Mniejszy rozmiar, więcej mocy

5.9.2013
Dalsze ograniczanie gabarytów i pojemności silnika oraz zwiększanie jego wydatku energetycznego to główne kierunki rozwoju firmy Federal Mogul, zaprezentowane podczas międzynarodowej konferencji w Burscheid w Niemczech, na którą zaproszono redakcję „autoEXPERTA".
Równo rok temu - w wydaniu 9/2012 „autoEXPERTA" - przedstawialiśmy dość nowatorską technologię produkcji tłoków (powierzchniowe hartowanie aluminium) do 3-litrowego silnika BMW, który osiągał moc jednostkową na poziomie 100 kW z litra pojemności. Wtedy była to ciekawostka, która dopiero weszła do produkcji, a została zaprezentowana podczas ubiegłorocznej konferencji firmy Federal Mogul.
 
Tegoroczne spotkanie potwierdziło, że kierunek rozwoju został zachowany i taki też będzie przez najbliższe lata. I tak dla przykładu, do 2016 r. Federal Mogul planuje wyprodukować 70 mln panewek typu IROX (z tworzywa sztucznego), a w ciągu najbliższych trzech lat wyposażyć w nie 30% pojazdów produkowanych w USA. Podczas konferencji zaprezentowano ponadto najnowsze technologie wdrażane do produkcji, dzięki którym możliwe będzie dalsze ograniczanie gabarytów i pojemności silnika oraz zwiększanie jego wydatku energetycznego.

Tłoki, tuleje i pierścienie
W zakresie układu tłokowego Federal Mogul przedstawił nowe tłoki z rodziny Elastothermic, które są przeznaczone do nowej generacji silników poddanych downsizingowi. Dzięki nim możliwe będzie „zagęszczenie" energii dostarczanej przez jednostkę pojemności oraz ograniczenie masy, zmniejszenie tarcia i poprawę tłoka. Z chłodzeniem bywają największe problemy, ponieważ coraz mniej materiału tłoka jest eksponowane na coraz wyższe temperatury w komorze spalania. Skuteczne chłodzenie tłoka w tym przypadku osiągane jest przez ulepszenie konstrukcji okólnego kanału chłodzącego tłok (koronę tłoka) od wewnątrz.

Nowa lokalizacja kanału chłodzącego zmniejsza temperaturę denka tłoka, zmniejszając jednocześnie prawdopodobieństwo wystąpienia spalania stukowego. Redukcja tarcia nie zachodzi tylko na styku samego tłoka z tuleją cylindra. Opracowano także nowy materiał pokrywający czoło pierścieni tłokowych. Oprócz znacznie obniżonego tarcia charakteryzuje się on zwiększoną odpornością na zużycie. Materiał DuroGlide zastosowany jako pokrycie pierścieni samochodów osobowych i lekkich dostawczych pozwala na zmniejszenie zużycia paliwa o 1,5%, co jest równoznaczne ze zmniejszeniem emisji CO2 o 3 gramy na każdy przejechany kilometr. Pokrycie DuroGlide jest stosowane tam, gdzie występuje większe obciążenie termiczne oraz ograniczone smarowanie. Także najnowsze rozwiązania wykorzystujące dokładniejsze szlifowanie tulei cylindrowych wymagają użycia takich pierścieni, ponieważ gładszy szlif tulei (mniejsza chropowatość) powoduje gorszą przyczepność filmu olejowego i możliwe pogorszenie parametrów współpracy ruchomych elementów. Po stronie nieruchomej znajdują się tuleje cylindrowe, których sposób wykonania także ewoluuje. Najnowszym pomysłem konstruktorów jest tuleja cylindrowa wykonana jako cienkościenna rura napylona od wewnątrz. Technologia nazwana Sprayfit znacznie poprawia odbiór ciepła z cylindra oraz zapewnia optymalne właściwości tribologiczne. Tuleje wykonane w tej technologii łączą doskonałą współpracę tłoka i pierścieni z gładzią dzięki dobrym właściwościom ciernym napylonej warstwy. Ponadto materiał bazowy, na który warstwa ta jest napylana, czyli aluminium z wysoką zawartością krzemu, bardzo dobrze odprowadza ciepło do pozostałej części aluminiowego korpusu silnika (bloku cylindrowego). Tuleje te są dobrym rozwiązaniem alternatywnym dla tulei napylanych bezpośrednio w otworze bloku. Dzięki temu, że są elementem wymiennym, naprawa silnika jest łatwiejsza niż w przypadku warstwy napylonej bezpośrednio w bloku. Jedną z atrakcji konferencji Federal Mogul była możliwość zwiedzenia fabryki pierścieni tłokowych należącej do tego koncernu. Fabryka ta została założona w Burscheid w Niemczech przez Wilhelma Goetze w 1887 r. Pierwsze pierścienie tłokowe do zastosowania w silnikach benzynowych wyprodukowano tam w 1912 r. W zakładzie tym, oprócz produkcji pierścieni i tulei cylindrowych, znajduje się centrum rozwojowe zatrudniające ponad stu inżynierów opracowujących technologie, które znajdą zastosowanie w silnikach spalinowych, które dopiero wejdą do produkcji. W fabryce tej produkuje się pierścienie tłokowe nawet do silników używanych w Formule 1.

Wokół silnika
Przedsiębiorstwo prowadzi także badania nad przejściem technologicznym do innych materiałów wykorzystywanych jako izolatory w świecach zapłonowych. Wysokie zapotrzebowanie na energię zapłonu oraz obciążenie termiczne silników jest motorem zmian w ofercie świec zapłonowych. Te ze zmienionym izolatorem noszą nazwę SureFire Plus.

W porównaniu do poprzedników pozwalają na pracę pod napięciem 42 kV, a nie 37 kV. Nowa linia świec zapłonowych różni się od dotychczasowych tym, że stosowany w nich izolator może mieć mniejszą średnicę, co pozwala na użycie mniejszych końcówek przewodów zapłonowych lub cewek oraz pozwala na ciaśniejszą zabudowę. Kolejnym nowatorskim rozwiązaniem są świece zapłonowe wykorzystujące technologię zapłonu koronowego ACIS (Advanced Corona Ignition System). Polega ona na tym, że wokół elektrody świecy zapłonowej podczas zapłonu tworzona jest plazma o gęstości większej, niż w przypadku świec standardowych. Okazuje się to bardzo przydatne w silnikach wykorzystujących bardzo ubogie mieszanki oraz wysoki udział gazów spalinowych podczas spalania w cylindrze (podanych zwrotnie przez zawór EGR).

Tomasz Jaworski

O Autorze

autoEXPERT – specjalistyczny miesięcznik motoryzacyjny, przeznaczony dla osób zajmujących się zawodowo naprawą, obsługą, diagnostyką i sprzedażą samochodów oraz produkcją i sprzedażą akcesoriów motoryzacyjnych, części zamiennych i materiałów eksploatacyjnych.

autoExpert 04 2024

Chcesz otrzymać nasze czasopismo?

Zamów prenumeratę