科尔本施密特有限公司

新一代乘用车活塞系统实现二氧化碳减排1.7%

世界各地针对汽车行业的立法多年来一直呼吁降低排放;与此同时,汽车制造商对长时间运行和活塞系统高负载能力的需求也在不断提高。

科尔本施密特有限公司近年来不断扩大其在系统集成和摩擦学的专业知识和技术。他们为此采取的举措之一是与日本活塞环制造商理研(Riken)的成功联盟。联盟有助于进一步开发定制活塞系统,该系统能大幅度减少摩擦,满足很高的技术要求。

Liteks-4活塞轻量设计针对点火式发动机,技术发展日臻成熟,可投入量产。该活塞产品可与活塞环垫块和冷却通道结合使用,应用于高性能领域。测试台和随后的车辆模拟测量结果显示新欧洲行驶循环中的二氧化碳减排量约为1.7%。

自2006年推出Liteks设计以来,目前在世界各地的车辆上已经安装了超过1亿个轻型活塞,为环保做出了一份贡献。目前,新一代的Liteks-4产品已经可以进行批量生产。这一款活塞已通过最先进的测试方法检验了产品的功能和坚固性。产品研发特别注重摩擦的减少,也对此设定了雄心勃勃的目标。

在相同的电机负载下,最新一代的活塞产品与前代产品相比,活塞重量减少了十分之一。 这也影响到了预算和直接喷射式发动机的应用,通过使用活塞环垫块和冷却剂管道,可以提高直接喷射式发动机的热能和机械负载。为了给活塞减重,公司不断推进对该设计方案特征功能的研发。 圆顶式轮毂面的设计平稳过渡到箱壁,通过活塞环底切的两个弯梁可以尽可能减少燃烧室一侧的应力。同样,产品设计让KS309耐高温合金的所有已知材料特性优点发挥到极致,也使壁厚降至最低。

改善摩擦性能

第四代Liteks活塞摩擦性能改善的重要基础是对活塞基本结构的进一步改善和对运行间隙形状的进一步开发。 在新设计中,加压侧和回压边的杆宽有了进一步减小。 活塞的运行间隙设计为不对称的凸形。加压侧和回压边在不同轴高度上使用了不同的椭圆度。在考虑了活塞和气缸轨道的热变形情况后,这种变化可以优化活塞外轮廓摩擦,同时减噪。

除了减少与气缸表面接触的混合摩擦部件之外,产品还使用了公司的Nanofriks轴涂层。它由纳米颗粒、粘合剂、固体润滑剂和添加剂组合而成。磨损试验机的检测结果证明,与常规系列涂料相比,这种涂层的摩擦系数和磨损量减少了一半以上,符合电机应用中对降低燃料消耗和高可靠性的当前要求。

用于低摩擦活塞环的类金刚石碳

除了摩擦优化的活塞之外,目前我们也在使用光滑的喷丝滚筒表面,以满足当前对二氧化碳排放的立法要求。具有硬质材料涂层的活塞环(例如类金刚石薄膜(DLC))可以显著降低电机特征区域内的摩擦。总的来说,优化后的活塞系统与目前的产品系列相比,保持了相同的低油耗,同时可以减少四分之一的摩擦。

测试台测量结果良好

为了实现为整个活塞系统所设定的摩擦目标,结合Liteks 4新一代活塞产品,我们在开发阶段进行了弹性流体动力学多体模拟。 新一代活塞的第一批原型产品在科施公司自行研发的浮动式发动机上经过了测试,并且证明了模拟结果的准确性。在全负荷情况下,新款Liteks活塞的摩擦损失可以最高降低28%。在部分载荷的情况下,摩擦损失减少了7%。

#为进一步验证产品特性,我们应当首先证明新款活塞有助于降低燃油消耗量。 为此,一个已经过摩擦优化的现代三缸发动机按照Liteks-4活塞设计进行了改装,使用了低摩擦环圈。 针对这一产品系列的变型和优化的活塞系统,我们进行了每个操作运行点的能耗测量,为了之后能够完成新欧洲行驶循环的模拟。 结果显示,使用了新型Liteks-4设计后,新欧洲行驶循环C型车的二氧化碳减排量可达到1.7%。

背景信息: 早在2015年,科尔本施密特有限公司和日本理研公司在活塞和活塞环技术领域就已经达成协议,双方将在销售和开发活塞系统方面进行全球战略合作。 这一系列努力的目的是为了应对日益严格的排放法规,尽可能降低车队的能耗。 自此以后,这一联合开发的活塞系统已经在几个代加工生产厂商处成功地投入量产。