Eberhard Bock

Turbocharger seal as a decisive enabler for downsizing concepts

This brief feature article provides details of a gas-lubricated turbocharger seal that is now ready to go into series production. On one side it reduces blow-by at high boost pressure and drastically reduces oil leakages at low pressure. It enables a wider operating pressure range in both directions – vacuum and over-pressure. It therefore creates the basic pre-conditions for additional engine measures that help bring about a sustainable improvement in turbocharger dynamics, engine response and oil consumption. The seals design also gives designers more freedom in deciding where the turbocharger is positioned in the engine compartment.

Turbocharger seal for zero oil consumption and minimised blow-by

Turbocharging of gasoline and diesel engines plays an important part for downsizing to reduce CO2 emissions at a given engine power. As a part of Freudenberg, Burgmann Automotive has developed a gas-lubricated face seal for exhaust-gas turbochargers. This replaces the traditional sealing “piston ring”, as a non-contact, self-regulating sealing gap and pumps against the oil pressure and eliminates oil leckage. Thanks to the new seal, turbochargers do not have to be installed horizontally. Using the same functional principle, Burgmann Automotive in collaboration with Volkswagen developed a gas-lubricated sealing for crankshafts.

Möglichkeiten zur CO 2 -Einsparung im Antriebsstrang moderner Personenkraftwagen durch Optimierung der dynamischen Dichtsysteme

Today the Original Equipment Manufacturers (OEMs) are still forced by law to achieve the CO2 fleet emission limits of about 95 g/km by 2020. The carmakers actually know that this goal cannot be achieved with only engine internal optimizations, so they are intensively starting to analyze the full drive train to increase the efficiency and decrease friction losses. Freudenberg Sealing Technologies, as a seal manufacturer for sealing systems in the drive train of modern vehicles, can provide an important contribution to support the OEMs in reducing the total CO2 emissions in the vehicles by optimizing the dynamic sealing systems due to low friction.

LESS – Low Emission Sealing Solutions

Die CO2-Emissionshurde von 95g/km ist nur mit erheblichem technischem Aufwand zu nehmen. Sowohl die Automobilhersteller als auch deren Zulieferer arbeiten daher unter Hochdruck an der Entwicklung von Systemen und Komponenten, um hohere CO2-Einsparungen zu ermoglichen. So auch Freudenberg Sealing Technologies, die mit vielen dynamischen und damit kontaktierenden Dichtungen im gesamten Antriebsstrang vertreten sind. Diese verursachen nach NEDC (New European Driving Cycle) Reibungsverluste von mehreren 100 Watt und sind demzufolge Verursacher von einigen Gramm CO2/km. Eine Optimierung dieser Dichtungen beinhaltet daher ein erhebliches Einsparpotenzial. Der Beitrag zeigt, mit welchen Produkten die CO2-Emission im Antriebsstrang reduziert werden kann. Dabei wird sowohl auf direkte Effekte durch Reibungsminimierung am Bespiel verschiedener Wellendichtungs-Designs, als auch auf indirekte Effekte durch Leichtbaukomponenten eingegangen. Um eine quantitative Aussage zu den moglichen Einsparungen zu erhalten, werden am Beispiel von Simmerringen die Ergebnisse entsprechender Simulationen mit zugehorigen Pruflaufen und der Ermittlung von Koeffizienten fur ein Berechnungsprogramm vorgestellt.

Gas-lubricated mechanical face seals reduce CO2 emissions

Reductions in fuel consumption and emissions are still at the top of the automotive industrys wish list. Freudenberg Sealing Technologies GmbH & Co Kg is making valuable contributions to those goals with its Low Emission Sealing Solutions (LESS) initiative – a portfolio of products designed to help reduce friction. It is pursuing the next generation of sealing technology with Levitex, the first crankshaft seal to function virtually friction-free. Here we look in detail at this technology.

Turboladerdichtung für Null-Ölverbrauch und Minimiertes Blow-By

Die Aufladung von Otto- und Dieselmotoren spielt eine grose Rolle beim Downsizing, um bei gleicher Motorleistung die CO2-Emissionen zu senken. Als Teil von Freudenberg hat Burgmann Automotive eine gasgeschmierte Gleitringdichtung fur Abgasturbolader zur Serienreife entwickelt, die die konventionelle Abdichtung „Kolbenring“ ersetzt, indem ein beruhrungsfreier, selbstregelnder Dichtspalt gegen Oldruck pumpt und die Olleckage nahezu eliminiert. Dank der neuen Dichtung mussen Turbolader nicht mehr horizontal angeordnet werden. Auf dem gleichen Funktionsprinzip aufbauend entwickelte Burgmann Automotive in Zusammenarbeit mit Volkswagen eine gasgeschmierte Abdichtung fur Kurbelwellen.

Throttle seals for crankshaft bearings

At high operating temperatures, differences in the coefficients of thermal expansion for light metal engine blocks and steel crankshafts cause large bearing gaps to open up between the crankshaft and the main bearing shells. In such cases, significant amounts of oil are needed to ensure an adequate supply of oil to the crankshaft main bearing and the connecting rod bearing. There is also the additional risk of insufficient lubrication at low speeds, e.g. at hot idle. Adapting the oil pump to suit these operating conditions does not get to the root of the problem. Throttle seals by Freudenberg that are integrated into the bearing shells offer a completely new approach.

Drosseldichtungen für Kurbelwellenlager

Unterschiedliche Warmeausdehnungskoeffizienten von Motorblocken aus Leichtmetall und Kurbelwellen aus Stahl verursachen bei hohen Betriebstemperaturen grose Lagerspalte zwischen Kurbelwelle und Hauptlagerschalen. Erhebliche Olmengen sind dann erforderlich, um eine ausreichende Olversorgung der Hauptlager sowie Pleuellager zu sichern. Bei geringen Drehzahlen und vor allem im Heisleerlauf besteht zudem die Gefahr der Mangelschmierung. Die Anpassung der Olpumpe an diese Betriebszustande lost das Problem nicht an der Wurzel. Einen neuen Ansatz bieten Drosseldichtungen von Freudenberg, die in die Lagerschalen integriert werden.