国五国六忙不歇 发动机钢活塞供不应求

美少女壮士

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日益严苛的排放法规给重型发动机带来了更高热负荷和机械负荷的挑战，同时还需要适应燃烧系统和排气系统技术改进所带来的变化，实现废热回收利用并提高燃油经济性。

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NorbertSchneider日前在上海举办的媒体沟通会上透露，辉门动力总成已将其领先的Monosteel®钢活塞技术引入中国，以满足国五、国六排放法规下重型柴油机对性能卓越的活塞的需求。据称，2017年Monosteel®钢活塞将在辉门位于青岛的活塞工厂批量生产。

媒体沟通会上，NorbertSchneider针对钢活塞的市场需求、关键技术、中国本土化进程等问题与盖世汽车等国内主流汽车媒体进行了深入的沟通交流。

●  钢活塞的“刚性”需求

爆发压力与发动机的输出功率、排放等关键指标直接相关。NorbertSchneider列举的欧美国家“1960年-2020年重型柴油发动机爆发压力趋势”显示：1961年，发动机爆发压力只有110bar，2000年上升到180bar，而随后几年，爆发压力加速上升，目前已经达到240bar,预计2020年将达到270bar。欧盟于2009年、2014年先后实施了欧五、欧六排放标准，而据了解，欧美绝大部分重型柴油机都已经使用钢活塞，辉门动力总成从2003年开始在欧美批量投产钢活塞。    

NorbertSchneider进而分析，目前中国实施的是国四排放标准（部分城市已实施国五标准），2017年7月起全国范围实行国五排放标准，2020年将实施国六排放标准。国内重型柴油机的爆发压力在国五标准实施时将达到180bar以上，届时，钢活塞的需求量会大幅增加，市场爆发期则会随着国六排放标准的实施而到来，预计到2022年，钢活塞的需求量将达到200万只左右。

“Monosteel®钢活塞今年开始在中国的商用车应用。目前为止，我们和中国主机厂正在开发的钢活塞项目已有8个。在项目开发阶段，Monosteel®钢活塞由北美工厂提供样品件。第一个中国的批产项目暂时由欧洲工厂提供支持。2017年，辉门青岛活塞工厂将开始批量生产Monosteel®钢活塞。”NorbertSchneider向记者表示。

●  钢活塞较铝活塞的优势

目前国内发动机大部分都是使用铝活塞，那么钢活塞和铝活塞相比有什么优势？

“辉门动力总成能够做到活塞的总成装配（包括活塞销）和传统铝活塞的重量相当，甚至更轻，但是性能却远超铝活塞。”NorbertSchneider对此解释称，“钢的强度比铝的强度高很多，在满足相同使用需求的情况下，钢活塞的高度可以降低，壁厚也可以很薄。这一点对主机厂来说非常重要，可以减轻发动机重量、节省材料、降低成本。”NorbertSchneider说：“跟传统铝活塞相比，辉门动力总成的Monosteel®钢活塞高度可降低30%，同时减少摩擦损失，降低燃油耗。参照欧洲的驾驶路况，最多可降低1%的燃油耗。”

“铝活塞和钢活塞相比，热膨胀系数更高。所以，一旦发动机运行起来变热了，铝活塞和缸套之间的间隙会非常小，接近零，而钢活塞可以保证比较大的间隙。间隙小会导致摩擦损失比较高。仅仅是因为活塞跟缸套之间的间隙不同，Monosteel®钢活塞可以节省1%的燃油耗。”NorbertSchneider说。

“钢活塞可以承受更高的温度和更高的爆发压力，可以让发动机厂具备进一步提高发动机燃烧温度和燃烧压力的条件，从而进一步降低燃油耗，这一点铝活塞无法实现。”NorbertSchneider表示。

●  满足国六发动机需求的钢活塞如何“炼”成？

NorbertSchneider称，中国即将实施的国五和国六排放法规与欧五、欧六排放标准非常接近，经过了欧洲和北美市场长期、广泛的应用验证，Monosteel®钢活塞同样会非常适合于中国市场。

NorbertSchneider介绍了Monosteel®钢活塞得以满足国六发动机需求的几大关键技术和特性：

双摩擦焊结构。这是Monosteel®钢活塞最关键的特性，其同时具有内部和外部两个摩擦焊点，焊接处材料承受了高温和高压作用、形成完美的晶粒间的结合，不会降低结构强度，这使得Monosteel®钢活塞可以承受超过250bar的爆发压力。

大型封闭式高置油道。发动机燃烧室的高温导致活塞喉口区域温度极高，这是活塞面临的一大挑战。Monosteel®钢活塞设计了一个封闭的、大容量的、位置接近活塞喉部的机油冷却油道，从而保证这个区域的温度不会太高，使发动机燃烧室可以提升更高的温度。

全尺寸活塞裙部。相对较长的裙部能够提高活塞运动过程中的稳定性，减少二阶运动的影响。由此可防止发动机缸套表面产生穴蚀，这也是重型发动机上比较常见的失效种类。另外，Monosteel®钢活塞裙部采用EcoToughDiesel低摩擦涂层，并设计优化最佳裙部型线，显著降低摩擦损失、提高耐磨损性，满足重型柴油机100万公里以上使用寿命的需求。而通过FEA计算对裙部型线优化几微米，燃油耗就可降低0.2%。

质量轻、压缩高度低。钢活塞的钢性材质使其较铝活塞可以降低压缩高度，帮助发动机轻量化。另外，通常活塞只有三道环槽——两道气环、一道油环，而Monosteel®钢活塞具有第四道环槽。这相对较大的第四道环槽并不是用来安装活塞环，而是为降低活塞重量、控制发动机漏气量和燃油耗而专门设计。

●  Monosteel钢活塞的本土化进程

“虽然Monosteel®钢活塞明年才会在中国批量生产，但是我们的工程准备从五年前就开始了。2011年辉门亚太技术中心（上海）的工程队伍就开始参与钢活塞的具体开发。”NorbertSchneider向记者介绍说。

据了解，辉门上海亚太技术中心目前已完全具备了Monosteel®钢活塞的设计和分析能力，随着钢活塞生产线的引进，一系列更深入的和欧洲、北美技术中心的交流、人员培训也有条不紊地进行，其目标是以本地化的设计和分析能力，支持Monosteel®钢活塞的本土化生产。

谈及钢活塞在中国的市场预期，NorbertSchneider表示，“发动机技术的提升主要还是由排放标准和法规推动，中国和欧美的排放法规越来越接近，发动机的爆发压力、燃烧室温度等差距越来越小。所以辉门认为Monosteel®钢活塞在中国的应用与欧美市场相比不会有较大的差别，一些细微的差异，因辉门动力总成具备本土化的工程开发能力，产品优化工作由上海技术中心的工程团队完成。针对欧五欧六的产品开发经验，可以帮助我们缩短国五国六产品的开发周期，可以少走弯路。”

至于Monosteel®钢活塞的产能，NorbertSchneider称，根据市场发展趋势规划产能，满足中国客户的需求。明年第一条生产线引入青岛工厂，之后随着市场需求的增长不断进行投入。NorbertSchneider强调，针对中国市场的策略是本地化，包括本地化工程技术服务、本地化生产。

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