Federal-Mogul punta sulla trasmissione del calore… all’IAA

Federal-Mogul ha riservato per la vetrina tedesca dell’Iaa il lancio di nuovi materiali High Thermal Conductivity (Htc) destinati a sedi e guide valvola, caratterizzati da una migliore conducibilità termica. Non solo: l’occasione sarà propizia anche per presentare il rivestimento Thermal Interface Material (Tim). Entrambi i componenti sono in grado, annuncia l’azienda, di ridurre anche di 70 gradi le temperature della testa della valvola, migliorando di conseguenza la combustione e riducendo le emissioni.

In produzione per Federal-Mogul dal 2018

I materiali Htc e Tim, illustra l’azienda, sono già pronti per la produzione e alcuni campioni di inserti sedi valvola e di guide sono in fase preliminare di test presso alcuni clienti. Federal-Mogul Powertrain ha già ricevuto una prima designazione ufficiale per un inizio produzione previsto nel 2018. Sebbene siano stati inizialmente concepiti per motori a benzina ad alto rendimento, questi materiali potrebbero portare eguali vantaggi alle sedi e alle guide di valvole di scarico montate su motori turbodiesel ad alte prestazioni o su motori diesel per applicazioni heavy duty.

La trasmissione del calore… conta

Il principio base delle novità targate Federal-Mogul Powertrain è un semplice (banale, se vogliamo) postulato fisico: una migliore trasmissione del calore significa valvole più fredde. I materiali Htc prossimi al taglio del nastro nel listino di Federal-Mogul vengono utilizzati sia negli inserti della sede sia nelle guide delle valvole. Andando con ordine, l’inserto della sede è la via principale utilizzata dal calore per passare dalla testa della valvola alla camicia di raffreddamento della testata. I nuovi materiali della sede, poiché in grado di allontanare maggior calore dalla testata, riducono la temperatura nella zona più calda della camera di combustione e abbassano la temperatura dei gas alla fine della fase di compressione. In questo modo migliora la resistenza al battito in testa e possono essere utilizzati anticipi di accensione di vario tipo per ottimizzare la combustione. I nuovi materiali consentono anche minori emissioni di CO2 poiché riducono il bisogno di adoperare come metodo di raffreddamento una miscela arricchita. La guida valvola rappresenta la via principale che il calore utilizza dallo stelo valvola alla testata. Il nuovo materiale per guide valvola, poiché allontana più calore dallo stelo, riduce localmente le temperature al di sotto delle soglie critiche in corrispondenza delle quali le tenute dello stelo e l’olio lubrificante iniziano a scomporsi. Per quanto riguarda il rivestimento Tim (nella foto qui sotto), esso si occupa, spiega la casa, di migliorare la trasmissione di calore lungo il confine tra l’inserto della sede o la guida e la testata, andando a riempire gli spazi interstiziali tra le irregolarità delle superfici opposte. Questo elimina le piccole sacche d’aria che normalmente interrompono il passaggio di calore e migliora l’adattabilità contro la superficie della testa del cilindro.

Una coppia vincente

I materiali Htc possono ridurre la temperatura della valvola, ma risultati di test condotti su alcuni motori dimostrano che il rivestimento Tim può contribuire a una maggiore riduzione, poiché agisce da ponte termico, rimuovendo la barriera tra i due componenti. Tim, rivestimento a base di rame, necessita di un’adeguata sequenza di pre-trattamenti per essere efficace e ha richiesto un ingente sviluppo da parte di Federal-Mogul Powertrain per assicurare una buona adesione anche su superfici porose, senza pregiudicare i benefici legati alla conducibilità termica.

I test parlano chiaro

Ma gettiamo uno sguardo ai risultati dei test preliminari condotti da Federal-Mogul su motori a benzina, con turbocompressore e a iniezione diretta. Ecco che una combinazione di tecnologie Htc e Tim ha permesso di ridurre le temperature di picco sulla testa della valvola di mandata da un minimo di 26 °C a un massimo di 32°. Il miglioramento per le valvole di scarico è stato ancora più marcato: su una valvola compatta il picco è stato ridotto anche di 70°C e su una valvola cava, riempita al sodio, anche di 67°C.