«Дни инноваций» – одно из ключевых событий для всей компании, которое объединяет технических специалистов, а также представителей отраслевых изданий со всего мира. В нынешнем году «Дни инноваций» прошли под девизом Heavy Duty, речь шла о технических решениях и инновациях для высоконагруженных машин, специального транспорта, карьерной техники и транспортных средств, используемых в промышленности. План двухдневного мероприятия включал в себя посещение предприятий по производству поршневых колец и уплотнений для двигателей машин специального назначения и тяжелой техники. Второй день был полностью посвящен докладам и презентациям технических инноваций Federal-Mogul Powertrain, которые аудитории представили ведущие специалисты концерна и разработчики, занятые в различных отраслях.
В сфере коммерческой техники разработчикам Federal-Mogul Powertrain приходится решать много сложных технических задач. Одна из них, если говорить обобщенно, связана с топливной экономичностью. И прежде разработки компании были в основном нацелены на то, чтобы создать технологии и компоненты, обеспечивающие снижение расхода топлива на транспорте, и инженеры Federal-Mogul Powertrain уже смогли добиться в этой области заметных результатов, однако теперь наступило время для филигранной работы. Уже речь идет не о революции в сфере технологий для повышения экономии топлива, а об эволюции этих технологий. Например, сейчас разработчики концерна стремятся усовершенствовать и технологии, и материалы, и конструкцию компонентов для того, чтобы на 2–3% улучшить экономичность современных двигателей, используемых на коммерческом транспорте.
Однако залогом экономии топлива является не только снижение трения деталей двигателя, но и эффективность процесса горения топливной смеси. В современных моторах процесс горения смеси усилил агрессивное воздействие на компоненты узла. Такие условия требуют от конструкторов использования нестандартных подходов в организации процесса горения топлива (например, применения цикла Миллера, который подразумевает более эффективное использование энергии горения топливной смеси, что позволяет разрабатывать компактные и мощные моторы). А потому конструкторам приходится изыскивать новые решения, чтобы обеспечить надежность и долговечность механических компонентов двигателя в условиях экстремально высоких температур.
Детали двигателя должны отличаться низким трением и при этом быть надежными – это те важнейшие задачи, которые продолжают решать разработчики автокомпонентов. Эффективная, надежная и долговечная работа двигателя напрямую зависит от работы всех его компонентов, в том числе и периферийных.
В области разработок компонентов двигателя перед инженерами порой встают взаимоисключающие задачи. Им приходится разрабатывать компоненты с низким коэффициентом трения, с высокой надежностью, необходимо также обеспечить их прочность в условиях самых предельных температурных режимов и устойчивость к коррозии.
Уникальной разработкой Federal-Mogul Powertrain стала технология охлаждения поршней дизельных моторов. Ноу-хау под названием EnviroKool подразумевает использование герметичной камеры охлаждения, интегрированной в поршень Monosteel. Благодаря использованию EnviroKool порог безопасной температуры в поршне двигателя поднялся до 100°C. Важно отметить, что речь идет о поршнях, изготовленных из стальных сплавов с защитным покрытием и стойких к окислению. Плюсы технологии EnviroKool очевидны – эффективная работа поршней с сохранением их прочности и долговечности, что очень важно в условиях увеличения мощности современных дизелей и необходимости улучшить эффективность сгорания топливной смеси, которые приводят к росту температуры в камере сгорания. В Federal-Mogul Powertrain отмечают, что система EnviroKool позволила «перешагнуть» температурный лимит, который ограничивал усовершенствование поршней с традиционными проточными масляными каналами охлаждения.
Как известно, в условиях длительного воздействия высоких температур в масле скапливается нагар, что в итоге приводит к перегреву камеры охлаждения. Эффективность распространения тепла остается на стабильно высоком уровне в течение всего срока эксплуатации поршня именно за счет отсутствия нагара в камере охлаждения. Использование технологии EnviroKool обеспечивает, по оценкам Federal-Mogul Powertrain, 50-процентное снижение расхода масла, необходимого для охлаждения поршней. Также заметно падает нагрузка на масляный насос, повышается КПД мотора.
Работа системы охлаждения поршней дизельных моторов EnviroKool в итоге положительным образом сказывается на топливной экономичности грузовой и специальной техники. А для владельцев таких машин это означает прямую финансовую выгоду – снижение затрат на топливо автомобилей и ремонт их двигателей.
В области разработки дизельных двигателей для тяжелой техники, как и в сфере легкового автомобилестроения, сейчас царствуют две тенденции – уменьшение рабочего объема мотора и повышение его мощности. И все это – все с той же целью повысить топливную экономичность двигателя. Снижение объемов при росте мощности моторов ставит перед инженерами новый вызов – повысить прочность клапанов двигателя в условиях экстремальных температур. Клапаны, которые работают в таких моторах, должны выдерживать без поломок давление сгорания в 200 бар и выше. Как известно, клапаны дизельных моторов, оснащенных системой рециркуляции отработавших газов (EGR), испытывают усиленные нагрузки.
В таких моторах возникает повышенный риск межкристаллитной и окислительной коррозии клапанов, которая может возникать под воздействием поступающих и отработанных газов. По причине коррозии прочность клапанов снижается, возникает риск их поломки, что может привести к дорогостоящему ремонту мотора. В этом контексте особое внимание уделяется материалу, используемому для изготовления впускных и выпускных клапанов для двигателей тяжелой техники.
В области разработки новых материалов для клапанов специалисты Federal-Mogul Powertrain ставили своей целью усовершенствовать свойства обычной аустенитной стали, а также найти более дешевую альтернативу дорогим прочным сталям с высоким содержанием никеля. В итоге были найдены новые материалы, которые представляют собой способы более эффективного использования дорогостоящих компонентов сплава.
Для создания компонентов двигателей тяжелой техники обычно используется высококачественный материал, например сплав ECMS-Ni80A. Содержание никеля в нем может превышать 70%, что делает его использование экономически невыгодным.
Новые материалы, используемые Federal-Mogul Powertrain для изготовления клапанов, отличаются высоким содержанием никеля, хрома и марганца. К примеру, разработчики компании усовершенствовали сплав ECMS-2512NbN, увеличив в нем содержание никеля с 3 до приблизительно 12%, что с учетом изменения соотношения других компонентов позволяет повысить прочность и устойчивость материала к коррозии. Еще пример: новый сплав аустенитной стали ECMS-Ni36 отличается большой устойчивостью к окислению в условиях высоких температур за счет увеличения содержания никеля до 36%. Из сообщения Federal-Mogul Powertrain известно, что компания уже начала массовый выпуск клапанов из сплавов ECMS-2512NbN и ECMS-3015D, а клапаны из материала ECMS-Ni36 проходят испытания у заказчиков перед предстоящим запуском в производство.
Разработка нового материала для изготовления клапанов – это всякий раз большая работа и ответственная задача, которой разработчики уделяют не один год, а порой и десятилетие. Комплекс таких работ включает в себя определение нужных легирующих элементов, степени их предельной концентрации и других критериев. Кроме того, разработчикам нужно провести многочисленные стендовые и лабораторные испытания двигателей, чтобы убедиться в прочности и надежности разработанных материалов.
Выбор материалов также важен и для производства гильз цилиндров, используемых в двигателях тяжелой техники. Такие компоненты постоянно находятся под высокой нагрузкой, а потому подвержены деформации. Именно она и повреждает уплотнения между гильзой и поршневыми кольцами. А это, в свою очередь, может привести к увеличению расхода масла и износу самих компонентов. Потенциальное решение – компенсировать это за счет растяжения поршневых колец. Однако это приведет к увеличению трения и повысит расход топлива. Разработчики Federal-Mogul Powertrain предлагают свое решение – использование ультрапрочных материалов для гильз цилиндров. Это позволяет двигателестроителям использовать более тонкие цилиндры, что весьма актуально в контексте «даунсайдинга», а также повысить давление в цилиндрах мотора и увеличить его эффективность.
Federal-Mogul Powertrain уже сейчас использует для производства гильз диаметром от 100 до 190 мм чугун, изготовленный по специальной технологии литья с применением вермикулярного графита. Детали, изготовленные из этого сплава GOE330, показали снижение деформации на 27% при максимальном боковом давлении поршней (по сравнению с используемым сейчас чугуном). При этом модуль упругости такого материала на 15% выше, а усталостная прочность лучше почти на треть в сравнении с традиционным чугуном.
Еще одной инновацией, которой было уделено особое внимание спикеров компании, стало уплотнение MicroTorq HD с модифицированной конструкцией, которое предназначено для использования на двигателях тяжелой техники. В основе этой разработки – оригинальная конструкция MicroTorq, это уплотнение также внесло вклад в снижение расхода топлива и повышение экологичности двигателей. Модификация MicroTorq HD используется на магистральной технике и машинах специального назначения, в двигателях которых используются валы больших размеров, создающие большее давление, которое уплотнению необходимо компенсировать.
В области разработки технологий уплотнения разработчики Federal-Mogul Powertrain создают компоненты, которые надежно защищают высокоточные узлы и агрегаты от агрессивного воздействия загрязнений и последствий эксплуатации в тяжелых условиях, характерных для горнодобывающей, строительной и сельскохозяйственной отраслей.
Эффективной разработкой компании Federal-Mogul Powertrain в сфере технологии уплотнения стали торцевые сальники, которые обеспечивают механическое уплотнение между металлическими поверхностями. Такое решение обеспечивает невероятную износостойкость и защиту от проникновения абразивных частиц, поэтому механические торцевые сальники оптимально подходят для различных вариантов применения, включая использование на внедорожных самосвалах, строительной технике, проходческих комбайнах, дробильных установках, сельскохозяйственной технике.
Особого внимания заслуживает новейшая разработка компании – сальник HSL. Он отличается уникальной запатентованной конструкцией эластомерной части с интегрированной грязеотражающей кромкой и защитой от прокручивания в высоконагруженных режимах работы. Эти особенности значительно улучшают защитные свойства сальника, что уменьшает вероятность утечки и увеличивает срок службы, а также повышает стойкость к сжатию в результате воздействия засохшей грязи.
Federal-Mogul Powertrain выпускает торцевые сальники диаметром от 51 до 1425 мм на заводе во Фридберге под маркой GOETZE. Это единственное в мире предприятие, где серийно выпускаются механические торцевые сальники диаметром более 1000 мм.
Посмотрите похожие материалы:
Новости отрасли
