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钢活塞会“完胜”铝活塞吗

      近日,辉门在中国积极推广钢活塞技术,并声称随着国五标准的实施,钢活塞在中国重型柴油机领域有较大的需求。记者了解到,国内车用活塞制造企业及研发机构也在从事锻钢材料活塞的研究及产业化,比如渤海活塞已经启动了“高功率低排放发动机锻钢活塞技术研发与产业化”项目。

  411日,全柴集团总裁助理徐玉良告诉记者,目前全柴全部采用的铝合金活塞(简称“铝活塞”)。顺应轻量化大趋势,目前康明斯、玉柴、潍柴、全柴等国内外发动机都采用铝合金材料的活塞。那么,在铝活塞“大行其道”之时,为什么说2017年之后钢活塞会大发展?钢活塞具有哪些优势是铝活塞很难达到的?带着这些问题,记者采访了国内外多家知名活塞及柴油机企业。  
  ■  活塞必然与发动机升级同步
  “世界上最早的汽车发动机活塞是铸铁的,我国也是一样。后来,铝合金材料以其质轻、良好热传导性及较低膨胀系数等特点得到车用发动机企业的青睐并开始了产业化制造。”411日,山东滨州渤海活塞有限公司总经理助理刘世英如是说,随着大马力汽车发动机快速发展,尤其是重型柴油发动机涡轮增压、中冷技术的应用以及大缸径高压缩比、低排放要求的不断提高。传统铝合金活塞材料就无法满足其使用要求,因而国内外众多活塞材料研究机构和制造商推出了许多新型活塞材料,比如锻钢、陶瓷及复合材料等。据记者了解,目前陶瓷、复合材料等活塞成本过高技术仍未完全成熟。
  刘世英对记者说:“最早的钢活塞应用于1955年德国ELSBETT公司单缸柴油机上,ELSBETT公司于1977年首次申请专利,1984年该公司使用自动生产线生产锻钢活塞,2000年开始批量为美国卡特彼勒生产钢活塞。目前国外钢活塞已广泛应用于曼、卡特彼勒、康明期、戴姆勒、沃尔沃、奔驰等公司的高性能中重型柴油机上。”马勒中国区相关负责人告诉记者,继重型商用车和赛车发动机之后,钢活塞目前在欧美国家逐步被用于乘用车柴油发动机。
  ■  钢活塞满足高性能柴油机强化指标
  与铝活塞相比,钢活塞技术到底有哪些优势能够满足高性能重型发动机的需求?
  在采访中,刘世英对记者说:“铝活塞质量轻、往复惯性小,制造成本低,但不能适应高强性能柴油机的要求,而钢活塞能够胜任,同时活塞压缩比小,能够降低发动机整体高度。目前其制造成本高,包括毛坯和机械加工,对于制造技术和设备要求也较高,但产业化以后成本会大幅下降。”
  在今年2月底召开的辉门钢活塞技术交流会上,辉门动力总成重型车辆/能源、工业及运输活塞全球应用工程总监Norbert Schneider也对记者详细介绍了钢活塞的优势。他说:“首先,我们的钢活塞采用了双摩擦焊结构,拥有大尺寸封闭式高置冷却通道,因此具备卓越抗高温性能,可承受重型商用车发动机的高气缸压力。其次,钢活塞的喉口温度能降低多达50100摄氏度。封闭式焊接油道结构最大负荷时仍能减少活塞环槽变形度高达80%,增强喉口设计疲劳强度高达4倍,这样就能有效解决国五和国六标准对热负荷、机械负荷、摩擦磨损和缸套穴蚀等方面提出的高规格要求。三是钢活塞独特的销孔工艺极大地提高了钢活塞的可靠性,特殊的减重设计实现了钢活塞的轻量化设计,而低摩擦涂层则能显著降低活塞的摩擦损失,这些特点都大大提高了活塞的可靠性,同时降低了二氧化碳的排放。”
  马勒公司相关负责人告诉记者,在欧盟NEDC工况检测中显示,与铝活塞相比,马勒钢活塞相当于节省了3%的燃料。通过减少摩擦损失和改进热力学,钢活塞在减少二氧化碳排放方面有着显著的潜力。
  ■  高爆发压力将改变游戏规则
  “爆发压力是整个发动机行业改变游戏规则的一个非常关键的因素。”Norbert Schneider对记者说,国五、国六排放标准的实施,中国汽车发动机将会有较大的变化,尤其是重型柴油机对钢活塞的需求将会日益上升。
  爆发压力是发动机气缸里最高压力,它决定了发动机对外输出的功率及排放。Norbert Schneider向记者介绍欧美发达国家发动机爆发压力的演变趋势。1961年只有110bar2000年上升到180bar,随后几年加速上升至240bar, 预计2020年将达到270bar。而目前中国车用发动机的爆发压力低于180bar,但Norbert Schneider判断,商用车实施国五排放标准后,重型商用车的爆发压力就会达到180bar以上,接近钢活塞爆发压力区域。因此,我国实现国五排放标准以后,钢活塞技术将会有“有武之地”。

 

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