Schaeffler i downsizing

28 Sty 2014

W ostatnich latach nastąpiły duże zmiany w konstrukcji silników samochodowych. W istotny sposób przyczyniły się do tego rozwiązania opracowane w koncernie Schaeffler.

Przez wiele dekad w zasadzie jedynym sposobem na podniesienie mocy i momentu obrotowego silnika było powiększenie jego pojemności skokowej. Zmieniło się to dopiero w latach 70. ubiegłego wieku wraz z szerszym wykorzystywaniem turbodoładowania. Dziś jesteśmy świadkami kolejnej zmiany, dzięki której jednostki o całkiem już niedużej pojemności i zmniejszonej liczbie cylindrów cechują się osiągami, jakich kiedyś w żaden sposób nie były w stanie uzyskać. Kluczem do tego jest tzw. downsizing, czyli zespół rozmaitych zabiegów, daleko wykraczających poza samo tylko turbodoładowanie. Wielu z tych nowatorskich rozwiązań technicznych i technologicznych, opracowanych zostało w firmie Schaeffler.

 Zoptymalizowane tarcie łożysk tocznych i powłok

Jednym z rozwiązań, które sprawiło, że downsizing świeci dziś takie triumfy są specjalne powłoki i łożyska o zmniejszonym poziomie tarcia. Za przykład innowacyjności firmy Schaeffler w tej dziedzinie mogą służyć łożyska toczne opracowane specjalne do zastosowania w turbosprężarkach. Łożyska te cechują się znacznie niższym tarciem niż standardowo stosowane do tej pory w takich sytuacjach łożyska ślizgowe. Dzięki temu turbina reaguje z mniejszym opóźnieniem.

Specjaliści pracujący w firmie Schaeffler mają również głęboka wiedzę na temat materiałów ograniczających tarcie. Znajdują one zastosowanie przede wszystkim w układzie mechanizmu zaworów, na wybranych powierzchniach elementów takich jak popychacze  (Fot. 1)  czy dźwigienki zaworowe.

zdj2
Fot. 1
zdj1
Fot. 2

Zmniejszenie tarcia i zużycia części ma również bardzo duże znaczenie zarówno w pasowym jak i łańcuchowym napędzie rozrządu. W tym przypadku z pomocą przychodzą elementy napinające i tłumiące drgania  (Fot. 2) produkowane przez koncern Schaeffler.

 Zmienne fazy rozrządu

Zmienny system sterowania zaworami jest jednym z kluczowych rozwiązań wykorzystywanych w downsizingu i jednocześnie pozwalających ograniczyć zużycie paliwa, a przez to i emisję dwutlenku węgla. W obecnie dostępnych systemach zmienne sterowanie zaworami jest zazwyczaj realizowane poprzez przesunięcie momentu ich otwierania i zamykania (zmienne fazy rozrządu) i/lub warianty skoku zaworów dolotowych.

Zmienne fazy rozrządu, wykorzystywane do optymalizacji recyrkulacji gazów wydechowych i zapewnienia odpowiedniego współczynnika kompresji, uzyskuje się zazwyczaj poprzez korektę pozycji wałka rozrządu względem wału korbowego za pomocą mechanizmu hydraulicznego (siłą sprawczą jest tu zwykle olej pod ciśnieniem) – fot. 3.  Z kolei zmienny skok zaworów może być zrealizowany dzięki wałkowi mimośrodowemu poruszanemu przez siłownik. Zmiany w sterowaniu zaworów mogą być przy tym albo nieciągłe (sterowanie dwu- lub trójstopniowe) albo całkowicie zmienne.

Fot. 3
Fot. 3
Fot. 4
Fot. 4


Stworzona przez firmę Schaeffler we współpracy z koncernem Fiat technologia UniAir® po raz pierwszy pozwala uzyskać w pełni zmienne ustawianie zarówno skoku zaworów, jak i momentów ich otwarcia oraz zamknięcia. Tym samym system UniAir®  (Fot. 4) pozwala zaworom dolotowym na otwarcie lub zamknięcie więcej niż raz podczas trwania suwu ssania, stosownie do warunków pracy (obciążenia) silnika, w dodatku osobno dla każdego cylindra. Jako że dzięki temu można niezwykle precyzyjnie sterować procesami wymiany ładunku oraz spalania, energetyczna wydajność silnika zostaje zoptymalizowana.

Tłumienie drgań skrętnych

W miarę jak rósł moment obrotowy silników (zarówno wysokoprężnych, jak i benzynowych) oraz wchodziły do użytku jednostki o nieparzystej liczbie cylindrów, pogłębiały się także, i to znacznie szybciej, kłopoty wynikające z silnego wzrostu drgań skrętnych. Nie pomagały na nie, z powodu zbyt małego kąta skręcenia, bo wynoszącego tylko 10º, tłumiki drgań ulokowane na tarczy sprzęgła. Problem dodatkowo pogłębiały „odchudzane” skrzynie biegów, gdyż w związku z tym zmniejszył się ich moment bezwładności.

Fot. 5
Fot. 5

Ponieważ silne drgania skrętne mają mocno destrukcyjny wpływ na wiele elementów zespołu napędowego, są również powodem wzmożonego hałasu podczas jego pracy, rozpoczęły się poszukiwania skutecznej metody ich eliminacji. Udało się ją znaleźć inżynierom firmy Luk (będącej częścią koncernu Schaeffler), a receptą było dwumasowe koło zamachowe – fot.  5. Obecnie, stale rozwijane konstrukcje takich kół znajdują zastosowanie w coraz większej liczbie układów napędowych pozwalając osiągnąć pożądane wartości mocy i momentu obrotowego bez uszczerbku dla komfortu oraz trwałości elementów łańcucha napędowego.

Na podstawie materiałów
firmy Schaeffler

POWIĄZANE POSTY

Zostaw Komentarz