本刊記者|杜紅武|文

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重型柴油機排放升級，鋼活塞有望得到大幅應用

本刊記者|杜紅武|文

從2017年開始中國實施國Ⅴ排放，鋼活塞的需求量會大幅度增加，而真正較大的增長爆發(fā)期應該會從國Ⅵ排放標準實施開始，屆時爆發(fā)壓力達到新的高度，預計到2022年，鋼活塞的需求量將達到200萬只。

AbstractMonosteel Is Expected to be Widely Applied in China Market

During a press event organized by Federal Mogul recently, Mr. Norbert Schneider, Global Director of had broadly and thoroughly exchanged views with reporter of magazine about technical features of Monosteel, and its advantage, application and market demanding in the future, etc.

近日，輝門鋼活塞媒體見面會在輝門中國上海總部舉行。輝門動力總成重型車輛/能源、工業(yè)及運輸產品活塞全球應用工程總監(jiān)Norbert Schneider針對鋼活塞的技術特點應用、優(yōu)勢、應用及未來市場需求等問題與《商用汽車》雜志等國內主流汽車媒體進行了深入交流。

鋼活塞的中國機遇

隨著高功率、低油耗、低排放的要求，發(fā)動機的爆發(fā)壓力隨之提升，對活塞性能提出了更高要求。采用技術領先的鋼活塞是提升發(fā)動機性能的必由之路。

爆發(fā)壓力指是發(fā)動機氣缸里面的工作壓力，與發(fā)動機的輸出功率、排放等關鍵指標直接關系。Norbert Schneider以歐美國家“1960—2020年重型柴油機爆發(fā)壓力趨勢”解釋：1961年，發(fā)動機爆發(fā)壓力只有11 MPa，2000年上升到18 MPa，而隨后幾年，爆發(fā)壓力加速上升，目前已經達到24 MPa，預計2020年將達到27 MPa。目前歐美滿足歐Ⅴ、歐Ⅵ標準的絕大部分重型柴油機都是采用鋼活塞，輝門公司從2003年開始在歐美批量投產鋼活塞，并廣泛應用于大功率柴油機上。

目前，中國全面實施國Ⅳ排放標準，部分城市已經執(zhí)行國Ⅴ排放標準；到2017年7月，全國范圍實施國Ⅴ排放，2020年將實施國Ⅵ排放。隨著排放要求的升級，發(fā)動機的爆發(fā)壓力隨之提升，從原來的低于18 MPa，到國Ⅴ要超過18 MPa，為鋼活塞的應用創(chuàng)造了機會。由此可見，爆發(fā)壓力是整個發(fā)動機行業(yè)改變游戲規(guī)則的一個非常關鍵的因素，這也是從國Ⅴ開始中國市場需要鋼活塞的原因。

Norbert Schneider對中國鋼活塞市場的需求進行了預測。他認為，從2017年開始中國實施國Ⅴ排放，鋼活塞的需求量會大幅度增加，而真正較大的增長爆發(fā)期應該會從國Ⅵ排放標準實施開始，屆時爆發(fā)壓力達到新的高度，預計到2022年，鋼活塞的需求量將達到200萬只。

鋼活塞VS鋁活塞

目前國內發(fā)動機絕大多數(shù)采用鋁活塞，那么鋁活塞和鋼活塞有哪些差異？

Norbert Schneider表示，輝門動力總成能夠做到鋼活塞比鋁活塞更輕。眾所周知，鋼的強度要比鋁的強度高很多，正是因為強度上的差異，使我們能夠把鋼活塞的壓縮高度降到很低，而鋁活塞由于材料的特點，要達到同樣技術要求就必須做到很高，壁厚比較厚。而鋼活塞可以做到壁厚很薄，且能滿足并超越同樣的使用要求。如果降低活塞的壓縮高度，帶來的好處是發(fā)動機的高度可以直接降低，從而降低發(fā)動機的重量。對于發(fā)動機主機廠來說還有一個好處就是可以降低成本，節(jié)省材料。

由于鋁和鋼的差異，鋁活塞比鋼活塞熱膨脹系數(shù)更高。所以，當發(fā)動機工作溫度升高，鋁活塞和缸套之間的間隙會非常小，接近于零，而鋼活塞仍然可以保證較大間隙。間隙小會導致摩擦損失較高。由于活塞跟缸套之間工作間隙的不同，鋼活塞比鋁活塞可以節(jié)省1%的燃油。此外，因為鋼活塞可以承受更高的溫度和更高的爆發(fā)壓力，發(fā)動機生產廠可以進一步提高發(fā)動機的燃燒溫度和燃燒壓力，從而進一步降低油耗。

Norbert Schneider還表示，鋼活塞具有更長的使用壽命。比如，輝門對一個已經跑了110萬km的活塞進行了清洗、分析和測量，結果顯示這個活塞幾乎和新活塞一樣。從技術角度評估，這個活塞完全可以再跑110萬km。所以，鋼活塞是非常耐久可靠的產品。

當然，鋼活塞也不會完全取代鋁活塞。Norbert Schneider表示，排量在11 L、13 L的重型柴油機上，鋼活塞未來將是主流，雖然不一定完全替代鋁活塞，但是會占據(jù)絕大部分的市場份額。對于功率小一點的7 L、9 L發(fā)動機，由于其爆發(fā)壓力比11 L、13 L發(fā)動機低，耐久性要求也會低些，所以在這些產品中鋁活塞還會繼續(xù)存在。

輝門Monosteel?鋼活塞的技術優(yōu)勢

據(jù)Norbert Schneider介紹，輝門Monosteel?鋼活塞擁有多項關鍵技術，可保證發(fā)動機的性能提升。

首先，輝門鋼活塞最關鍵的特征是采用雙摩擦焊技術，它同時具有內部和外部2個摩擦焊點。由于摩擦焊的過程中，接觸點承受了高溫和高壓的作用，焊接處形成了完美的晶粒間的結合，不會降低活塞的結構強度。由于采用雙摩擦焊使Monosteel?鋼活塞具備很高的結構強度，從而可以承受更高的爆發(fā)壓力。

其次，基于雙摩擦焊的結構特點，設計了一個特別的活塞冷卻油道。該冷卻油道為封閉、大容量，位置非常接近活塞頭部。該冷卻油道的存在，可以使燃燒室的溫度更高，讓高性能的發(fā)動機成為可能。由于冷卻油道位置非常高，接近活塞喉口區(qū)域，從而保證該區(qū)域的溫度低于材料的限值，很好地解決了發(fā)動機對不斷提高燃燒室溫度的挑戰(zhàn)。

第三，雙摩擦焊技術可以增加活塞裙部的長度。相對較長的裙部能夠提高活塞在運動過程中的穩(wěn)定性，減少二階運動的影響。由此，可以防止發(fā)動機缸套表面產生穴蝕，這也是重型發(fā)動機上比較常見的失效種類。另外，輝門對活塞裙部進行了涂層等表面處理，還可以降低活塞的運動過程中的摩擦損失，提高發(fā)動機的燃油經濟性。

第四，Monosteel?鋼活塞有4道環(huán)槽。通常看到的活塞只有3道活塞環(huán)槽，即2道氣環(huán)、1道油環(huán)，而Monosteel?鋼活塞具有第4道環(huán)槽。這個相對較大的第4環(huán)槽并不用于安裝活塞環(huán)，它的存在能夠降低鋼活塞重量，有利于控制發(fā)動機的漏氣量和機油損耗。鋼活塞的第4環(huán)槽是輝門公司的專利技術。

Norbert Schneider認為，中國的國Ⅴ和國Ⅵ排放標準，其實跟歐Ⅴ和歐Ⅵ排放法規(guī)非常接近。從專業(yè)角度來說，經過了歐洲和北美市場長期、廣泛的驗證，輝門的Monosteel?鋼活塞同樣會非常適合于中國市場。

“2016年，Monosteel?鋼活塞將開始在國內商用車上正式批量應用。目前，輝門公司和中國主機廠正在進行開發(fā)的鋼活塞項目多達8個，在項目開發(fā)階段，Monosteel?鋼活塞由北美工廠提供樣品件?！盢orbert Schneider表示，“與此同時，輝門動力總成正在加緊中國本地生產準備，預計2017年，輝門公司青島工廠將批量生產Monosteel?鋼活塞，以滿足中國用戶需求。”