全新的活塞环 — 专为降低排放目标而设计

文章来源:SAE《汽车工程》杂志 点击数:16 发布时间:2018-01-08
专业材料研发公司Materion正在研究的就是这一问题。就已经透露的一些细节可知,Materion将通过实测研发一款新的硅金属强化铜合金,以增强压缩机活塞环的工效。这一技术被称为PerforMet,适用对象是小型增压发动机,使之同自然吸气式发动机相比,能够应对更加高温高压的作业环境。
全新的活塞环 — 专为降低排放目标而设计

图中展示的是Materion全新活塞环技术的效果。该技术正在进行真实工况测试。(图例来源:Materion集团)

为了实现每车平均碳排放不超过95克/公里的目标,以达到欧盟6d CO2排放标准,发动机制造商不断发出号召,希望供应商和专业研发公司能够给予他们技术支持。

专业材料研发公司Materion正在研究的就是这一问题。就已经透露的一些细节可知,Materion将通过实测研发一款新的硅金属强化铜合金,以增强压缩机活塞环的工效。这一技术被称为PerforMet,适用对象是小型增压发动机,使之同自然吸气式发动机相比,能够应对更加高温高压的作业环境。

Materion业务发展部总监David Krus指出,让更小的发动机输出和以往相同的动力和扭矩,同时也会对铝合金活塞用料产生磨损和疲劳等负面作用,影响耐用性。

“这会带来可靠性方面的问题。”Krus在接受SAE《汽车工程》杂志采访时谈到,“随着活塞顶部温度不断升高,早燃(敲缸)的可能性也会不断增加,影响发动机性能。”

Krus表示,在大大提升了导热性之后,PerforMet活塞环的研发已经取得了很大进展。他补充说,“这使得无效热量可以尽可能被带离活塞,导入发动机体和冷却套管。”

那么为何之前一直没有尝试这一技术呢?Krus解释说,这是因为Materion这一特殊合金无法直接浇筑成近净环形状(near-netring shapes)。同时,其他一些生产环状金属件的常用工艺,如异型钢丝,也很难应用到这一合金上。因此,这一想法只能等到相应技术成熟时,才能付诸实践。

英国技术咨询公司GE精密工程及当时公司的技术总监Scott Bredda参与了同Materion的合作。Bredda建议使用这一新的合金技术来加工热传导活塞环。

David Krus说,他希望PerforMet环能首先登陆欧洲的OEM市场。(图片来源:Materion集团)

Krus解释说:“最初,我们的想法是用这一技术来加工阀门座和阀门导管。然后才产生了用其加工活塞环的想法。我们都觉得这主意实在太棒了!我们把它放到热学模型中(这一模型原本是用在Ultraboost项目上的,希望能在2.0升的I4增压发动机上实现5.0升V8发动机的性能),然后看到温度降低了很多。因此我们猜想这个方向应该是正确的,于是开始着手研发这一活塞环。”

据Materion称,合金活塞环的效能最高可达普通铁基活塞环的4倍,不仅活塞温度可以比以往最多降低25°C,活塞顶部温度也能最多降低30°C,既增强了活塞的抗疲劳能力,也提升了燃烧效能。

PerforMet成功问世后,发动机制造商也将有更多新的方案可供选择,其中就包括把活塞顶环的位置上移,以缩小活塞环和活塞顶之间的空腔,使积聚在未点燃部位的燃料有所减少,从而降低燃烧不充分而造成的尾气排放。

Materion宣布,PerforMet环已在内燃机汽车上进行实测,以了解其耐用性、使用寿命以及抗磨损等具体特性。同时公司还表示,有两家“全球性大型汽车制造商”正计划于今年晚些时候,在多汽缸发动机上测试PerforMet活塞环。

Krus说,Materion期待PerforMet环能率先进入欧洲市场,以帮助汽车厂商达到2020年法规要求。而要打入北美市场,则有可能要借助赛车赛事上的宣传推广。