当前关于进一步降低CO2排放及节约燃油消耗的讨论引起了公众对具备更好的燃油经济性车辆的浓厚兴趣。除了诸如混合动力技术、缸内直喷技术、发动机小型化技术等发展方向外,挖掘现有的技术潜能,进一步降低发动机的摩擦功耗也显得越来越重要。
发动机的摩擦功耗对燃油消耗可产生重要影响。而且由于当前发动机的燃烧效率不断提高,发动机摩擦功耗对油耗的影响日益凸显,特别是在部分负荷工况下。NEDC(新欧洲试验规范)的测试循环也证明了摩擦功耗对燃油消耗的极大影响。现代发动机摩擦功耗的主要来源是活塞组件,包括活塞及活塞环。另外,曲轴及轴瓦组件、气门组件及其他一些附件也产生摩擦功耗。
图1 马勒发动机零部件
作为一个系统供应商,马勒采用系统集成化的方式,多年来一直致力于开发能够明显降低摩擦功耗的发动机部件。通过与客户合作及独立开发,马勒进行了最新的发动机零部件开发工作。马勒的技术专长涵盖了活塞总成(包括活塞、活塞销、连杆、活塞环和气缸套)、气门驱动系统及曲轴轴瓦单元。
在摩擦功耗的测量和分析方面,马勒也制定了相应的标准。这项工作的要求非常苛刻,需要很高的测量精度和可重复性。这项技术包括对单个零部件或子系统的分析,利用外部加压方式对完整发动机进行测量,以及通过分解分析法等来确定发动机的摩擦功耗。马勒基础研发部和马勒动力总成密切合作,使这些创新的测量方法得到了进一步优化。
目前,进一步降低摩擦功耗的趋势是非常明显的:
1.辅助动力单元的电力驱动日益广泛
电机驱动改善了控制的方式和实现需求的精度。对机油及冷冻液循环的控制也还有改进的空间。将来,多级机油泵及缸盖和缸体分体冷却等概念能对其控制进行进一步的优化。
2.气门方面
从滑动到滚动接触的转变将带来重要的改进。在发动机零部件的批量生产中,涂层技术也被更广泛地使用,尤其是PVD和DLC涂层正在得到深入地推广。关于气缸套摩擦表面,例如激光珩磨等最新优化的制造工艺的成功,将不仅能降低机油消耗,并且能显著降低摩擦功耗,尤其是在发动机的磨合阶段。
3.用滚针轴承替换滑动轴承
用滚针轴承替换滑动轴承可以进一步降低摩擦功耗。然而,复杂及高成本的生产过程阻碍了它们在近期被广泛采用的可能性。在目前滑动轴瓦的开发中,对混合摩擦区的优化也显得很有效。适应新的机油粘度等级和成分的设计,可以进一步改进摩擦功耗。
4.活塞组件方面
活塞环的环高和切向力正逐步降低。两环活塞系统的应用代表了开发的未来趋势。通过改进生产过程和新的设计,活塞组件可以适用日益提高的要求,重量正在逐渐减少,而承受的最大压力和使用寿命在逐步提高。未来新材料的运用也将提供优化活塞组件的途径。
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