Federal-Mogul odhaluje: Pohled pod pokličku

Písty, kroužky, vložky válců, ložiska, těsnění a další součásti motorů velkých automobilek pocházejí z velké části od firmy Federal-Mogul. Ta má svá vývojová i výrobní centra po celém světě. My jsme zajeli do nejbližší továrny v Norimberku, ale zároveň se podrobně seznámili s výsledky aplikovaného vývoje zejména u pístů a součástí motoru.

Písty

Hliník, nebo kov? Aluminiové písty snesou podle firmy Federal Mogul maximální teplotu 400 °C, krátkodobě až 420 °C. Nad tuto teplotu dochází k jejich postupnému propalování, což známe například u turbodieselů převzatých z osobních vozidel a umístěných v dodávkách provozovaných zejména v dálničním režimu. Nahrazení hliníkových pístů ocelovými přináší mnoho nevýhod. Kromě vyšší výrobní ceny také vysokou náchylnost ke korozi, která se musí omezovat masivnějším mazáním. Jak teplotní odolnost hliníku obejít?

Federal-Mogul pod svou značkou Nüral zavedl u takto mimořádně namáhaných dnech hliníkových pístů technologii Durabowl. Spočívá v navaření odolnějšího materiálu na hlavu pístu pod argonovou ochranou. V továrně jsme si tento proces mohli prohlédnout a jde o nanesení přibližně 3 mm vysoké vrstvy na okraj prohlubně hlavy pístu. Následující technologie dokončení součásti se neliší od běžných hliníkových pístů, takže největší technologické nároky jsou kladeny na výrobu speciálního materiálu a jeho navaření na hliníkový základ. Tyto písty Durabowl jsou dodávány zejména pro nejvyšší výkonovou verzi čtyřválce OM 651 (120 kW/360 N.m) pracujícího například v Mercedes-Benzu Sprinter.

Pouze podrobný pohled na nový píst odhalil jiný materiál kolem hrdla pístní prohlubně, ale jeho praktický důsledek je obrovský. Není také divu, že Federal-Mogul obdržel od Daimleru v letech 2009, 2011 i letos prestižní ocenění „Dodavatel součástí motoru roku“. Firma s deseti tisíci zaměstnanci vyrábí pod značkou Nüral více než 50 milionů pístů ročně do prvovýroby i aftermarketu.

Kroužky

„Kdo chce být jedničkou na trhu, musí nabízet mimořádně široký sortiment,“ zaznělo několikrát v rámci prezentací širokého portfolia firmy Federal-Mogul. Toto tvrzení nechybělo ani při představení několika druhů pístních kroužků, z nichž ten olejový LKZ se stal důvodem ocenění Federal-Mogulu od koncernu Daimler. Styčná plocha kroužku s vnitřní stěnou válce je uzpůsobena tak, aby kvalitně stírala olej při pohybu pístu k dolní úvrati, ale v opačném směru netáhla příliš maziva k hlavě válce. Důsledek je naprosto jasný – méně oleje se dostává do spalovacího prostoru a snadněji lze dosáhnout nadcházející emisní normu Euro 6.

Samostatnou kapitolu tvořilo odhalení několika úrovní povrchových úprav pístních kroužků odpovídajících zatížení motoru. Trend downsizingu a navyšování vstřikovacích, přeplňovacích a pracovních tlaků však dává zelenou zejména těm nejkvalitnějším. Pod značkou Goetze tak dochází ke snižování hmotnosti kroužků za účelem dosažení co nejnižšího odstředivého namáhání kroužků a přítlaku na válec. Velkou vědu tvoří přídavné povrchové úpravy vnějšího obvodu kroužků a optimalizace jeho tvaru. Už základní materiál kroužku může tvořit trojice: železný odlitek, ocel či odlitek z oceli. Povrchové úpravy se dělí také na tři úrovně.

Užší, lehčí, nižší

Očima jasně viditelná je úprava styčné plochy olejového stíracího kroužku LKZ, který místo obvyklé dotykové šířky se stěnou válce 0,25 mm používá jen 0,15 mm. K dosažení stejného stíracího účinku slouží jemný zoubek, který se při pohybu pístu k dolní úvrati válce dotýká a zajišťuje plný stěr oleje, ale s pohybem pístu k hlavě se od válce minimálně vzdaluje a vykazuje nižší tření. Tuto technologii a kroužky o šířce 2 mm dodává Nürel

například také společnosti DAF v rámci balíčku úprav ATe, které jsme podrobně představili v AutoProfi 4/2012.

Ložiska bez olova

Podle nařízení EU 2011/37 z března loňského roku nesmí být u nově uvedených motorů pro osobní vozidla používáno olovo v ložiscích, pouzdrech, vymezovacích vložkách a podložkách. Nutno dodat, že díky vývoji Federal-Mogulu splňuje tento požadavek motor Mercedes-Benz OM 651 už od roku 2008. Další prvenství stuttgartské značky lze spatřovat ve skutečnosti, že tzv. lead free je mezi trucky zatím jen nový šestiválec OM 471 prodávaný ve specifikacích Euro 5 i 6.

Požadavky na ložiska jsou velmi odlišné, například na pístním čepu jde o velké nárazové tlaky, zatímco na klikovém mechanizmu musejí snášet vysokou rychlost.

Nároky na mazání

Downsizing a hromadné zavádění start/stop systémů přináší extrémní nárůst na mazací schopnosti olejů a jejich výměnu. Kvůli úsporám materiálů na klikových mechanismech mají ložiska ve srovnání se stejně výkonnými motory před deseti lety přibližně 3/4 velikost. Start/stop systémy zkoušené na několik stovek tisíc cyklů přinášejí dramatický nárůst nároků na odolnost ložisek. Další zátěž na ně roste s rychlostí startu během cca 0,4 sekundy proti klasickému startéru s delší dobou uvedení klikového mechanismu do pohybu.

Federal-Mogul pod značkou Glyco vyvinul pro tyto typy motorů materiál Irox, který používá na namáhaném povrchu ložisek. Běžná bimetalová či trimetalová ložiska v downsizingovaných a start/stopem vybavených motorech nemají dlouhou výdrž. Speciální materiál Irox na bázi hliníkové slitiny či mědi opatřený „plastovými“ částicemi řeší nejen působení obrovských nárazových sil, ale také velmi rozšířené nízkoviskózní oleje. Nárok na včasnou výměnu mazacího média také pochází z toho, že olejový filtr běžně zachycuje částice o velikosti 20-25 mikrometrů, zatímco ložiska ultraodolná proti působení sil opotřebovávají částečky o řád menší.

Cíle downsizingu

Vývojáři a výrobci motorových dílů mají u osobních vozidel za cíl dosáhnout u vznětových motorů měrného výkonu 100 kW/l a 130 kW/l u zážehových jednotek. Tlak na snižování spotřeby a emise je velký a je třeba hledat technologie, které tyto nároky nejen zvládnou, ale také dlouhodobě vydrží. Je fakt, že kdo u takových motorů vymění díl za vizuálně totožný, ale nesprávný či od pochybného dodavatele, může odstartovat fatální destrukci

agregátu.

Vysokou technologickou i kontrolní úroveň demonstrovala firma Federal-Mogul v továrně na písty. Fotografování bylo sice zakázáno, ale na vlastní oči jsme viděli celý proces výroby od tavicí pece na hliník až po finální úpravu povrchu pístů a osazení kroužky. V jedněch přepravkách se nacházely písty pro Mercedes-Benz, v jiných pro vozy koncernu Volkswagen atd. Výjimečné postavení však zaujímala stuttgartská značka, která jako jediná měla na pístech odlité své logo.