Nuovi sedili e guide ad alta conduttività termica di Federal

Aug 01, 2023

Il migliore trasferimento di calore riduce la temperatura della valvola fino a 70°C

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10 agosto 2017, 11:15 ET

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BURSCHEID, Germania, 10 agosto 2017 /PRNewswire/ -- Federal-Mogul Powertrain presenterà nuovi materiali per sedi e guide delle valvole con una migliore conduttività termica alla fiera IAA 2017 di Francoforte, in Germania. Adatti per la produzione in serie, i nuovi materiali ad alta conduttività termica (HTC) e il rivestimento Thermal Interface Material (TIM) possono ridurre la temperatura della testa della valvola fino a 70°C, consentendo una migliore combustione e minori emissioni.

"Le temperature estreme delle valvole riscontrate sugli odierni motori ridimensionati e altamente potenziati possono portare a una ridotta durata della valvola a fatica e a temperature critiche della guida della valvola e delle guarnizioni dello stelo, con conseguente necessità di costose leghe di acciaio per valvole. Se si utilizza una fasatura di accensione ritardata per ridurre la detonazione e l'arricchimento è proteggendo i componenti dalle temperature critiche, le emissioni di CO2 aumentano," ha spiegato Gian Maria Olivetti, Chief Technology Officer, Federal-Mogul Powertrain. "Riducendo le temperature delle teste delle valvole contribuiamo a eliminare questi problemi e, sviluppando tecnologie adatte alla produzione in serie, siamo in grado di supportare le applicazioni del mercato di massa." HTC può anche contribuire a ottenere una distribuzione della temperatura circonferenziale più uniforme sull'inserto della sede della valvola e sul materiale circostante della testata, eliminando i punti caldi locali a vantaggio della riduzione dell'usura e della distorsione correlata alla temperatura.

Come un migliore trasferimento di calore significa valvole più fredde

L'inserto del sedile costituisce il percorso termico primario dalla testa della valvola alla camicia di raffreddamento della testata. Conducendo più calore lontano dalla testa della valvola, i nuovi materiali delle sedi riducono la temperatura nella parte più calda della camera di combustione e abbassano la temperatura del gas alla fine della corsa di compressione: migliorando la resistenza ai colpi e consentendo un intervallo più ampio di anticipo di accensione consentono l'ottimizzazione della combustione. I materiali consentono inoltre di ridurre le emissioni di CO2 eliminando la necessità di arricchire il carburante come mezzo di raffreddamento. Per le leghe delle teste delle valvole di scarico, ogni riduzione di 20°C della temperatura elimina la necessità di un aggiornamento alla specifica della lega successiva e più costosa.

La guida della valvola è il principale percorso termico dallo stelo della valvola alla testata. Conducendo più calore lontano dallo stelo della valvola, il nuovo materiale della guida della valvola riduce le temperature locali al di sotto delle soglie critiche alle quali le guarnizioni dello stelo della valvola e l'olio lubrificante iniziano a rompersi.

Materiali HTC per una migliore dissipazione del calore

I materiali HTC di Federal-Mogul Powertrain sono formulazioni di metallo in polvere utilizzate sia negli inserti che nelle guide dei sedili e le specifiche sono altamente configurabili. Le sedi delle valvole utilizzano infiltrazioni di rame per migliorare il trasferimento di calore; le guide delle valvole, che sopportano temperature più basse e richiedono porosità per trattenere l'olio, utilizzano una sottile combinazione di particelle di rame libere e fini leghe di rame interconnesse. Nel caso degli inserti compositi per sedi valvole a doppio strato, il materiale secondario dell'inserto non è più semplicemente un "supporto" a basso costo per lo strato di alloggiamento funzionale che entra in contatto con la testa della valvola; ha uno scopo ingegneristico conducendo più calore lontano dalla testa della valvola.

Rivestimento TIM: un elemento di differenziazione

Il rivestimento TIM di Federal-Mogul Powertrain migliora notevolmente il trasferimento di calore attraverso il confine tra l'inserto o la guida del sedile e la testata riempiendo gli spazi interstiziali tra le irregolarità delle superfici opposte. Ciò elimina le minuscole sacche d'aria che normalmente interrompono il percorso del calore e migliora la conformabilità contro la superficie della testata. I materiali HTC possono ridurre la temperatura della valvola, ma i risultati dei test mostrano che in alcuni motori il rivestimento TIM può offrire una riduzione significativamente maggiore, poiché agisce come un ponte termico, rimuovendo la barriera tra i due componenti. Essendo un rivestimento a base di rame, TIM necessita di un'adeguata sequenza di pretrattamenti per essere efficace e ha richiesto un significativo sviluppo da parte di Federal-Mogul Powertrain per garantire una buona adesione anche su superfici porose, senza compromettere il vantaggio di conducibilità termica.