Гараж

Главная  /  Гараж  /  Инновации Federal-Mogul: дело техники
[

Разработки Federal-Mogul

]
Инновации Federal-Mogul:дело техники
Один из стрейших и одновременно крупнейших мировых поставщиков автокомпонентов рассказал нам о своих самых интересных разработках

ТОРЦЕВЫЕ САЛЬНИКИ

Когда речь заходит о сальниках, устанавливаемых на легковые автомобили, мы примерно представляем, о чем идет речь: обычно это уплотнительная манжета, жестко фиксируемая внешней частью в отверстии узла, а эластичной внутренней — соприкасающаяся с валом. Однако для тяжелой строительной техники такое решение подходит не всегда. Интересным кажется решение, которое предлагает Federal-Mogul Powertrain: в отличие от манжетных сальников, которые работают по принципу трения рабочей кромки из эластомерного материала о твердый стальной вал, торцевые сальники обеспечивают механическое уплотнение между металлическими поверхностями. Детали имеют довольно громоздкий вид и непростую конструкцию, но для своей сферы применения это не очень-то и важно. Главное, что такое решение позволяет достичь двух самых необходимых условий: невероятной износостойкости и защиты от проникновения абразивных частиц.

Торцевой сальник для автомобиля

В торцевых сальниках, предназначенных для тяжелой строительной техники, герметичность обеспечивается за счет плотного прилегания металлических колец друг к другу, а эластомерные вставки играют роль неких пружин

Взяв в руки подобную деталь, не сразу понимаешь механику процесса: эластичные элементы здесь имеются, но играют роль пружин, прижимающих металлические кольца торцами друг к другу. Торцевой сальник состоит из двух металлических колец: фиксированного и вращающегося. Между ними находятся эластомерные кольца, гарантирующие плотное прилегание металлических колец друг к другу. Поскольку относительное перемещение наблюдается только в зоне контакта металлических колец, эластомерные кольца необходимы лишь для статического уплотнения. Следовательно, они не изнашиваются. Эластичность этих элементов торцевого сальника служит залогом исключительной прочности и способности выдерживать перепады давления, радиальное перемещение вала и изменения размеров в результате естественного износа металлических поверхностей. При разработке торцевого уплотнения сальника было разработано большое количество специализированных материалов для уплотнительных колец со стабильными свойствами, которые могут сохранять свои характеристики в течение всего срока службы.

принцип действия торцевых сальников

ИЗОЛИРУЮЩИЕ МУФТЫ

Следующая инновация покажется знакомой автотюнерам, которые при форсировке ДВС нередко сталкиваются с избыточным нагревом выпускного коллектора. На рынке уже весьма давно предлагаются специальные теплоизоляционные материалы, которыми покрываются элементы коллектора — это препятствует излишнему рассеиванию тепла в подкапотном пространстве и повышает температуру выхлопных газов в выпускном тракте. Подобное, но более продвинутое решение предложили в Federal-Mogul Powertrain, выпустив новую линейку изолирующих муфт ThermFlex для систем выпуска, которые в скором времени, возможно, поступят на автомобильные конвейеры. Оболочка изолирующей муфты ThermFlex, которая обычно производится из неорганических волокон, таких как стекловолокно, базальт и кварц, удерживает тепло в системе выпуска, что положительно сказывается как на защите системы в целом, так и на снижении токсичности отработавших газов. Используемые материалы способны выдерживать температуры до 1100 °C, однако в ближайшем будущем этот показатель может достичь 1800 °C (в зависимости от материалов). При близком рассмотрении «терморукава» поражает легкость и гибкость его структуры: благодаря инновационным свойствам материала диаметр муфты можно увеличить вдвое, чтобы сконфигурировать ее под фланцы и изгибы, характерные для деталей системы выпуска. Кроме того, в конструкции втулки можно предусмотреть отверстия для направленного отвода тепла от чувствительных агрегатов. В зависимости от компоновки и требований изолирующие муфты могут быть на 40–60 % легче традиционных жестких теплозащитных экранов, а их установка выполняется очень быстро (менее 5 секунд при длине втулки до 500 мм).

Изолирующая соединительная муфта

Гибкая и легкая оболочка изолирующих муфт ThermFlex препятствует излишнему рассеиванию тепла в системе выпуска

Изолирующая муфта фото

ОХЛАЖДАЕМЫЕ ПОРШНИ

Не менее любопытной показалась другая разработка: компания Federal-Mogul Powertrain разработала первую в мире масляную технологию охлаждения поршней при помощи интегрированной в поршень Monosteel герметичной камеры охлаждения. Звучит невероятно, но это реальное и готовое к производству решение.

Охлаждаемые поршни для авто

Технология EnviroKool представляет собой интегрированную в поршень герметичную камеру охлаждения, заполненную маслом и инертным газом

Технология, получившая название EnviroKool, позволяет безопасно поднять рабочую температуру поршня на 100 °C (при использовании стальных сплавов с высокой стойкостью к окислению и защитным покрытием). «Более эффективное сжигание топлива и увеличенная мощность дизельных двигателей следующих поколений повлекут за собой значительное повышение температуры в камере сгорания, но производители двигателей ограничены температурой, которую может выдерживать днище поршня, — прокомментировал Джан Мария Оливетти, директор по технологиям Federal-Mogul Powertrain. — Технология EnviroKool позволяет поршню работать при повышенной температуре без ущерба для его прочности и срока службы». Исключительно эффективное охлаждение и минимальная масса — вот основные преимущества технологии EnviroKool. Интегрированная камера охлаждения заполняется маслом и инертным газом, выдерживающими высокую температуру, а затем герметизируется. Технология EnviroKool позволила компании Federal-Mogul Powertrain преодолеть ограничения по температуре, характерные для поршней с традиционными проточными масляными каналами охлаждения. За счет отсутствия нагара в камере охлаждения эффективность рассеивания тепла остается на одинаково высоком уровне в течение всего срока службы поршня. Новая технология настолько эффективна, что расход масла для охлаждения поршней сокращается на 50 %, снижается нагрузка на масляный насос, уменьшаются паразитные потери и повышается КПД двигателя. Тепло, отводимое от поршня посредством масла из форсунок охлаждения, является частью общего тепла, которое отводится через поршневой палец, юбку поршня и поршневые кольца. Специалистами компании Federal-Mogul Powertrain уже проведено более 1400 часов испытаний двигателей тяжелой техники с охлаждаемыми поршнями EnviroKool Monosteel. Все разработки ведутся в сотрудничестве с непосредственными заказчиками: поршни создаются под двигатели, которые запланированы к выпуску в течение пяти следующих лет.

ПОРОШКОВОЕ НАПЫЛЕНИЕ МЕТАЛЛОВ

Технология напыления металлов уже не столь нова: эффект закрепления твердых частиц при соударении с поверхностью был открыт еще в 1980-х годах. Но если поначалу эта технология относилась, по большому счету, к легковому транспорту, то сейчас мы наблюдаем аналогичную тенденцию в области двигателей для тяжелой техники. Новые металлические порошки, предназначенные для изготовления направляющих втулок и седел клапанов производства компании Federal-Mogul Powertrain, обеспечивают повышенную стойкость к коррозии, механическую прочность и уменьшенные расходы по сравнению с традиционными материалами для литья. Изделия, изготовленные из этих материалов, способствуют снижению выбросов CO2 — они позволяют изготавливать седла клапанов с фаской под таким углом, при котором выхлопные газы быстрее покидают камеру сгорания.

порошковое напыление металлов для авто

Технология порошкового напыления металлов, применяющаяся в сфере легкового транспорта, стала актуальной и для тяжелой техники

Эти изделия в основном предназначены для применения в двигателях магистральных и внедорожных грузовых автомобилей, а также в мощных двигателях прогулочных судов. Преимущества металлических порошков обусловлены особенностями их структуры: такие материалы не должны быть однородными, поэтому для достижения конкретных свойств можно подбирать фазы и микроструктуры порошков — все зависит от поставленных задач. Кроме того, изделия из таких материалов сразу производятся в чистовом размере, что уменьшает количество операций обработки и повышает рентабельность производства изделий и заготовок.

УПРОЧНЕННЫЕ ГИЛЬЗЫ

Также компания Federal-Mogul Powertrain первой запустила в серийное производство гильзы цилиндров, изготовленные из ультрапрочного чугуна. Эти детали, созданные из специального чугуна с вермикулярным графитом (GOE330), показали снижение деформации на 27 % при максимальном боковом давлении поршней (по сравнению с используемым сейчас чугуном). Из этого материала производятся гильзы диаметром от 100 до 190 мм. «Деформация под нагрузкой ухудшает уплотнение между гильзой и поршневыми кольцами, что приводит к повышенному расходу масла и износу, — объяснил Джан Мария Оливетти. — Если повысить растяжение поршневых колец для компенсации, то одновременно с этим повысится трение и расход топлива. Разрабатывая новые материалы для гильз цилиндров, отличающиеся повышенной прочностью и твердостью, мы даем возможность нашим клиентам — производителям тяжелой техники — повысить максимальное давление в цилиндрах и сделать двигатели более эффективными. Кроме того, появляется возможность закладывать в конструкцию более тонкие гильзы, что позволяет уменьшить размеры силовых агрегатов». Модуль упругости (модуль Юнга) материала GOE330 более чем на 15 % выше, чем у применяемого в настоящее время материала для гильз высокопрочного чугуна, а усталостная прочность выше примерно на треть. Но разработки на этом не завершаются: планируется продолжить исследования в области повышения прочности и твердости материала. Преимущества сверхвысокопрочных гильз цилиндров первыми оценили производители двигателей для внедорожной — строительной, сельскохозяйственной и промышленной — техники. Компания Federal-Mogul Powertrain также ожидает проявления интереса со стороны производителей мощных двигателей для судов, генераторных установок и магистральных грузовых автомобилей.

гильзы из ультрапрочного чугуна

Увеличение содержания никеля c 3 % до 12 % значительно повысило высокотемпературную прочность и коррозионную стойкость клапанов

гильзы из чугуна для автомобилей

Изготовленные из ультрапрочного чугуна гильзы стали прочнее: снижение деформации при максимальном боковом давлении поршней достигло 27 %