Turbosprężarki – Nowoczesna technologia łożysk kulkowych

Nowoczesne silniki spalinowe osiągnęły już wysoki poziom wydajności.

 

Wyzwanie staje się zatem jeszcze większe, gdy próbuje się dalej optymalizować te jednostki pod względem oszczędności paliwa i redukcji emisji szkodliwych związków w spalinach przy jednoczesnej satysfakcji z uzyskanej mocy silnika. Projektanci z BorgWarner podejmują się tego zadania, stale podnosząc wydajność systemów doładowania. Najlepszym tego przykładem są nowe łożyska kulkowe, które znacznie zmniejszają straty tarcia w porównaniu do łożysk ślizgowych tego samego rozmiaru. Kolejnymi kluczowymi kryteriami rozwoju tego typu łożyskowania były charakterystyki pomiaru hałasu na poziomie łożyska ślizgowego, stabilne zachowanie systemu start-stop - w szczególności w hybrydowych układach napędowych - oraz wysoka odporność na zanieczyszczenia stałe i płynne w oleju, również w przypadku stosowania z bio-paliwami.
 

Złożony projekt

Łożyska kulkowe mają przewagę nad łożyskami ślizgowymi, szczególnie przy niskich prędkościach obrotowych turbosprężarki. Aby kontrolować dynamikę wirnika i charakterystykę hałasu, konieczne jest jednak zamontowanie zewnętrznego pierścienia łożyska kulkowego jako zespołu „pływającego”. Dlatego inżynierowie BorgWarner wyposażyli system w łożyska kulkowe skośne typu kasetowego. Kulki wykonane z azotku krzemu, w połączeniu z wysokowydajnymi materiałami na pierścienie łożyskowe, zapewniają doskonałą wytrzymałość i wydajność systemu, również podczas pracy w wysokich temperaturach.

Doskonała wydajność

Kompleksowe testy przeprowadzone przez BorgWarner wyraźnie podkreślają zalety nowych łożysk kulkowych w porównaniu do łożysk ślizgowych. W bezpośrednim porównaniu tarcie jest zmniejszone nawet o 50% przy zastosowaniu zimnego oleju w niskich prędkościach obrotowych i utrzymane na poziomie 40% w temperaturze roboczej. Tarcie łożysk kulkowych wzrasta wolniej niż w przypadku łożysk ślizgowych, gdy zwiększa się siła osiowa oraz ciśnienie w układzie doładowania.

Złożona konstrukcja nowego systemu łożysk kulkowych zwiększa wydajność turbosprężarki, co z kolei ma pozytywny wpływ na pracę silnika. Ponieważ ciśnienie doładowania wytwarza się szybciej przy niskich prędkościach obrotowych silnika, znacznie poprawia to dynamiczne osiągi jazdy. Zwiększona wydajność redukuje także zużycie paliwa, jednocześnie zmniejszając emisję CO2 w krytycznym dla zużycia zakresie częściowego otwarcia przepustnicy o około 2%.
Wysokie prędkości, dynamiczne zmiany obciążenia, szybkie zmiany temperatury, wibracje zewnętrzne, a także zanieczyszczenia płynne i stałe w oleju są głównymi przyczynami zużycia łożysk w turbosprężarkach. Projektanci z BorgWarner przeprowadzili skomplikowane testy, aby ocenić wytrzymałość nowego systemu łożysk kulkowych. Podczas tych testów, turbosprężarki były poddawane dużym obciążeniom i pracowały z 200-krotnością typowej ilości filtrowanych, twardych zanieczyszczeń. Nowe łożyska kulkowe pozostały sprawne, podczas gdy łożysko oporowe referencyjnej turbosprężarki z łożyskami ślizgowymi nie nadawało się do dalszej eksploatacji po teście.
Ponadto, jednym z celów opracowywania nowej technologii łożysk kulkowych było zapewnienie właściwej pracy w zakresie NVH (Noise-Vibration-Harshness, tj. Hałas-Wibracje- Chropowatość) W kolejnym etapie przeprowadzono całą serię dodatkowych badań, które udowodniły, że nowy system oferuje również bardzo niski poziom hałasu, co zostało następnie potwierdzone przez klientów.
Dzięki nowym łożyskom tocznym BorgWarner oferuje wydajne, solidne i ciche rozwiązanie, które jest w stanie sprostać surowym wymaganiom zarówno obecnych, jak i przyszłych zastosowań. Zaawansowana technologia zwiększa wydajność turbosprężarki o 4%, jednocześnie system redukuje emisję CO2 nawet o 2%. Innowacyjne łożyska będą wkrótce dostępne do stosowania we wszystkich typach turbosprężarek stosowanych w silnikach pojazdów mechanicznych.

                    MotoRemo
Na podstawie materiałów BorgWarner


 

Zdjęcie 1: Zewnętrzny pierścień łożyska kulkowego jest pływający, dzięki czemu kontroluje dynamikę wałka, jednocześnie utrzymując niski poziom hałasu.

Zdjęcie 2: Innowacyjny system łożysk kulkowych firmy BorgWarner znacznie poprawia wydajność turbosprężarki.

Zdjęcie 3: W porównaniu z turbosprężarką wyposażoną w łożyska ślizgowe, nowe łożyska kulkowe zapewniają zwiększony moment obrotowy już przy bardzo niskich obrotach.