日益嚴苛的排放法規(guī)給重型
發(fā)動機帶來了更高熱負荷和機械負荷的挑戰(zhàn)，同時還需要適應燃燒系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)技術改進所帶來的變化，實現(xiàn)廢熱回收利用并提高燃油經(jīng)濟性。
輝門動力總成重型車輛/能源、工業(yè)及運輸
活塞全球應用工程總監(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先的Monosteel®鋼活塞技術引入中國，以滿足國五、國六排放法規(guī)下重型
柴油機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、關鍵技術、中國本土化進程等問題與蓋世汽車等國內主流汽車媒體進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)動機的輸出功率、排放等關鍵指標直接相關。NorbertSchneider列舉的歐美國家“1960年-2020年重型
柴油發(fā)動機爆發(fā)壓力趨勢”顯示：1961年，發(fā)動機爆發(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)達到240bar,預計2020年將達到270bar。歐盟于2009年、2014年先后實施了歐五、歐六排放標準，而據(jù)了解，歐美絕大部分重型柴油機都已經(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進而分析，目前中國實施的是國四排放標準（部分城市已實施國五標準），2017年7月起全國范圍實行國五排放標準，2020年將實施國六排放標準。國內重型柴油機的爆發(fā)壓力在國五標準實施時將達到180bar以上，屆時，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準的實施而到來，預計到2022年，鋼活塞的需求量將達到200萬只左右。
“Monosteel®鋼活塞今年開始在中國的
商用車應用。目前為止，我們和中國主機廠正在開發(fā)的鋼活塞項目已有8個。在項目開發(fā)階段，Monosteel®鋼活塞由北美工廠提供樣品件。第一個中國的批產(chǎn)項目暫時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
目前國內發(fā)動機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，甚至更輕，但是性能卻遠超鋁活塞。”NorbertSchneider對此解釋稱，“鋼的強度比鋁的強度高很多，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。這一點對主機廠來說非常重要，可以減輕發(fā)動機重量、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)動機運行起來變熱了，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。間隙小會導致摩擦損失比較高。僅僅是因為活塞跟缸套之間的間隙不同，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)動機廠具備進一步提高發(fā)動機燃燒溫度和燃燒壓力的條件，從而進一步降低燃油耗，這一點鋁活塞無法實現(xiàn)。”NorbertSchneider表示。
滿足國六發(fā)動機需求的鋼活塞如何“煉”成？
NorbertSchneider稱，中國即將實施的國五和國六排放法規(guī)與歐五、歐六排放標準非常接近，經(jīng)過了歐洲和北美市場長期、廣泛的應用驗證，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)動機需求的幾大關鍵技術和特性：
雙摩擦焊結構。這是Monosteel®鋼活塞最關鍵的特性，其同時具有內部和外部兩個摩擦焊點，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合，不會降低結構強度，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)動機燃燒室的高溫導致活塞喉口區(qū)域溫度極高，這是活塞面臨的一大挑戰(zhàn)。Monosteel®鋼活塞設計了一個封閉的、大容量的、位置接近活塞喉部的機油
冷卻油道，從而保證這個區(qū)域的溫度不會太高，使發(fā)動機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動過程中的穩(wěn)定性，減少二階運動的影響。由此可防止發(fā)動機缸套表面產(chǎn)生穴蝕，這也是重型發(fā)動機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，并設計優(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100萬公里以上使用壽命的需求。而通過FEA計算對裙部型線優(yōu)化幾微米，燃油耗就可降低0.2%。
質量輕、壓縮高度低。鋼活塞的鋼性材質使其較鋁活塞可以降低壓縮高度，幫助發(fā)動機輕量化。另外，通?；钊挥腥拉h(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)動機漏氣量和燃油耗而專門設計。
Monosteel鋼活塞的本土化進程
“雖然Monosteel®鋼活塞明年才會在中國批量生產(chǎn)，但是我們的工程準備從五年前就開始了。2011年輝門亞太技術中心（上海）的工程隊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，輝門上海亞太技術中心目前已完全具備了Monosteel®鋼活塞的設計和分析能力，隨著鋼活塞生產(chǎn)線的引進，一系列更深入的和歐洲、北美技術中心的交流、人員培訓也有條不紊地進行，其目標是以本地化的設計和分析能力，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期，NorbertSchneider表示，“發(fā)動機技術的提升主要還是由排放標準和法規(guī)推動，中國和歐美的排放法規(guī)越來越接近，發(fā)動機的爆發(fā)壓力、燃燒室溫度等差距越來越小。所以輝門認為Monosteel®鋼活塞在中國的應用與歐美市場相比不會有較大的差別，一些細微的差異，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)化工作由上海技術中心的工程團隊完成。針對歐五歐六的產(chǎn)品開發(fā)經(jīng)驗，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行投入。NorbertSchneider強調，針對中國市場的策略是本地化，包括本地化工程技術服務、本地化生產(chǎn)。
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