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粉末冶金在汽車中的應用

作者: ‖ 時間:2019/12/27 ‖ 來源: ‖ 點擊:101

 目前,歐洲平均每輛汽車的粉末冶金制品使用量是14kg,日本為9kg,美國已達到19.5kg以上,預計未來幾年可能達到22kg。我國目前平均每輛汽車粉末冶金制品的用量卻只有5~6kg,考慮到節能減排因素,國內企業未來會更多使用粉末冶金工藝生產汽車零部件。

 

粉末冶金零部件在汽車中的分布情況如圖2所示。其中汽車底盤中有減振器零件、導向器、活塞和低閥座;制動系統中有ABS傳感器、剎車片等;泵類零件主要有燃油泵、機油泵和變速器泵中關鍵零部件;發動機中有導管、座圈、連桿、軸承座、可變氣門正時系統(VVT)關鍵零部件和排氣管支座等;變速器中有同步轂和行星齒輪架等零件。

 

隨著汽車節能減排要求的提高,最近幾年,VVT零部件、變量泵和剎車真空助力泵零件,這三大類節能減排汽車零部件得到了大量的開發和應用。

1.VVT粉末冶金零件

VVT或VCT(可變凸輪正時系統),是通過配備的控制及執行系統,對發動機凸輪的相位進行調節,從而使得氣門開起、關閉的時間隨發動機轉速的變化而變化,以提高充氣效率,增加發動機功率的系統。

其原理是根據發動機的運行情況,調整進、排氣量及氣門開合時間和角度,使進入的空氣量達到最佳,提高燃燒效率,降低排放。其優點是省油,功率提升。

1980年,阿爾法·羅密歐首次使用VVT技術;1989年,本田首次使用具有可變氣門升程能力的VVT技術;2001年,寶馬首次使用VVT技術取代了傳統的節氣門。

對該技術各汽車公司有不同叫法,如豐田的VVT–i,本田的VTEC和i–VTEC,三菱的MIVEC,日產的CVVT,歐美公司的VCT等,都是類似技術的不同叫法。VVT或VCT系統的執行機構——相位器中的核心零部件鏈輪、定子、轉子(見圖3)和端蓋等大多采用粉末冶金工藝。

 

VVT技術的使用推廣,符合國際汽車技術發展的趨勢,即節能、小型化、輕量化和燃油經濟性。按照國內某企業實際檢測,排量1.3L的經濟型小車,發動機采用VVT技術功率可以提升4.6%,節油18.6%。

2.油泵中的粉末冶金零件

目前,發動機機油泵和自動變速器油泵大多采用的是定量油泵,定量油泵一般為外嚙合齒輪泵、內嚙合擺線泵或者內嚙合齒輪泵等多種結構。

定量油泵,其出油量大小是隨著發動機轉速增加而增加,二者呈線性關系。而為了保證低轉速時的最低出油量及高轉速時的最小油壓,機油泵會設計得較大,這就對發動機艙的布置提出了更高的要求。同時,發動機在高轉速時,多余的潤滑油會從油路中返回,導致發動機功率消耗增加。而變量油泵會根據發動機工作情況,調節油壓與油量,從而達到節油的目的。

研究資料表明,采用定排量機油泵的發動機中,當轉速>2500r/min時,有大約50%的帶功機油直接通過泄壓閥流回機油泵進油腔或者機油底殼,帶來能量的浪費;而采用變量油泵替代定量油泵一般可以節省燃油2%~5%,CO2排放量減少1%~2%。

變排量泵一般有外嚙合齒輪泵、葉片泵和滑片泵等類型的結構。外嚙合齒輪泵如大眾的EA888項目,其中一個齒輪軸向位置固定,另外一個齒輪軸向用彈簧隨著壓力調整,當怠速時兩個齒輪全部嚙合,當轉速升高時,油泵的壓力也隨著升高,壓縮彈簧后齒輪嚙合部分變短,從而隨時調整油泵的流量,這類泵的齒輪是采用粉末冶金工藝制造的。

葉片式變量泵(見圖4)主要由定子、轉子和葉片組成,其中定子和轉子均為粉末冶金件。葉片式變量泵工作原理是通過壓力調整偏心距,從而調整流量。

 

滑片式變量泵原理基本與葉片式變量泵相同,以調整偏心距來調整流量。其結構如圖5a所示,其中滑片是鋼件,與滑片連接的是中間套,外面是滑套,中間是轉子,這三件都是粉末冶金件(見圖5b)。

 

3.剎車助力真空泵中粉末冶金零件

裝有汽油發動機的車輛,由于發動機采用點燃式,因此在進氣歧管可以產生較高的真空壓力,可以為真空助力制動系統提供足夠的真空來源,目前的真空泵大都接在進氣歧管處。為了滿足高排放環保要求而設計的汽油直噴發動機,在進氣歧管處不能提供相同水平的真空壓力來滿足真空制動助力系統的要求,因此需要安裝真空泵。

 

對于柴油發動機驅動的車輛,由于發動機采用壓燃式,在進氣歧管處也不能提供相同水平的真空壓力,所以要安裝真空泵提供真空來源。這種真空泵(見圖6)的動力是直接從發動機上得到的,動力通過粉末冶金聯軸節帶動粉末冶金轉子(見圖7)再帶動塑料閥片,轉子與泵腔有一定的偏心量,閥片的轉動產生真空,最后完成制動助力作用。這類真空泵主要是為了滿足高排放要求的汽油發動機和柴油發動機而開發的,起到了減排作用。


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