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近日，輝門在中國積極推廣鋼活塞技術，并聲稱隨著國五標準的實施，鋼活塞在中國重型柴油機領域有較大的需求。記者了解到，國內車用活塞制造企業及研發機構也在從事鍛鋼材料活塞的研究及產業化，比如渤海活塞已經啟動了“高功率低排放發動機鍛鋼活塞技術研發與產業化”項目。 4月11日，全柴集團總裁助理徐玉良告訴記者，目前全柴全部采用的鋁合金活塞（簡稱“鋁活塞”）。順應輕量化大趨勢，目前康明斯、玉柴、濰柴、全柴等國內外發動機都采用鋁合金材料的活塞。那么，在鋁活塞“大行其道”之時，為什么說2017年之后鋼活塞會大發展？鋼活塞具有哪些優勢是鋁活塞很難達到的？帶著這些問題，記者采訪了國內外多家知名活塞及柴油機企業。
■ 活塞必然與發動機升級同步 “世界上最早的汽車發動機活塞是鑄鐵的，我國也是一樣。后來，鋁合金材料以其質輕、良好熱傳導性及較低膨脹系數等特點得到車用發動機企業的青睞并開始了產業化制造。”4月11日，山東濱州渤海活塞有限公司總經理助理劉世英如是說，隨著大馬力汽車發動機快速發展，尤其是重型柴油發動機渦輪增壓、中冷技術的應用以及大缸徑高壓縮比、低排放要求的不斷提高。傳統鋁合金活塞材料就無法滿足其使用要求，因而國內外眾多活塞材料研究機構和制造商推出了許多新型活塞材料，比如鍛鋼、陶瓷及復合材料等。據記者了解，目前陶瓷、復合材料等活塞成本過高技術仍未完全成熟。 劉世英對記者說：“最早的鋼活塞應用于1955年德國ELSBETT公司單缸柴油機上，ELSBETT公司于1977年首次申請專利，1984年該公司使用自動生產線生產鍛鋼活塞，2000年開始批量為美國卡特彼勒生產鋼活塞。目前國外鋼活塞已廣泛應用于曼、卡特彼勒、康明期、戴姆勒、沃爾沃、奔馳等公司的高性能中重型柴油機上。”馬勒中國區相關負責人告訴記者，繼重型商用車和賽車發動機之后，鋼活塞目前在歐美國家逐步被用于乘用車柴油發動機。 ■ 鋼活塞滿足高性能柴油機強化指標 與鋁活塞相比，鋼活塞技術到底有哪些優勢能夠滿足高性能重型發動機的需求？ 在采訪中，劉世英對記者說：“鋁活塞質量輕、往復慣性小，制造成本低，但不能適應高強性能柴油機的要求,而鋼活塞能夠勝任，同時活塞壓縮比小，能夠降低發動機整體高度。目前其制造成本高，包括毛坯和機械加工，對于制造技術和設備要求也較高，但產業化以后成本會大幅下降。” 在今年2月底召開的輝門鋼活塞技術交流會上，輝門動力總成重型車輛/能源、工業及運輸活塞全球應用工程總監Norbert Schneider也對記者詳細介紹了鋼活塞的優勢。他說：“首先，我們的鋼活塞采用了雙摩擦焊結構，擁有大尺寸封閉式高置冷卻通道，因此具備卓越抗高溫性能，可承受重型商用車發動機的高氣缸壓力。其次，鋼活塞的喉口溫度能降低多達50至100攝氏度。封閉式焊接油道結構最大負荷時仍能減少活塞環槽變形度高達80%，增強喉口設計疲勞強度高達4倍，這樣就能有效解決國五和國六標準對熱負荷、機械負荷、摩擦磨損和缸套穴蝕等方面提出的高規格要求。三是鋼活塞獨特的銷孔工藝極大地提高了鋼活塞的可靠性，特殊的減重設計實現了鋼活塞的輕量化設計，而低摩擦涂層則能顯著降低活塞的摩擦損失，這些特點都大大提高了活塞的可靠性，同時降低了二氧化碳的排放。” 馬勒公司相關負責人告訴記者，在歐盟NEDC工況檢測中顯示，與鋁活塞相比，馬勒鋼活塞相當于節省了3%的燃料。通過減少摩擦損失和改進熱力學，鋼活塞在減少二氧化碳排放方面有著顯著的潛力。 ■ 高爆發壓力將改變游戲規則 “爆發壓力是整個發動機行業改變游戲規則的一個非常關鍵的因素。”Norbert Schneider對記者說，國五、國六排放標準的實施，中國汽車發動機將會有較大的變化，尤其是重型柴油機對鋼活塞的需求將會日益上升。 爆發壓力是發動機氣缸里最高壓力，它決定了發動機對外輸出的功率及排放。Norbert Schneider向記者介紹歐美發達國家發動機爆發壓力的演變趨勢。1961年只有110bar，2000年上升到180bar，隨后幾年加速上升至240bar, 預計2020年將達到270bar。而目前中國車用發動機的爆發壓力低于180bar，但Norbert Schneider判斷，商用車實施國五排放標準后，重型商用車的爆發壓力就會達到180bar以上，接近鋼活塞爆發壓力區域。因此，我國實現國五排放標準以后，鋼活塞技術將會有“有武之地”。 |
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