Ważny etap rozwoju koncepcji downsizingu
Fot. Federal-Mogul
Korporacja Federal-Mogul zaprezentowała na ostatnich targach IAA we Frankfurcie nowe technologie, które pozwalają optymalizować konstrukcje silników uzyskujących duże moce z małych pojemności skokowych.
Stosowany dziś coraz powszechniej tzw. downsizing silników samochodowych polega na osiąganiu wysokich pojemnościowych wskaźników mocy, mierzonych w kilowatach lub koniach mechanicznych przypadających na litr pojemności skokowej. Jest on efektem postępu technicznego w zakresie rosnącej wydajności systemów turbodoładowania przy zmniejszonej liczbie cylindrów i stosunkowo wysokich stopniach sprężania w nich ładunku oraz rozwijaniu znacznych prędkości obrotowych wału korbowego. Przynosi to ograniczenie zużycia paliwa, a tym samym też mniejszą emisję dwutlenku węgla, lecz równocześnie rodzi problemy z zachowaniem równowagi termicznej silnika, poziomem jego wewnętrznych wibracji, a w konsekwencji – z zapewnieniem mu eksploatacyjnej trwałości porównywalnej z konstrukcjami tradycyjnymi.
Elastoval i Elastothermic
Trudności te pozwala przezwyciężyć opracowana przez Federal-Mogul nowa konstrukcja tłoka o nazwie Elastothermic, przeznaczona do silników benzynowych najnowszej generacji. Stanowi ona ważny etap w rozwoju opatentowanych przez tę firmę tłoków aluminiowych typu Elastoval, stosowanych także w silnikach wysokoprężnych. Cechą charakterystyczną tej konstrukcji jest zmienna grubość ścianki płaszcza. Zmniejsza się ona ku dołowi, nawet do 2,5 mm, bądź to w sposób płynny, bądź w kilku kolejnych stopniach o różnych kątach klinowego przekroju.
Specjalna konstrukcja tłoka Elastothermic z klinowym przekrojem jego płaszcza i dodatkowymi kanałami chłodzącymi
Ta pozornie prosta koncepcja pozwala nie tylko uzyskać mniejszą masę tłoków, redukując w ten sposób wewnętrzne wibracje silnika, lecz także obniżyć tarcie między nimi a gładziami cylindrów aż o 20%. Nie odbywa się to jednak kosztem wytrzymałości ani trwałości tych elementów. Przeciwnie: zaletą takiej budowy jest zdolność przenoszenia większych obciążeń wynikających z wyższych stopni sprężania i bardziej intensywnego doładowania silników typu downsizing.
Rozkład temperatur tłoka Elastothermic w silniku downsizing, powyżej 250°C rozgrzewają się tylko górne powierzchnie denka
Zwiększona trwałość tłoka Elastothermic ma związek z lepszym jego chłodzeniem, czyli niższymi temperaturami pracy, na co wpływa zarówno korzystne pod względem termicznym ukształtowanie samej bryły odlewu, jak i dodatkowe kanały powietrzne otaczające denko. Badania wykazały, że jego robocza temperatura jest niższa o 25–30°C w porównaniu z występującą w konstrukcjach tradycyjnych, a to ma kluczowe znaczenie dla żywotności tłoka, a poza tym zmniejsza ryzyko spalania detonacyjnego i niepożądanych samozapłonów mieszanki paliwo-powietrznej przy wysokich ciśnieniach sprężania. Ponadto w tej konstrukcji temperatura pierwszego (górnego) pierścienia tłokowego nie przekracza 250°C, co ogranicza zużycie oleju. Nowe tłoki charakteryzują się więc niską masą i współczynnikiem tarcia oraz lepszymi właściwościami termicznymi i mechanicznymi. Znajdą one pierwsze zastosowanie w następnej generacji dwulitrowych silników Mercedesa.
0 komentarzy dodaj komentarz