Piping for Power: cómo elegir los mejores cabezales para tu combinación

Maximizar el flujo de escape es un elemento clave para obtener el máximo rendimiento de cualquier motor de alto rendimiento. Ya sea que se trate de un muscle car de fábrica de 400 hp con 93 octanos o un nitro encendido Top Fueler, un conjunto de cabezales diseñado correctamente creará una recuperación óptima y permitirá que el motor alcance su potencial.

Al igual que la sintonización por inducción, existe una ciencia para la sintonización por escape. El tamaño y la longitud de la tubería principal, junto con el diseño del colector (y el sistema de escape, si corresponde), permitirán que los gases gastados fluyan desde las culatas con una restricción mínima y la menor cantidad de esfuerzo de bombeo del motor.

Al mirar los encabezados, se enfrentará a algunas opciones críticas. Los encabezados que decida probablemente estarán determinados por el tipo de motor, el espacio físico debajo del capó, el presupuesto y, en ocasiones, las restricciones de clase. Afortunadamente, hay docenas de fabricantes de cabeceras que venden de todo, desde cabeceras atornilladas hasta cabeceras totalmente personalizadas diseñadas y construidas para las necesidades específicas de su motor y chasis. Además, deberá seleccionar un material de encabezado y si usar o no un revestimiento.

"Al elegir un encabezado de carrera óptimo, las cosas principales a considerar incluyen el tipo de motor", dijo Vince Roman, propietario de Burns Stainless. "También preguntamos, ¿el motor es en línea o tipo V? ¿Y cuál es la aplicación? Obviamente, estamos hablando de motores de carreras de resistencia, pero lo que es más importante, ¿qué rpm usa para salir de la línea y cambiar, y qué rpm el alcance del motor cuando cruza la línea de meta?"

Continuó: "El diseño del cabezal de escape dependerá en gran medida de la banda de rpm en la que funcionará el motor. Además, ¿qué mejoras buscas? ¿Quieres mejorar el extremo inferior? ¿Necesitas girar más rpm en la parte superior? La banda de rpm del motor desempeñará un papel importante en la determinación del tamaño y la longitud del primario de escape. Además, considere la culata. Diferentes culatas tienen diferentes diseños de pernos de montaje y tamaños de puerto. Por lo general, está bien para un primario de escape. ser más grande que el puerto de escape, pero cualquier obstrucción, como un tubo primario demasiado pequeño o un puerto/escape que no coincide".

Steven Zimmerman, de Stainless Header Mfg. Inc., agregó: "Algunos aspectos a tener en cuenta son si algo disponible en el mercado realmente funcionará al nivel necesario o si un conjunto hecho a la medida sería más adecuado para cada uno". configuración de motor única del corredor. Y las consideraciones de diseño deben considerar el tamaño del tubo principal, el tipo de material y el diámetro de fusión del colector. Después de eso, comience a trabajar hacia otros aspectos/variables, incluida la longitud principal, el tamaño de fusión versus el tamaño de salida, el tamaño del paso y, finalmente, longitud de colector o megáfono".

Dimensionar correctamente los tubos primarios es un excelente lugar para comenzar. Hacer esto bien creará la potencia máxima y la banda de potencia más utilizable. Aquí es donde entran en juego el peso del vehículo, el tipo de transmisión y el engranaje. Por ejemplo, es probable que un Chevy 350 con un stocker de palanca de cambios liviano se lance a altas revoluciones y el motor nunca verá el lado bajo de la banda de potencia. En este caso, puede optar por un cabezal más grande que proporcione la máxima potencia a las rpm máximas sin preocuparse por la pérdida de par en las bajas. Por el contrario, el mismo motor en un cargador automático más pesado, digamos una camioneta, puede requerir un primario más pequeño e incluso un tubo en X agregado a los cabezales para aumentar el par a bajas revoluciones.

"El tamaño primario y el diámetro del colector dependen en gran medida de las pulgadas cúbicas del motor, la cantidad de cilindros, las rpm máximas/rpm operativas, pero lo que es más importante, los niveles de potencia", explicó Zimmerman. "La potencia es un resultado directo del flujo de aire a través del motor y, por lo tanto, cuanto mayor sea el nivel de potencia, mayor será la demanda de flujo de aire. Por supuesto, otros aspectos alterarán drásticamente el tamaño, en particular los agregados de potencia, como turbocompresores, sopladores o nitroso. Además de esto, hay muchos programas de software excelentes que pueden ejecutar una gran cantidad de ecuaciones y algoritmos para ayudar a determinar el tamaño del encabezado, además de muchas otras características. Esos programas son excelentes para nosotros, ya que nos ocupamos del diseño del encabezado cada día, pero para cualquier fabricante que construya un conjunto único, el gasto de un programa de software puede no valer la pena. Es por eso que ofrecemos asesoramiento técnico y de diseño gratuito 40 horas a la semana para cualquier persona que llame, ya sea que nos compre o No. Tenemos la experiencia y la información para ayudar a cualquier constructor".

También preguntamos: ¿Cómo debe un corredor determinar si se necesitan encabezados de pasos? Zimmerman continuó: "Los diseños de cabezal escalonado generalmente se reservan para motores nitrosos y de aspiración natural, aunque vemos algunos seleccionados en configuraciones de ventilador. Los cabezales escalonados brindan el beneficio de un gas de escape de mayor velocidad en el cilindro a través de un diámetro interior de tubo más pequeño, mientras que permitiendo los beneficios de mayores capacidades de flujo aguas abajo en el diámetro interior del tubo más grande Esto es excelente para el conductor, ya que el escape aún se expande por el calor y la combustión, mientras que dentro de los tubos de escape, está dictando un mayor volumen de espacio para mantener el flujo adecuado También es beneficioso para el fabricante, ya que permite juntas deslizantes y soldaduras traslapadas en los tubos de cabecera, lo que a menudo puede conducir a soldaduras más fáciles y uniones más fuertes en los tubos de cabecera. propiedad de reversión de los tubos Tener el escalón en los tubos creará una pequeña superposición y un diferencial de presión, lo que garantizará que el escape continúe moviéndose aguas abajo y evitará la reversión hacia los puertos de escape.

"Sin embargo, dicho esto, un diseño de encabezado escalonado no siempre es 100% beneficioso. Siempre habrá un costo adicional asociado, y cualquier motor que opere dentro de un ancho de banda estrecho de potencia puede no ver algunos de los beneficios que un ancho de banda más amplio motor de banda de potencia puede ver. Además de esto, los tubos más grandes, por naturaleza, ocupan más espacio en un compartimento del motor, lo que puede ser una pesadilla de embalaje en aplicaciones compactas. También puede ser perjudicial para aplicaciones impulsadas, particularmente configuraciones turbo, ya que roba parte de la velocidad de escape, lo que provoca un aumento en el retraso del turbo.

"Además, seleccionar entre un encabezado de dos o tres pasos puede ser en gran medida una cuestión de presentación y rendimiento. Para realmente ver un beneficio de cada paso individual, se requerirán ciertas longitudes. Y si un constructor solo tiene espacio para un tubo de cabecera de 20 pulgadas de largo, por ejemplo, una división 33/33/33 en la longitud del tubo primario dejará cada paso primario de menos de 7 pulgadas de largo, lo que puede no resultar tan beneficioso como un sistema de dos pasos dividido 50/50, donde cada tubo tiene 10" de largo. Por supuesto, todas estas son variables muy situacionales y dependientes del motor, y es mejor discutir algunos de esos elementos cuando haya más información disponible del motor, como especificaciones de leva, relaciones de diámetro/carrera y combustible. los tipos son a menudo factores necesarios también".

Mark Emerson, de Hooker Headers, agregó: "La mejor manera de determinar el tubo primario óptimo y el tamaño del colector es en la pista para observar qué combinación específica le gusta más. Eso no siempre es lo más rentable, por lo que herramientas como el software Pipemax permiten los usuarios ingresen su información específica para recibir recomendaciones sobre los mejores tamaños para su configuración". Y como sabemos, no hay nada como una buena prueba de pista consecutiva.

Roman sugirió a los corredores: "Visiten el sitio web de Burns Stainless y llenen el formulario de especificaciones del motor de carrera. Burns ayudará a los corredores a seleccionar los cabezales de tamaño y longitud primarios después de determinar el diámetro, la carrera, la relación de compresión, los tamaños de las válvulas de admisión y escape, el diseño del árbol de levas y rango de rpm de operación del motor La banda de rpm del motor es el factor más importante para determinar la longitud del primario, mientras que el desplazamiento y la potencia son importantes para determinar el diámetro del tubo primario.

"Además, el tamaño y el diseño del colector de fusión se determina en función de la aplicación, la potencia de salida y el rango de rpm operativo. Por lo general, las aplicaciones de carreras de resistencia sin silenciadores se benefician del uso de un colector de megáfono de cono inverso. El tamaño de la salida del colector [o garganta] y los diámetros de salida se calculan según la aplicación. Burns Stainless utiliza el software patentado X-Design para dimensionar los cabezales y los colectores. El tamaño del colector se basa en los parámetros del motor, como el diámetro interior, la carrera, el tamaño de la válvula y el diseño del árbol de levas. El número de pasos se determina basado en el tamaño del colector y el tamaño del puerto de escape. Un motor de carreras moderno bien desarrollado normalmente querrá un diseño de tres pasos. Los motores de menor rendimiento querrán diseños de dos pasos, o tal vez solo de un paso".

Siguiendo con el tema del diseño, preguntamos, ¿qué tan importante es tener tubos primarios de igual longitud? Emerson declaró: "Cuanto más cerca estén los tubos primarios, mejor podrá cronometrar el punto en el que ingresan al colector para mantener el máximo efecto de barrido para el siguiente pulso que viaja a través del cabezal".

"Este es un tema muy controvertido en la industria de los encabezados", agregó Zimmerman. "En mi experiencia, rara vez hay un caso en el que los encabezados de igual longitud vayan a afectar negativamente el rendimiento. Sin embargo, eso no significa que siempre serán beneficiosos. Los encabezados de igual longitud parecen tener el mayor efecto en rpm más altas N/A [ naturalmente aspirado] y construcciones turboalimentadas sensibles a las rpm. Esto entra en todo un mundo de matemáticas y teoría que involucra tanto la propagación de ondas de pulso como la mecánica de fluidos. Las cosas también varían mucho en la relación costo/beneficio al cambiar los tipos de combustible o aumentar drásticamente el tubo primario. longitudes para que coincidan con las longitudes. Algunas construcciones pueden beneficiarse tan levemente de la misma longitud que no vale la pena el costo del tiempo del fabricante o el sacrificio en el espacio del compartimiento del motor por las ganancias mínimas. En nuestra experiencia, el diseño del cabezal y la construcción se ejecutan en una jerarquía de importancia que comienza con el tamaño del tubo primario, seguido por el tamaño de fusión del colector, la necesidad de cabezales escalonados o el tamaño de un solo tubo, y finalmente sigue con tubos de igual longitud. Ciertamente creemos que los cabezales de igual longitud tienen su lugar en el rendimiento mundo, y eso puede ser probado por miles de corredores y fabricantes en todo el mundo, pero tampoco viviríamos o moriríamos por ese diseño. Es en gran medida una solución que depende del motor y ciertamente no es el factor más importante en el diseño o la creación de un encabezado personalizado".

Continuando, Zimmerman declaró: "El tamaño del tubo principal, el tamaño escalonado [si se construye un cabezal escalonado] y el tamaño del colector son factores de mayor prioridad que la longitud principal. Pero, suponiendo que haya marcado esos otros factores, la longitud del tubo sin duda sería el siguiente mejor variable Sin complicarse demasiado, la longitud del tubo se determinará según las rpm del motor operativo o las rpm de potencia máxima, el desplazamiento total del motor, la potencia máxima, el tipo de combustible y luego la aplicación del vehículo en sí. -La configuración en Y en un automóvil ovalado de pista de tierra tendrá demandas de longitud de cabezal muy diferentes a las del mismo bloque pequeño que se usa en un automóvil de carreras de resistencia. Existen varios programas excelentes que pueden brindar excelentes estimaciones en la longitud de la tubería primaria según una variedad de parámetros del motor y del árbol de levas. Por supuesto, la verdadera prueba siempre será un dinamómetro y una carrera de un cuarto de milla. Lo más importante es notar los cambios en sus 60 pies, velocidad máxima y et. Como regla general de thumb [N/A, más específicamente], los cabezales de tubo más cortos son mejores para aplicaciones de altas revoluciones, mientras que los cabezales de tubo más largos suelen ser mejores para números de torsión de extremo inferior. Los sistemas turbo, por otro lado, generalmente se benefician de una longitud de tubo más corta, ya que esto reduce el tiempo de carrete y aumenta la velocidad de escape en relación con un tubo colector más largo del mismo diámetro.

"Sin embargo, a veces, puede ser más indirecto en el tamaño de los tubos de lo que un constructor puede pensar inicialmente. En general, el tamaño de los tubos se basa en la potencia, que es un resultado directo del flujo de aire determinado por las rpm y la eficiencia volumétrica del motor [VE]. Así que sí , rpm tendrán un efecto en el mejor tamaño de tubo a usar. Los motores de rpm más altas generalmente reaccionarán mejor con un cabezal de longitud de tubo primario más corto que un motor de rpm más bajas. Esto es el resultado del flujo de escape general y las ondas de presión. Motores de rpm más altas tienen una frecuencia más alta de pulsos de escape debido a que la válvula de escape se abre/cierra a un ritmo más alto que los sistemas de rpm más bajas. Como estos pulsos reverberan a través del sistema de escape, pueden comenzar a interferir, causando turbulencia en los tubos cuanto más tiempo se contenga el escape antes de salir a la atmósfera.

"Esta es también la razón exacta por la que los motores de rpm más bajas funcionan bien con tubos primarios más largos. La menor tasa de pulsos de escape significa que el escape necesita más longitud para reducir la amplitud de los pulsos y ayudar a reducir la cantidad de movimiento de fluido radicalmente turbulento en el sistema [ el verdadero flujo laminar probablemente nunca existirá en un sistema de escape, pero cuanto menor sea la turbulencia, más fácil puede salir el escape del sistema]. tiene que usar menos esfuerzo para expulsar el escape y puede utilizar más fuerzas de combustión para producir energía más eficiente".

Coleccionistas

Como puede imaginar, no existe un estilo/tipo de recopilador de encabezado "mejor". "Teóricamente, los motores V-8 generalmente responderán mejor a los diseños Tri-Y bien optimizados", dijo Roman. "Sin embargo, los diseños Tri-Y deben optimizarse para el tipo de carreras y el diseño del motor y, a menudo, requieren pruebas y optimización considerables, mientras que los diseños cuatro en uno con colectores combinados se pueden configurar de manera óptima utilizando X-Design y normalmente producen los mejores resultados. fuera de la caja."

Zimmerman agregó: "Cada aplicación de motor tendrá su propio 'mejor' estilo de colector. Las aplicaciones N/A, por ejemplo, se beneficiarán enormemente de un verdadero colector de fusión, donde hay una fusión, digamos, de 3,5 pulgadas y una expansión cónica a un colector de 4 o 4,5". Este "pellizco" en el punto de fusión actúa como un Venturi, creando una zona de baja presión dentro del colector. Esta caída de presión provoca un aumento en la velocidad de escape y, junto con los cuatro todos los tubos se encuentran simultáneamente, esto mejora en gran medida la evacuación de los cilindros.

Emerson agregó: "El tipo de colector que seleccione depende de la combinación, pero preferimos el colector de estilo de combinación cuatro en uno con la adición de una lanza de combinación. El colector de estilo 'cuatro uno' permite un colector general más corto si es necesario, y la lanza de fusión ayuda a suavizar la transición del pulso de escape que ingresa al colector para mantener la velocidad del pulso".

Material de cabecera y revestimientos

Hay algunos materiales diferentes que se usan comúnmente cuando se construyen cabeceras, y pueden afectar el rendimiento y la durabilidad. En términos simples, esta es un área en la que definitivamente obtienes lo que pagas.

"Los materiales más comunes que se utilizan en los cabezales de carreras son el acero dulce y el acero inoxidable", dijo Roman. "También se utilizan Inconel y titanio, aunque no recomendamos el titanio para la mayoría de las aplicaciones de carreras de autos. El acero dulce es la opción menos costosa y la más disponible. La desventaja del acero dulce es la corrosión. Esto no solo limita la longevidad de un cabezal, para motores extremos con grandes levas superpuestas, las partículas de óxido de hierro de los cabezales oxidados pueden ingresar al cilindro durante los períodos de reversión, causando daños en la pared del cilindro y en el anillo. La corrosión se puede minimizar usando revestimientos cerámicos. Recomendamos recubrir el interior y el fuera de un cabezal de escape.

"Hay tres aceros inoxidables comunes que se usan en los cabezales. De ellos, el 409 es la aleación inoxidable menos costosa. Es una aleación ferrítica que contiene cromo y níquel, pero con un contenido de hierro relativamente alto, lo que la hace susceptible a la oxidación. Es mejor que el aluminizado acero, pero eventualmente se oxidará y también tiene capacidades limitadas de alta temperatura. El siguiente es el acero inoxidable 304, que es la aleación inoxidable caballo de batalla. Es un material austenítico con bajo contenido de hierro, lo que le proporciona excelentes propiedades contra la corrosión. Tenga en cuenta que el acero inoxidable 304 tiene excelente soldabilidad y conformabilidad, lo que lo convierte en una excelente opción para cabezales de escape.Una manera fácil de diferenciar entre 409 y 304, u otros aceros inoxidables austeníticos, es con un imán.Un imán no se adherirá al 304.

"La siguiente aleación de acero inoxidable común que se usa en el escape es el acero inoxidable 321. Se trata esencialmente de acero inoxidable 304 que se estabiliza con pequeñas cantidades de titanio o niobio, lo que proporciona una mejor resistencia a temperaturas más altas. Burns Stainless recomienda usar 321SS cuando las temperaturas del escape superan los 1400 grados Fahrenheit, lo que se puede alcanzar fácilmente en muchas aplicaciones turboalimentadas. Además, 321 puede ser una buena opción para cabezales de pared delgada para proporcionar un margen adicional de seguridad".

Continuó: "El mejor material para los cabezales de carrera son las aleaciones de Inconel. Estas aleaciones con alto contenido de níquel/cromo se han utilizado en las carreras de Fórmula Uno durante décadas. La aleación más común es la 625, que tiene excelentes propiedades a altas temperaturas y se recomienda para escapes". , que experimentará temperaturas de los gases de escape superiores a los 1.800 grados Fahrenheit".

Junto con el material, cada corredor debe considerar un revestimiento de cabecera. Según Roman, "los revestimientos de cabezales de cerámica tienen dos propósitos principales: mantienen la energía de escape en el tubo de escape, ayudando a limpiar la cámara de combustión, y ayudan a controlar el calor debajo del capó, protegiendo los componentes electrónicos y otros componentes sensibles".

Quemaduras de acero inoxidable949.631.5120Burnsstainless.comencabezados de puta1.866.464.6553Holley.com/brands/hookerencabezados de limones805.239.8998Lemonsheaders.comCabeceras y escape Pro Fabrication704.795.7563Profabrication.comCabeceras de acero inoxidable Mfg. Inc.800.290.3920Stainlessheaders.comRendimiento de asistencia técnica480.922.6807Taperformance.com