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汽车中的几类常见粉末冶金零部件

行业资讯 | 2019-08-07 140

目前,欧洲平均每辆汽车的粉末冶金制品使用量是14kg,日本为9kg,美国已达到19.5kg以上,预计未来几年可能达到22kg。我国目前平均每辆汽车粉末冶金制品的用量却只有5~6kg,考虑到节能减排因素,国内企业未来会更多使用粉末冶金工艺生产汽车零部件。


粉末冶金零部件在汽车中的分布情况如图2所示。其中汽车底盘中有减振器零件、导向器、活塞和低阀座;制动系统中有ABS传感器、刹车片等;泵类零件主要有燃油泵、机油泵和变速器泵中关键零部件;发动机中有导管、座圈、连杆、轴承座、可变气门正时系统(VVT)关键零部件和排气管支座等;变速器中有同步毂和行星齿轮架等零件。



随着汽车节能减排要求的提高,最近几年,VVT零部件、变量泵和刹车真空助力泵零件,这三大类节能减排汽车零部件得到了大量的开发和应用。


1.VVT粉末冶金零件


VVT或VCT(可变凸轮正时系统),是通过配备的控制及执行系统,对发动机凸轮的相位进行调节,从而使得气门开起、关闭的时间随发动机转速的变化而变化,以提高充气效率,增加发动机功率的系统。

其原理是根据发动机的运行情况,调整进、排气量及气门开合时间和角度,使进入的空气量达到最佳,提高燃烧效率,降低排放。其优点是省油,功率提升。

1980年,阿尔法·罗密欧首次使用VVT技术;1989年,本田首次使用具有可变气门升程能力的VVT技术;2001年,宝马首次使用VVT技术取代了传统的节气门。

对该技术各汽车公司有不同叫法,如丰田的VVT–i,本田的VTEC和i–VTEC,三菱的MIVEC,日产的CVVT,欧美公司的VCT等,都是类似技术的不同叫法。VVT或VCT系统的执行机构——相位器中的核心零部件链轮、定子、转子(见图3)和端盖等大多采用粉末冶金工艺。


VVT技术的使用推广,符合国际汽车技术发展的趋势,即节能、小型化、轻量化和燃油经济性。按照国内某企业实际检测,排量1.3L的经济型小车,发动机采用VVT技术功率可以提升4.6%,节油18.6%。


2.油泵中的粉末冶金零件


目前,发动机机油泵和自动变速器油泵大多采用的是定量油泵,定量油泵一般为外啮合齿轮泵、内啮合摆线泵或者内啮合齿轮泵等多种结构。

定量油泵,其出油量大小是随着发动机转速增加而增加,二者呈线性关系。而为了保证低转速时的最低出油量及高转速时的最小油压,机油泵会设计得较大,这就对发动机舱的布置提出了更高的要求。同时,发动机在高转速时,多余的润滑油会从油路中返回,导致发动机功率消耗增加。而变量油泵会根据发动机工作情况,调节油压与油量,从而达到节油的目的。

研究资料表明,采用定排量机油泵的发动机中,当转速>2500r/min时,有大约50%的带功机油直接通过泄压阀流回机油泵进油腔或者机油底壳,带来能量的浪费;而采用变量油泵替代定量油泵一般可以节省燃油2%~5%,CO2排放量减少1%~2%。

变排量泵一般有外啮合齿轮泵、叶片泵和滑片泵等类型的结构。外啮合齿轮泵如大众的EA888项目,其中一个齿轮轴向位置固定,另外一个齿轮轴向用弹簧随着压力调整,当怠速时两个齿轮全部啮合,当转速升高时,油泵的压力也随着升高,压缩弹簧后齿轮啮合部分变短,从而随时调整油泵的流量,这类泵的齿轮是采用粉末冶金工艺制造的。

叶片式变量泵(见图4)主要由定子、转子和叶片组成,其中定子和转子均为粉末冶金件。叶片式变量泵工作原理是通过压力调整偏心距,从而调整流量。


滑片式变量泵原理基本与叶片式变量泵相同,以调整偏心距来调整流量。其结构如图5a所示,其中滑片是钢件,与滑片连接的是中间套,外面是滑套,中间是转子,这三件都是粉末冶金件(见图5b)。



3.刹车助力真空泵中粉末冶金零件


装有汽油发动机的车辆,由于发动机采用点燃式,因此在进气歧管可以产生较高的真空压力,可以为真空助力制动系统提供足够的真空来源,目前的真空泵大都接在进气歧管处。为了满足高排放环保要求而设计的汽油直喷发动机,在进气歧管处不能提供相同水平的真空压力来满足真空制动助力系统的要求,因此需要安装真空泵。


对于柴油发动机驱动的车辆,由于发动机采用压燃式,在进气歧管处也不能提供相同水平的真空压力,所以要安装真空泵提供真空来源。这种真空泵(见图6)的动力是直接从发动机上得到的,动力通过粉末冶金联轴节带动粉末冶金转子(见图7)再带动塑料阀片,转子与泵腔有一定的偏心量,阀片的转动产生真空,最后完成制动助力作用。这类真空泵主要是为了满足高排放要求的汽油发动机和柴油发动机而开发的,起到了减排作用。



结  语

随着中国汽车工业的发展,及节能减排要求的提高,越来越多的金属零件会采用粉末冶金工艺生产;随着外资粉末冶金公司不断的帮助合资整车厂实现粉末冶金件的本土化生产,国内的自主品牌整车厂采用粉末冶金件的范围会越来越扩大,从而推动粉末冶金需求更大量的增长,因此国内粉末冶金汽配应用的需求会大于整车市场的增长幅度,但这需要国内粉末冶金公司不断的加强管理水平、投资更好的设备与人才,才能与外资背景的粉末冶金公司更好的竞争。