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梅赛德斯研发钢制活塞,用于柴油发动机
http://cn.newmaker.com 12/2/2014 5:51:00 PM  Stuart Birch
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为了追求轻量化的目标, 许多汽车制造商都开始将目光转向更加质轻的铝合金。但是情况并非都如此,至少梅赛德斯- 奔驰在其中一个零部件上就采取了相反的做法:用新一代高强度钢替代铝用于活塞的制造,配备于旗下的一些柴油发动机上。

这款钢制活塞将率先应用于E 350 BlueTEC 车型的V6 柴油机上。梅赛德斯称在燃油经济性方面可以获得3% 的提升。这款发动机的功率依然为190kW(255hp), 但是官方综合油耗降低至5.0 L/100 km。在梅赛德斯接下来的几款柴油机上也将采用这款活塞。

梅赛德斯基础发动机开发负责人Joachim Schommers 说道:“我们预计未来钢制活塞会在乘用车柴油发动机上得到更加广泛的应用。”

但是事情并非这么简单,这之中涉及了大量的开发时间和资金投入。此外,这款活塞还采用了梅赛德斯的Nanoslide 纳米级缸壁镀膜技术。该技术通过双丝电弧喷射技术将铁丝和碳丝熔化后喷射到缸壁上。

这样汽缸内壁表面形成了一层镜面般平整光亮的纳米晶体涂层,涂层表面光滑且密布细微的小孔,这样的结构对于活塞与缸壁之间的摩擦的减小再完美不过。Nanoslide 已经推出八年时间,最早用于V8 AMG 发动机上。

钢制活塞通常与铸铁曲轴箱一起用于商用车发动机上, 而更加质轻的铝则是乘用车的首选材料。

但是有关钢制活塞和铝制活塞在乘用车上的优劣得失, 天平的指针显然已经开始向前者倾斜。Schommers 承认钢在加热情况下延展性不如铝,导热性较差,而且更重:“乍一看铝壳体与钢活塞的结合会面临很大的问题。”

不过,研究发现钢制活塞在受热情况下膨胀程度只有同等铝件的四分之一。在发动机正常工作情况下,随着温度的上升,铝壳体膨胀量要大于钢制活塞,这样汽缸内的间隙就更大了,这样便降低了缸内摩擦。Schommers 称这点非常重要,并指出活塞与汽缸之间产生的摩擦占整个活塞运动产生摩擦的一半左右。

不过,钢制活塞的最大问题是普通钢制造的活塞达不到梅赛德斯在重量和尺寸方面的要求,因此最终采用了高强度钢来缩小铝和钢之间在密度上的差距,这样做也将V6 上采用的铝制活塞的高度从71.6mm 降低至58.6mm。

梅赛德斯还表示,整个高强度钢活塞总成的重量与同等铝制活塞接近,可以更好地适应未来更高的缸内压力需求, 而且高温效率高,这主要得益于钢较低的热传导性和燃烧持续时间的缩短。此外,抗机械应力性能的提升也有利于发动机小型化。

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