Green innovations at SKF supporting the automotive industry5

SKF accompagne l’industrie automobile à grand renfort d’innovations vertes

Compte tenu de son engagement à promouvoir le développement durable à travers sa propre organisation, SKF dispose d’une expertise technique inestimable dans le domaine des solutions vertes. Ces connaissances sont largement exploitées au profit de l’industrie automobile pour le développement de produits et services innovants tournés vers la réduction des émissions de carbone.

par Stefano Barbero – Responsable développement commercial – Business Unit Cars – Airasca (Italie)
Luigi Cavallero – Responsable commercial et développement – Business Unit Electrical and Two wheelers – Airasca (Italie).

Palier complets Automobile Conception Roulements de roue Roulements instrumentés

Technologie

Le secteur automobile connaît de profonds bouleversements sur le plan technologique où la tendance est aux solutions de mobilité plus écologiques comme les véhicules hybrides et tout électriques. Dans un contexte général de pressions et d’opportunités sur le marché mondial, le secteur doit adopter des solutions durables tout en conservant la maîtrise des coûts pour atteindre ses objectifs environnementaux.

Actuellement, le niveau moyen d’émissions de CO2 s’élève à 153,5 g/km et l’objectif est d’abaisser ce chiffre à 130 g/km d’ici 2015 en Europe. La Chine a mis en application la législation Euro et a fixé l’entrée en vigueur de la norme Euro 4 à 2015. Les constructeurs automobiles et leurs fournisseurs devraient investir massivement dans des technologies visant à diminuer la consommation de carburant et les émissions de CO2.

En tant que fournisseur de l’industrie automobile, SKF a ciblé ses efforts de développement de produits sur plusieurs domaines clés. SKF dispose aujourd’hui de nouveaux produits et services qui peuvent être utilisés aussi bien sur les plates-formes de véhicules existantes que nouvelles. Parmi ces produits figurent le roulement de roue intégré à faible-frottement, baptisé X-Tracker, l’ensemble-roulement à billes SKF spécial turbocompresseurs, le roulement SKF de détection position rotor et des ensembles-roulements instrumentés pour moteurs électriques.

ROULEMENTS DE ROUE À FAIBLE FROTTEMENT
SKF a mis au point un produit pour répondre à la tendance du marché à la réduction du frottement et du poids pour tous les segments automobiles. Ce programme de développement visait à offrir un roulement de roue plus performant à un prix abordable. Ainsi est né le roulement de roue intégré dernière génération de SKF, le X-Tracker, un modèle à faible frottement qui offre un meilleur comportement au frottement grâce à une géométrie interne optimisée, une quantité de graisse justement dosée et une meilleure finition/topographie des pistes, le tout associé à un joint à faible traînée. Cette unité est équipée d’un joint à cassette caractérisé par l’optimisation des forces de contact au niveau des lèvres d’étanchéité et convient pour les applications soumises à des charges normales et/ou élevées.

Des simulations et des essais approfondis réalisés au sein de SKF indiquent que ce produit peut réduire la résistance au roulement de 25 % par rapport aux autres modèles SKF existants et contribuerait à une réduction des émissions de CO2 pouvant atteindre 1,3 g/km, le tout associé à une grande robustesse et une longue durée de service.

TURBOCOMPRESSEURS
Les turbocompresseurs ont un impact sur les performances globales du moteur. SKF a mis au point un nouvel ensemble-roulement à billes compact qui offre un frottement réduit et se traduit par un rendement supérieur du moteur pour les voitures et les camions. Cette unité repose sur un roulement à deux rangées de billes de super précision, à la place d’un palier lisse conventionnel, ce qui réduit le frottement et contribue par conséquent à une baisse de la consommation de carburant et des émissions pouvant atteindre 2 %. Cette performance s’explique par le frottement inférieur et une plus grande exactitude de rotation par rapport aux paliers lisses conventionnels. À faible vitesse, le turbo lag est également réduit.

L’ensemble-roulement à billes SKF spécial turbocompresseurs intègre des billes en céramique qui peuvent supporter des températures élevées et des conditions de lubrification médiocres, tout en réduisant les charges centrifuges sous des vitesses élevées. Les roulements à billes requièrent moins d’huile et offrent ainsi une combustion propre optimale. L’unité repose sur des technologies et matériaux de pointe comme l’acier aéronautique, les billes en céramique, un modèle de cage en acier et polymère renforcée. Les billes en céramique légères ont par ailleurs un effet protecteur sur l’huile de moteur qu’elles préservent des impuretés. Cette conception offre d’excellentes performances en termes de niveau sonore et une plus grande exactitude de rotation, sans oublier les fonctions d’amortissement et anti-rotation.

L’ensemble-roulement à billes SKF spécial turbocompresseurs est constitué d’un plus petit nombre de composants, ce qui facilite son assemblage, améliore la précision du montage et réduit les temps et les coûts de montage. Il s’agit d’une innovation majeure car elle ouvre à SKF des perspectives pour un certain nombre d’autres produits et applications émergents en lien avec les moteurs à combustion interne de prochaine génération. C’est le cas de la technologie de volant à inertie pour les systèmes de récupération d’énergie et de recyclage de la chaleur résiduelle destinés à des applications d’amélioration du rendement du moteur et de turborécupération.

SYSTÈMES STOP & START
En partenariat avec le groupe français Valeo, SKF a mis au point le roulement de détection position rotor qui constitue une pièce essentielle dans les alterno-démarreurs de première génération StARS et, maintenant, de seconde génération, i-StARS. Le système StARS a été mis au point pour les petites voitures hybrides de type Smart, Citroën C2 et C3 et Daimler Classe A. Le groupe PSA vient de lancer une nouvelle famille de moteurs diesels baptisés e-Hdi qui seront équipés du système i-StARS.

Les solutions StARS remplissent une double fonction : alternateur et démarreur.

Le roulement SKF de détection position rotor employé dans les alternateurs StARS et i-StARS de Valeo permet au moteur de tourner exclusivement lorsque le véhicule est en mouvement. StARS coupe automatiquement le moteur lorsque la vitesse du véhicule descend en dessous de 6 km/h, 8 km/h pour i-StARS, et le redémarre dès que le conducteur passe une vitesse (pour les voitures à boîte manuelle) ou relâche la pédale de frein (pour les automatiques). Cela a pour effet de réduire de façon significative la quantité de CO2 produite ainsi que la consommation de carburant.

Le roulement SKF de détection position rotor est un roulement rigide à billes équipé d’un capteur spécial fixé à la bague intérieure. Il crée un champ magnétique puissant, précis, répétitif et durable, capable de fonctionner dans un environnement difficile où les températures et la vitesse sont importantes. Ce champ magnétique permet de réceptionner des données sur la vitesse et sur la position de l’arbre, rendant possible la réversibilité du système.

Le système StARS supprime la consommation de carburant, le bruit et les fumées d’échappement lorsque le véhicule est immobile – ce qui représente jusqu’à 30 % du temps de conduite dans les zones urbaines à fort trafic. Le démarrage de la voiture s’effectue en silence lors de l’activation électronique de l’alternateur. Le système est facile à installer dans des alternateurs conventionnels. Il est par ailleurs compatible avec les systèmes électriques des voitures modernes.

Le roulement capteur de commutation a quant à lui été conçu pour les autres approches techniques des systèmes stop and start mises en œuvre dans les véhicules micro-hybrides et mild-hybrides. Cette unité vise à répondre à la demande du marché pour une mesure précise et répétable des positions de commutation des moteurs électriques à aimant permanent. Ses avantages spécifiques sont la facilité d’intégration et d’adaptation à l’application du client et une conception compacte et robuste qui permet une installation à proximité du moteur électrique sans perturbation des champs magnétiques environnants.

DIRECTION ASSISTÉE ÉLECTRIQUE
La direction assistée électrique représentait, en 2009, 22 % du marché mondial des systèmes de direction et devrait atteindre les 30 % d’ici 2014. La perspective de supprimer un grand nombre de pièces mécaniques comme l’arbre et la colonne de direction, le réducteur, etc., présente plusieurs avantages comme la simplification de la conception intérieure, une meilleure utilisation de l’espace, des mécanismes de direction modulaires et robustes et un renforcement de la sécurité.

SKF a mis au point une gamme de solutions mécatroniques prêtes à l’emploi à base de capteurs sûrs, fiables, robustes, sans maintenance et économiques.

Pour les véhicules routiers, le roulement SKF de détection position rotor allie les fonctions d’un roulement à la technologie de détection du positionnement angulaire absolu. Développé en guise d’alternative aux capteurs magnétiques de type revolver, c’est un modèle robuste et compact qui fournit des informations de positionnement extrêmement précises pour un faible coût d’utilisation au sein de l’application. Ce type de produit peut être utilisé pour déterminer la position angulaire absolue du rotor sur 360°. L’unité alimentée en 5 V consomme peu (40 mA) et s’intègre facilement au sein des systèmes de commande électroniques existants.

Grâce à la géométrie précise du roulement, l’unité génère des signaux sinus et cosinus extrêmement précis basés sur une technologie magnétique de pointe. Elle contribue à l’optimisation du rendement du moteur électrique et, par conséquent, à la réduction de la consommation de carburant et des émissions de CO2. Le faible encombrement axial procure en outre aux concepteurs une plus grande flexibilité et simplifie le montage, ce qui se traduit par une diminution des coûts de montage et de conception.

LOGICIEL DE VALIDATION
SKF a également créé un système logiciel de modélisation, baptisé Simulateur SKF de performances environnementales des véhicules (VEPS). C’est un logiciel capable de calculer, à partir du frottement des roulements, les économies réelles et la réduction des émissions de dioxyde de carbone pour l’ensemble d’un véhicule. Il peut de façon extrêmement précise modéliser la géométrie interne du roulement, puis déterminer l’effet de la moindre modification en termes d’émissions de dioxyde de carbone.

Le VEPS peut par conséquent aider à optimiser les montages de roulements en divers endroits du véhicule, comme la boîte de vitesses, lors de la phase de conception. Il permet d’identifier les positions de roulements les plus prometteuses en termes d’économies potentielles. Il peut analyser les conditions de charge au niveau de n’importe quelle position de roulement et mesurer l’impact correspondant sur le couple de frottement et la perte de puissance associée sous forme de contribution aux émissions de dioxyde de carbone d’un véhicule.

Ce logiciel permet d’établir une solide corrélation entre les futurs roulements et les réductions de consommation de carburant/émissions de CO2 à atteindre. Cette exclusivité SKF pourrait bien devenir un outil précieux pour l’industrie automobile en lui permettant d’évaluer objectivement la contribution positive d’une pièce éco-énergétique sur le rendement global d’un véhicule.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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