Comment choisir des ressorts de soupape pour votre voiture de course

On pourrait dire que les ressorts de soupape sont les héros méconnus de la puissance. Chargés d'un travail critique de contrôle du train de soupapes, les ressorts de soupape fonctionnent dans un environnement difficile. Ils sont rapidement cyclés tout en étant soumis à une force, une friction et une chaleur importantes. Il va sans dire que les ressorts de soupape hautes performances sont indispensables dans toute application de course, et sélectionner les bonnes bobines peut faire la différence entre obtenir une puissance fiable et ne pas atteindre la ligne d'arrivée.

"Le ressort de soupape n'est qu'un composant du système de distribution", a déclaré Chris Osborn, responsable de l'ingénierie produit chez PAC Racing Springs. "Les ressorts fournissent une force pour maintenir la soupape en contact avec les composants d'accouplement pendant l'ouverture de la soupape, la levée de pointe et pendant les événements de fermeture des cycles d'admission et d'échappement. Le ressort doit maintenir cette force à un taux de près de 100 fois par seconde. , sans perdre de charge ou sans échec d'un cycle à l'autre. Souvent, les régimes du moteur sont limités par la capacité des ressorts à maintenir cette force, ils deviennent donc un composant extrêmement critique de tout moteur.

Il y a quelques facteurs qui obligent les coureurs de dragsters à utiliser des ressorts de soupape de haute qualité. L'augmentation du régime, les arbres à cames à haute levée et la durabilité accrue ne sont que quelques-unes des raisons. Il existe également de nombreuses variantes de ressorts de soupapes, il est donc important de sélectionner les meilleures bobines pour votre application.

Les voitures Pro Stock utilisent des arbres à cames avec une portance supérieure à 1 pouce. Cela met un coqueluche sur les ressorts de soupape afin qu'ils soient vérifiés après chaque passage.

Les formes de ressort courantes sont cylindriques, en ruche et coniques. De plus, vous trouverez des ressorts doubles et triples dans certaines applications, et il existe quelques matériaux de ressort courants, ainsi que des fils de tailles et de formes différentes.

"Les ressorts de soupape sont des composants extrêmement sollicités, sinon les plus sollicités de tout le moteur", a ajouté Osborn. "Ils doivent avoir des alliages et des méthodes de fabrication spécifiques pour pouvoir résister à la portance et au régime auxquels ils sont soumis. Presque tous les ressorts de soupape haute performance sont fabriqués à partir d'alliages d'acier au chrome-silicium spécifiés dans la norme de matériau ASTM A877. le fil à ressort passe par des niveaux étendus d'inspection et de contrôle pour maintenir la propreté dans l'acier et maintenir une ductilité élevée avec une résistance à la traction élevée.Ces alliages ont des quantités variables de silicium, de vanadium, de nickel, de molybdène et de carbone qui offrent différents niveaux de performance avec une résistance à la traction forces supérieures à 300 ksi.PAC Racing Springs a développé son propre alliage qui existe depuis des années et est connu sous le nom de « PACaloy ». Il s'agit d'un matériau de ressort spécifique pour l'industrie de la course qui optimise les alliages avec les propriétés mécaniques pour offrir une durée de vie exceptionnelle avec une perte de charge minimale."

Il a poursuivi: "La nature légère du titane est idéale pour les pièces de soupapes, mais le développement rapide des alliages d'acier au chrome-silicium au cours de la dernière décennie a entraîné une forte baisse de son utilisation. Le titane est cher avec une durée de vie limitée, et le double -les conceptions de ressorts que PAC Racing a lancées au cours de la dernière décennie ont rivalisé avec l'avantage de poids du titane avec une durée de vie supérieure avec un facteur coût/exécution beaucoup plus avantageux."

Choisir les bons ressorts peut être une tâche ardue. La sélection du ressort est souvent déterminée par la configuration de l'arbre à cames, les règles de classe, le budget et l'espace physique dans la culasse (lorsque l'usinage n'est pas autorisé). "La première étape consiste généralement à discuter des forces requises avec le concepteur de la came", a déclaré Jeff Villemure, ingénieur chez Performance Springs, Inc. "Ils prendront en considération l'accélération du lobe de la came, le régime moteur maximal et le poids du train de soupapes. Quelques calculs permettent de déterminer les forces nécessaires pour contrôler le train de soupapes, mais beaucoup a à voir avec l'histoire et l'expérience. Tenez également compte de la taille de l'ensemble de culasse (et de la retenue) pour déterminer le ressort qui convient le mieux.

Osborn a ajouté : « La sélection du ressort n'est pas un processus simple. Vous devez commencer par savoir quelle taille de ressort pouvez-vous installer dans la culasse, la hauteur installée et la levée de soupape. Déterminer la charge et le taux sont des questions plus difficiles à répondre. la deuxième loi du mouvement, F=MA, entre en jeu puisque F est la force du ressort, M est la masse des composants (soupapes, retenue, culbuteurs, poussoirs, etc.), et A est l'accélération came/soupape à un instant donné vitesse du moteur. Le meilleur point de départ pour déterminer les charges de ressort provient des fournisseurs de cames, des fournisseurs de ressorts ou des constructeurs de moteurs qui ont de l'expérience avec tous les composants qui entrent dans un moteur particulier. Des entreprises comme PAC Racing Springs disposent de logiciels sophistiqués, d'équipements de test Spintron, et l'expérience pour aider à déterminer la sélection de printemps optimale."

Jack McInnis, d'Erson Cams, a déclaré : « Il y a un certain nombre de facteurs impliqués dans la sélection de la configuration optimale du ressort de soupape pour votre moteur. Le type d'arbre à cames et de poussoirs (hydrauliques ou mécaniques), l'agressivité du profil de came, le poids de les soupapes et les composants du groupe de soupapes, le rapport de culbuteur et la plage de régime seront des facteurs déterminants. Parfois, d'autres considérations sont également présentes, telles que le type de culasses. Les gués modulaires, par exemple, ont un jeu limité pour les ressorts renforcés. . Avoir toutes ces informations à portée de main vous aidera grandement lorsque vous contacterez le fabricant pour une recommandation. En fin de compte, vous recherchez le ressort qui contrôle le mieux le mouvement de la vanne dans votre application spécifique avec les composants associés que vous utiliserez.

De nombreux coureurs ont opté pour les ressorts de ruche. "Les ressorts Beehive existent depuis très longtemps (Wright Brothers Engine, 1903), et de nombreuses sociétés OEM les utilisent dans les moteurs actuels", a déclaré Osborn. "Chaque fois que la masse du côté soupape du train de soupapes est plus légère, le moteur aura un meilleur contrôle des soupapes et une meilleure capacité de régime. Le ressort de la ruche le fait en permettant au dispositif de retenue d'être plus petit avec moins de masse. Le ressort a également une masse réduite sur le mouvement fin. Le ressort de ruche combine essentiellement deux ressorts en un. Le dessus conique avec le ressort droit fournit deux taux de ressort différents, et cela peut également améliorer la capacité de contrôler la soupape à grande vitesse. La plupart des ressorts de ruche produits par PAC Racing Springs utilisent le multiarc ou un fil ovale qui permet l'utilisation de plus de bobines au bas du ressort pour améliorer encore l'amortissement et le contrôle avec le ressort.

"Les ressorts Beehive offrent de nombreux avantages décrits ci-dessus. Cependant, ils ne sont toujours qu'un seul ressort et ne peuvent fournir qu'une certaine force avant que les contraintes ne deviennent trop importantes et qu'un double ressort soit nécessaire. Les ressorts Beehive sont parfaits pour la plupart des moteurs qui ont des cames avec Ascenseur de 0,600 à 0,650 pouce avec des soupapes relativement légères et des profils de came modérés. PAC Racing Springs a des ressorts de ruche qui peuvent gérer des ascenseurs plus élevés, mais des ascenseurs à came «lisse» sont nécessaires pour éviter un stress excessif.

McInnis a ajouté: "La forme conique d'un ressort de ruche réduit la taille globale et, plus important encore, le poids du dispositif de retenue. La réduction du poids des composants du train de soupapes signifie que les ressorts de soupape peuvent faire leur travail avec une pression de ressort inférieure, ce qui réduit à son tour contrainte sur l'ensemble du train de soupapes. Le diamètre réduit au sommet d'un ressort de ruche offre également un plus grand dégagement entre le ressort et le culbuteur. Les coureurs pourraient envisager d'utiliser des ressorts de ruche pour de nombreuses applications de poussoirs hydrauliques. Le poids de retenue plus léger est plus important avec les poussoirs hydrauliques car la pression du ressort doit être limitée pour que les poussoirs fonctionnent et survivent. Avec les poussoirs solides/mécaniques, vous pouvez augmenter considérablement les pressions des ressorts pour contrôler le mouvement de la vanne. Avec les poussoirs solides, il est conseillé de toujours pécher par excès plutôt que par abaissement pressions du ressort."

Le flottement des soupapes est un problème majeur et peut être un véritable tueur de moteur. "Le terme" flotteur de soupape "est trompeur, car il est généralement supposé être lorsque le mouvement de la soupape à la levée maximale dépasse ce que la came / le culbuteur peut fournir", a déclaré Osborn. "C'est ce qu'on appelle plus communément le loft des soupapes. En fait, le loft de la soupape peut aider à produire de la puissance si elle est au bon endroit. Trop de loft dans les mauvaises zones peut plier les soupapes lorsqu'elles entrent en contact avec les pistons. Ce qui est plus préjudiciable, c'est quand la soupape se ferme à une vitesse si élevée que la soupape rebondira sur le siège.Ceci est appelé rebond de soupape (voir le tableau de mouvement de soupape).Des niveaux élevés de rebond de soupape endommageront catastrophiquement le train de soupapes avec des soupapes, des culbuteurs, des cames cassés , et ressorts. Le rebond des soupapes est ce que vous entendez lorsque le moteur tourne trop de régime et il semble que tout s'effondre. Ceci est particulièrement visible sur un banc d'essai Spintron. Tout cela est corrigé avec la sélection de composants de soupapes correspondants, en particulier le ressorts de soupapes."

Il a poursuivi: "Le rebond des soupapes dégrade les performances du moteur avec des creux dans la courbe de puissance, ce qui peut être observé lors d'une session de test dyno. Ensuite, vous devez demander, le jeu des soupapes change-t-il? Un rebond excessif des soupapes crée des charges élevées dans le système et peut provoquer des changements de cils dus à l'étirement de la soupape ou au battement du siège de soupape. Si vous essayez de retirer un ressort et que la retenue et le verrou sont très difficiles à démonter, cela peut se produire. Et, dans les pires cas de rebond de soupape, les pointes Parfois, le contrôle du train de soupapes peut être amélioré en calant le ressort pour qu'il se rapproche de la liaison de la bobine tant qu'il ne dépasse pas les recommandations de hauteur de liaison.

McInnis a ajouté: "Les indicateurs de flottement de soupape sont lorsqu'un moteur tombe à plat ou arrête d'accélérer à la plage de régime supérieure. Parfois, il semble capter un raté d'allumage à haut régime. De plus, des résidus de carbone provenant de l'inversion dans le collecteur d'admission, cela indiquerait généralement problèmes prolongés, comme vous le remarquez après avoir explosé le moteur. D'autres indicateurs de flottement peuvent être lors du réglage du jeu, en notant qu'un culbuteur se déplace autour des bords extérieurs de la soupape. En outre, vous pouvez constater que le jeu se resserre en raison de l'étirement de la soupape Certaines vannes en titane peuvent s'éroder par les matériaux du siège, notamment les sièges ductiles ou en poudre de métal."

En plus d'éviter le flottement de la vanne, il est important d'empêcher la liaison de la bobine. "Les ressorts doivent être comprimés dans une station de contrôle ou très prudemment dans un étau d'établi pour déterminer la hauteur exacte à laquelle toutes les bobines se touchent et elles deviennent solides", a déclaré Osborn. "C'est correct de prendre un ressort haut de gamme et de le comprimer solidement. Tous les ressorts de soupape PAC Racing sont solidifiés plusieurs fois au cours du processus de fabrication et d'inspection.

"Cela doit être fait avec un dispositif de retenue qui comprime le ressort intérieur et il peut devenir solide avant un ressort extérieur. Ce numéro de hauteur de liaison de bobine est enregistré. Ceci est comparé à la hauteur installée et à la levée de soupape qui est mesurée sur un moteur. La différence est le numéro de jeu de la bobine. Ce numéro doit montrer positivement qu'il y a un jeu. Ce jeu peut être modifié avec des cales, des dispositifs de retenue, des verrous ou une sélection de ressort pour régler le train de soupapes pour des performances optimales.

McInnis a déclaré: "Lors de l'installation des ressorts de soupape, vérifiez chaque ressort individuellement pour la hauteur d'installation correcte, les tolérances peuvent varier jusqu'à 0,050-0,060, ce qui peut être suffisant pour provoquer une liaison de la bobine dans un ressort individuel tandis que d'autres vont bien."

Performance Springs Inc. dispose d'un calculateur en ligne facile à utiliser (psisprings.com) pour vérifier que les levées de soupapes prévues et les hauteurs installées ne causeront pas de liaison de bobine avec chaque numéro de pièce. "Certains constructeurs de moteurs tiennent compte de la déviation du train de soupapes dans leurs calculs, mais ils doivent être conscients que la déviation du train de soupapes peut être libérée à des vitesses élevées. PSI inspecte chaque ressort pour la charge et la liaison de la bobine. La liaison de la bobine annoncée est le maximum qui sera expédié."

"La vérification des ressorts consiste à tirer sur le couvercle de soupape, à regarder les ressorts et tout ce qui se trouve dans la zone du train de soupapes pour voir si quelque chose ressort comme des pièces détachées ou cassées, des ressorts, des pointes de ressort, etc.", a expliqué Osborn. "Idéalement, les charges de ressort sont mesurées avec un testeur de charge de ressort de soupape en tête. Ces charges doivent être enregistrées après le rodage du moteur, puis vérifiées périodiquement. Ces charges peuvent ne pas correspondre exactement à un testeur de banc, mais c'est le cas donner une mesure qui peut être comparée course après course.Votre niveau de course dicte la fréquence à laquelle les ressorts sont vérifiés.Les moteurs Pro Stock qui tournent à plus de 10 000 tr/min avec 1.200 pouces de levage sont vérifiés après chaque passage, alors qu'un moteur de course de support avec 7 500 La limite de régime et la came de levage de 0,800" peuvent n'avoir besoin d'être vérifiées qu'une fois par an. Un programme d'entretien approprié basé sur le niveau de course est ce qui est nécessaire. Encore une fois, les sociétés de cames, les sociétés de ressorts ou les constructeurs de moteurs peuvent aider à déterminer la fréquence de vérification. en fonction de votre niveau de course."

Villemure a ajouté: "La fréquence à laquelle vous vérifiez les ressorts dépend de la durée de vie prévue des ressorts. Les coureurs Pro Stock les vérifieront à chaque tour, mais ils ne s'attendent pas à ce que les ressorts durent plus de quatre à huit passages. Ressorts utilisés dans certains Sportsman les moteurs peuvent durer des centaines de passages, donc les coureurs les inspectent généralement après un week-end complet ou plus.Si un coureur vérifie les cils ou a les couvercles de soupapes pour une raison quelconque, il serait sage de regarder par-dessus les ressorts et de les vérifier avec un ' testeur "sur la tête".

Enfin, chaque coureur devrait avoir un outil pour vérifier la tension du ressort de soupape. "Un testeur sur tête est idéal pour des mesures de charge rapides, pour s'assurer que les ressorts maintiennent leurs charges installées", a déclaré Villemure. "Un outil de mesure de la hauteur installé dans la culasse est également important pour la configuration initiale." McInnis recommande un certain type de manomètre à ressort, il s'agit d'un outil de base et ne lira jamais la pression exacte du ressort en raison de la longueur du pivot du culbuteur, de la tige de poussée, etc. Ayez également un moyen de changer les ressorts sur le moteur assemblé ainsi que les jauges d'épaisseur, une lampe de poche pour vérifier les ressorts intérieurs cassés et des outils pour ajuster les cils.

Osborn convient qu'un testeur de charge à ressort sur la tête doit être utilisé pour déterminer s'il y a une perte de charge. Il a également mentionné que des jauges d'épaisseur peuvent être utilisées pour voir si les cils changent. Cela garantira que le train de soupapes (y compris les ressorts) fonctionne bien. Et utilisez une lampe de poche pour regarder tout autour des ressorts et un aimant pour voir s'il y a des pointes de ressort ou du métal dans l'extrémité supérieure du moteur. En outre, il recommande d'utiliser un journal de bord pour enregistrer le nombre de courses sur les ressorts et les charges des ressorts.

Faire: soyez prudent lorsque vous manipulez des ressorts. Ils sont l'un des composants les plus sollicités dans un moteur et doivent être manipulés avec précaution.

Ne le faites pas: placez un ressort dans un étau pour les maintenir sur le diamètre extérieur du ressort. La compression des côtés entraînera une défaillance.

Faire: vérifier que les ressorts rentrent dans la poche de la culasse. Les interférences peuvent provoquer des pannes.

Ne le faites pas: laissez les ressorts rouiller. Les piqûres de rouille créeront des points d'initiation de défaillance.

Faire: vérifiez que les retenues de ressort s'adaptent aux ressorts. Trop d'interférences peuvent casser les bobines d'extrémité.

Ne le faites pas: modifier les ressorts en meulant les extrémités. Contactez votre fournisseur de ressorts si vous pensez que cela est nécessaire.

Faire:vérifiez que la retenue du ressort de soupape dégage le culbuteur et le joint de tige de soupape pour la levée complète.

Faire: entreposez les ressorts de soupape dans un environnement à faible humidité, à l'abri des déversements d'eau ou de produits chimiques. Ne faites pas fonctionner de ressorts présentant des signes de corrosion. C'est l'une des raisons les plus courantes des fractures prématurées des ressorts.

Ne le faites pas: installez des ressorts avec un jeu excessif. Optez pour plus de pression, sauf avec des poussoirs hydrauliques ou plats. Assurez-vous qu'il y a suffisamment d'huile pour refroidir les ressorts. En cas d'événement de température excessive/surchauffe, vous devez toujours vérifier les ressorts avant votre prochaine sortie. Une surchauffe peut affecter la pression du ressort de façon permanente.

Caméras Erson/ 800.641.7920 / PBM-Erson.com

PAC Racing Ressorts/ 877.799.9417 / RacingSprings.com

Performance Springs, Inc./ 248.486.3372 / PSISsprings.com