Deseori profităm de ocazie pentru a scrie despre piese care nu sunt neapărat în ochii noștri și nici nu sunt considerate un subiect frecvent de conversație, dar sunt elemente extrem de importante ale lanțului de transmisie sau al oricărui subsistem major al întregului vehicul.
Funcția arcurilor supapelor este mai puțin cunoscută de către șoferi, dar mecanicii vă pot spune mai multe despre acest element. În articolul nostru, scriem despre pregătirile de proiectare, rolul general și funcționarea arcului supapei, precum arătăm și câteva soluții în care arcul supapei nu face parte din controlul motorului.

Funcţie
În primul rând, merită să clarificăm care este funcția arcului supapei la motorul cu ardere internă. General, el trebuie să îndeplinească două criterii principale. Una este că trebuie să apăsați supapa pe scaunul supapei cu o astfel de forță încât să se închidă absolut sigur și astfel încât supapa să nu se poată separa de scaun, chiar și cu aspirația maximă. Cealaltă sarcină este de a menține supapa și elementele de control să nu se îndepărteze unele de altele și de camă în timpul deschiderii supapei.

Arcuri de supapă la modelul de control al tijei de împingere (Sursă: www.wikipedia.org)

Această sarcină dublă nu necesită o forță mare a arcului în sine, dar parțial din cauza siguranței și parțial din cauza altor aspecte, trebuie crescută în unele cazuri.
Dimensiunile geometrice ale arcului supapei și rezistența acestuia sunt  influențate de spațiul disponibil. În unele aplicații, cerințele atât de extreme sunt impuse arcului supapei încât utilizarea combinată a mai multor arcuri le poate îndeplini.

Alegerea materialului
Arcurile de supape sunt expuse la efecte termice, chimice și mecanice extreme, astfel încât materialul potrivit pentru producerea lor trebuie ales cu mare atenție, astfel încât să poată susține sarcinile puse asupra acestuia pentru o perioadă lungă de timp.
În preajma celui de-al Doilea Război Mondial, utilizarea firelor temperate cu ulei a început să se răspândească pe scară largă și, în anii 1960, a devenit aproape universală. Acestea sunt oțeluri întărite cu ulei, care conțin siliciu și crom, cu proprietăți excelente la oboseală (de exemplu SAE9254, JIS SWOSC-V). În timpul producției, una dintre cele mai mari provocări a fost eliminarea incluziunilor, zgârieturile de suprafață și straturile decarbonizate cât mai precis posibil, deoarece acestea afectează negativ rezistența la oboseală a arcului.
În anii 1980, a fost introdusă o nouă compoziție numită KHV7, care se baza pe SAE9254 anterior și avea un conținut mai mare de carbon pentru o rezistență crescută la tracțiune. . Rezistența la tracțiune a firelor SAE9254 este de aproximativ 1900 MPa, în timp ce cea a KHV7 este de 2050 MPa. Rezistența la oboseală este de aproximativ 110% față de ceea ce era înainte.
În anii 1990, o altă descoperire a venit cu nitrurarea, care a crescut rezistența la oboseală de 1,3 ori. Acesta a fost KHV10N, care conține 2% siliciu pentru a crește rezistența la efort. Aici, rezistența la tracțiune a depășit deja 2200 MPa.
Pentru KHV10N, s-au adăugat cantități mai mari de crom și vanadiu pentru a crește și mai mult rezistența la oboseală și rezistența la încovoiere. Acest lucru a făcut boabele și mai fine - acesta a devenit KHV12N, care a fost scos pe piață în 2006.

Stresul și dimensionarea
La dimensionarea arcului supapei, ne străduim să determinăm o caracteristică a arcului care să permită ca pe toată durata fazei de decelerare a deschiderii supapei, elementele angrenajului de distribuție să nu se poată separa unele de altele și, între timp, materialul arcului să nu fie mai solicitat. Prin urmare, diagrama arcului trebuie combinată cu forțele de inerție a masei calculate din accelerația supapei, ținând cont și de forța gazului care acționează asupra supapei.

Design
Cea mai comună formă de arcuri de supapă este arcul elicoidal cilindric. Cererea sa depinde în mod semnificativ de sârmă și diametrul înfășurării. Acesta din urmă este determinat de spațiul disponibil, iar rigiditatea este influențată de numărul de fire de lucru. În practică, acesta din urmă este în jur de 5-8, deoarece de obicei nu este posibil să plasați un arc prea lung din motive de construcție.
Există aplicații în care un arc singur nu este neapărat suficient. Diametrele sârmelor nu sunt de obicei mari, cel mai frecvent este un diametru de aproximativ 5 milimetri, deci la motoarele de mare viteză, forța mare a arcului este plasată central una în alta, se realizează cu așa-numitele arcuri paralele. În acest caz, direcția înfășurării trebuie să fie opusă, astfel încât, în cazul ruperii arcului, un arc să nu poată fi împins între firele celuilalt.

Arc de supapă încorporat într-un AMC 390 (Sursă: www.wikipedia.org)

Arcurile elicoidale cilindrice cu design clasic au un pas constant. Numerele firelor de lucru sunt determinate prin rotunjirea lor până la jumătate de tură și adăugând ¾ sau o tură la fiecare capăt al arcului. Numărul auto-threading trebuie să fie un multiplu întreg de ½.
Se poate întâmpla ca în construcția dată să întâlnim fenomene nedorite de balansare. Pe lângă modificarea numărului de spire și a forței arcului, ar putea fi folosite și arcuri cu înfășurare conică sau pas variabil. În cazul acestuia din urmă, ca urmare a comprimării, firele cu un pas de filet mai mic se așează unul peste altul, deconectându-se astfel de la arc și, ca urmare, frecvența naturală a arcului se modifică.

Control fără arc de supapă
În cazul motoarelor de curse de mare viteză, turația critică a fost atinsă în urmă cu aproximativ treizeci de ani, la care era deja imposibilă utilizarea unui arc de supapă din motive de proiectare care nu și-ar fi atins balansul natural în intervalul de funcționare al motorului, pierzându-și astfel funcția.
Datorită acestui fapt, controlul supapelor pneumatice a fost utilizat pe scară largă la  sporturile cu motor. Mecanismul de acționare este foarte asemănător cu un simplu cilindru pneumatic. Gazul sub presiune (de obicei azotul) este pompat în cilindru, determinând ridicarea pistonului (deci elementul de reținere) și închiderea supapei. Flexibilitatea sistemului este asigurată de gaz, care nu are auto-oscilațiile pe care le are arcul elicoidal, deci este mult mai ușor de evitat rezonanța și sistemul este mult mai rapid.