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辉门通过建模优化气缸各部件性能

发布时间:2019-09-23 12:17:32 编辑:笔名

辉门通过建模优化气缸各部件性能

计算机模拟与高针对性的测试在汽车整车及零部件设计和制造过程中占有重要的位置。如今的汽车行业对发动机尺寸、功率、燃油喷射策略等方面提出了更苛刻的要求,加之各地的排放法规升级,这对于汽车零部件供应商也提出了更大挑战。辉门近日对其活塞产品进行了新一轮的模拟测试与优化,进一步提升产品的技术含量。

Elastothermic活塞采用新材料可降低冠部温度

SMCS铸造模拟

辉门近日提出了一项Slow-Motion铸造模拟(SMCS)的方案,它为活塞铸造过程中的材料流量、压力、活塞环模具填充等方面提供更精确的数据。

该方由辉门动力总成部门主要负责实施,主要目的是使活塞环的质量、强度、耐磨性进一步增强。辉门活塞环及活塞衬套技术负责人Steffen Hoppe表示:发动机燃烧室周围组件,尤其是活塞环,在热学、机械学、摩擦学方面的行业标准正在提高。通过使用更薄的活塞环可以减少发动机摩擦,不过这就对活塞环材料的弯曲强度提出了更严苛的要求。为了满足新的要求,Hoppe称公司正在研发新的材料、铸造工艺以及全新的模拟仿真方案。

为了在传统的堆叠成型工艺上有所突破,辉门开发出了一套高度自动化的立式浇筑工艺,利用特殊设计的模具优化需填补/浇注区域的设计。据辉门公司称,使用该工艺,通过在铸件周围灌注材料流体从而提高了活塞环元件上石墨材料的均匀性。

立式浇注工艺中采用一台高速摄像机克服了传统有限元建模的局限性。Hoppe解释说:有限元模拟法有一个最大的缺陷,就是无论络架构如何完善,它始终是模拟的。模拟中可以通过选取参数来无限接近实际操作,但终究不是真实的工艺流程。

立式浇注工艺通过提供非常详细的模具注料分析克服了这个问题,这样便于优化复杂的浇注过程。

立式浇注工艺支持工件在不同温度下进行熔铸,通过高速摄像机还能够实时监控铸造工件的速率

。这将帮助工程师对于铸造过程中的压力波动和爆破反应有更直观的了解。

GOE70新型铸钢

除了新的铸造工艺外,辉门还开发出一种高度精炼的铸造材料铸钢GOE70。该材料拥有马氏体基体结构,其中还嵌入了铬碳化物,强度至少为1800MPa。一旦经过氮化,其耐磨强度将得到质的飞跃,其表面硬度可达1300HV。Hoppe认为,立式浇注工艺可以满足轻型车和商用车的应用需求。

辉门测试实验室经理Armin Robota表示,原始设备制造商对于发动机的性能和耐久度需求提升了,相应地,发动机零部件的质量和耐久度也要相应增强。通过模拟的方法能够对部件的各项属性作出优化。

活塞工件的模拟包括许多方面:孔径变形、磨损、油耗、密封等。Robota表示,辉门公司在模拟热流中对夹紧、松开、冷却、高温状态下的孔径变化程度进行了模拟分析。此外,在油耗测量、重力测量技术和放射性示踪技术方面也有所进展。

除了对活塞工件的模拟外,辉门还对活塞环、活塞衬套、活塞销、活塞连杆、曲轴系、点火系统、缸体/气缸头密封、材料扭曲、进排气歧管万向节进行模拟。

汽缸密封性优化

目前辉门已经开发出针对汽缸头垫片的特殊程序,包括动态气体泄露测量。通过发动机耐久性测试能够直接测量出从冷却系统逃逸的气体流量。此外,Robota和他的团队还进行了更详尽的研究,他们对一个三缸汽油发动机建立了孔径变形以及油耗的关系模型。并对一台V6柴油发动机进行测试,采用先进的滑环技术获取曲轴上压力传感器和温度传感器的数据。

关于生产方面,辉门动力总成业务部利用全新气缸孔制造工艺,在传统方法中插入衬套和孔涂层。Hoppe表示:采用直接气缸孔涂层有助于减轻重量,缩小孔间距,并具有良好的导热性和耐磨性。不过,这将会带来另一些问题。例如品质下降、成本上升。

为了解决以上问题,辉门采用了Sprayfit衬套。它是一种喷涂混合材料超薄衬套。Hoppe表示,这种材料为开发衬套表层材料提供了更大的自由度。

辉门公司称,所有的这些喷涂工艺的参数均不受到几何约束,例如直径、长度或壁厚。这项技术或将在今年9月的法兰克福车展上展出。

另外,辉门公司还推出了Elastothermic新型活塞。据称能够提高发动机的功率密度及压缩比,同时不会对发动机使用寿命造成影响。它基于辉门Elastoval汽油发动机活塞架构演变而成,只不过Elastothermic活塞的冷却环位置更靠近活塞顶部。

Elastothermic活塞能够降低活塞冠温度、抑制发动机爆震现象。测试表明,新的活塞在发动机运行时,其冠部温度为25K,而Elastoval活塞则为30K。此外,在抗NVH性能方面,新的活塞表现也更出色。

(文章来源:汽车)

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