Federal-Mogul Irox főtengelycsapágyak

A mai belsőégésű motorok hatékonyságát növelendő, egyre gyakrabban alkalmaznak stopp-start rendszereket a gépjárművekben. Ezáltal a motorindítások és -leállítások száma nagy mértékben megnő, amivel párhuzamosan a csapágyak több időt töltenek vegyes súrlódású állapotban. A vegyes súrlódás erős csapágykopáshoz vezet, amivel csökken az élettartam. Erre a problémára kínál megoldást a Federal-Mogul az Irox fantázianévre keresztelt bevonattal ellátott csapágyak formájában.

A csapágyat érő terhelések

A modern motorépítési trendek fokozódó terheket jelentenek a főtengelycsapágyak számára. Egyre fokozódik az égési csúcsnyomás, már-már a 200 baros határt feszegeti, miközben az egyes alkatrészek méreteit és tömegeit a lehető legkisebbre próbálják tervezni. Az olajcsere-intervallumok kitolódtak, ráadásul E85 tüzelőanyagot használó járműveknél gyakran fellép olajhígulás. A súrlódási veszteségek csökkentése érdekében finomabb illesztéseket és kis kapcsolódó felületeket alkalmaznak. A listát még lehetne folytatni, de most ugorjunk a legújabb tagjára, a stopp-start rendszerekre. A tesztciklusokon mért CO₂-kibocsátás csökkentése érdekében sok autógyártó bevetette a stopp-start rendszereket. Mivel a ciklusok több megállást is tartalmaznak, akár 5%-os csökkenés is elérhető velük. A gyakori indítások és leállítások alatt a motor fordulatszáma olyan tartományban mozog, ami nem előnyös kenési szempontból. Egy „hagyományos” járművet életciklusa alatt körülbelül 25000-szer indítanak be, míg egy stop-start rendszerrel felszerelt jármű motorja 500000-szer áll le és indul újra. A klasszikus alumínium- és réz-szubsztrát csészék 100000 ciklus után elhasználódik. A főtengelycsapágyak védelmére fejlesztették ki a szabadalmaztatott Irox bevonatot, mely poliamid bázisból és töltőanyagból áll. Megakadályozza a csapágy kopását, még rossz kenési viszonyok között is, mint például száraz – vagy vegyes súrlódás és bizonyos esetekben a réz alapú rétegszerkezet alumíniumra cserélhető. A gyártó mérésekre hivatkozva állítja, hogy átlagosan 4-5 mm-rel csökkenthető a csapágyak átmérője, ezzel 20-30%-kal csökkenthető a csapágysúrlódás.

A bevonat felépítése

A csapágycsésze három fő rétegből áll: az első egy acél réteg, ami a mechanikai és geometriai stabilitást biztosítja. Ezt követi valamilyen szubsztrát. Ma már ólommentes alumínium- illetve réz alapú (CuNi₂Si) szubsztrátokat alkalmaznak. Előbbit kis terhelés esetén (< 70 MPa), utóbbit pedig közepes és nagy terhelés esetén. Mivel a felső réteg kopása befolyásolja a csapágy élettartamát, így itt használják a poliamid bázisú Irox bevonatot. Jellegzetesen vörösesbarna színű, és több töltőanyagot is tartalmaz, melyeknek külön feladatuk van.

Elért eredmények

Az Irox bevonattal ellátott csészéket már több összehasonlító vizsgálatnak is alávetették, melyek eredményei pozitív hatással lehetnek a termék jövőjére. Az egyik teszt során 80 MPa terheléssel üzemeltek két csapágyat 250 órán keresztül, majd megvizsgálták őket (3. ábra). Jól látható, hogy a bevonatolt csészén alig látszik elváltozás, a széleken tapasztalható kisebb elszíneződés. Ha alumínium helyett réz alapú csészét alkalmaznak, akkor akár 105 MPa terheléssel is hasonló eredményeket érhetnek el. További HFFR (High Frequency Reciprocating Rig – Nagyfrekvenciás Dugattyús Fékpad) vizsgálatok azt mutatták, hogy az Irox bevonattal a súrlódási együttható 20-40%-kal csökken a hagyományos csészékhez képest. Az úgynevezett „Zafír-teszteken”, ahol Stop-Start eseteket szimuláltak, 15000 ciklus után vizsgálták a csészéket és itt is pozitív eredményeket kaptak. Etanolos üzemben sem vallott szégyent az Irox bevonat, hiszen a felhígult, alkoholos motorolajjal üzemelt motor csapágyainál sem jelentkezett meghibásodás. Arra a következtetésre jutottak a fejlesztők, hogy kisebb viszkozitású olaj is használható, valamint a megszokottnál kisebb hézagok, mivel a bevonat nem érzékeny az olajfilm vastagságának csökkentésére.

Jövőkép

A stop-start rendszerek elterjedése a egyre nyilvánvalóbb a szigorodó CO₂ kibocsátási normák miatt. A sok motorindítás és leállítás nagy igénybevételeknek teszi ki a siklócsapágyazásokat, melyek az ólommentes csészékkel hosszútávon nem képesek ezt elviselni. A nagyfokú kopás az előnytelen száraz- és vegyessúrlódási állapotokra vezethető vissza. Az eredmények alapján az Irox technológia képes hosszútávú, megbízható megoldást nyújtani a problémára. Erre már a motorgyártók is felfigyeltek, ugyanis információnk szerint a 7. generációs VW Golfok motorjaiban az indítógenerátor felőli főtengelyvégen ilyen Irox bevonatú csapágyak lesznek. A technológia tehát adott és már élő, az elkövetkezendő években kiderül mennyire sikerül elterjednie, de mindenesetre ne ijedjünk meg, ha pár év múlva szétszedünk egy motort és pirosas csapágycsészékkel találkozunk.

Őri Péter

forrás: Autótechnika 2012/08, MTZ 2010/12

(a témához kapcsolódó további szakmai cikkek a megújult Autótechnika folyóiratban, illetve a http://autotechnika.hu oldalon olvashatóak.)