Моторные компоненты с высокой теплопроводностью от Federal-Mogul Powertrain
На международном автосалоне во Франкфурте подразделение Federal-Mogul Powertrain представит новые материалы для седел и направляющих втулок клапанов с улучшенной теплопроводностью. Материалы с высокой теплопроводностью (HTC) и покрытие с материалами теплового взаимодействия (TIM) можно использовать для серийного выпуска компонентов.
Как же улучшенная теплопроводность способствует снижению температуры клапанов?
Передача тепла от головки клапана к рубашке охлаждения головки блока цилиндров осуществляется, в первую очередь, через вкладыш седла клапана. Новые материалы, из которых выполнены седла клапанов, более эффективно отводят тепло от головки клапана, за счет чего достигается снижение температуры в перегретых частях камеры сгорания и уменьшение температуры отработавших газов в конце такта сжатия. Как следствие, появляется возможность увеличить ударную прочность и управлять углом опережения зажигания в более широком диапазоне, что обеспечивает оптимальное сгорание топливовоздушной смеси. За счет использования новых материалов можно снизить выбросы CO2, отказавшись от применения обогащенной топливовоздушной смеси как средства понижения температуры. В случае со сплавами для головок выпускных клапанов снижение температуры на каждые 20 °C исключает необходимость использования более дорогостоящих типов сплава.
Направляющая втулка клапана – важный компонент для отвода тепла от штока клапана к головке блока цилиндров. Применение новых материалов для направляющих втулок клапанов снижает локальный перегрев, который негативно влияет на уплотнения штока и качество моторного масла, за счет более эффективного отвода тепла от штока клапана.
Что это за материалы с высокой теплопроводностью для эффективного рассеивания тепла?
Материалы с высокой теплопроводностью, разработанные Federal-Mogul Powertrain, представляют собой порошковые сплавы, которые используются для изготовления седел клапанов и направляющих втулок. Рабочие характеристики таких сплавов можно задавать с высокой точностью.
Для улучшения теплопроводности при изготовлении седел клапанов используется сплав на основе меди с применением инфильтрации. Для производства направляющих втулок клапанов, которые работают в условиях менее высоких температур и имеют пористую структуру, удерживающую масло, применяется эффективный мелкодисперсный связанный медный сплав со свободными частицами меди.
В случае двухслойной композитной прокладки седла клапана этот дополнительный материал больше не является просто недорогим «носителем» функционального посадочного слоя, контактирующего с головкой клапана. Он берет на себя важную задачу эффективного отвода тепла от головки клапана.
Покрытие с материалами теплового взаимодействия
Покрытие с материалами теплового взаимодействия, разработанное Federal-Mogul Powertrain, значительно улучшает теплопроводность в зоне контакта прокладок седла клапана и направляющих втулок с головкой блока цилиндров. За счет этого заполняются пустоты между неровностями сопрягаемых поверхностей. Это устраняет мельчайшие воздушные карманы, которые препятствуют передаче тепла, и улучшает прилегание к поверхности головки блока цилиндров.
Подтверждено испытаниями
Эффективность новых материалов была установлена в ходе испытаний на бензиновых двигателях с турбонаддувом и непосредственным впрыском топлива, проводившихся в исследовательском центре Federal-Mogul Powertrain в Буршайде.
Сочетая технологии HTC и TIM, разработчики смогли снизить максимальную температуру головок впускных клапанов на 26–32°C. Еще более значительного снижения температуры удалось достичь в головках выпускных клапанов. Максимальную температуру цельных клапанов удалось снизить на 70°C, а для пустотелых клапанов с натриевым наполнителем – на 67°C.
Технологии HTC и TIM готовы для использования в производственном процессе. Опытные образцы прокладок седел и направляющих втулок проходят предварительные испытания у нескольких заказчиков. Подразделение Federal-Mogul Powertrain уже получило первый заказ на выпуск таких компонентов. Старт производства запланирован на 2018 год.
