1000 fok Celsius

BorgWarner EFR turbótöltőcsalád.

A versenyautó-motorokhoz épített turbótöltők nem kimondottan a hétköznapok technikáját hordozzák, mégis érdemes figyelmet szentelni rájuk, mert az új konstrukciós megoldások, anyagaik és az alkalmazott gyártástechnológiák a szériagyártásba is átkerülhetnek. Most az apropót az USA IndyCar szériája adja, a megoldást pedig a BorgWarner hozza tálcán.

Az IZOD IndyCar szériában (IZOD a főszponzor cég neve) a motorgyártóknak (Chevrolet, Honda és Lotus) 2012 és 2016 között csökkenteniük kell a motor lökettérfogatát. A szabályok szerint a csak 4 vagy 6 hengerű motorokkal, maximálisan 2,2 liter lökettérfogattal lehet részt venni a versenyeken.

A turbótöltés így nélkülözhetetlenné válik. A BorgWarner-nek ez jól jött, EFR (Engineered for Racing) néven turbótöltőcsaládot fejlesztett ki, kimondottan ezekhez a versenymotorokhoz. Miután egy vagy két töltőt használhatnak, így az EFR töltőcsalád is ehhez igazodik.

A turbótöltőcsalád paramétereit diagram szemlélteti.

A 415–515 kW közötti teljesítményű motorok turbótöltőinek fokozottan üzembiztosnak, rendkívüli hőállóságúnak, robusztusnak és viszonylag kis tömegűnek kell lennie. A töltő kiváló gyorsulása alapkövetelmény, mely a nagy légszállítással, nagy lapátátmérővel sajnos romlik. A forgórésztömeg és átmérő növelése a negyedik hatvánnyal növeli a tehetetlenségi nyomatékot, drasztikusan rontva ezzel a felgyorsulást. A megoldást a tömegcsökkentés, tehát új lapátanyag adhatja. Kis anyagsűrűség, nagy szilárdság és hőállóság a követelmény.

A turbina

A BorgWarner titán-aluminid (Ti-Al ötvözet, a szakmában gamma Ti vagy gamma TiAl néven is említik) anyagot választott a turbinakerékhez.

A gamma-titán (kerámiának is mondják, talán az anyag nagy ridegsége miatt) fejlesztése az 1970-es években kezdődött, műszaki alkalmazására csak a századunk első éveiben került sor. Elsősorban a repüléstechnikában használják, az autóiparban turbótöltő-turbinalapát és kipufogószelep anyagául szolgál. A gamma TiAl sűrűsége 4,0 g/cm3. Az eddig használt Inconel ötvözet (fő összetevői nikkel és króm) sűrűségének mintegy a fele. Tehetetlenége a kompresszorkerékkel közel azonos.

A turbinaház lehet egycsatornás vagy osztott, kettősjáratú (twin-scroll). A turbinaház anyaga HK30 rozsdamentes, vékony falú acélöntvény, amely a mikrorepedésekkel szemben rendkívül ellenálló. A speciális öntési technológiának köszönhetően a felületek rendkívül finomak. Az első hőnfutás után – mint leírja a BorgWarner – a ház szép színt kap.

A kompresszor

A 14 vagy 12 lapátú, köztes lapátozású kompresszor járókerekét kovácsolt Al-tömbből marással alakítják ki. A technológia angol megnevezése Forged Milled Comp Wheel – FMW.

A kompresszor-csigaházba helyezték el a CRV-szelepet, mely más konstrukcióknál különálló egység. A CRV (compressor recirculation valve) a kompresszor nyomóoldaláról a szívóoldalra visszavezető csatorna szelepe, célja elsősorban motorféküzemben, illetve fokozatváltásoknál a forgórész lelassulásának megakadályozása, de az is, hogy a légtömegáram-mérők dolgát ne nehezítse meg a pulzáló áramlás.

A turbótöltő fordulatszámméréséhez a jelet a kompresszorlapátok adják. Az eléje helyezett jeladó a lapátok elhaladására négyszögjelet szolgáltat (5 V, kitöltési tényező 50%), a fordulatszám növelésével, nő a jelek gyakorisága, a frekvencia. A kompresszor lapátszáma 14 vagy 12. Ha a forgórész 100 000 min-1 fordulatszámú, akkor 23 333 Hz a jelfrekvencia. Ennek 8-ad részével, 2917 Hz-cel számol az ECU. Ha erre nincs szüksége a vevőnek, a jeladófurat csak zsákfuratként van jelen.

A középrész

A középrész vízhűtésű. A vízbelépésnek mindig alacsonyabb szinten kell lennie, mint a kilépőnek. Ez a buborékelvitelnek és a thermoszifon hatás érvényesülésének is kedvez.

A forgórész golyóscsapágyon fut. A csapágyegység vagy kazetta (Cartridge) kétsoros, kerámiagolyókkal, fém golyóskosárral.

A BorgWarner által szabadalmaztatott kerámia golyóscsapágy a súrlódási veszteséget elsősorban a kis fordulatszámoknál és kis turbina-nyomásviszonynál csökkenti. Ez a forgórész felgyorsulását segíti.

A csapágykenés olajáramigénye lényegesen kisebb (fojtott a beáramlás), mint a siklócsapágyazásé. A ferde hatásvonalú vagy a mélyhornyú golyóscsapágy az axiális erők felvételét is megoldja, így a támcsapágy (támasztótárcsa) feleslegessé is válik (ezzel is csökken a súrlódási veszteség).

Szakmai körökben ismert, hogy a golyóscsapágyas megoldás legnagyobb ellensége az olajkokszosodásból származó kopás, beállás. Az EFR konstrukciója olyan, hogy kokszdugók kialakulásának csekély a lehetősége.

Az EFR töltőkhöz bárki hozzájuthat, ha versenycélú motorjaiba felhasználni kívánja. További információval a BorgWarner turbók hazai képviselete, a Ferryker® Turbo cég szolgál telefonon (30-948-7717) vagy honlapjukon keresztül (www.ferrykerturbo.hu). A szerkesztőség is köszöni a cikk alapjául szolgáló gyári dokumentációt.