Unterschiede in den Ventilfedern


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Obwohl mir der Motorbau nicht fremd ist, habe ich mich oft gefragt, was die Unterschiede zu Ventilfedern sind und warum Sie für verschiedene Anwendungen übereinander benötigen. Meine Fragen sind:

  • Gibt es einen Zusammenhang zwischen Sitzdruck und Ventilhub? (Ich versuche herauszufinden, ob es ein lineares Diagramm gibt, das angezeigt werden könnte.)
  • Was sind die Unterschiede zwischen einer Feder, die mit einem Rollennocken verwendet wird, und einem flachen Stößelnocken?
  • Gibt es neben den Reibungsverlusten noch andere Nachteile beim Betrieb einer Ventilfeder mit einem höheren Sitzdruck als dem, was Sie benötigen?

Antworten:


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Gute Frage. Der Motorenbau ist (vorerst) etwas über meinem Kopf, daher ist dies möglicherweise eine unvollständige Antwort, aber ich habe einige Erkenntnisse, die für den Kommentarbereich zu lang sind.

Frühlings-Design-Zeug

Die wichtigsten Faktoren bei der Konstruktion einer Ventilfeder sind Geschwindigkeit, freistehende Länge (FL), Schraubenbindung (feste Höhe) und Spannung. Die Drahtmenge in der Feder bestimmt die Rate (weniger Draht = höhere Rate = höhere Spannung), daher sind Draht-Ø, Spulenzahl und Feder-Ø die Maßfaktoren, die die Rate beeinflussen.

Mit Rate und FL können Sie in Kombination mit der Ventilschaftlänge den Sitzdruck berechnen. Um den Sitzdruck zu erhöhen, können Sie den FL oder die Geschwindigkeit erhöhen. Beide erhöhen die Spannung, wenn sich die Feder der festen Höhe nähert. In Anbetracht der extremen Umgebung ist Spannung ein kritisch begrenzender Faktor bei der Konstruktion von Ventilfedern. Für die theoretische Diskussion spielt es jedoch keine Rolle und wird nicht noch einmal erwähnt. Ich werde Float auch ignorieren, da dies ein ziemlich situatives Phänomen ist.

Es wird empfohlen, den maximalen Ventilhub über der festen Höhe der Feder auf eine bestimmte Zahl (z. B. 0,050 Zoll) zu beschränken, um nicht alle Teile zu beschädigen. Die feste Höhe ist einfach die Anzahl der Spulen * Draht-Ø.

Fragen

1) Gibt es einen Zusammenhang zwischen Sitzdruck und Ventilhub? Ja und nein, abhängig von Ihren Einschränkungen. Angesichts der obigen Informationen und unter Konstanthaltung aller anderen Maßfaktoren (FL, DrahtØ, Spulenzahl, FederØ) gibt es nur zwei individuelle Maßänderungen an der Feder, die sowohl den Sitzdruck als auch den Ventilhub beeinflussen würden:

  • Das Erhöhen des Draht-Ø würde die Federrate und damit den Sitzdruck erhöhen, aber auch die Feststoffhöhe erhöhen und den Ventilhub begrenzen. Der Draht-Ø wird mit der vierten Potenz in der Federratengleichung berechnet, sodass der Sitzdruck exponentiell ansteigen würde, wenn der Ventilhub abnimmt.
  • Eine Verringerung der Spulenzahl würde die Federrate und erneut den Sitzdruck erhöhen, aber die feste Höhe verringern, was mehr Ventilhub ermöglicht. Die aktive Spule hat ein lineares Verhältnis zur Geschwindigkeit, sodass der Sitzdruck linear mit dem Ventilhub ansteigt.

Hinweis: Alle anderen individuellen Änderungen an Dimensionsvariablen zeigen keine Korrelation. Wenn Sie wissen möchten, wie sich das Ändern mehrerer Variablen auswirkt, wird dies viel komplizierter, es sei denn, Sie haben bestimmte Zahlen, mit denen Sie arbeiten können.

BEARBEITEN AUF DER GRUNDLAGE VON KOMMENTAREN Ich habe diese Antwort unter dem Gesichtspunkt des Federdesigns geschrieben, als würden Sie Federn für Ihren Motorbau kaufen. Gemäß dem Kommentar von Paulster2 besteht eine übliche Möglichkeit, den Sitzdruck für die bereits vorhandenen Federn zu erhöhen, darin, eine Unterlegscheibe zwischen dem Nocken und dem Federkörper anzubringen. Dies erhöht Ihren Sitzdruck um einige Pfund (Federrate * Unterlegscheibenhöhe) und VERRINGERT auch Ihren Ventilhub, da Ihre neu installierte Federhöhe niedriger ist und die Feder näher an ihre feste Höhe bringt. Um die Frage erneut zu beantworten: Wenn Sie eine Unterlegscheibe verwenden, um den Sitzdruck zu erhöhen, nimmt der Ventilhub mit zunehmendem Sitzdruck linear ab. Siehe Beispiel unten.

Theoretisches Beispiel: Angenommen, Sie haben eine 1.000 "große (unbelastete FL) Feder mit einer Geschwindigkeit von 100 lb / in und Ihre Federspule bindet bei .300". Im Moment installieren Sie Ihre Feder bei .800 ", die die Feder .200 Zoll bei 100 lbs / Zoll bewegt, bei einem Sitzdruck von 20 lbs. Das bedeutet, dass Ihr verbleibender Weg von der installierten Höhe zur festen Höhe .500" beträgt Theoretisch beträgt Ihr maximaler Ventilhub 0,499 ".

Angenommen, Sie wollten Ihren Sitzdruck auf 30 Pfund erhöhen. Zu diesem Zweck installieren Sie irgendwo zwischen dem Ende der Feder und dem Nocken eine 0,100-Zoll-Unterlegscheibe. Dadurch wird die installierte Länge der Feder auf 0,700 Zoll gesenkt, wodurch Sie den gesuchten 30-Pfund-Sitzdruck erhalten, aber es Reduziert außerdem den Hub zwischen Ihrer installierten Länge und der festen Höhe auf 0,400 ", sodass Sie einen theoretischen maximalen Ventilhub von 0,399" erhalten.


2) Was sind die Unterschiede zwischen Rollen- und Stößelnockenfedern? Ich habe keine Ahnung. Ich verstehe nicht, warum es einen Unterschied geben würde. Ich dachte, eine Rolle würde einen höheren Sitzdruck zulassen, aber im Idealfall haben Sie den niedrigsten möglichen Sitzdruck, um schneller Luft am Ventil vorbei zu lassen, sodass ich nicht verstehe, warum Sie andere Federn benötigen würden. Auch hier könnte ich mich irren, bitte lassen Sie mich wissen, wenn Sie spezifischere Fragen haben.


3) Was sind die Nachteile eines höheren Sitzdrucks als erforderlich? Wie Sie bereits erwähnt haben, Reibungsverluste, die die Wärme in einer bereits gerösteten Umgebung erhöhen. Wie Sie wissen, nimmt die Torsionssteifigkeit des Drahtes mit zunehmender Wärme (über einen bestimmten materialspezifischen Punkt hinaus) ab, was möglicherweise zu einer Streckgrenze führt und definitiv zu einem Abfall des Sitzdrucks / der Sitzgeschwindigkeit führt. Vom Standpunkt der Feder aus hat ein höherer als der erforderliche Sitzdruck keinen Vorteil und keine unbedeutenden Nachteile.

Wir können auch auf das Ventiltriebgewicht (und das Federmaterial) eingehen, das wie Aufhängungssysteme beeinflusst, wie schnell die Feder auf Änderungen reagieren kann. Unabhängig davon, ob das Ventil geöffnet oder geschlossen ist, bewegen sich die Mittelspulen in einer Ventilfeder aufgrund des Gewichts des Materials in der Feder ständig, wenn der Motor läuft.


Hoffentlich hat dies einige Ihrer Fragen beantwortet. Bitte lassen Sie mich wissen, ob ich diesen Beitrag klären, ergänzen, zusätzlich beantworten oder löschen kann!


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Antwort der nächsten Ebene. +1
DucatiKiller

Ein paar Fragen: In dem Abschnitt, der beginnt, " Rate and RL ", geben Sie an: " Um den Sitzdruck zu erhöhen, können Sie FL erhöhen oder Rate ..." Wollen Sie tatsächlich FL verringern , um den Sitzdruck zu erhöhen? Ein normaler Weg, um den Sitzdruck zu erhöhen, besteht darin, die Federhöhe durch Hinzufügen von Unterlegscheiben zu verringern. Ich will nur sicherstellen, dass ich dich verstehe.
Pᴀᴜʟsᴛᴇʀ2

@ ᴘᴀᴜʟsᴛᴇʀ2 Durch Erhöhen der freien Länge (FL) erhöhen Sie die Verschiebung, die erforderlich ist, um von FL zur Ladehöhe zu gelangen, indem Sie Ausgleichsscheiben hinzufügen, die Sie ebenfalls ausführen. Angenommen, der FL ist 1,0 "groß und wird mit 0,7" installiert, also mit einer Verschiebung von 0,3 ". Das Hinzufügen einer 0,1" -Einstellscheibe für die Installationslänge von 0,6 "entspricht dem Ändern des FL auf 1,1" und dem Installieren auf das Original. 7 ", beide erfordern eine Verschiebung von 0,4". Der Hauptunterschied besteht darin, dass Sie durch Hinzufügen von Unterlegscheiben näher an die feste Höhe heranrücken. Andererseits lässt sich FL in der Entwurfsphase leicht von einem Schreibtisch aus wechseln, sobald die Feder hergestellt ist.
MooseLucifer

Ich glaube, ich habe falsch interpretiert, was FL ist. Bei Motorventilfedern sorgen Sie sich normalerweise nicht um FL, sondern um die Einbauhöhe. Ich dachte, das ist es, worüber du gesprochen hast.
Pᴀᴜʟsᴛᴇʀ2

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Spulenbindung ist immer eine Überlegung. Ich erinnere mich nicht, was der empfohlene Unterschied zwischen der Spulenbindung und der vollen Öffnungshöhe des Ventils ist, aber er ist signifikant genug, um die Feder ohne Probleme abstellen zu können.
Pᴀᴜʟsᴛᴇʀ2

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Hauptsächlich geht es um Hausaufgaben. Die Anwendung, nach der Sie suchen. Ist es PS, die Sie wollen oder Drehmoment? Ist es eine Overhead-Kamera oder eine rollende Wippe? Möchten Sie, dass sie lange oder lange genug halten? Erhalten Sie hochwertige oder billigste Federn und versuchen Sie, sie alle aufeinander abzustimmen? Ist Ihre Kamera länger?

1) Zu schwach und die Feder hält das Ventil nicht geschlossen. In den Motormanufakturspezifikationen wird normalerweise nur die schwächste aufgeführt. Ansonsten muss mich auch jemand anderes aufklären.

2) Federkompression. Wippen werden normalerweise für Motoren mit längerem Hub und niedrigerer Drehzahl verwendet. Sie müssen in der Regel eine längere Strecke komprimieren. Sie haben auch verschiedene Designs wie den Bienenstock-Stil zur Verfügung. Flache Stößel haben normalerweise eine Feder in der anderen, um die Festigkeit zu erhöhen und gleichzeitig zu vermeiden, dass sich die Spule mit zu viel Material verbindet. Sie können auch leichter sein.

3) Wenn Sie einen mehrkettigen Ventiltrieb (V-Style dohc) betreiben, können Sie den Zeitpunkt vor- oder zurückstellen, da die Möglichkeit eines Durchhangs besteht (physikalischer Zeitpunkt im Gegensatz zum Zündzeitpunkt). Die Spannung des Ventiltriebs kann die Art und Weise verändern, in der die Seite des V seine Luft erhält und freigibt. Eine weitere Überlegung: Ventilfläche, Ventilsitz und Ventilkopfqualität. Sind die Materialien von ausreichender Qualität, um dem zusätzlichen Druck standzuhalten? Genug von einem Gesicht oder der Sitz richtig geschnitten?

Wenn ich einen Harley-Motor bauen würde und mit einer sehr aggressiven Kamera fahren würde. Ich würde anfangen zu prüfen, welche empfohlenen Federn benötigt würden. Die Spulenbindung ist am wichtigsten, wenn der Nocken einen sehr hohen Hub hat. Dann finde ich die beste Feder, die ich kann (am besten für das Geld, das Gewicht, das Design und die Einschränkungen von). Nachdem ich jeweils etwa 30 Federn für Einlass und Auslass bestellt habe, finde ich die passenden. Das heißt, alle Einlassfedern haben die gleiche Stärke und Schraubenbindung und der Auslass ist gleich.


Hersteller spezifizieren Federn für eine bestimmte Drehzahlgrenze. Wenn sich die Redline mit Motoraufrüstungen nach oben bewegt, muss sich auch die Stärke der Feder nach oben bewegen, damit die Ventile nicht schwimmen.
vini_i

Geht zurück zu den Hausaufgaben. Wenn Sie einen Performance-Shop haben, der Ihren Build erstellt, fragen Sie, wie er ihn spezifizieren möchte. Wenn Sie etwas wie "So haben wir es immer gemacht ..." hören. Es ist Zeit zu suchen, ob noch jemand verfügbar ist. Sie sollten Zugriff auf alle relevanten Spezifikationen haben und nicht nur auf die Marketing-Spezifikationen (was wir als Verbraucher sehen). Elemente wie: Material, freie Länge, Spulendicke, Spulenform (Draht, flach gewickelt, verdrillt, Band) (Bienenstock, einfach, doppelt, linear, progressiv).
Tobin S

Ich schätze die Antwort, Tobin, aber ich suche nach technischen Antworten, nicht nach allgemeinen Antworten. Ich kenne bereits die allgemeinen Gründe für die Fragen.
Pᴀᴜʟsᴛᴇʀ2

Ich denke, es würde Ihnen schwer fallen, eine Bienenstockfeder für einen flachen Stößel zu finden. Es würde mehr Drehmoment erfordern, um die Ventile ohne viel Rücklauf zu bewegen.
Tobin S

Viel zu viele Informationen, um sie auf etwas schmackhafteres zu reduzieren. hotrod.com/how-to/engine/…
Tobin S
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