, inclusiv gropițe asemănătoare unei mingi de golf și crestele asemănătoare unui templu mayaș (deasupra). „Ne-am jucat cu gropițe”, spune Zeke Urrutia, de la Ferrea. „Credem că s-ar putea deschide către un eșec”.

Acestea fiind spuse, Urrutia spune că Ferrea a furnizat supape clienților care și-au prelucrat propriile gropițe și au raportat că modificarea a perturbat fluxul de aer așa cum se intenționează, cu rezultate pozitive. De fapt, gropile au fost prelucrate în vârfurile pistoanelor (dedesubt), în interiorul galeriei de admisie și de-a lungul orificiului de admisie. Aceste teste determină adesea alți constructori de motoare să încerce idei și mai radicale.

„Odată ce am pus de fapt patru lame pe o supapă pentru a ajuta la fluxul de direcție”, spune Urrutia. "Nu a mers niciodată cu adevărat nicăieri, dar a fost un experiment minunat".

Un cap gol ar evident reduce greutatea în continuare, dar există un punct de rentabilitate în scădere, atât în ​​ceea ce privește costurile, cât și durabilitatea.

„Ne-am uitat la asta. Este un design din două piese ”, spune Urrutia.

Practic, capul supapei este împărțit în jumătate și zonele corespunzătoare ale fiecărei secțiuni ale capului sunt prelucrate și lustruite pentru a crea o cameră. Gândiți-vă să tăiați o plăcintă mare în jumătate și să scoateți umplutura de fructe. Apoi, cele două jumătăți ale capului supapei sunt sudate prin frecare, urmate de mai multe prelucrări și lustruire.

„Procesul este foarte obositor”, explică Urrutia. „Când te uiți la concentricitățile generale, trebuie să fii la fața locului și trebuie să fii la fața locului cu sudarea prin frecare. În întreaga zonă nu poate exista contaminare sau care ar putea duce la flexia capului supapei. ”

O alternativă puternică, mai accesibilă și practică la capetele goale este o farfurie bine proiectată pe fața supapei.

„Acest lucru este mult mai solid din punct de vedere structural, iar procesul de prelucrare este literalmente o treime sau a patra parte a timpului implicat într-un cap gol”, spune Urrutia, menționând că a văzut supape cu cap gol în care grosimea inferioară nu suporta presiunile cilindrilor și, în cele din urmă, zdrobit. "Supapa arăta literalmente ca un sandwich cu unt de arahide și jeleu care a fost stors."

Mai multe vederi ale unei supape cu tijă goală.

Mâncărurile sunt populare printre supapele Pro Stock, unde dimensiunea capului este cuprinsă între 2.610 și 2.640 inci. Dezavantajul este că volumul camerei de ardere crește, ceea ce duce la un raport de compresie mai mic.

„Se spune că felul de mâncare nu îi deranjează cu adevărat, deoarece pot găsi compresia în altă parte”, spune Urrutia.

Exemplu de supapă de admisie cu față plană și supapă de evacuare în bucătărie.

Titanul continuă să fie ultima opțiune ușoară. Costurile brute s-au stabilizat, deci nu vor exista prea multe în ceea ce privește creșterea costurilor. Accentul se concentrează în continuare pe durabilitate.

„Acoperirile sunt încă subiectul zilei”, spune Urrutia. „Încă ne folosim nitrura de crom (CrN)”.

Aplicat supapei într-o cameră de vid printr-un proces numit depunere fizică de vapori (PVD), CrN este de două ori mai dur decât cromul și oferă o rezistență ridicată la uzură și ajută la disiparea căldurii. De asemenea, oferă o acoperire uniformă; adică urmărește textura suprafeței piesei foarte uniform și nu lasă nicio acumulare pe margini. Chiar dacă supapa se îndoaie, CrN a obținut fulgi sau delaminări.

Constructorii de motoare pot comanda supape din titan cu tijă goală, dar reducerea greutății este doar în intervalul de 10-12 procente pentru a menține rezistența.

„Începi deja cu un material mai ușor, așa că, în unele cazuri, poate fi doar opt la sută”, adaugă Urrutia.

Un alt truc ușor este subcotarea tijei.

Singurul alt truc de reducere a masei disponibil pentru constructorii de motoare este subcotarea tijei; adică dacă regulile o permit. În unele cazuri, până la patru grame de greutate pot fi îndepărtate cu subcotare, ceea ce poate îmbunătăți și fluxul de aer, în funcție de dinamica chiulasei din partea de admisie. Subcotarea nu pare să ajute la fel de mult în fluxul de evacuare

„Este ceva de pus pe masă”, spune Urrutia. „Totul se adaugă atunci când există opt supape de admisie. Dar este o întrebare deschisă. Unelor capete pur și simplu nu le plac supapele de tăiere. "

Constructorii de motoare vor căuta întotdeauna supape mai ușoare pentru a permite profiluri de camă mai agresive sau brațe oscilante cu ridicare mai mare. Pur și simplu, cu cât o supapă poate fi deschisă și închisă mai repede, cu atât este mai mare beneficiul pentru motor - în special supapele de admisie. Cu toate acestea, constructorii de motoare fie trebuie să lucreze în conformitate cu un buget, fie cu reguli care restricționează tehnologiile și materialele.

Ultima dinamică nu a fost niciodată mai interesantă decât atunci când producătorii experimentau cu aliaj de aluminiu-beriliu. Încercat mai întâi ca material de piston în Formula 1, dar ulterior interzis, s-a zvonit și în construcția brațelor culbutor și a știfturilor de piston pentru Pro Stock. Beriliul are jumătate din greutatea titanului și, de asemenea, este foarte puternic - dar nu foarte ductil. Cele mai mari dezavantaje ale beriliului sunt costurile - este de aproximativ trei ori mai scump titan - și este foarte toxic, deoarece praful de beriliu este extrem de cancerigen.

„Te uiți la o supapă care ar costa 500 de dolari pe bucată”, spune Urrutia, care a dezvoltat prototipuri, dar nu oferă acest material acum. "Cine ar absorbi acest tip de cost?"

Imprimarea 3D cu metal poate avea ca rezultat modele foarte complicate, atât în ​​interior, cât și în exterior. Acesta este un schimbător de căldură unic, tipărit pentru o mașină de curse.

Poate că cea mai promițătoare tehnologie din viitorul apropiat este fabricarea aditivă sau imprimarea 3D. În acest moment există o dezbatere dacă anumite proprietăți ale metalelor imprimate 3D pot fi predictive și consistente. Cu toate acestea, atunci când această tehnologie este perfectă pentru metale, totuși ar putea fi produse supape goale cu zăbrele interne foarte complicate pentru suport.

„Este ceva la care ne-am uitat, iar procesul devine mai eficient”, spune Urrutia. „Vin cu materiale de titan și inoxidabile care pot fi tipărite 3D, dar nu există prea mult în ceea ce privește calitatea materialului de-a lungul timpului.”