您现在的位置:网站首页 >> 自主研发产品 >> 电动车无缸套发动机缸体
  • 产品名称: 电动车无缸套发动机缸体

1、项目背景

2014年,我国汽车产销量已突破2600万辆.有专家预测,预计到2020年我国汽车产销量将达到4000万辆,汽车保有量将超过2亿辆。如此庞大的汽车拥有量,给我国能源消耗和环境保护带来了巨大的压力。我国汽车石油消耗已占到了全国的70%,2014年原油进口依赖度达到56%,严重影响国家的能源安全。近年来全国各地高频率出现罕见的雾霾天气,对人们的生存环境造成了严重影响,社会强烈要求改善汽车排放的呼声越来越高。随着我国汽车工业的飞速发展,汽车产量和消费量的增加,正面临来自能源、环保等方面的巨大压力,降低能耗和保护环境的问题日益突出。为解决上述问题,国家工信部和有关部门已制定了2020年我国乘用车产品平均燃料消耗量降至5.0升/100公里的目标。汽车轻量化节能减排已成为我国应对能源短缺和环境挑战的必然选择。其中发动机缸体轻量化制造技术是其核心技术之一。

为实现汽车轻量化的目标,发动机缸体采用电动车材料替代传统的铸铁材料已经得到广泛应用,从而使得缸体重量减少了45%。但是所产生的缺点就是缸筒表面的耐磨性极大地下降。采用铸铁作为缸套镶嵌入电动车缸体内可以增加其耐磨性,但又在很大程度上增加了重量,减少了热导率、加剧了由于两种材料热膨胀系数不同而导致的潜在失效。

因此,寻找替代铸铁但又能增强缸孔表面耐磨性的材料和工艺就成为了现阶段汽车制造业亟待解决的问题之一。

从2008年开始,营口龙8电动车制造有限公司在清华大学、一汽汽研究所等单位帮助下,开始研发新型汽车发动机缸体制造材料。经过三年多的努力获得成功。这种过共晶电动车具有较好的耐磨性能、耐热性能、传热性能、抗疲劳性能和较低的摩擦系数,是制造电动车缸体的理想材料之一。多年前,法国、美国、日本等汽车制造大国已经研发出重量更轻、能耗更低、排放更少、结构更紧凑的无需添加铸铁缸套的电动车无缸套缸体。并在奔驰、宝马、奥迪等高级车上应用。本项目引进国外专家研发团队,吸收发达国家的先进技术,制造电动车无缸套缸体,填补国内空白,实现汽车关键零部件国产化。

2、产品主要用途

本项目产品为营口龙8电动车制造有限公司利用自主研发并获得专利的电动车材料制造的汽车发动机缸体,其用途是代替传统铸铁材料缸体或铝缸体镶嵌缸套缸体,实现汽车轻量化节能减排的目标。

3、技术特点

(1)显著降低发动机整车油耗及排放

电动车无缸套缸体与普通铸铝镶嵌铁缸套缸体相比,由于没有铸铁缸套,发动机单机重量将降低10%,而和采用铸铁缸体的发动机相比,单机重量可降低45%以上。另外,由于铝的传热系数为130W/m-k,铸铁的传热系数为46W/m-k,铝的传热系数是铸铁的近3倍,良好的传热有利于实现发动机快速暖机,使得冷启动期间发动机暖机时间缩短,从而降低摩擦损失;此外,电动车存在数量较多且分布均匀细小的初晶硅硬质颗粒,当摩擦开始时,这些硬质颗粒起到耐磨和支撑作用,而软的铝基体摩擦磨损后产生凹坑具有储油、润滑作用,能有效降低摩擦损耗。综合以上三方面原因,本项目电动车无缸套缸体较传统的发动机缸体降低油耗约5%,目前我国乘用车百公里油耗平均为7.37L。按我公司年产10万台缸体计算,年装乘用车10万辆。以每台车年平均行驶1.5万公里计算,则年节油量为55.35万升。我国2014年汽车总产量达约2600万辆,如都采用节能型缸体,每年可节油14.39亿升。另外,相关研究数据表明每消耗1升燃油将增加2.3千克的CO2等有害气体排放,按每年节油量计算,采用电动车无缸套缸体每年可减少排放二氧化碳等有害气体331万吨。

(2)有效地实现缸体的紧凑化和小型化设计

目前国际上发动机的发展趋势正朝着紧凑化和小型化发展。电动车材料具有较好的力学性能,本项目所采用的电动车材料铸态性能可达到:抗拉强度≥320MPa,延伸率≥1.5%硬度≥110HB,高于目前电动车缸体压铸常用的ACD12电动车材料。另外,采用高硅铝
合金无缸套缸体后,由于取消了传统的镶缸套结构,实现了缸套与缸体一体化成形,为发动机缸体的紧凑化设计奠定了良好的基础。据计算,缸体和缸套设计可减少发动机缸距4mm,从而减少发动机缸体长度9~12mm。

(3)可提高汽车发动机的性能指标

采用电动车无缸套缸体,由于没有铸铁缸套,缸筒的传热会更好、一方面使得冷启动期间发动机暖机时间短,降低正常工作时缸筒表面的温度,保证机油不容易被氧化,使活塞环一直处于良好的润滑状态。另外,由于缸筒和活塞均为电动车,膨胀系数相当,这样为进一步优化配缸间隙、提高发动机动力性能创造了条件。此外,优良的材料性能可进一步提高发动机的刚度,提升其耐久性能。

(4)节约材料、简化工艺,降低生产成本

电动车无缸套发动机缸体省略了制备缸套和镶嵌缸套的步骤,一次压铸成型,既节省材料,又达到结构紧凑化、缸体轻量化、降低制造成本的要求。同时,一次压铸成型提高了尺寸精度,减少了加工余量,减轻了后续加工的人力物力。

4、与国外的主要差距

当今的汽车制造业中,采用铝硅合金生产发动机缸体的公司包括Merceders(奔驰)。Audi(奥迪)、Porsche(保时捷)、BMW(宝马)、Volvo(沃尔沃)、VW(大众)、Jaguar(捷豹)以及Honda(本田)。

业界公认的制造过共晶铝硅合金发动机缸体的制造商是Kolbenschmidt Pierburg公司旗下的KS ATAG公司,具有十年的研发历史,最著名的工艺就是采用共晶AlSi17CuMg合金铸造Alusil发动机缸体。采用该合金生产得到的发动机缸体最佳的铸件微组织是在铝基体上均匀分布初生硅,并且具有硬度高的特点。这些硅颗粒具有很好的耐磨性能,当这些硅颗粒以合适的高度凸出在铝基体表面时,一方面可以从摩擦学角度构成完美的耐磨表面,同时颗粒之间的间隙可以保证缸体与活塞之间良好的润滑效果。如今奥迪、大众、宝马和保时捷都使用Alusil发动机缸体。

国内各种品牌发动机制造厂替代铸铁采用的都是铸铝缸体镶嵌铸铁缸套的技术途径,存在的问题主要有:界面接触率小于85%,界面间隙影响传热,造成铸铁缸套局部过热;铸铁的导热率比电动车低,燃烧室结构件温度高;热膨胀系数差别大,热应力引起的变形,导致拉缸等问题;另外,铸造过程复杂,增加生产成本和回收成本。营口龙8电动车制造有限公司研发的电动车无缸套发动机缸体弥补了上述不足。但在产业化生产过程中,仍有很多关键技术问题需要解决。我公司通过引进外国专家争取在本项目期内尽快解决上述问题,实现缸体产业化,填补国内该领域的空白。

5、市场前景和经济效益

(1)市场前景

中国汽车工业协会统计,2013年我国汽车产销量为2212万辆。2014年为2600万辆。到2020年将达到4000万辆。在世界性节能减排和汽车轻量化大潮推动下,使用全铝型无缸套汽车发动机缸体是汽车制造业的大势所趋。尤其是国家工信部于2014年5月7日发布了《关于加强乘用车企业平均燃料消耗管理的通知》,通知规定2015年我国生产的乘用车平均燃料消耗量要降至6.9L/100km,2020年降至5.0L/100km以下。不达标企业将予以制裁。目前国内乘用车的平均油耗为7.38L/100km。为达到国家提出的油耗指标,国内各汽车发动机制造企业最好的选择是选用新型节能型汽车发动机缸体。国家的新政为研发推广使用节能型无缸套汽车发动机缸体企业提供了契机。为此,我公司电动车无缸套发动机缸体以节油率5%的优势抢占市场先机,前景光明。

(2)经济效益

按现行设计要求,电动车无缸套发动机缸体平均每台需用铝、硅等材料30kg,加工后成品净重25kg。按目前市场价格,生产成本为平均800元/台,销售价格为1000元/台,项目完成后生产能力为10万台/年,年新增销售收入10000万元,年新增利润1500万元,新增税收800万元,新增就业50人。按年产10万台电动车无缸套发动机缸体计算,占市场份额仅有0.3%发展空间巨大。