輝門新型高導(dǎo)熱氣門座圈與導(dǎo)管顯著降低發(fā)動(dòng)機(jī)氣門溫度

      輝門動(dòng)力總成將在法蘭克福 2017 國(guó)際商用車及零部件展 (IAA) 上隆重推出可顯著提高氣門座圈和導(dǎo)管熱傳導(dǎo)性的新型材料。這種新型高導(dǎo)熱 (HTC) 材料以及熱介質(zhì)材料 (TIM) 涂層適合批量生產(chǎn)，能夠使氣門頭部溫度*大降低 70°C，從而優(yōu)化燃燒效率并減少排放。

"對(duì)于如今的高增壓小型發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，如果氣門溫度過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致氣門疲勞壽命縮短以及氣門導(dǎo)管和氣門桿油封的臨界溫度升高，從而需要使用昂貴的氣門合金材料來(lái)彌補(bǔ)這一缺陷。如果通過(guò)延遲點(diǎn)火時(shí)間來(lái)減少'爆震' 的發(fā)生并通過(guò)濃縮燃料來(lái)保護(hù)組件不達(dá)到臨界溫度，又會(huì)增加二氧化碳的排放，" 輝門動(dòng)力總成首席技術(shù)官 Gian Maria Olivetti 解釋道，"通過(guò)降低氣門頭部溫度可以避免這些問(wèn)題的出現(xiàn)，而開(kāi)發(fā)適合批量生產(chǎn)的產(chǎn)品則有助于我們及時(shí)響應(yīng)大眾市場(chǎng)的需求。" 此外，HTC 材料還有助于使氣門座圈本身以及汽缸蓋周圍材料的溫度分布更加均勻，從而消除局部熱點(diǎn)，達(dá)到減少磨損和降低熱變形的目的。

更好的熱傳導(dǎo)性意味著更冷的氣門

氣門座圈是將燃燒熱量從氣門頭部傳遞到缸蓋冷卻水套的主要路徑。通過(guò)將更多的熱量從氣門頭部導(dǎo)出，這種新型氣門座圈材料可以降低燃燒室*熱部分的溫度以及壓縮沖程結(jié)束時(shí)的氣體溫度，從而提高抗爆震性能，提供一個(gè)更寬的提前點(diǎn)火時(shí)間范圍以優(yōu)化燃燒。此外，由于無(wú)需通過(guò)濃縮燃料來(lái)實(shí)現(xiàn)冷卻，二氧化碳排放量得到了降低。就排氣門頭部合金材料而言，溫度每降低 20°C，合金的規(guī)格和價(jià)格就會(huì)下降一個(gè)等級(jí)。

氣門導(dǎo)管則是將燃燒熱量從氣門桿傳遞到缸蓋的主要路徑。這種新型氣門導(dǎo)管材料可將更多的熱量從氣門桿導(dǎo)出，從而使局部溫度降低至臨界閾值以下（溫度一旦達(dá)到臨界閾值，氣門桿油封和潤(rùn)滑油便會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題）。

HTC 材料具有更好的散熱能力

輝門動(dòng)力總成研發(fā)的 HTC 材料基于粉末冶金技術(shù)，適用于生產(chǎn)氣門座圈和導(dǎo)管，其規(guī)格具有高度可配置性。氣門座圈采用滲銅工藝提升熱導(dǎo)性；而氣門導(dǎo)管的工作溫度較低且需要留有孔隙用于存留機(jī)油，因此采用的是少量游離銅顆粒和連通性好的銅合金。雙層復(fù)合氣門座圈的下層材料不再僅僅充當(dāng)與氣缸蓋相接的廉價(jià)"載體"，而是扮演將更多熱量從氣門頭部導(dǎo)出的角色以滿足工程需求。

TIM 涂層 - 分界層

輝門動(dòng)力總成研發(fā)的 TIM 涂層通過(guò)填補(bǔ)配合面上不規(guī)則區(qū)域之間的空隙，大大提升了座圈和導(dǎo)管與汽缸蓋交界處的熱導(dǎo)性。如此就消除了通常會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)熱路徑中斷的微小氣泡，并提高了與汽缸蓋表面的貼合性。HTC 材料能夠降低氣門溫度，而根據(jù)測(cè)試結(jié)果，在某些發(fā)動(dòng)機(jī)中，TIM 涂層可充當(dāng)一個(gè)熱橋，消除兩個(gè)部件之間的導(dǎo)熱障礙，從而使溫度下降更為明顯。銅基涂層 TIM 經(jīng)過(guò)一系列合理的預(yù)處理后方可發(fā)揮出其效果，輝門動(dòng)力總成還需要對(duì)其開(kāi)展大量開(kāi)發(fā)工作，以確保即使是在多孔表面也能實(shí)現(xiàn)良好的附著性，而不會(huì)影響材料的熱導(dǎo)效果。

"成功開(kāi)發(fā)出適合批量生產(chǎn)的 TIM 涂層意味著這項(xiàng)技術(shù)能夠快速惠及客戶，" 輝門動(dòng)力總成氣門座圈和導(dǎo)管研發(fā)總監(jiān) Denis Christopherson 說(shuō)道，"TIM 涂層通過(guò)增強(qiáng)汽缸蓋和座圈交界處的熱流動(dòng)，使 HTC 材料的熱導(dǎo)效果得以充分發(fā)揮。"

技術(shù)得到測(cè)試結(jié)果的支撐

相關(guān)測(cè)試在輝門動(dòng)力總成位于德國(guó)布爾沙伊德的測(cè)試中心進(jìn)行，在先進(jìn)的高功率渦輪增壓直噴汽油發(fā)動(dòng)機(jī)上，這兩種新型材料展現(xiàn)出優(yōu)越的性能。HTC 與 TIM 技術(shù)的結(jié)合，使進(jìn)氣門頭部的*高溫度降低了 26°C - 32°C，而排氣門頭部的*高溫度則降低得更加明顯；實(shí)心氣門的*高溫度降低 70°C，而中空充鈉氣門的*高溫度降低67°C。以上測(cè)試結(jié)果已用于驗(yàn)證輝門動(dòng)力總成*熱模擬計(jì)算。在發(fā)動(dòng)機(jī)早期概念設(shè)計(jì)階段，這使得材料在今后的應(yīng)用可以得到更準(zhǔn)確評(píng)估，優(yōu)化材料方案推薦。

HTC 和 TIM 材料已經(jīng)具備投產(chǎn)能力，多家客戶正在對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)試。輝門動(dòng)力總成首先采用TC 和 TIM 材料的定點(diǎn)項(xiàng)目，并將于2018年開(kāi)始量產(chǎn) 。盡管這兩種材料的開(kāi)發(fā)是基于高功率汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用，但它們也同樣適用于高性能渦輪增壓柴油機(jī)以及重型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣門座圈和導(dǎo)管。

在 9 月 12 日 - 15 日舉辦的國(guó)際商用車及零部件展上（僅媒體與貿(mào)易日），輝門動(dòng)力總成將在 4.1 號(hào)廳 E33 號(hào)展位展出這兩種新型材料以及許多其它產(chǎn)品。