Nouveaux sièges et guides à haute conductivité thermique de Federal

Aug 01, 2023

L'amélioration du transfert de chaleur réduit les températures des vannes jusqu'à 70°C

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10 août 2017, 11 h 15 HE

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BURSCHEID, Allemagne, 10 août 2017 /PRNewswire/ -- Federal-Mogul Powertrain présentera de nouveaux matériaux pour les sièges et les guides de soupape avec une conductivité thermique améliorée lors du salon IAA 2017 à Francfort, en Allemagne. Adaptés à la production en série, les nouveaux matériaux à haute conductivité thermique (HTC) et le revêtement de matériau d'interface thermique (TIM) peuvent réduire les températures de la tête de soupape jusqu'à 70 °C, permettant une meilleure combustion et des émissions réduites.

« Les températures extrêmes des soupapes rencontrées sur les moteurs de taille réduite hautement boostés d'aujourd'hui peuvent entraîner une réduction de la durée de vie des soupapes et des températures critiques du guide de soupape et du joint de tige, ce qui nécessite des alliages d'acier de soupape coûteux. Si un calage d'allumage tardif est utilisé pour réduire le cliquetis et que l'enrichissement protège les composants des températures critiques, les émissions de CO2 sont augmentées », a expliqué Gian Maria Olivetti, directeur de la technologie, Federal-Mogul Powertrain. "En réduisant les températures de la tête de soupape, nous contribuons à éliminer ces problèmes, et en développant des technologies adaptées à la production en série, nous sommes en mesure de prendre en charge les applications du marché de masse." HTC peut également contribuer à obtenir une distribution de température circonférentielle plus uniforme sur l'insert de siège de soupape et le matériau de culasse environnant, éliminant les points chauds locaux au profit de la réduction de l'usure et de la diminution de la distorsion liée à la température.

Comment un meilleur transfert de chaleur signifie des vannes plus froides

L'insert de siège est le chemin de chaleur principal de la tête de soupape dans la chemise de refroidissement de la culasse. En conduisant plus de chaleur loin de la tête de soupape, les nouveaux matériaux de siège réduisent la température dans la partie la plus chaude de la chambre de combustion et abaissent la température du gaz à la fin de la course de compression : améliorant la résistance au cognement et permettant une plus large plage d'avance à l'allumage pour permettre l'optimisation de la combustion. Les matériaux permettent également de réduire les émissions de CO2 en éliminant le besoin d'enrichissement du carburant comme moyen de refroidissement. Pour les alliages de tête de soupape d'échappement, chaque réduction de température de 20 °C élimine le besoin d'une mise à niveau vers la spécification d'alliage suivante, plus coûteuse.

Le guide de soupape est le chemin de chaleur principal de la tige de soupape à la culasse. En évacuant plus de chaleur de la tige de soupape, le nouveau matériau du guide de soupape réduit les températures locales en dessous des seuils critiques auxquels les joints de tige de soupape et l'huile de lubrification commencent à se dégrader.

Matériaux HTC pour une meilleure dissipation de la chaleur

Les matériaux HTC de Federal-Mogul Powertrain sont des formulations de métal en poudre utilisées à la fois dans les inserts de siège et les guides, et les spécifications sont hautement configurables. Les sièges de soupape utilisent une infiltration de cuivre pour améliorer le transfert de chaleur ; les guides de soupapes, qui voient des températures plus basses et nécessitent de la porosité pour retenir l'huile, utilisent une subtile combinaison de particules de cuivre libres et de fins alliages de cuivre interconnectés. Dans le cas d'inserts de siège de soupape composites à double couche, le matériau secondaire de l'insert n'est plus simplement un « support » à faible coût pour la couche de siège fonctionnelle qui entre en contact avec la tête de soupape ; il sert à des fins techniques en conduisant plus de chaleur loin de la tête de soupape.

Revêtement TIM – un différenciateur

Le revêtement TIM de Federal-Mogul Powertrain améliore considérablement le transfert de chaleur à travers la limite entre l'insert ou le guide de siège et la culasse en remplissant les espaces interstitiels entre les irrégularités des surfaces opposées. Cela élimine les minuscules poches d'air qui interrompent normalement le trajet de la chaleur et améliore la conformabilité contre la surface de la culasse. Les matériaux HTC peuvent réduire la température des soupapes, mais les résultats des tests montrent que, dans certains moteurs, le revêtement TIM peut offrir une réduction nettement plus importante, car il agit comme un pont thermique, supprimant la barrière entre les deux composants. Un revêtement à base de cuivre, TIM a besoin d'une séquence appropriée de prétraitements pour être efficace et a nécessité un développement important par Federal-Mogul Powertrain pour assurer une bonne adhérence même sur des surfaces poreuses, sans nuire à l'avantage de la conductivité thermique.

« Le développement réussi du revêtement TIM pour la fabrication en série signifie que la technologie peut être adoptée immédiatement par nos clients », a déclaré Denis Christopherson, directeur de la recherche et du développement du groupe Sièges et guides de soupapes de Federal-Mogul Powertrain. "En améliorant le flux de chaleur à travers la frontière entre la culasse et l'insert, le revêtement TIM permet aux avantages de transfert de chaleur de HTC d'être pleinement réalisés."

Soutenu par les résultats des tests

Les tests effectués au centre d'essais de Federal-Mogul Powertrain à Burscheid, en Allemagne, sur des moteurs à essence turbocompressés à injection directe à la pointe de la technologie ont montré l'efficacité des nouveaux matériaux. Une combinaison des technologies HTC et TIM a réduit les températures maximales de la tête de soupape d'admission de 26 à 32 °C. L'amélioration des températures de tête de soupape d'échappement a été encore plus marquée; sur une valve pleine, le pic a été réduit jusqu'à 70°C et sur une valve creuse remplie de sodium, jusqu'à 67°C. Les résultats des tests ont été utilisés pour corréler les prédictions des programmes de simulation thermique avancés de Federal-Mogul Powertrain. Ceux-ci permettent d'évaluer avec précision les applications futures et de sélectionner les matériaux optimaux, tandis que la conception du moteur n'existe qu'à un stade précoce de la conception.

Les matériaux HTC et TIM sont prêts pour la production et des échantillons de composants d'inserts et de guides de siège de soupape sont en cours de test préliminaire avec plusieurs clients. Federal-Mogul Powertrain a reçu une première nomination avec un démarrage prévu de la production en 2018. Bien qu'ils soient principalement destinés aux applications à essence hautement cotées, ils pourraient être tout aussi bénéfiques pour les sièges et les guides de soupape d'échappement sur les turbodiesels hautes performances et pour les moteurs diesel lourds. Federal-Mogul Powertrain exposera les nouveaux matériaux, aux côtés de nombreux autres produits, au salon IAA du 12 au 15 septembre (journées presse et commerce uniquement) au stand E33 dans le hall 4.1.

À propos de Federal-Mogul

Federal-Mogul LLC est l'un des principaux fournisseurs mondiaux de produits et de services aux fabricants et réparateurs mondiaux de véhicules et d'équipements sur les marchés de l'automobile, des véhicules commerciaux légers, moyens et lourds, de la marine, du ferroviaire, de l'aérospatiale, de la production d'électricité et de l'industrie. Les produits et services de la société permettent d'améliorer les économies de carburant, de réduire les émissions et d'améliorer la sécurité des véhicules.

Federal-Mogul exploite deux divisions commerciales indépendantes, chacune avec un directeur général faisant rapport au conseil d'administration de Federal-Mogul.

Federal-Mogul Powertrain conçoit et fabrique des composants de groupe motopropulseur d'origine et des produits de protection des systèmes pour les applications automobiles, lourdes, industrielles et de transport.

Federal-Mogul Motorparts vend et distribue un large portefeuille de produits à travers plus de 20 des marques les plus reconnues au monde sur le marché mondial de la rechange automobile, tout en servant également les fabricants de véhicules d'équipement d'origine avec des produits comprenant des freins, des essuie-glaces et une gamme de composants de châssis. Les marques de rechange de la société comprennent les essuie-glaces ANCO® ; Pièces et fluides de première qualité Beck/Arnley® ; Systèmes d'allumage BERU®* ; Éclairage, bougies, essuie-glaces et filtres Champion® ; Filtres Interfil® ; produits moteurs AE®, Fel-Pro®, FP Diesel®, Goetze®, Glyco®, National®, Nüral®, Payen®, Sealed Power® et Speed-Pro® ; composants de châssis MOOG® ; et les produits de freinage et d'éclairage Abex®, Ferodo®, Jurid® et Wagner®.

Federal-Mogul a été fondée à Detroit en 1899 et a son siège mondial à Southfield, Michigan. La Société compte près de 53 000 employés dans 24 pays. Pour plus d'informations, rendez-vous sur www.federalmogul.com.

*BERU est une marque déposée de BorgWarner Ludwigsburg GmbH

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