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密封动态:辉门动力总成新型高导热气门座圈与导管显著降低发动机气门温度2017.09.15
辉门动力总成新型高导热气门座圈与导管显著降低发动机气门温度
 

  辉门动力总成将在法兰克福 2017 国际商用车及零部件展 (IAA) 上隆重推出可显著提高气门座圈和导管热传导性的新型材料。这种新型高导热 (HTC) 材料以及热介质材料 (TIM) 涂层适合批量生产,能够使气门头部温度最大降低 70°C,从而优化燃烧效率并减少排放。

  “对于如今的高增压小型发动机来说,如果气门温度过高,会导致气门疲劳、寿命缩短以及气门导管和气门杆油封的临界温度升高,从而需要使用昂贵的气门合金材料来弥补这一缺陷。如果通过延迟点火时间来减少‘爆震’ 的发生并通过浓缩燃料来保护组件不达到临界温度,又会增加二氧化碳的排放。” 辉门动力总成首席技术官 Gian Maria Olivetti 解释道,“通过降低气门头部温度可以避免这些问题的出现,而开发适合批量生产的产品则有助于我们及时响应大众市场的需求。” 此外,HTC 材料还有助于使气门座圈本身以及汽缸盖周围材料的温度分布更加均匀,从而消除局部热点,达到减少磨损和降低热变形的目的。

  更好的热传导性意味着更冷的气门

  气门座圈是将燃烧热量从气门头部传递到缸盖冷却水套的主要路径。通过将更多的热量从气门头部导出,这种新型气门座圈材料可以降低燃烧室最热部分的温度以及压缩冲程结束时的气体温度,从而提高抗爆震性能,提供一个更宽的提前点火时间范围以优化燃烧。此外,由于无需通过浓缩燃料来实现冷却,二氧化碳排放量得到了降低。就排气门头部合金材料而言,温度每降低 20°C,合金的规格和价格就会下降一个等级。

  气门导管则是将燃烧热量从气门杆传递到缸盖的主要路径。这种新型气门导管材料可将更多的热量从气门杆导出,从而使局部温度降低至临界阈值以下(温度一旦达到临界阈值,气门杆油封和润滑油便会出现问题)。

  HTC 材料具有更好的散热能力

  辉门动力总成研发的 HTC 材料基于粉末冶金技术,适用于生产气门座圈和导管,其规格具有高度可配置性。气门座圈采用渗铜工艺提升热导性,而气门导管的工作温度较低且需要留有空隙用于存留机油,因此采用的是少量游离铜颗粒和连通性好的铜合金。双层复合气门座圈的下层材料不再仅仅充当与气缸盖相接的廉价“载体”,而是扮演将更多热量从气门头部导出的角色以满足工程需求。

  TIM 涂层 - 分界层

  辉门动力总成研发的 TIM 涂层通过填补配合面上不规则区域之间的空隙,大大提升了座圈和导管与汽缸盖交界处的热导性。如此就消除了通常会导致导热路径中断的微小气泡,并提高了与汽缸盖表面的贴合性。HTC 材料能够降低气门温度,而根据测试结果,在某些发动机中,TIM 涂层可充当一个热桥,消除两个部件之间的导热障碍,从而使温度下降更为明显。铜基涂层 TIM 经过一系列合理的预处理后方可发挥出其效果,辉门动力总成还需要对其开展大量开发工作,以确保即使是在多孔表面也能实现良好的附着性,而不会影响材料的热导效果。

  “成功开发出适合批量生产的 TIM 涂层意味着这项技术能够快速惠及客户。” 辉门动力总成气门座圈和导管研发总监 Denis Christopherson 说道,“TIM 涂层通过增强汽缸盖和座圈交界处的热流动,使 HTC 材料的热导效果得以充分发挥。”

  技术得到测试结果的支撑

  相关测试在辉门动力总成位于德国布尔沙伊德的测试中心进行,在先进的高功率涡轮增压直喷汽油发动机上,这两种新型材料展现出优越的性能。HTC 与 TIM 技术的结合,使进气门头部的最高温度降低了 26°C - 32°C,而排气门头部的最高温度则降低得更加明显;实心气门的最高温度降低 70°C,而中空充钠气门的最高温度降低67°C。以上测试结果已用于验证辉门动力总成高级热模拟计算。在发动机早期概念设计阶段,这使得材料在今后的应用可以得到更准确评估,优化材料方案推荐。

  HTC 和 TIM 材料已经具备投产能力,多家客户正在对样品进行测试。辉门动力总成首先采用TC和TIM材料的定点项目,并将于2018年开始量产。尽管这两种材料的开发是基于高功率汽油发动机的应用,但它们也同样适用于高性能涡轮增压柴油机以及重型柴油发动机的排气门座圈和导管。

  编辑:李沛洋 俞倩(实习生)

| 来源:中国汽车报
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