近日,科技部高新司在北京组织召开了“十二五”国家科技支撑计划“铝合金及其复合材料复杂汽车零件精密成形技术开发与产业化示范”项目验收会。项目验收专家组、项目组织单位中国有色金属工业协会、课题承担单位北京有色金属研究总院、无锡威孚英特迈增压技术有限公司等单位的相关人员出席了会议。
项目针对我国汽车零部件高端先进制造技术匮乏等问题,开发了半固态成形用的铝合金及其复合材料和汽车零部件关键制造技术;建成了年产能各6万件的φ98mm和φ148mm压叶轮产品、100万件转子斜盘产品的三条半固态精密成形产业示范线;开发了319s铝合金汽车涡轮增压器叶轮产品,平均耐久寿命相对铸造压叶轮提高73%,并通过多家国内外知名企业验证,实现了上车应用;开发了汽车空调压缩机Al-18%Si复合材料转子斜盘产品,连续耐磨性上机测试达到1000小时。项目完成了发动机涡轮增压器压叶轮和汽车空调压缩机转子斜盘的自主制备与工程化应用,实现了很好的节能减排效果。
增压器的叶轮属于离心式叶轮,离心式叶轮转速通常很高,高速转子的选材尽量选密度小的轻型材料,同时还要满足材料的刚性较好。目前作为增压装置的叶轮材料最常用的有铸铝、不锈钢和钛合金。
离心式叶轮选材的决定性因素比较多。叶轮直径、转速、叶片表面曲面方向(需要速度三角形空间位置作为计算依据)都是选材的依据。同时还要经过大量的计算,才能确定合适的材料强度范围。选材时不能一味的只追求用最高强度的材料,还需要从经济性上考虑,通常离心式叶轮的制造成本是相当高的,材料强度高则加工成本就会高(例如,同样的叶轮,选用钛合金和铝其制造成本差不多相差接近10倍了),所以要综合的考虑。
车辆在全负载状态下工作,传统使用钢结构外壳的涡轮增压器会因为热量的作用变热发出红色光亮;而大陆全新涡轮增压器采用了双壁式铝合金壳体,其中的冷却水套可以有效降低核心工作区域的温度。冷却液流过套管,确保外层壳体表面温度在120℃以下,内层壳体温度低于350℃。
这种温度控制方法有两点好处:一是无需采用额外的结构设计,就能够保护周围零部件免受高温热源的影响;二是对排放废气流进行冷却,可以降低三元催化转化器的热负载,设备基本不会出现老化现象。除此之外,废气门上安装的电动装置可以实现实时动态响应,确保催化转化器迅速达到合适的工作温度。
按照宝马规定的模块化标准,全新大陆涡轮增压器可以紧密地与发动机整合在一起(换句话说,它属于排气歧管的固定组件),然而钢材质壳体的相似产品只能够安装在气缸盖表面上。汽车制造厂商将把这种涡轮增压器应用在高性能发动机上,也会应用在那些销往气候炎热国家的车辆上。对于钢材质涡轮增压器而言,对轴承箱必须采用内部冷却的方法,然而铝合金增压器直接利用外部冷却已经足够。
MINI车型搭载的铝合金涡轮增压器能够节省1.2公斤的重量,由于减轻重量意味着降低燃油消耗量,因此轻量化材料完全符合汽车工业节能减排的要求。虽然水冷系统的使用增加了额外成本,但这种涡轮增压器的价格还是完全在广大汽车制造厂商可以承受的范围之内。像镍基合金这种耐高温材料会大幅度提高钢材质壳体涡轮增压器的价格,而铝合金绝对是物超所值的高性价比材料。
大陆最早的涡轮增压器于2011年应用在一款高效能的1.0升发动机上,现在的铝合金产品会有怎样的发展前景,还需要等待时间的检验。