• Johannes Esser, director Product Engineering Rings & Liners Federal-Mogul Global, är verksam inom området kolvringar och cylinderfoder. Foto: Alf Wesik
  • Kolvringar, med en oljering, cylinderfoder och tätningar från Federal-Mogul.

En fråga om form, material och yta

Blixtsnabb utveckling - men långsam process

Vid en första anblick drar man säkert slutsatsen att kolvar, kolvringar och glidlager och ventiler och liknande sett exakt likadana ut i alla tider. Ingenting kunde vara mer fel. Det sker en enorm utveckling. Just nu ligger fokus förutom den viktiga designutformningen, på materiallegeringar, trycktålighet, korrosionsbeständighet och ytdesign.

Just korrosion är ett nygammalt problem inom motorindustrin. Det efterfrågas insprutningstryck för att kunna åstadkomma effektivare förbränningar och det talar för ökad användning av stålkolvar istället för lättmetallslegeringar. Men stålkolvar går hetare än aluminiumkolvar och de är även känsligare för korrosion.

Detta kräver nya tekniska lösningar. Just korrosion betecknas allmänt vara en av de riktigt stora utmaningarna att lösa eftersom nya alternativa bränslen, och framför allt gas, ger högre korrionsrisk.

I sammanhanget ställs parallellt krav på blyfria produkter, vilket är ytterligare en utmaning som måste lösas. Efterhand ska hela sortimentet från Federal-Mogul vara utbytt.

Konservativ bransch

Produktutvecklingen sker ibland på egen hand hos Federal-Mogul och i andra hand i mer eller mindre nära samarbete med motortillverkare. Den enda sanningen är att inget material är bäst för alla produkter, snarare tvärtom att det blir allt mer vanligt med högre grad av specialanpassning.

Exempelvis kan nämnas en ytbehandling som kallas Irox, vilket är en polymercoating. Men även aluminiumlösningar förekommer och utvecklas fortfarande. Olika bronslegeringar tål höga laster och används därför allt mer i tunga motorer.

Problemet för Federal-Mogul är att de ställs inför nya utmaningar hela tiden och uppfyller därför de önskemål och krav som kunderna ställer. Men samtidigt är dessa, kunderna alltså, väldigt konservativa och försiktiga att anamma nyheter. Det blir ofta onödigt lång startsträcka och onödigt många testkörningsmil, innan teori blir praktik.

Nya kompositer

Ett annat krav som branschen ställer är längre hållbarhet. Vi ser alla att serviceintervallerna på fordonsmotorer ständigt ökar, för att spara pengar åt kunderna. Dels slipper de själva kostnaden för service, dels blir det färre stillastående fordon.

Det är precisionen och oljekvaliteten som är nyckeln till längre serviceintervaller och längre livscykel. Här kommer även nya kompositer in i bilden. Gemensamt för alla nya lösningar är att de måste tåla högra belastningstryck.

– Om vi lyckas reducera friktionen i en motor med 30 procent så innebär det i praktiken en minskad bränsleförbrukning i storleksordningen 1 procent, vilket innebär stora besparingar i kostnader, förklarar Johannes Esser på Federal-Mogul, verksam inom området kolvringar och cylinderfoder.

När det gäller en förbränningsmotor så bidrar oljepumpen med 10 procent av den totala friktionen, kolvarna med 15 procent, oljeringen på kolven med 13 procent, toppringen med 9 procent, andraringen med 3 procent. Övriga kompoenter i en motor står för resterande 50 procent.

Flera steg

Den allra bästa lösningen om vi ser enbart till friktionen är DuroGlide där Federal-Mogul i förhållande till föregångaren har bidragit med 1 - 1,5 procents bränslebesparing. Det är form, material och yta som är kombinerad på bästa sättet.

– Med tillsatser i oljan, vilket det talas om mycket nu, säger Johannes Esser till vår tidning, kan oljefilmen göras tunnare vilket minskar friktionen ytterligare. Men å andra sidan minskar samtidigt förslitningsskyddet.

Federal-Mogul har kompenserat detta genom att göra "skrapet", om vi lite burdust kan kalla det så, mot cylinderväggen, i flera steg. En fasning på kolvringen försämrar inte tätheten, men minskar åverkan mot cylinderväggen.

Nickelinblandning

Just downsizing är ytterligare en trend i branschen. Mindre motorer ger mindre vikter som ska snurras runt och mindre centrifugalkrafter som ska tas upp. Genom bättre verkningsgrader, mindre friktion, högre insprutstryck och mer effektiv förbränning i flera insprutssteg – så kompenseras storleksreduktionen, med bibehållen eller större effekt.

– Men det ställer samtidigt helt nya krav på ingående detaljer, de måste också minska i storlek, förklarar Stefan Kellerman, som jobbar med just detta på Federal-Mogul.

Precis som när det gäller serviceintervaller och livscykellängder experimenteras det med olika kompositer, korrosionsbeständighet och trycktålighet. Olika nickelkompositer exempelvis, gör att temperaturer på upp till 850 grader på ventiler klaras av.

Det handlar om en ökad nickelinblandning från tidigare tio procent och numer upp till 75 procent.

Kalla Fakta

Federal-Mogul / Kravlista för år 2020

Låg friktion

Reducerade CO2 utsläpp

Minskad oljeförbrukning

Minskad åverkan på ringens yta

Minskad åverkan på cylindervägg

Hög acceptans mot olika oljekvaliteter

Samma livslängd som motor

Klara lågviskossitetsoljor

Klara bränsle med sämre kvalitet

Tidningar inom mediagruppen Swepress