高速柴油机用TopWeld®钢活塞



高速柴油机用TopWeld®钢活塞

北美是在重型车用途领域较早采用全钢活塞的市场。直至2000年，大多数大型发动机都采用铰接式活塞（铝活塞裙和钢活塞顶）。当采用全钢活塞（钢活塞裙）时，车队平均燃油经济性改善了约2%，表明钢活塞在降低燃油耗方面的巨大潜力。另外，钢活塞在工作温度下不存在过盈配合问题，这样就能始终保持最小的间隙，活塞摩擦大大减小。

高速柴油机通常在20MPa峰值气缸压力（PCP）下工作，而钢活塞能够承受远高于20MPa的峰值气缸压力，这样就有可能通过降低活塞压缩高度和增加连杆长度来改变曲柄机构的运动特性，其结果能使活塞侧向力和活塞间隙减小，从而对降低摩擦起到积极的作用。在高负荷条件下，摩擦减小的情况最为显著；而在低负荷时，摩擦大致相同。根据发动机的运转工况，采用钢活塞可使燃油消耗率最多可改善4.1%，并可以通过钢活塞结构来减轻振荡质量。

马勒公司采用一种创新的金属连接技术即激光焊接来形成冷却通道。TopWeld®在焊接前就轻易地将缩口燃烧室几何形状和相应的冷却通道加工成型，制造出非同心的燃烧室结构。激光焊接具有非常卓越的焊接质量，且焊接过程连续，即使在碳当量值不理想的条件下也是如此。

在液压脉冲器试验台上，对TopWeld®活塞进行了活塞顶压力为35MPa的无故障试验，并在全负荷试验条件下进行了几千小时的发动机耐久性试验验证。到目前为止，已积累了大型发动机大量耐久性方面的经验，且技术人员还在几台高速柴油机上成功完成了试验。目前，正在为大量高速柴油机生产试验用的活塞样品，并将与OEM合作对活塞样品进行试验。试验结果表明，钢活塞可同时实现摩擦降低和热效率提高的目标，可使发动机燃油消耗率下降2%～4%。

刊名：国外内燃机

刊期：2015年第6期

作者：D. Gabriel et al