日益嚴(yán)苛的排放法規(guī)給重型
發(fā)動機(jī)帶來了更高熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷的挑戰(zhàn)，同時(shí)還需要適應(yīng)燃燒系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)技術(shù)改進(jìn)所帶來的變化，實(shí)現(xiàn)廢熱回收利用并提高燃油經(jīng)濟(jì)性。
輝門動力總成重型車輛/能源、工業(yè)及運(yùn)輸
活塞全球應(yīng)用工程總監(jiān)NorbertSchneider日前在上海舉辦的媒體溝通會上透露，輝門動力總成已將其領(lǐng)先的Monosteel®鋼活塞技術(shù)引入中國，以滿足國五、國六排放法規(guī)下重型
柴油機(jī)對性能卓越的活塞的需求。據(jù)稱，2017年Monosteel®鋼活塞將在輝門位于青島的活塞工廠批量生產(chǎn)。
媒體溝通會上，NorbertSchneider針對鋼活塞的市場需求、關(guān)鍵技術(shù)、中國本土化進(jìn)程等問題與蓋世汽車等國內(nèi)主流汽車媒體進(jìn)行了深入的溝通交流。
鋼活塞的“剛性”需求
爆發(fā)壓力與發(fā)動機(jī)的輸出功率、排放等關(guān)鍵指標(biāo)直接相關(guān)。NorbertSchneider列舉的歐美國家“1960年-2020年重型
柴油發(fā)動機(jī)爆發(fā)壓力趨勢”顯示：1961年，發(fā)動機(jī)爆發(fā)壓力只有110bar，2000年上升到180bar，而隨后幾年，爆發(fā)壓力加速上升，目前已經(jīng)達(dá)到240bar,預(yù)計(jì)2020年將達(dá)到270bar。歐盟于2009年、2014年先后實(shí)施了歐五、歐六排放標(biāo)準(zhǔn)，而據(jù)了解，歐美絕大部分重型柴油機(jī)都已經(jīng)使用鋼活塞，輝門動力總成從2003年開始在歐美批量投產(chǎn)鋼活塞。
NorbertSchneider進(jìn)而分析，目前中國實(shí)施的是國四排放標(biāo)準(zhǔn)（部分城市已實(shí)施國五標(biāo)準(zhǔn)），2017年7月起全國范圍實(shí)行國五排放標(biāo)準(zhǔn)，2020年將實(shí)施國六排放標(biāo)準(zhǔn)。國內(nèi)重型柴油機(jī)的爆發(fā)壓力在國五標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施時(shí)將達(dá)到180bar以上，屆時(shí)，鋼活塞的需求量會大幅增加，市場爆發(fā)期則會隨著國六排放標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施而到來，預(yù)計(jì)到2022年，鋼活塞的需求量將達(dá)到200萬只左右。
“Monosteel®鋼活塞今年開始在中國的
商用車應(yīng)用。目前為止，我們和中國主機(jī)廠正在開發(fā)的鋼活塞項(xiàng)目已有8個(gè)。在項(xiàng)目開發(fā)階段，Monosteel®鋼活塞由北美工廠提供樣品件。第一個(gè)中國的批產(chǎn)項(xiàng)目暫時(shí)由歐洲工廠提供支持。2017年，輝門青島活塞工廠將開始批量生產(chǎn)Monosteel®鋼活塞。”NorbertSchneider向記者表示。
鋼活塞較鋁活塞的優(yōu)勢
目前國內(nèi)發(fā)動機(jī)大部分都是使用鋁活塞，那么鋼活塞和鋁活塞相比有什么優(yōu)勢？
“輝門動力總成能夠做到活塞的總成裝配（包括
活塞銷）和傳統(tǒng)鋁活塞的重量相當(dāng)，甚至更輕，但是性能卻遠(yuǎn)超鋁活塞。”NorbertSchneider對此解釋稱，“鋼的強(qiáng)度比鋁的強(qiáng)度高很多，在滿足相同使用需求的情況下，鋼活塞的高度可以降低，壁厚也可以很薄。這一點(diǎn)對主機(jī)廠來說非常重要，可以減輕發(fā)動機(jī)重量、節(jié)省材料、降低成本。”NorbertSchneider說：“跟傳統(tǒng)鋁活塞相比，輝門動力總成的Monosteel®鋼活塞高度可降低30%，同時(shí)減少摩擦損失，降低燃油耗。參照歐洲的駕駛路況，最多可降低1%的燃油耗。”
“鋁活塞和鋼活塞相比，熱膨脹系數(shù)更高。所以，一旦發(fā)動機(jī)運(yùn)行起來變熱了，鋁活塞和
缸套之間的間隙會非常小，接近零，而鋼活塞可以保證比較大的間隙。間隙小會導(dǎo)致摩擦損失比較高。僅僅是因?yàn)榛钊滋字g的間隙不同，Monosteel®鋼活塞可以節(jié)省1%的燃油耗。”NorbertSchneider說。
“鋼活塞可以承受更高的溫度和更高的爆發(fā)壓力，可以讓發(fā)動機(jī)廠具備進(jìn)一步提高發(fā)動機(jī)燃燒溫度和燃燒壓力的條件，從而進(jìn)一步降低燃油耗，這一點(diǎn)鋁活塞無法實(shí)現(xiàn)。”NorbertSchneider表示。
滿足國六發(fā)動機(jī)需求的鋼活塞如何“煉”成？
NorbertSchneider稱，中國即將實(shí)施的國五和國六排放法規(guī)與歐五、歐六排放標(biāo)準(zhǔn)非常接近，經(jīng)過了歐洲和北美市場長期、廣泛的應(yīng)用驗(yàn)證，Monosteel®鋼活塞同樣會非常適合于中國市場。
NorbertSchneider介紹了Monosteel®鋼活塞得以滿足國六發(fā)動機(jī)需求的幾大關(guān)鍵技術(shù)和特性：
雙摩擦焊結(jié)構(gòu)。這是Monosteel®鋼活塞最關(guān)鍵的特性，其同時(shí)具有內(nèi)部和外部兩個(gè)摩擦焊點(diǎn)，焊接處材料承受了高溫和高壓作用、形成完美的晶粒間的結(jié)合，不會降低結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，這使得Monosteel®鋼活塞可以承受超過250bar的爆發(fā)壓力。
大型封閉式高置油道。發(fā)動機(jī)燃燒室的高溫導(dǎo)致活塞喉口區(qū)域溫度極高，這是活塞面臨的一大挑戰(zhàn)。Monosteel®鋼活塞設(shè)計(jì)了一個(gè)封閉的、大容量的、位置接近活塞喉部的機(jī)油
冷卻油道，從而保證這個(gè)區(qū)域的溫度不會太高，使發(fā)動機(jī)燃燒室可以提升更高的溫度。
全尺寸活塞裙部。相對較長的裙部能夠提高活塞運(yùn)動過程中的穩(wěn)定性，減少二階運(yùn)動的影響。由此可防止發(fā)動機(jī)缸套表面產(chǎn)生穴蝕，這也是重型發(fā)動機(jī)上比較常見的失效種類。另外，Monosteel®鋼活塞裙部采用EcoToughDiesel低摩擦涂層，并設(shè)計(jì)優(yōu)化最佳裙部型線，顯著降低摩擦損失、提高耐磨損性，滿足重型柴油機(jī)100萬公里以上使用壽命的需求。而通過FEA計(jì)算對裙部型線優(yōu)化幾微米，燃油耗就可降低0.2%。
質(zhì)量輕、壓縮高度低。鋼活塞的鋼性材質(zhì)使其較鋁活塞可以降低壓縮高度，幫助發(fā)動機(jī)輕量化。另外，通常活塞只有三道環(huán)槽——兩道氣環(huán)、一道油環(huán)，而Monosteel®鋼活塞具有第四道環(huán)槽。這相對較大的第四道環(huán)槽并不是用來安裝
活塞環(huán)，而是為降低活塞重量、控制發(fā)動機(jī)漏氣量和燃油耗而專門設(shè)計(jì)。
Monosteel鋼活塞的本土化進(jìn)程
“雖然Monosteel®鋼活塞明年才會在中國批量生產(chǎn)，但是我們的工程準(zhǔn)備從五年前就開始了。2011年輝門亞太技術(shù)中心（上海）的工程隊(duì)伍就開始參與鋼活塞的具體開發(fā)。”NorbertSchneider向記者介紹說。
據(jù)了解，輝門上海亞太技術(shù)中心目前已完全具備了Monosteel®鋼活塞的設(shè)計(jì)和分析能力，隨著鋼活塞生產(chǎn)線的引進(jìn)，一系列更深入的和歐洲、北美技術(shù)中心的交流、人員培訓(xùn)也有條不紊地進(jìn)行，其目標(biāo)是以本地化的設(shè)計(jì)和分析能力，支持Monosteel®鋼活塞的本土化生產(chǎn)。
談及鋼活塞在中國的市場預(yù)期，NorbertSchneider表示，“發(fā)動機(jī)技術(shù)的提升主要還是由排放標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)推動，中國和歐美的排放法規(guī)越來越接近，發(fā)動機(jī)的爆發(fā)壓力、燃燒室溫度等差距越來越小。所以輝門認(rèn)為Monosteel®鋼活塞在中國的應(yīng)用與歐美市場相比不會有較大的差別，一些細(xì)微的差異，因輝門動力總成具備本土化的工程開發(fā)能力，產(chǎn)品優(yōu)化工作由上海技術(shù)中心的工程團(tuán)隊(duì)完成。針對歐五歐六的產(chǎn)品開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，可以幫助我們縮短國五國六產(chǎn)品的開發(fā)周期，可以少走彎路。”
至于Monosteel®鋼活塞的產(chǎn)能，NorbertSchneider稱，根據(jù)市場發(fā)展趨勢規(guī)劃產(chǎn)能，滿足中國客戶的需求。明年第一條生產(chǎn)線引入青島工廠，之后隨著市場需求的增長不斷進(jìn)行投入。NorbertSchneider強(qiáng)調(diào)，針對中國市場的策略是本地化，包括本地化工程技術(shù)服務(wù)、本地化生產(chǎn)。
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