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.

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.

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).

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

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.

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.

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.

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

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

Новый производитель шин для команд Формулы-1  компания - Pirelli  завершила все тесты в Абу-Даби, необходимые для входа в сезон 2011 года. Наконец все команды Формулы-1 смогут подготовить свои машины для начала февральских тестовых заездов, работа Pirelli завершена. Таким образом,  Педро де ля Роза, который выполнял тестовую работу для Pirelli после Ника Хайдфельда остался без работы.

«Мой договор с Pirelli заканчивается в январе», - рассказал он в интервью с каталонской радиостанцией «Rac1». «Правда в том, что я просто не знаю, что будет дальше».  39-летний гонщик в любом случае хотел бы оставаться в Формуле -1, в крайнем случае, как запасной пилот  - лучше всего в команде, которая располагала бы собственным имитатором и приняла бы всерьез собственных тестовых водителей.

Эта роль занимала Де ля Розу уже в течение долгих лет при McLaren, однако, контакт с его бывшим работодателем, очевидно, пропал. Даже место в команде HRT уже занято. Пролонгация договора с  Pirelli , чтобы продолжить тесты, также висит в воздухе, т.к. компания пока решила не тратить лишние средства на тест-пилотов, а тестировать шины с помощью команд  на гоночных выходных.