輝門通過建模優(yōu)化氣缸各部件性能

　　計(jì)算機(jī)模擬與高針對性的測試在汽車整車及零部件設(shè)計(jì)和制造過程中占有重要的位置。如今的汽車行業(yè)對發(fā)動機(jī)尺寸、功率、燃油噴射策略等方面提出了更苛刻的要求，加之各地的排放法規(guī)升級，這對于汽車零部件供應(yīng)商也提出了更大挑戰(zhàn)。輝門近日對其活塞產(chǎn)品進(jìn)行了新一輪的模擬測試與優(yōu)化，進(jìn)一步提升產(chǎn)品的技術(shù)含量。

　　SMCS鑄造模擬

　　輝門近日提出了一項(xiàng)Slow-Motion鑄造模擬（SMCS）的方案，它為活塞鑄造過程中的材料流量、壓力、活塞環(huán)模具填充等方面提供更精確的數(shù)據(jù)。

　　該方由輝門動力總成部門主要負(fù)責(zé)實(shí)施，主要目的是使活塞環(huán)的質(zhì)量、強(qiáng)度、耐磨性進(jìn)一步增強(qiáng)。輝門活塞環(huán)及活塞襯套技術(shù)負(fù)責(zé)人SteffenHoppe表示：“發(fā)動機(jī)燃燒室周圍組件，尤其是活塞環(huán)，在熱學(xué)、機(jī)械學(xué)、摩擦學(xué)方面的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)正在提高。”通過使用更薄的活塞環(huán)可以減少發(fā)動機(jī)摩擦，不過這就對活塞環(huán)材料的彎曲強(qiáng)度提出了更嚴(yán)苛的要求。為了滿足新的要求，Hoppe稱公司正在研發(fā)新的材料、鑄造工藝以及全新的模擬仿真方案。”

　　為了在傳統(tǒng)的堆疊成型工藝上有所突破，輝門開發(fā)出了一套高度自動化的立式澆筑工藝，利用特殊設(shè)計(jì)的模具優(yōu)化需填補(bǔ)/澆注區(qū)域的設(shè)計(jì)。據(jù)輝門公司稱，使用該工藝，通過在鑄件周圍灌注材料流體從而提高了活塞環(huán)元件上石墨材料的均勻性。

　　立式澆注工藝中采用一臺高速攝像機(jī)克服了傳統(tǒng)有限元建模的局限性。Hoppe解釋說：“有限元模擬法有一個(gè)最大的缺陷，就是無論網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如何完善，它始終是‘模擬’的。模擬中可以通過選取參數(shù)來無限接近實(shí)際操作，但終究不是真實(shí)的工藝流程。”

　　立式澆注工藝通過提供非常詳細(xì)的模具注料分析克服了這個(gè)問題，這樣便于優(yōu)化復(fù)雜的澆注過程。

　　立式澆注工藝支持工件在不同溫度下進(jìn)行熔鑄，通過高速攝像機(jī)還能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控鑄造工件的速率。這將幫助工程師對于鑄造過程中的壓力波動和爆破反應(yīng)有更直觀的了解。

　　GOE70新型鑄鋼

　　除了新的鑄造工藝外，輝門還開發(fā)出一種高度精煉的鑄造材料——鑄鋼GOE70。該材料擁有馬氏體基體結(jié)構(gòu)，其中還嵌入了鉻碳化物，強(qiáng)度至少為1800MPa。一旦經(jīng)過氮化，其耐磨強(qiáng)度將得到質(zhì)的飛躍，其表面硬度可達(dá)1300HV。Hoppe認(rèn)為，立式澆注工藝可以滿足輕型車和商用車的應(yīng)用需求。

　　輝門測試實(shí)驗(yàn)室經(jīng)理ArminRobota表示，原始設(shè)備制造商對于發(fā)動機(jī)的性能和耐久度需求提升了，相應(yīng)地，發(fā)動機(jī)零部件的質(zhì)量和耐久度也要相應(yīng)增強(qiáng)。通過模擬的方法能夠?qū)Σ考母黜?xiàng)屬性作出優(yōu)化。

　　活塞工件的模擬包括許多方面：孔徑變形、磨損、油耗、密封等。Robota表示，輝門公司在模擬熱流中對夾緊、松開、冷卻、高溫狀態(tài)下的孔徑變化程度進(jìn)行了模擬分析。此外，在油耗測量、重力測量技術(shù)和放射性示蹤技術(shù)方面也有所進(jìn)展。

　　除了對活塞工件的模擬外，輝門還對活塞環(huán)、活塞襯套、活塞銷、活塞連桿、曲軸系、點(diǎn)火系統(tǒng)、缸體/氣缸頭密封、材料扭曲、進(jìn)排氣歧管萬向節(jié)進(jìn)行模擬。

　　汽缸密封性優(yōu)化

　　目前輝門已經(jīng)開發(fā)出針對汽缸頭墊片的特殊程序，包括動態(tài)氣體泄露測量。通過發(fā)動機(jī)耐久性測試能夠直接測量出從冷卻系統(tǒng)逃逸的氣體流量。此外，Robota和他的團(tuán)隊(duì)還進(jìn)行了更詳盡的研究，他們對一個(gè)三缸汽油發(fā)動機(jī)建立了孔徑變形以及油耗的關(guān)系模型。并對一臺V6柴油發(fā)動機(jī)進(jìn)行測試，采用先進(jìn)的滑環(huán)技術(shù)獲取曲軸上壓力傳感器和溫度傳感器的數(shù)據(jù)。

　　關(guān)于生產(chǎn)方面，輝門動力總成業(yè)務(wù)部利用全新氣缸孔制造工藝，在傳統(tǒng)方法中插入襯套和孔涂層。Hoppe表示：“采用直接氣缸孔涂層有助于減輕重量，縮小孔間距，并具有良好的導(dǎo)熱性和耐磨性。不過，這將會帶來另一些問題。例如品質(zhì)下降、成本上升。”

　　為了解決以上問題，輝門采用了Sprayfit襯套。它是一種噴涂混合材料超薄襯套。Hoppe表示，這種材料為開發(fā)襯套表層材料提供了更大的自由度。

　　輝門公司稱，所有的這些噴涂工藝的參數(shù)均不受到幾何約束，例如直徑、長度或壁厚。這項(xiàng)技術(shù)或?qū)⒃诮衲?月的法蘭克福車展上展出。

　　另外，輝門公司還推出了Elastothermic新型活塞。據(jù)稱能夠提高發(fā)動機(jī)的功率密度及壓縮比，同時(shí)不會對發(fā)動機(jī)使用壽命造成影響。它基于輝門Elastoval汽油發(fā)動機(jī)活塞架構(gòu)演變而成，只不過Elastothermic活塞的冷卻環(huán)位置更靠近活塞頂部。

　　Elastothermic活塞能夠降低活塞冠溫度、抑制發(fā)動機(jī)爆震現(xiàn)象。測試表明，新的活塞在發(fā)動機(jī)運(yùn)行時(shí)，其冠部溫度為25K，而Elastoval活塞則為30K。此外，在抗NVH性能方面，新的活塞表現(xiàn)也更出色。