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Cómo elegir resortes de válvula para tu auto de carreras

Apr 28, 2023

Se podría decir que los resortes de válvula son los héroes anónimos de los caballos de fuerza. Con la tarea crítica de controlar el tren de válvulas, los resortes de válvulas funcionan en un entorno hostil. Se ciclan rápidamente mientras están sujetos a una gran fuerza, fricción y calor. No hace falta decir que los resortes de válvula de alto rendimiento son imprescindibles en cualquier aplicación de carreras, y seleccionar las bobinas correctas puede ser la diferencia entre generar una potencia confiable y no llegar a la línea de meta.

"Los resortes de válvula son solo un componente del sistema de tren de válvulas", dijo Chris Osborn, gerente de ingeniería de productos de PAC Racing Springs. "Los resortes brindan fuerza para mantener la válvula en contacto con los componentes acoplados durante la apertura de la válvula, la elevación máxima y durante los eventos de cierre de los ciclos de admisión y escape. El resorte debe mantener esa fuerza a una velocidad de casi 100 veces por segundo. , sin perder carga ni fallar carrera tras carrera. Muchas veces, las velocidades del motor están limitadas por la capacidad de los resortes para mantener esta fuerza, por lo que se convierten en un componente extremadamente crítico de cualquier motor".

Hay algunos factores que hacen que sea necesario que los corredores de carreras utilicen resortes de válvula de alta calidad. El aumento de las rpm, los árboles de levas de alta elevación y la mayor durabilidad son solo algunas de las razones. También hay muchas variaciones de resortes de válvula, por lo que es importante seleccionar las mejores bobinas para su aplicación.

Los autos Pro Stock usan árboles de levas con elevación de más de 1 pulgada. Esto pone un grito en los resortes de las válvulas, por lo que se revisan después de cada pasada.

Las formas de resorte comunes son cilíndricas, de colmena y cónicas. Además, encontrará resortes dobles y triples en algunas aplicaciones, y también hay algunos materiales comunes para resortes y alambres de diferentes tamaños y formas.

"Los resortes de las válvulas son componentes sometidos a una tensión extremadamente alta, si no los más sometidos a tensión en todo el motor", añadió Osborn. "Deben tener aleaciones y métodos de fabricación específicos para poder soportar la elevación y las rpm a las que están sujetos. Casi todos los resortes de válvula de alto rendimiento se fabrican con aleaciones de acero al cromo-silicio especificadas en la norma de materiales ASTM A877. La válvula- El alambre de resorte pasa por extensos niveles de inspección y control para mantener la limpieza dentro del acero y mantener una alta ductilidad con alta resistencia a la tracción.Estas aleaciones tienen cantidades variables de silicio, vanadio, níquel, molibdeno y carbono que brindan varios niveles de rendimiento con tracción. resistencias superiores a 300 ksi PAC Racing Springs ha desarrollado su propia aleación que ha existido durante años y se conoce como 'PACaloy'. Este es un material de resorte específico para la industria de las carreras que optimiza las aleaciones con las propiedades mecánicas para proporcionar una vida útil excepcional con una mínima pérdida de carga".

Continuó: "La naturaleza liviana del titanio es excelente para las piezas del tren de válvulas, pero el rápido desarrollo de las aleaciones de acero al cromo-silicio en la última década ha creado una gran disminución en su uso. El titanio es costoso con una vida útil limitada, y el doble Los diseños de resortes en los que PAC Racing fue pionero durante la última década han rivalizado con la ventaja de peso del titanio con una vida útil superior con un factor costo/funcionamiento mucho más ventajoso".

Escoger los resortes correctos puede ser una tarea abrumadora. La selección del resorte a menudo está determinada por la configuración del árbol de levas, las reglas de clase, el presupuesto y el espacio físico en la culata (cuando no se permite el mecanizado). "Por lo general, el primer paso es discutir las fuerzas requeridas con el diseñador de la leva", dijo Jeff Villemure, ingeniero de Performance Springs, Inc. "Tomarán en consideración la aceleración del lóbulo de la leva, las rpm máximas del motor y el peso del tren de válvulas. . Se necesitan algunos cálculos para determinar las fuerzas necesarias para controlar el tren de válvulas, pero mucho tiene que ver con la historia y la experiencia. Además, considere el tamaño del paquete de la culata (y el retenedor) para determinar el resorte que se ajuste mejor".

Osborn agregó: "La selección de resortes no es un proceso simple. Debe comenzar sabiendo qué tamaño de resorte puede colocar en la culata, la altura instalada y la elevación de la válvula. Determinar la carga y la tasa son preguntas más difíciles de responder. Newton's La segunda ley del movimiento, F=MA, entra en juego ya que F es la fuerza del resorte, M es la masa de los componentes (válvulas, retenedores, balancines, varillas de empuje, etc.) y A es la aceleración de la leva/válvula en un momento dado. velocidad del motor. El mejor punto de partida para determinar las cargas de los resortes es de proveedores de levas, proveedores de resortes o fabricantes de motores que tengan experiencia con todos los componentes que van en un motor en particular. Compañías como PAC Racing Springs tienen software sofisticado, equipos de prueba Spintron, y la experiencia para ayudar a determinar la selección óptima de resortes".

Jack McInnis, de Erson Cams, afirmó: "Hay una serie de factores involucrados en la selección de la configuración óptima de resorte de válvula para su motor. El tipo de árbol de levas y elevadores (hidráulicos o mecánicos), la agresividad del perfil de la leva, el peso de las válvulas y los componentes del tren de válvulas, la relación de los balancines y el rango de rpm serán factores determinantes. A veces, también están presentes otras consideraciones, como el tipo de culatas. Los vados modulares, por ejemplo, tienen un espacio libre limitado para resortes mejorados. Tener toda esta información a mano será de gran ayuda cuando se comunique con el fabricante para obtener una recomendación. En última instancia, está buscando el resorte que mejor controle el movimiento de la válvula en su aplicación específica con los componentes relacionados que utilizará".

Muchos corredores han hecho el cambio a resortes de colmena. "Los resortes Beehive existen desde hace mucho tiempo (Wright Brothers Engine, 1903) y muchas empresas OEM los usan en los motores actuales", dijo Osborn. "Cada vez que la masa del lado de la válvula del tren de válvulas es más liviana, el motor tendrá un mejor control de válvula y capacidad de rpm. El resorte de colmena hace esto al permitir que el retenedor sea más pequeño con menos masa. El resorte también tiene una masa reducida en el movimiento extremo. El resorte de colmena esencialmente combina dos resortes en uno. La parte superior cónica con el resorte recto proporciona dos tasas de resorte diferentes, y eso también puede mejorar la capacidad de controlar la válvula a alta velocidad. La mayoría de los resortes de colmena que produce PAC Racing Springs utilizan multiarco o alambre ovalado que permite el uso de más bobinas en la parte inferior del resorte para mejorar aún más la amortiguación y el control con el resorte.

"Los resortes de colmena brindan muchos beneficios excelentes descritos anteriormente. Sin embargo, siguen siendo un solo resorte y solo pueden proporcionar tanta fuerza antes de que las tensiones se vuelvan demasiado grandes y se requiera un resorte doble. Los resortes de colmena son excelentes para la mayoría de los motores que tienen levas con Elevación de 0.600-0.650 pulgadas con válvulas relativamente livianas y perfiles de levas moderados. PAC Racing Springs tiene resortes de colmena que pueden manejar elevaciones más altas, pero se requieren elevaciones de levas 'suaves' para evitar el exceso de tensión".

McInnis agregó: "La forma cónica de un resorte de colmena reduce el tamaño total y, lo que es más importante, el peso del retenedor. Reducir el peso de los componentes del tren de válvulas significa que los resortes de las válvulas pueden hacer su trabajo con una presión de resorte más baja, lo que a su vez reduce estrés en todo el tren de válvulas. El diámetro reducido en la parte superior de un resorte de colmena también proporciona una mayor holgura entre el resorte y el balancín. Los corredores podrían considerar el uso de resortes de colmena para muchas aplicaciones de elevadores hidráulicos. El peso más ligero del retenedor es más importante con los elevadores hidráulicos porque la presión del resorte debe limitarse para que los levantaválvulas funcionen y sobrevivan. Con levantaválvulas sólidos/mecánicos, puede aumentar significativamente la presión del resorte para controlar el movimiento de la válvula. Con levantaválvulas sólidos, es recomendable errar siempre por el lado más alto en lugar de por el bajo. presiones de resorte".

El flotador de la válvula es un problema importante y puede ser un verdadero asesino del motor. "Sin embargo, el término 'flotación de la válvula' es engañoso, ya que generalmente se supone que lo es cuando el movimiento de la válvula en la elevación máxima excede lo que puede proporcionar la leva/balancín", dijo Osborn. "Esto es lo que comúnmente se conoce como loft de válvula. En realidad, lofting de la válvula puede ayudar a generar potencia si está en el lugar correcto. Demasiado loft en las áreas incorrectas puede doblar las válvulas cuando hacen contacto con los pistones. Lo que es más perjudicial es cuando la válvula se cierra a una velocidad tan alta que la válvula rebota en el asiento. Esto se conoce como rebote de la válvula (consulte el gráfico de movimiento de la válvula). Los altos niveles de rebote de la válvula dañarán catastróficamente el tren de válvulas con válvulas rotas, balancines, levas y resortes. El rebote de la válvula es lo que se escucha cuando el motor está funcionando a demasiadas rpm y suena como si todo se estuviera desmoronando. Esto se nota especialmente en un banco de pruebas Spintron. Todo esto se corrige con la selección de los componentes del tren de válvulas, especialmente el resortes de válvulas".

Continuó: "El rebote de la válvula degrada el rendimiento del motor con caídas en la curva de potencia, lo que se puede observar en una sesión de prueba de dinamómetro. Entonces, debe preguntarse, ¿está cambiando el juego de la válvula? El rebote excesivo de la válvula crea altas cargas en el sistema y puede causar cambios de juego debido al estiramiento de la válvula o al golpe del asiento de la válvula. Si intenta quitar un resorte y el retén y el seguro son muy difíciles de desarmar, esto puede estar ocurriendo. Y, en los peores casos de rebote de la válvula, las puntas de los resortes pueden romperse. A veces, el control del tren de válvulas se puede mejorar ajustando el resorte para que se acerque más a la unión de la bobina, siempre que no supere las recomendaciones de altura de unión".

McInnis agregó: "Los indicadores de flotación de la válvula son cuando un motor se desinfla o deja de acelerar en el rango superior de rpm. A veces, parece detectar una falla de encendido en altas rpm. Además, los residuos de carbono de la reversión en el colector de admisión, esto generalmente indicaría problemas prolongados, como los que nota después de explotar el motor. Otros indicadores de flotación pueden ser cuando se ajusta el juego, observando que un rodillo oscilante se mueve alrededor de los bordes exteriores de la válvula. Además, es posible que el juego se apriete debido al estiramiento de la válvula. de impactar el asiento. Algunas válvulas de titanio pueden erosionarse por los materiales del asiento, especialmente los asientos dúctiles o de metal pulverizado".

Además de evitar la flotación de la válvula, es importante evitar que la bobina se atasque. "Los resortes deben comprimirse en una estación de control o con mucho cuidado en un tornillo de banco para determinar la altura exacta donde se tocan todas las bobinas y se solidifican", dijo Osborn. "Está bien tomar un resorte de gama alta y comprimirlo hasta quedar sólido. Todos los resortes de válvula de PAC Racing se solidifican varias veces durante el proceso de fabricación e inspección.

"Esto debe hacerse con un retenedor que comprima el resorte interior y que se solidifique antes que un resorte exterior. Se registra este número de altura de unión de la bobina. Esto se compara con la altura instalada y la elevación de la válvula que se mide en un motor. La diferencia es el número de holgura de unión de la bobina. Este número debe mostrar positivamente que hay holgura. Esta holgura se puede modificar con cuñas, retenedores, bloqueos o selección de resorte para ajustar el tren de válvulas para un rendimiento óptimo".

McInnis dijo: "Al instalar resortes de válvula, verifique cada resorte individualmente para verificar la altura instalada correcta, las tolerancias pueden variar tanto como 0.050-0.060, lo que puede ser suficiente para causar que la bobina se atasque en un resorte individual mientras que otros están bien".

Performance Springs Inc. tiene una calculadora en línea fácil de usar (psisprings.com) para verificar que las elevaciones de válvulas previstas y las alturas instaladas no provocarán que la bobina se atasque con cada número de pieza. "Algunos fabricantes de motores tienen en cuenta la deflexión del tren de válvulas en sus cálculos, pero deben tener en cuenta que la deflexión del tren de válvulas puede liberarse a altas velocidades. PSI inspecciona la carga y la unión de la bobina de cada resorte. La unión de la bobina anunciada es la máxima que se enviará".

"Revisar los resortes consiste en tirar de la tapa de la válvula, observar los resortes y todo lo que se encuentra en el área del tren de válvulas para ver si algo sobresale, como piezas sueltas o rotas, resortes, puntas de resorte, etc.", explicó Osborn. "Idealmente, las cargas de resorte se miden con un probador de carga de resorte de válvula en la culata. Estas cargas deben registrarse después de que el motor se haya asentado y luego deben revisarse periódicamente. Es posible que estas cargas no se correlacionen exactamente con un probador de banco, pero sí lo hace. proporcione una medida que se pueda comparar carrera tras carrera. Su nivel de carreras determina la frecuencia con la que se revisan los resortes. Los motores Pro Stock que funcionan a más de 10,000 rpm con 1,200 pulgadas de elevación se revisan después de cada pasada, mientras que un motor de carrera de soporte con 7,500 El límite de rpm y la leva de elevación de 0,800" solo deben revisarse una vez al año. Lo que se requiere es un programa de mantenimiento adecuado basado en el nivel de carrera. Nuevamente, las compañías de levas, las compañías de resortes o los fabricantes de motores pueden ayudar a determinar la frecuencia de revisión. basado en tu nivel de carrera".

Villemure agregó: "La frecuencia con la que revisas los resortes depende de cuánto se espera que duren. Los corredores de Pro Stock los revisarán en cada ronda, pero no esperan que los resortes duren más de cuatro a ocho pasadas. Resortes usados ​​en algunos Sportsman los motores pueden durar cientos de pasadas, por lo que los corredores generalmente los inspeccionan después de un fin de semana completo o más. probador en la cabeza".

Por último, cada corredor debe tener una herramienta para verificar la tensión de los resortes de las válvulas. "Un probador en la cabeza es ideal para mediciones de carga rápidas, para asegurarse de que los resortes mantengan sus cargas instaladas", dijo Villemure. "Una herramienta de medición de altura instalada en la culata también es importante para la configuración inicial". McInnis recomienda algún tipo de manómetro de resorte, son una herramienta básica y nunca leerán la presión exacta del resorte debido a la longitud del pivote del balancín, la varilla de empuje, etc. Además, tenga una forma de cambiar los resortes en el motor ensamblado, así como los calibradores de espesores una linterna para verificar si hay resortes internos rotos y herramientas para ajustar las pestañas.

Osborn está de acuerdo en que se debe usar un probador de carga de resorte en la cabeza para determinar si se está produciendo alguna pérdida de carga. También mencionó que se pueden usar galgas de espesores para ver si las pestañas están cambiando. Esto asegurará que el tren de válvulas (incluidos los resortes) funcione bien. Y use una linterna para mirar alrededor de los resortes y un imán para ver si hay puntas de resorte o metal en el extremo superior del motor. Además, recomienda usar un libro de registro para registrar cuántas carreras hay en los resortes y las cargas de resorte.

Hacer: tenga cuidado al manipular los resortes. Son uno de los componentes de mayor tensión en un motor y deben manipularse con cuidado.

No: coloque un resorte en un tornillo de banco para sujetarlos en el DE del resorte. Comprimir los lados causará fallas.

Hacer: verifique que los resortes encajen en el bolsillo de la culata. La interferencia puede causar fallas.

No: deja que los resortes se oxiden. Los hoyos de óxido crearán puntos de iniciación de fallas.

Hacer: verifique que los retenedores de resorte encajen en los resortes. Demasiada interferencia puede romper las bobinas finales.

No: modificar los resortes rectificando los extremos. Comuníquese con su proveedor de resortes si cree que esto es necesario.

Hacer:verifique para asegurarse de que el retén del resorte de la válvula despeje el balancín y el sello del vástago de la válvula para la elevación completa.

Hacer: almacene los resortes de las válvulas en un ambiente de baja humedad lejos del agua o derrames químicos. No haga funcionar ningún resorte que muestre signos de corrosión. Esta es una de las razones más comunes de fracturas prematuras en resortes.

No: Instale resortes con demasiada holgura. Errar por el lado de más presión excepto con taqués hidráulicos o planos. Asegúrese de que haya suficiente aceite para enfriar los resortes. En caso de temperatura excesiva/sobrecalentamiento, siempre debe revisar los resortes antes de su próxima salida. El sobrecalentamiento puede afectar la presión del resorte de forma permanente.

Cámaras Erson/ 800.641.7920 / PBM-Erson.com

Resortes de carreras PAC/ 877.799.9417 / RacingSprings.com

Performance Springs, Inc./ 248.486.3372 / PSISprings.com

Los autos Pro Stock usan árboles de levas con elevación de más de 1 pulgada. Esto pone un grito en los resortes de las válvulas, por lo que se revisan después de cada pasada. Sí: No: Sí: No: Sí: No: Sí: Sí: No: FUENTES Erson Cams PAC Racing Springs Performance Springs, Inc.